都市快轨交通・第２４卷第３期２０１１年６月 学术探讨● ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—６０７３．２０１ １．０３．０２８ 单轨刚性接触网 不均匀磨耗分析及对策 谢风华 （中铁电气化勘测设计研究院有限公司 天津３００２５０） 摘要从接触网的角度，对单轨接触网在运行过程 制就成为改善磨耗、提高受流质量的关键。 中受电弓滑板及接触线出现不均匀磨耗的原因进行分 ｌ 接触网布置方式与受电弓滑板磨耗形状 目前，一些城市的轨道交通供电采用架空刚性接触网 和单轨刚性接触网。由于受电弓滑板的磨耗形状与接触 网的布置方式有着直接的关系，所以接触网的布置方式在 设计伊始就决定了受电弓滑板的磨耗形状，也可以作 为受电弓滑板是否会产生不均匀磨耗的一一个基本判 析，并提出相应对策，包括刚性接触网布置方法对磨耗 的影响及改进、接触网安装精度对受电弓的影响 在 车辆受电弓性能一定的情况下，通过对接触网的改进． 减少不均匀磨耗的出现，改善弓网关系，延长受电弓滑 板和接触线的使用寿命 关键词单轨刚性接触网 不均匀磨耗１Ｊ２２５．６文章标志码Ａ 受电弓 断，这是减少不均匀磨耗、提高受流质量的基础。 以单轨为例，传统布置方式是以拉 值０为基准 线做±６０ ｍｍ的偏移布置，锚段关节以拉出值０为基准 线对称布置在±２５ ｍｍ的位置，如图２所爪。 中图分类号文章编号１６７２—６０７３（２０ｌ１）０３—０１０８—０３ 重庆跨座式单轨交通２００４年开通试运行后，受电弓 滑板出现了不均匀磨耗现象（见图１）。接触线在部分区 段出现偏磨和磨耗大等情况，尤其是在锚段关节、道岔 关节和分段绝缘器处尤为明显。单轨受电弓滑板的有 效接触范围只有１２０ ｍｍ，出现不均匀磨耗会降低使用 寿命。根据现场试验检测的离线情况看，１０～１００ ｍｓ ２５ ｎ１ｍ ０ ＋２５ｍｍ 的中离线时有发生，也检测到了超过１００ ｍｓ的大离线。 这意味着还有硬点没有消除，对受电弓造成冲击，严重 地影响受流质量，并使电磨耗变得更加严重。 图２单轨接触网的传统布置方式 根据对接触网布置设计值的统计，在±２５ １１１１１１范 围内接触网的概率分布占６０％，其余两侧的概率分布 占４０％，如图３的直方图阴影部分所示。由此可以模 拟出受电弓滑板的大致磨耗形状，它与实际滑板磨耗 图１受电弓滑板磨耗形状 形状很相似。同时也可以看出，锚段关节的布置方式 对滑板磨耗形状有很大的影响。 造成不均匀磨耗的因素有很多，如刚性接触网跨 距选择、受电弓性能、接触线和受电弓滑板材质选择 等。但是，在基本设计原则已经确定、受电弓型式一定 的情况下，刚性接触网的布置方式和对施工精度的控 收稿日期：２０１１—０５—１２ 修回日期：２０１１’０５。２４ 作者简介：谢风华，男，大学本科，高级工程师，从事轨道交通接触网 设计与研究，ｘｉｅｆｅｎｇｈｕａ＠ｔｊｅｄｉ ｃｏｒｎ ｃｒｌ ６Ｏ ５０ ４Ｏ ３０ ２Ｏ １０ ０ １０ ２０ ３０ ４０ ５Ｏ ６０偏移／ａｍ ｒ图３受电弓滑板的模拟磨耗曲线 １０８ ＵＲＢＡＮＲＡＰＩＤ ＲＡＩＬＴＲＡＮＳＩＴ 单轨剐性接触网不均匀磨耗分析及对策 ２接触网布置方式的改进 由上述布置方式可以看出，接触网大量分布在中 ３．１ 单轨道岔折角处的通过速度 单轨道岔在曲线状态下，道岔处的接触网关节会 产生折角，车辆通过折角处时受电弓受到冲击力，必须 将该冲击力在受电弓的耐受力范围之内。冲击力 的大小是由车辆通过速度决定的，因此为保证不发生 离线和冲击，避免造成过大的机械磨耗，车辆速度需限 间部位，两侧分布偏少，而中间分布偏多主要是锚段关 节的布置方式造成的。通过改变锚段关节的布置方 式，达到接触网在±６０ ｍｍ范围内均匀分布的目的。 具体方法是：锚段关节以４组锚段为一个循环，以一定 的规律将每一个锚段关节分布在不同的拉出值范围 内，使锚段关节均匀分布在受电弓滑板的有效工作范 定在允许范围内，具体计算方法为 Ｆ＝Ｐ＋８／（２ｇ／Ｗ）（Ａ／２＇ｒｒｖ） 围内，达到受电弓滑板均匀磨耗的目的，见图４。 ６０１１１１３１ ６０ｍｌｎ 图４接触网改进布置方式 通过上述改进后，接触网在受电弓滑板范围内的 分布（见图５的阴影部分）趋于均匀，以此为基础所模 拟的受电弓滑板曲线也趋于圆滑。在实际运营过程 中，受电弓滑板的形状基本呈现出完整的曲线（见 图６），与初期所呈现的凹凸不平形成鲜明对比。由 此可见，接触网的布置方法与受电弓滑板磨耗形状之 间有着直接关系，同时也说明这种改进方法是有效的。 ６Ｏ ５０ ４０ ３０ ２０ １０ ０ ｌ０ ２０ ３Ｏ ４０ ５０ ６Ｏ偏移／ａｒｍ 图５改进后受电弓滑板的模拟磨耗曲线 图６改进后受电弓滑板的实际形状 ３接触网安装精度对受电弓的影响 目前，刚性接触网的安装精度仍然没有明确的标 准和判定方法。实际上，接触网的安装精度对受电弓 和接触线的影响很大。以单轨接触网为例，道岔处的 折角高差、锚段关节的过渡高差以及相邻绝缘子支持 点间的高差，都有可能造成对受电弓的冲击，进而造成 离线，从而对接触线和受电弓滑板产生电磨耗，进一步 增大不均匀磨耗的趋势。 式中：Ｆ为受电弓冲击力，ｋｇ；Ｐ为受电弓接触压力，ｋｇ； ６为折角处高差，ｍ；ｇ为加速度，ｍ／ｓ ；Ｗ为受电弓归算 质量，ｋｇ； 为速度，ｒｎ／ｓ；Ａ为波长，ＩＴＩ。 以重庆单轨为例，受电弓接触压力取７ ｋｇ，折角取 ０．０４ ｍ，受电弓归算质量取２６ ｋｇ，波长取２ ｍ，则受电弓 冲击力与速度之间的关系曲线如图７所示。 速度，／（ｋｍｍ） 图７受电弓冲击力与速度曲线 当车辆通过速度为２５ ｋｍ／ｈ时，Ｆ：７．０＋０．０４／ （２×９．８／２６）（２．０／２ Ｘ ３．１４×６．９４） ＝３２．２（ｋｇ）。！（口 果受电弓滑板的允许耐受力为３５ ，则车辆通过速度 应在２５ ｋｍ／ｈ以内，在实际运营过程中应更进一 步降低。 ３．２ 锚段关节处过渡高差的允许值 对刚性接触网来说，锚段关节的布置不仅对正常 的机械磨耗产生影响，关节处的过渡高差也是产生离 线进而引发电磨耗的主要原因之一。因此，在正线高 速区段，要对关节过渡处的高差设定更为严格的标准， 对施工安装精度提出更高的要求。 以不发生离线为前提，关节过渡处的高差允许值 可按以下方法计算为 ６＝（２ｇＰ／ ）（Ａ／２￣ｒｖ） 锚段关节处过渡高差与速度的关系曲线如图８所示。 以重庆单轨为例，当速度为８０ ｋｍ／ｈ时，高差６＝ （２×９．８ Ｘ７．０／２６）（１．０／２ Ｘ ３．１４ Ｘ ２２．２２） ＝０．２７ Ｘ １０ Ｉ３（Ｉｌ１）。由此可以看出，锚段关节处过渡高差不应超 ＵＲＢＡＮ ＲＡＰＩＤ ＡＲＩＬ ＴＲＡＮＳＩＴ １∞ 都市快轨交通・第２４卷第３期２０１１年６月 Ｚ２・）Ｕ ： ，Ｏ０ １．５０ １．Ｏ０ ０．５０ ０．Ｏ０ ３０ ４Ｏ ｌ ５０ ｌ ６０ ７Ｏ ｌ ８０ Ｉ ９０ 系列 １．９３ １．０８ｌ ０．６９ｌ ０．４８ ０．３５１０．２７ｌ ０．２１ 速度 ｋｎ ） 图８高差与速度的关系曲线 过０．２７ ｍｍ。在工程实践中，应该尽量减小锚段关节处 的过渡高差，提高受流质量，减少不均匀磨耗的发生。 ３．３相邻支持点高差的允许值 单轨刚性接触网是由绝缘子支持的，支持点的间 距一般为２．５ ｍ，相邻支持点的高差是产生离线的原因 之一，特别是在高速运行区段，相邻支持点的高差会很 容易引起离线，使受电弓滑板和接触线的电磨耗增大。 所以，根据区段行车速度的要求，设定相邻支持点的 高差精度允许值，图９为模拟存在的高差分布情况。 图９高差分布 相邻支持点允许高差的计算方法为 ６＝（２ｇＰ／ ）（Ａ／２￣ｖ） 相邻支持点的高差允许值与行车速度的关系曲线 如图１Ｏ所示。 Ｊ… ］．０５０ ｇ ）０４０ 一＼ ＝５时６值 毒 ）Ｉ ．恒 ） ＼ ．０２０ ０３０ 一）．０１０ ＼＼＼＼～ ）．０００ ３０ ｆ ４０ ５Ｏ ｆ ６０ ｆ ７０ ｆ ８０ ｆ ９０ 系列 ０．Ｏ４８ｌ０．０２７ Ｏ．ｏ１７１ｏ．０１２１０ ００９｛０．００７１０．Ｏ０ 速度／（ｋｉｎ／ｈ） 图１０高差与速度的关系曲线 以重庆单轨为例，在相邻支持点存在高差、速度 ８０ ｋｍ／ｈ时，要想不发生离线，相邻支持点的高差允许 值为６：（２ Ｘ ９．８ Ｘ７．０／２６）（５．０／２ Ｘ ３．１４ Ｘ ２２．２２） ＝ ０．００６（ｍ）。 通过以上计算可以看出，在设计最高速度为８０ ｋｍ／ｈ 时，相邻支持点的高差应该控制在６ ｍｍ以内；在工程实 施中，安装精度应控制在３ ｍｍ以内。以跨距为３ ｍ为 １１Ｏ ＯＲＫ，￣ＲＡＰＩＤ ＲＡＲ．ＴＲＡＮＳＩＴ 例，相邻支持点坡度应控制在１‰以内。 ４结语 接触网的布置方式需要在设计阶段就进行精确模 拟，找出合适的接触网在受电弓有效工作范围内的概 率分布曲线及拉出值的斜率变化值，从源头上消除隐 患。刚性接触网在施工安装阶段要严格控制施１二误 差，在安装完成到经受一个气候变化周期内，还会出现 不满足精度要求的情况，而且这种变化不会在短期内 消失，需要经过一段时间的不断观察调整，磨耗情况才 会好转，弓网关系才能进入一个稳定期。 上述措施在重庆轨道交通２号线得到验证，成功 有效，对目前国内使用架空刚性接触网出现的不均匀 磨耗亦有一定的借鉴作用。 参考文献 【１ Ｊ ＧＢ ５０４５８－－－２００８跨座式单轨交通设计地范 ．北京： １ 国建筑工业出版社，２００８：７４—９（）． １２］（；Ｂ ５０１５７ ２００３地铁设计规范ｌ Ｓ ．北京：中国ｊｆ戈１］出崩 社，２００３：９９—１１６． ［３ｊ谢风华．单轨跨座式接触网绝缘于之持间 的确定 ．１ ｉ． 电气化铁道，２（）０１（３）：ｌ５—１７． ｆ ４ｊ谢风华．跨座式单轨接触网结构设计㈡！．现代城市扎ｊｉｉ 交通，２００５（４）：Ｊ２—１４ Ｉ５ｊ车宁哲，谢风华．跨鹰式单轨交通新型复舍轨应用探讨 Ｊｊ．电气化铁道，２００８（６）：４８—５Ｉ． ６ｊ谢风华．跨座式单轨接触网国产化研觅及其工“买战 ｌｆ ｛／／城市轨道交通供电系统新技术午套论文 北京， ２００９：５３—５７． ｆ ７ Ｊ王纽霞．跨座式五开关节型单轨道岔研圳Ｉ ＩＪ．现代娥 市 轨ｊ童交通，２００５（４）：８一ｌｊ｜ （编辑：郭洁） Ｕｎｅｖｅｎ Ｗｅａｒ ｏｆ Ｍｏｎｏｒａｉｌ Ｒｉｇｉｄ Ｃａｔｅｎａｒｙ：Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｘｉｅ Ｆｅｎｇｈｕａ ｒ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｕｒｖｅｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２５０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｅｖｅｎ ｗｅａｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｎｔｏｇｒａｐｈ ｓｌｉｄｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｔａｃｔ ｌｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｎｏｒａｉｌ ｃａｔｅｎａｒｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｌｉｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃａｔｅｎａｒｙ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．Ｓｏｈｔｂｎｓ ｔｏ ｔｈｅ ｕｎｅｖｅｎ ｗｅａｒ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｉｇｉｄ ｃａｔｅｎａｒｙ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｂｙ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｔｅｎａｒｙ ｎｉ ｃｅｒｔａｉｎ ｐａｎｔｏｇｒａｐｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｕｎｅｖｅｎ ｗｅａｒ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ，ｔｈｅ ｒｅｈｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｐａｎｔｏｇｒａｐｈ ａｎｄ ｃａｔｅｎａｒｙ ｃａｎ ｂｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆｔｈｅ ｐａｎｔｏｇｒａｐｈ ｓ￣ｄｅｒ ｎａｄ ｃｏｎｔａｃｔ ｌｉｎｅ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｎｏｒａｉｌ；ｒｉｇｉｄ ｃａｔｅｎａｒｙ；ｕｎｅｖｅｎ ｗｅａｒ；ａｎａｙｌｓｉｓ； ｓｏｈｔ￣ｎ
