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        空中列車(chē)供電軌系統(tǒng)技術(shù)研究

        2019-05-13 01:55:32楊雨地
        中國(guó)科技縱橫 2019年7期

        楊雨地

        摘 要:根據(jù)空中列車(chē)模式特點(diǎn),對(duì)其接觸軌供電系統(tǒng)進(jìn)行研究。重點(diǎn)對(duì)接觸軌的選型、線(xiàn)路及道岔布置等進(jìn)行分析,為空中列車(chē)軌道交通工程建設(shè)提供有益參考。

        關(guān)鍵詞:空中列車(chē);接觸軌;道岔布置

        中圖分類(lèi)號(hào):U12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-2064(2019)07-0067-02

        0 引言

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,城市軌道交通模式也呈多樣化發(fā)展趨勢(shì),地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車(chē)以及磁懸浮列車(chē)等多種模式得到快速發(fā)展,近幾年,空中列車(chē)模式得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注??罩辛熊?chē)即是以懸掛的方式在空中軌道下方運(yùn)行的列車(chē),見(jiàn)圖1所示,這種列車(chē)最早出現(xiàn)在德國(guó),已投入商業(yè)運(yùn)行,但由于技術(shù)、必要性等各種原因,未能得到廣泛的推廣使用。同地鐵及輕軌相比,空中列車(chē)具有占用土地少、投資成本低、工程周期短、適用范圍廣、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì),作為一種輕型、中速、中運(yùn)量和綠色環(huán)保的交通運(yùn)輸方式,具有廣泛的適用性。

        目前國(guó)內(nèi)已有多家設(shè)計(jì)院和相關(guān)單位進(jìn)行空中列車(chē)項(xiàng)目的研究工作,但由于空軌鋼梁限界條件以及車(chē)輛等因素的影響,國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟方案滿(mǎn)足商業(yè)化運(yùn)營(yíng)需求。而供電軌系統(tǒng)作為向列車(chē)提供電能保證車(chē)輛安全平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵,與既有軌道交通接觸軌模式相比,具有安裝限界小、軌隨梁而動(dòng)等特點(diǎn),具有全新的挑戰(zhàn)。因此,本文結(jié)合開(kāi)封空軌試驗(yàn)線(xiàn)針對(duì)空中列車(chē)接觸軌供電系統(tǒng)進(jìn)行研究。

        1 系統(tǒng)總體技術(shù)要求

        根據(jù)開(kāi)封空中列車(chē)系統(tǒng)特點(diǎn),供電軌系統(tǒng)產(chǎn)品安裝于箱形梁內(nèi)壁,通常設(shè)置兩根接觸軌(一根授流軌,一根回流軌),通過(guò)與位于車(chē)頂?shù)募娧セ|向車(chē)輛授電。系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓DC750V,接觸軌需滿(mǎn)足最小1600A持續(xù)載流量的要求,同時(shí)具備合理的彈性和剛性以滿(mǎn)足小曲線(xiàn)的安裝要求。

        2 接觸軌系統(tǒng)選型

        目前國(guó)內(nèi)鋼鋁復(fù)合接觸軌主要有兩種結(jié)構(gòu)形式,即工字型軌和C型軌。兩種軌型對(duì)比如表1。

        根據(jù)空中列車(chē)系統(tǒng)限界條件參照國(guó)外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),接觸軌在箱形梁上有兩種布置方式,一種是同側(cè)布置,一種是雙側(cè)布置,如圖2、圖3所示。

        由于空中列車(chē)車(chē)輛走行軌道由車(chē)輛走行輪和導(dǎo)向輪限制,接觸軌系統(tǒng)安裝空間有限。因此,根據(jù)車(chē)輛集電靴的布置方式不同,應(yīng)選擇不同的接觸軌形式。當(dāng)車(chē)輛正負(fù)極集電靴為同側(cè)布置時(shí),由于C型軌附件在垂向占用空間更小,一般不會(huì)超出軌寬,因此建議采用C型接觸軌系統(tǒng),中間接頭安裝示意圖見(jiàn)圖4的C型軌中間接頭;當(dāng)車(chē)輛正負(fù)極集電靴為雙側(cè)側(cè)布置時(shí),由于工字軌附件上下安裝的便捷性,因此建議采用工字型接觸軌系統(tǒng),中間接頭安裝示意圖見(jiàn)圖4的工字軌中間接頭。

        由于空中列車(chē)制式線(xiàn)路曲線(xiàn)半徑小,最小可達(dá)R30米,因此要求接觸軌順線(xiàn)路方向的剛度要小以滿(mǎn)足線(xiàn)路使用要求,而接觸軌隨著載流量的增加,其截面面積增大,相對(duì)應(yīng)的剛度也會(huì)增大。以同為側(cè)接觸使用的磁浮3000A工字軌為例,根據(jù)理論分析及試驗(yàn)結(jié)果測(cè)試,為保證接觸軌在現(xiàn)場(chǎng)的順暢滑移及附件的正常安裝使用,其最小允許彎曲半徑為R50m。結(jié)合接觸軌截面積對(duì)剛度的影響,無(wú)論選擇何種軌型,建議空中列車(chē)用接觸軌載流量不大于2500A為宜,當(dāng)線(xiàn)路最小曲線(xiàn)半徑增大時(shí),可適當(dāng)增加接觸軌載流設(shè)計(jì),視具體情況而定。

        3 接觸軌的布置

        不同于傳統(tǒng)的地鐵及跨座式單軌線(xiàn)路型式,空中列車(chē)橋梁由長(zhǎng)度不同的箱型鋼梁分段組成,在每段箱型鋼梁接縫處由鋼柱支撐,一般鋼梁長(zhǎng)度為25米,曲線(xiàn)段長(zhǎng)度減小,最小10米左右,如圖5所示。

        由于鋼梁自身的剛性影響,當(dāng)車(chē)輛通過(guò)鋼梁時(shí),由于重力作用鋼梁會(huì)產(chǎn)生豎直方向的撓度變化,并隨之產(chǎn)生梁的振動(dòng),車(chē)輛速度越高,此現(xiàn)象越明顯。而安裝于鋼梁上的接觸軌及附件,也會(huì)隨之振動(dòng),由于接觸軌自身的彈性變形,會(huì)額外對(duì)絕緣支撐產(chǎn)生作用力,因此,相對(duì)于傳統(tǒng)接觸軌形式,空軌系統(tǒng)絕緣支撐受力更為苛刻。尤其在鋼梁接縫處,當(dāng)車(chē)輛通過(guò)時(shí),兩段梁接縫處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微小高度差,此處接觸軌對(duì)絕緣支撐作用力更大。因此,空軌系統(tǒng)接觸軌跨距建議不超過(guò)2.5m,具體根據(jù)接觸軌撓度及軌型確定。

        4 道岔處接觸軌的布置

        結(jié)合國(guó)內(nèi)外空中列車(chē)系統(tǒng)道岔的設(shè)置方式,主要分為兩種,一種為轉(zhuǎn)轍道岔,見(jiàn)圖6示意,一種為平移道岔,見(jiàn)圖7示意,無(wú)論何種道岔,在實(shí)際運(yùn)行時(shí)道岔處都會(huì)進(jìn)行反復(fù)的偏轉(zhuǎn)或平移,若此處接觸軌進(jìn)行連續(xù)布置,則隨道岔運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生位移變化的接觸軌會(huì)將由彈性變形引發(fā)的內(nèi)力轉(zhuǎn)移到絕緣支撐上,更容易產(chǎn)生絕緣支撐的破壞失效,而且對(duì)接觸軌本身也有疲勞累積作用,易產(chǎn)生變形。因此,道岔處接觸軌建議采用斷開(kāi)布置方式。

        道岔處接觸軌采用斷開(kāi)布置時(shí),也有兩種具體布置方式,一種為道岔活動(dòng)段無(wú)接觸軌,另一種為布設(shè)接觸軌,但與道岔兩端斷開(kāi),接觸軌系統(tǒng)采用單獨(dú)的上網(wǎng)電纜供電,此方式是為了減小線(xiàn)路無(wú)電區(qū),保證車(chē)輛供電穩(wěn)定。但筆者認(rèn)為此種布設(shè)方式不僅增加了線(xiàn)路布設(shè)復(fù)雜程度,而且由于采用斷口設(shè)計(jì),車(chē)輛集電靴通過(guò)時(shí)反倒增加了沖擊,對(duì)車(chē)輛取流及集電靴的使用壽命都產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響,因此不建議采用該布設(shè)方式。

        一般情況下空中列車(chē)每節(jié)車(chē)廂都會(huì)設(shè)置集電靴,車(chē)輛在通過(guò)道岔時(shí)車(chē)速都在30km/h以下,且道岔長(zhǎng)度一般不超過(guò)12米,即使道岔區(qū)段不設(shè)置接觸軌,也不會(huì)造成車(chē)輛失電,因此,建議在道岔活動(dòng)部分不布設(shè)接觸軌。

        5 其他影響因素

        由于空軌軌道梁為箱型鋼梁,雖然車(chē)輛為橡膠輪胎,但由于鋼梁的特殊屬性,車(chē)輛通過(guò)時(shí)的少許聲音,都會(huì)被擴(kuò)大,尤其是車(chē)輛集電靴與接觸軌面的摩擦噪聲及接觸軌的振動(dòng)噪聲,都會(huì)被成倍放大,因此在接觸軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),如何減小接觸軌系統(tǒng)的噪聲將是一個(gè)重要課題,比如接觸軌與絕緣支撐接觸軌部位采用軟質(zhì)耐磨材料、絕緣支撐與鋼梁接觸部位增加彈性材料等,都能產(chǎn)生有益效果。

        6 結(jié)語(yǔ)

        隨著城市軌道交通的快速發(fā)展,空中列車(chē)系統(tǒng)模式由于其特殊的優(yōu)勢(shì)必將有廣闊的發(fā)展前景。希望本文能為空中列車(chē)模式軌道交通工程建設(shè)、設(shè)計(jì)及施工等提供有益參考。

        參考文獻(xiàn)

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        [2] 岳兆宏.關(guān)于“空中軌道交通”實(shí)際應(yīng)用的研究[C].軌道交通建設(shè)運(yùn)營(yíng)及裝備安全技術(shù)交流會(huì)論文集.2011:216-218.

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