張龍飛
摘 要:通過對廣州地鐵接觸軌供電方式中出現(xiàn)的中心錨結(jié)問題進(jìn)行說明,通過理論、試驗(yàn)對比,找出接觸軌中心錨結(jié)偏移的原因,并針對故障原因提出相應(yīng)的解決辦法,為以后應(yīng)用新型接觸軌供電的地鐵提供一定的參考。
關(guān)鍵詞:接觸軌;膨脹接頭;中心錨結(jié)
1 概述
城市軌道交通的接觸網(wǎng)懸掛方式大致分為3種形式,一種為柔性架空接觸網(wǎng),一種為剛性架空接觸網(wǎng),第三種為接觸軌供電。接觸軌供電以傳輸電流大、重量輕、安裝方便而得到廣泛應(yīng)用。廣州地鐵4號線是國內(nèi)第一個采用1500V直流供電系統(tǒng)供電的鋼鋁復(fù)合軌接觸軌系統(tǒng)主要由鋼鋁復(fù)合軌(包括鋁軌本體和不銹鋼帶)、膨脹接頭、端部彎頭等相關(guān)部件及絕緣支撐裝置組成,為電力機(jī)車組提供電能。
由于環(huán)境溫度的變化或運(yùn)行中電流產(chǎn)生的熱量都會造成接觸軌溫度的變化,使接觸軌因熱脹冷縮而產(chǎn)生長度變化,因此需要安裝膨脹接頭在機(jī)械和電氣特性兩方面連接兩根長軌中間的空隙。高架段接觸軌一般75m需要設(shè)置一處膨脹接頭。
為了防止接觸軌向兩側(cè)不均勻躥動,每兩個膨脹接頭之間需設(shè)置一處中心錨結(jié),所以,中心錨結(jié)的作用是將一段接觸軌穩(wěn)定的固定起來。
2 中心錨結(jié)偏移的危害
在廣州地鐵對接觸軌實(shí)際的檢修維護(hù)時發(fā)現(xiàn):很多中心錨結(jié)在受力偏移后,通過連接件將絕緣支架及卡爪托架拉偏斜,絕緣支架及卡爪托架是由復(fù)合材料制成,不如中心錨結(jié)及鋼鋁復(fù)合軌堅硬,在超出承受范圍時會發(fā)生斷裂,如下圖1,就是檢修時發(fā)現(xiàn)支撐裝置卡爪托架裂開的現(xiàn)象。
x旦絕緣支架及卡爪托架斷裂,未及時更換處理,可能造成接觸軌的整體下降,使得接觸軌參數(shù)不符合行車要求,造成集電靴與接觸軌發(fā)生碰撞,進(jìn)一步引發(fā)較大的設(shè)備故障。所以,我們在日常維護(hù)中,要避免此類情況的發(fā)生。
3 中心錨結(jié)偏移的原因分析
3.1 正常情況下中心錨結(jié)受力分析(如圖2)
正常情況下,一個錨段的接觸軌(75m)受到集電靴摩擦力,以及在大坡道及曲線段由于接觸軌重力產(chǎn)生的沿線路方向上的分力作用(如圖2),接觸軌的熱脹冷縮產(chǎn)生的熱應(yīng)力通過兩端膨脹接頭的間隙來進(jìn)行釋放。所以說,正常情況下f3.2 異常情況下中心錨結(jié)受力分析(如圖3)
當(dāng)一端膨脹接頭補(bǔ)償間隙為0時,整個錨段的接觸軌由于熱脹冷縮的原因,熱應(yīng)力只能向行車方向釋放,導(dǎo)致中心錨結(jié)兩端接觸軌受到一個偏線路方向的熱應(yīng)力(如圖3),當(dāng)f+f2>F(中錨抗彎負(fù)荷)時,接觸軌就會向行車方向偏移。所以,一側(cè)或兩側(cè)膨脹接頭不能有效補(bǔ)償接觸軌由于溫度變化發(fā)生的長度變化,這就是中錨偏移的主要原因。
那么,到底這個膨脹接頭的間隙設(shè)計是否滿足實(shí)際需求,接觸軌熱脹冷縮到底膨脹了多長,產(chǎn)生了多大的力呢?
3.3 是否設(shè)計問題
通過查閱膨脹接頭安裝曲線表來看:正常情況下(25度)整個間隙為2*60mm。根據(jù)接觸軌的線膨脹系數(shù)
(a1=21.48×10-6),根據(jù)公式d=lt-l0=l0*T*a1(一般接觸軌最高溫度約為70度),所以經(jīng)過計算d=75000*(70-25)*21.48×10-6=72.5mm,就是說,在最高溫度下,接觸軌最多膨脹72.5mm,一端膨脹36mm,按照設(shè)計膨脹間隙,完全符合要求。所以,不存在設(shè)計缺陷導(dǎo)致中錨偏移。
3.4 接觸軌線性膨脹產(chǎn)生的力
接觸軌在熱脹情況下,75m的接觸軌最多膨脹72.5mm,那么接觸軌沒膨脹1mm產(chǎn)生的力是多少,根據(jù)接觸軌技術(shù)參數(shù)彈性模量(86387.5)和接觸軌截面積(4400),根據(jù)彈性模量公式E=(F/S)/(dL/L),得出,接觸軌每膨脹1mm,產(chǎn)生的力為F=E*dL*S/L=86387.5*1*4400/75000=5068N,就是說,當(dāng)接觸軌膨脹達(dá)到5mm時,接觸軌產(chǎn)生的熱應(yīng)力f2=25kN>F(絕緣支架的抗彎負(fù)荷,查資料是16kN),此時,中心錨結(jié)就會產(chǎn)生偏移。
3.5 接觸軌膨脹接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計問題
讓我們來看一看老式的膨脹接頭設(shè)計過程中有哪些因素導(dǎo)致了其不能有效伸縮。這個阻力來源于:①膨脹間隙為0。②膨脹接頭螺栓緊固力太大(見圖4 膨脹接頭設(shè)計圖紙),當(dāng)右邊螺栓緊固力過大時,接觸軌膨脹接頭就不能有效起作用。③膨脹接頭上端導(dǎo)流板緊固力過大。④膨脹接頭導(dǎo)滑板摩擦力過大。
4 中心錨結(jié)偏移的解決方法
通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):接觸軌膨脹接頭初始滑動力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過16KN,意思就是說當(dāng)膨脹接頭還未滑動時,溫度應(yīng)力就導(dǎo)致了接觸軌支架的破裂,這在實(shí)際運(yùn)用中是不科學(xué)的。所以,接觸軌膨脹接頭由于設(shè)計缺陷,導(dǎo)致初始滑動力過大,不能有效補(bǔ)償接觸軌由于溫度變化導(dǎo)致的長度變化,是接觸軌中心錨結(jié)發(fā)生偏移的主要原因。
為了解決這一難題,廣州地鐵與廠家合作,設(shè)計出了一款滾動式膨脹接頭,此膨脹接頭針對老款膨脹接頭的缺陷進(jìn)行了改造:將左右軌之間的滑動摩擦改為了通過滾針軸承進(jìn)行滾動摩擦,用銅線圈替代電連接板,大大減小了膨脹接頭的初始滑動力,經(jīng)過試驗(yàn):新型膨脹接頭的初始滑動力僅為200N,完全可以滿足現(xiàn)場的需求。目前,新型膨脹接頭已經(jīng)在廣州地鐵6號線運(yùn)用,而4、5號線老式的膨脹接頭也被逐步更換為新型膨脹接頭。
接觸軌作為新型的接觸懸掛形式,出現(xiàn)了很多意想不到的問題,這就需要我們在檢修過程中加強(qiáng)巡視,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)問題及早處理。
參考文獻(xiàn)
[1]何江海.接觸網(wǎng)檢修工[M].中國勞動社會保障出版社,2010.
[2]李偉.接觸網(wǎng)[M].中國鐵道出版社,2003.
(作者單位:廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營事業(yè)總部)