浅析刚性悬挂接触网

毕业设计（论文）

中文题目： 浅析刚性悬挂接触网

专 业： 电气化铁道技术

班 级： 电气化3102班

姓 名： 王吉民

学 号： 100130210

指导教师： 陈红军

2013年 04 月 20 日

吉林铁道职业技术学院毕业论文

吉林铁道职业技术学院

毕业设计（论文）成绩评议

摘 要

本文主要简述了刚性悬挂接触网的一些概况以及它在国内外的应用情况, 还有刚性悬挂在实际应用中的技术标准，通过对刚性悬挂优缺点的了解，从而进一步的对刚性悬挂在正常运行中所出现的故障进行分析。

刚性悬挂接触网与传统柔性接触网性能比较，阐述了刚性悬挂接触网更适用于电气化铁路隧道内的理论分析及实际应用效果。接触网的刚性悬挂是一种适用于轨道交通在隧道中传输电能的新型接触网悬挂方式。刚性悬挂方式与柔性悬挂方式相比, 其结构简单、安装方便、维护简便、节省空间, 被称之为免维护接触网, 它的存在降低建设成本和减少了未来运营维护的工作量。

关键词:刚性悬挂接触网 刚性接触网磨耗 刚性悬挂的应用 维护检修

Abstract

This paper mainly describes the rigid suspension catenaries and some of its application at home and abroad, there are rigid suspension technology standard in practical application, through to the rigid suspension of the advantages and disadvantages of understanding, thus further on rigid suspension failure that occurs in the normal operation of the analysis.

Rigid suspension catenaries network performance with the traditional flexible contact, the rigid suspension catenaries is more suitable for electrified railway tunnel theory analysis and actual application effect. The rigid suspension catenaries is a suitable for rail traffic in the tunnel transmission model contact network can hang. Rigid suspension mode compared with the flexible suspension mode, has the advantages of simple structure, easy installation, maintenance is simple, save a space, called the maintenance-free contact network, it has lower construction costs and reducing the future operating and maintenance workload.

Key Words: Rigid suspension catenaries Rigid catenaries wear Application of

rigid suspension Maintenance and overhaul

目 录

摘 要 . .................................................................I Abstract . ..............................................................II

第一章 绪 论 . .........................................................1

第二章 刚性悬挂接触网的概况及应用 . .....................................2

2.1 刚性悬挂接触网的概况 ........................................... 2

2.2 刚性悬挂接触网在国、内外的应用情况 ............................. 2

2.2.1 国外刚性悬挂接触网的应用情况 .............................. 2

2.2.2 国内刚性悬挂接触网的应用情况 .............................. 3

2.2.3 国内、外对刚性悬挂的研究情况 .............................. 4

第三章 刚性接触网的优缺点 . .............................................5

3.1 柔性、刚性悬挂的结构形式 ....................................... 5

3.1.1 柔性接触悬挂 .............................................. 5

3.1.2 刚性接触悬挂 .............................................. 5

3.2 刚性接触网的优、缺点 ........................................... 5

3.2.1 刚性接触网的优点 .......................................... 5

3.2.2 刚性接触网的缺点 .......................................... 8

第四章 接触网刚性悬挂的应用 . ...........................................9

4.1 刚性悬挂应用的技术标准 ......................................... 9

4.1.1 汇流排形式 ................................................ 9

4.1.2 刚性悬挂的跨距 ............................................ 9

4.1.3 锚段长度及拉出值 ......................................... 10

4.1.4 刚柔过渡与中心锚结的设计 ................................. 10

4.2 悬挂定位 . ...................................................... 11

4.2.1 安装方案 ................................................. 11

4.2.2 关于零部件和吊柱 ......................................... 13

第五章 刚性接触网磨耗分析及维护检修 . ..................................14

5.1 刚性接触网磨耗的概述 .......................................... 14

5.2 接触线异常磨耗的原因 .......................................... 15

5.2.1 受电弓振动对磨耗的影响 ................................... 15

5.2.2 接触网相关参数对磨耗的影响 ............................... 16

5.2.3 其他因素对磨耗的影响 ..................................... 18

第六章 架空刚性接触悬挂的维修 . ........................................19

6.1 维护检修的原则................................................. 19

6.2 维护检修的重点................................................. 19

结 论 . ................................................................20

致 谢 . ...............................................................21

参考文献 . ..............................................................22

第一章 绪 论

架空刚性悬挂接触网不是新事物。相反，它和电气化铁路发展的历史一样长远，刚性悬挂接触网最初就被应用于美国巴尔的摩市的第一条电气化铁路，尽管它的形式与现在不同。

接触网按悬挂特性可分为刚性悬挂和弹性悬挂（柔性悬挂）。所谓刚性悬挂是指固定的导电体受流过程，中在受电弓或集电靴的作用下基本不变形。而柔性悬挂是指固定的导电体受流过程中在受电弓的作用下有一定程度的变形。

刚性悬挂接触网是我国近几年从国外引进的一种新型悬挂类型，广州地铁二号线刚性悬挂接触网已于2003年6月建成并投入运行。干线铁路25kV 接触网也开始了试验和局部采用。无论从理论分析还是从实际运行情况来看，刚性悬挂具有比较明显的特点和优势。

架空刚性接触网有柔性与刚性之分。柔性接触网广泛使用于国内外电气化铁道干线和城市快速有轨交通系统，由于其结构复杂，且导电截面受结构限制，而结构又受隧道净空的限制，于是，世界上少数国家和地区开发了刚性接触网，在隧道内取代柔性接触网。日本早在1964年就开始用T 型刚性接触网，日本东京的日比谷线、东西线、千代田线、半藏门线、都营浅草线和都营三田线等, 线路总长为100多公里由于与原国铁线和私铁线过轨联运，所以地面线路采用直流1500V 的柔性接触网，而隧道内采用T 型刚性接触网。同时南朝鲜的地铁也采用了T 型刚性接触网。瑞士工程师设计的刚性接触网已在瑞士日内瓦至德国墓尼黑间运行六年有余，运行情况良好。鉴于上海地铁一号线隧道净空较小, 同时又有长度为710米高度为4990mm 的槽宝路试验段隧道, 法国专家曾建议上海地铁在隧道内采用刚性接触网的架空导电系统。但由于涉及到技术引进等问题, 加上贷款国的局限，该方案被迫放弃改为柔性接触网方案但从技术性能及经济性能上讲，刚性接触网仍不失为最佳选择方案。从目前国内外的应用情况看刚性接触网，它所具备的一些特征恰好弥补了柔性接触网的不足。

第二章 刚性悬挂接触网的概况及应用

本章主要介绍刚性悬挂触网以及刚性悬挂触网及国内外应的用情况。

2.1 刚性悬挂接触网的概况

刚性接触网是将传统的接触线夹装在汇流排中，并靠它自身的刚性保持接触线的恒定位置，使接触线不因重力而产生弛度。汇流排由铝合金制成，一般是12m 为一段，安装时用鱼尾板将其连接为一体。其铜当量截面约为1200mm2，相当于9根120mm2的铜导线，能满足大容量地铁车辆供电取流的要求。刚性悬挂另一个最大优点在于可以取消柔性悬挂中的承力索和辅助馈线，使接触网的结构变得简单紧凑，极大地方便运营管理和维修。刚性悬挂的防灾、抗灾能力强、运营成本低、可靠性高、维修简单、事故状态失效破坏范围小，刚性悬挂非常适合在长大隧道内使用。在我国，广州地铁二号线2003年6月地面线路采用传统的柔性接触网，地下线路采用“TT ”型结构架空式刚性接触网。2006年开通运行的兰州--武威二线20.05km 的乌鞘岭特长隧道就采用了刚性悬挂接触网。

2.2 刚性悬挂接触网在国、内外的应用情况

2.2.1 国外刚性悬挂接触网的应用情况

刚性接触网在1895年的美国巴尔的摩的第一条电气化铁路中就已经应用。最初是为了减少隧道的净空，缩小隧道断面而采用的。刚性接触网已在地铁工程、大型车站、人员密集的场所、集装箱节点站、城市轻轨、干线铁路隧道以及一些特殊工点中得到了有效应用。瑞士隧道的刚性接触网设计速度为160km/h，初期试验速度达到了185km/h；奥地利隧道的刚性接触网初期试验速度达到了

200km/h。2004年奥地利联邦铁路局在其境内干线铁路Wien-Linz 线上，采用德国联邦铁路局试验列车成功地进行了速度为350km/h的试验，与此同时，在前面提到的奥地利的隧道刚性接触网区段也成功地进行了速度为260km/h的试验。拟建的长大隧道刚性接触网有：奥地利-意大利Brenner Base Tunnel（63km 、单线隧道、计划2015年建成），法国-意大利Lyon-Turin Tunnel （53km 、单线隧道、计划2020年建成），设计速度均大于200km/h。城市轨道交通方面，随着城市规模的不断扩大，为了缓解交通压力，地铁采用高电压供电制已是一种必然趋势。因此，法国、瑞士、日本、韩国等国家自80年代开始，在城市交通领域中，不论是旧线改造，还是新线建设，低净空隧道，还是高净空隧道等各种线路条件大量使用刚性接触网，截至目前全世界已建成通车800多公里。

日本在1960年为了市郊电车与市内地铁直通运转的需要，开发和使用了刚性接触网，于1961年在营团地铁日比谷线投入运营。1988年在瑞士的辛普伦低净空隧道也采用了刚性悬挂。刚性悬挂经历了漫长的发展阶段，终于在城市轨道交通中充分发挥了其特长，从上世纪90年代开始得到了较快的发展。目前法国、瑞典、英国、比利时、西班牙、意大利、奥地利、韩国等世界各地都有刚性接触网在为列车不停的提供着可靠的电流，当前刚性悬挂应用较多的有日本、瑞士、法国、西班牙等国家。虽然刚性接触网起初的设计是考虑地铁车辆的低速行驶速度，一般不高于80km/h。但随着科技的发展和交通运输市场的需求，刚性接触网在提高速度方面已有较大的进步。到目前为止，运行在瑞士和英国的刚性悬挂安装规定的速度为100--110km/h。1998年在瑞士辛普伦隧道安装的长度为1100m 的刚性接触网试验线路的试验结果表明，普通的受电弓速度达到140km/h是可行的，而且有弹性的受电弓时速可达160km/h，国内兰新线乌稍岭隧道刚性悬挂速度也已达到160km/h。这说明刚性接触网在速度性能方面的潜力非凡。

2.2.2 国内刚性悬挂接触网的应用情况

国内对刚性悬挂接触网的开发应用始于上世纪九十年代未期，当时仅限于地铁直流系统中采用。2002年首次在陇海线天兰段成功应用该悬挂方式，石门至怀化铁路石门山隧道为解决低净空问题亦采用了刚性接触网。此后，为保证接触网设备长期安全运营、减小运营维护的工作量、做到设备少维护免维修，2004年兰武线新建的乌鞘岭特长隧道（20.05公里双单线隧道）首次设计采用160km/h刚性悬挂接触网。截止目前我国已有多条电气化铁路隧道中采用了刚性接触网，除以上提到的项目以外，还有包头至西安铁路延安至延安北既有低净空隧道、石怀线扩能改造工程大木山隧道、京九线淮滨～向塘段扩能改造工程 4 座既有隧道、武九线电气化改造工程陈家冲既有上下行隧道，新建项目—天津地下直径线、北京地下直径线、广珠货运线江门隧道、新疆精伊霍铁路北天山隧道、青藏线西格段新建关角上下行隧道、南疆铁路中天山隧道（双单线）、成灌线地下段等均采用了刚性悬挂接触网。

国内城轨交通方面，至2011年底，全国已有多个城市（北京、上海、广州、天津、深圳、大连、长春、沈阳、南京、苏州、杭州、成都、重庆、武汉、西安）建成了总计超过1000km 的城市轨道交通线，其中上海、广州、深圳、南京、重庆等的城轨系统都大量地采用了刚性悬挂接触网。目前在建轨道交通的城市还有宁波、南昌、郑州、哈尔滨、长沙、东莞等；另外还有十几个城市正在进行轨道交通前期工作，其牵引网也大部分拟采用刚性悬挂接触网。可以说刚性悬挂接触网在我国城市轨道交通领域占有重要的地位。

架空刚性悬挂在广州地铁一号线示范段和试验段首先得到应用，1998年开始又决定在广州地铁二号线全线开始采用。目前，广州地铁二号线、三号线、南京一号线已经全部开始正式运营。自2000年以来，国内上海城市轨道交通6号线、7号线、8号线、9号线、10号线、11号线、和广州地铁四号线、五号线以及南京地铁二号线纷纷采用刚性悬挂安装模式，同时杭州地铁一、二号线、沈阳地铁一号线、西安地铁一、二号线、成都地铁、哈尔滨地铁也已经决定采用架空刚性悬挂。

2.2.3 国内、外对刚性悬挂的研究情况

随着越来越多城市轨道交通项目的接触网悬挂类型采用架空刚性悬挂系统，刚性悬挂和受电弓相互作用关系受到悬挂刚体诸多不定因素的影响，采用柔性悬挂计算机弓网模拟方式进行刚性悬挂弓网关系模拟时，不能准确反映刚性悬挂中弓网作用关系。国外刚性悬挂采用较多的国家有关科研设计机构也没有开发或采用刚性悬挂弓网关系模拟系统进行刚性悬挂的工程设计和研究，工程实践中，更多的是采用刚性悬挂工程数学模型（静态的连续梁模型）分析和计算进行受流质量效果的分析和评判，并结合提高刚性悬挂的施工精度来保证弓网间良好的受流关系。我国的刚性悬挂分析仅仅从静态上分析，动态分析还没有起步。由于目前对刚性悬挂的理论分析计算仅仅是刚性悬挂的静态分析计算，这种分析计算对现场的施工安装有一定的作用，但对接触网弓、网受流模拟分析起不到指导作用。刚性悬挂的动态模拟分析应该能够真实的反映弓、网受流时的实际状况，不仅从静态上分析刚性悬挂的受力、变形状况，而且从动态上分析弓、网在列车运行时的实际状况，通过刚性悬挂的动态模拟分析可确定列车运营速度与刚性悬挂跨距、锚段关节布置的关系；跨距的大小；过渡跨跨距的确定，从而可从理论上减少拉弧现象，为刚性悬挂的布置提供理论依据。

第三章 刚性接触网的优缺点

本章主要以接触网的两种悬挂方式：柔性、刚性作为对比，重点突出刚性悬挂接触网在一些特殊场所中所应用的优点。

3.1 柔性、刚性悬挂的结构形式

3.1.1 柔性接触悬挂

柔性接触悬挂分两种：简单接触悬挂和链形接触悬挂。

简单接触悬挂是由一根或几根互相平行的接触线直接固定到支持装置上的接触悬挂形式。它的特点是无承力索，接触线直接悬挂在支持装置上。简单接触悬挂根据其接触线是否进行补偿，又可分为未补偿简单接触悬挂和带补偿简单接触悬挂。

链形接触悬挂接触线通过吊弦(或辅助索) 而悬挂到承力索上的悬挂, 称为链形接触悬挂。链形悬挂可以在某一温度下使接触线处于无弛度状态，也就是在整个跨距内，可使接触线至轨面保持相等的高度。这种悬挂由于接触线是悬挂到承力索上的，因而基本上消除了悬挂点处的硬点，使接触悬挂的弹性在整个跨距内都比较均匀。

3.1.2 刚性接触悬挂

刚性接触网由地下或隧道内、地面部分组成，地下或隧道内区段接触网采用刚性接触悬挂，刚性接触悬挂主要由汇流排和一接触线的形式组成，另设架空线，没有辅助馈线。地面部分采用柔性接触网。刚性接触悬挂均通过定位装置安装于隧道顶或者隧道壁。

3.2 刚性接触网的优、缺点

3.2.1 刚性接触网的优点

1）结构简单，施工方便

“Π”型刚性悬挂汇流排当量截面积为1200mm ，相当于柔性8根150mm 硬铜绞线。其下嵌入传统柔性悬挂接触导线后，即等于同于柔性悬挂承力索、接触导线和架空馈电线的作用。刚性接触网对隧道净空要求相对较小并且无需下锚装置, 可避免不必要的局部开挖, 可节省土建费用。因而刚性悬挂的结构形式相对于传统的柔性悬挂接触网来讲更简单、更紧凑、施工更加方便。

2）安全可靠，便于运行维护

首先，刚性悬挂的汇流排是刚度较大的断面成“D ”型铝质导电体，通过定

位悬挂装置，悬挂于轨道的上方。接触线被安放在汇流排的夹线槽中，接触线被汇流排自然夹紧，接触悬挂两端不设张力补偿装置，汇流排和接触线的轴向没有补偿张力，不存在断汇流排或断线的可能, 从而避免了柔性钻弓、烧融、高温下软化、线材缺陷以及受电弓故障造成的断线故障。由于这样的特点, 刚性悬挂的故障是点故障, 而柔性悬挂的故障范围为一个锚段, 所以刚性悬挂事范围小；

其次，由于刚性悬挂接触网需要的隧道净空小，不须设置下锚装置，所以刚性悬挂的锚段关节部分结构简单所需零部件少。锚段长度较柔性悬挂的段减少至六分之一，因此固定金具来回串动范围小，相应地提高了运行中的安全性和适应性；

再次，对于隧道内维修作业困难且很耗费时间的场合，采用刚性接触悬挂大有好处。因为接触线被汇流排固定不需要进行张力调整，所以大多数调整工作很简单并且容易量化，维修工作教柔性接触网容易，事故平均恢复时间较柔性悬挂短得多, 能最大限度地保证正常的运营。所以更加适合在长距离的隧道内作接触悬挂；

最后，刚性悬挂接触网系统正线采用绝缘锚段关节进行电分段，无需再单独采用分段绝缘器，从而减少投资，且最大限度地保证了正线接触网系统的相对连续性，提高接触网系统安全性、可靠性。

3）弓网之间接触属于刚性接触，所以本身不存在负荷集中点和硬点，接触网的抬升量很小，弓网之间的压力变化量也很小，弓网间接触良好，不存在离线拉弧现象，接触线的磨耗也更均匀。

4）国产化程度高，节省有色金属

除分段绝缘器、隔离开关为进口设备外, 其他设备、材料、零部件全是国内生产。施工中用铝合金汇流排代替了铜馈线、铜承力索, 节省了大量的铜金属, 投资比柔性悬挂低。

5）灵活方便、性能优良

刚性接触网可根据需要, 在特殊的地方设计为可移动的形式。如在地铁车辆段检修库、隧道段人防门、防淹门等地方, 在需要检修或关闭人防门、防淹门时移去上部刚性悬挂, 待检修完成或打开人防门、防淹门后再移回这部分刚性悬挂, 恢复正常工作状态。

6）静态稳定性好，便于设计

刚性架空接触网系统不需要张力装置，土建结构的承力要求较柔性悬挂小, 系统的安全性及稳定性均较柔性悬挂好。如平衡重或液压拉伸装置，可以比传统的接触网设计更方方便容易。

7）架空刚性接触悬挂锚段和跨距较小，跨距与速度关系密切，其“Z ”字值没有明显的拐点。“D ”型汇流排一般长度为10m 或12m ，锚段架设长度一般不超

过250m ，整个悬挂布置成正弦曲线，即2个锚段构成一个完整周期的正弦波。其“Z ”字值没有明显的转折点，其拉出值呈周期变化，最大拉出值一般不超过200mm 。

8）锚段关节、线岔结构简单，容易实现电分段功能。架空刚性接触悬挂的锚段关节采用两段接触悬挂侧向相互平行且错开，平行段的长度为4m ，端部向上弯曲70mm 左右，两悬挂的水平距离根据需要而定，一般非绝缘关节为200mm ，绝缘关节为250mm ，见图3.1。

图3.1 架空刚性接触悬挂锚段关节平面布置

采用无交叉线岔结构，正线接触悬挂不中断，单独一根侧线与正线接触悬挂侧向错开，其水平间距一般为200mm ，侧线悬挂端部向上弯曲70mm 左右，见图

3.2。架空刚性接触悬挂的电分段有两种结构：绝缘锚段关节式与分段绝缘器式。柔性悬挂的侧线或渡线只能采用分段绝缘器来实现电分段。而架空刚性悬挂可采用绝缘锚段关节代替分段绝缘器来实现电分段，这样不仅节省投资，而且还减少了维修的工作量。

图3.2 架空刚性接触悬挂线岔平面布置

9）架空刚性接触悬挂相对于柔性接触悬挂而言，结构高度小，可以不考虑受流时导线的抬升、接触线的振动以及链形悬挂结构高度占用的空间，因而所用净空至少相差100--150mm 。另外，架空刚性接触悬挂在锚段关节和线岔处，尤其是复式道岔处，无需设置下锚补偿装置，安装简单，不需要隧道额外增加空间，所以架空刚性接触悬挂能够很好地满足低净空隧道要求。

3.2.2 刚性接触网的缺点

1）由于刚性接触悬挂采用的是硬质铝合金材质, 不能像柔性接触悬挂一样具有很大范围的可调性，所以施工过程中的任何的细小失误都可能造成永久性缺陷, 造成汇流排永久变形, 或者有可能在锚段中间形成无法修正的缺陷。

2）刚性接触网在施工中安装精度要求高, 架空刚性接触悬挂的接触线高度误差为5mm ，锚段关节和线岔处两悬挂的高差为0--1mm ，且两悬挂的中心线要与受电弓的中心重合（如图3.1和图3.2所示）。在曲线地段，为了保证接触线不出现偏磨现象，汇流排横断面的中心线要与轨面垂直。这几个参数与轨道参数关系密切，轨道的超高略加改变或起拨道床时，对接触线的高度及接触线的偏磨都将产生影响，尤其对锚段关节和线岔处两接触线的高差影响大，如不及时 跟随调整，可能发生打弓拉弧现象，严重时还会使接触线和受电弓受到损伤。运行、使用的经验较少，定位点较多使得相应的安装费用增长，但综合比较，刚性接触网还是具有很大的优势。

3）刚性接触网轨道稳定性要求高, 列车速度一般低于柔性悬挂。

4）当车速较高时，甚至会导致受电弓与接触线瞬时分离即离线现象。这种现象的发生会导致:第一, 造成弓网间的拉出的电火花增多，甚至会造成受电弓与接触网之间拉弧，从而加重接触线与受电弓的电气磨耗，严重时可烧损接触线和受电弓的滑板；第二, 造成在列车加速区段和锚段关节接触线的磨耗不均匀和加速受电弓碳滑的磨耗及其工作面的凹凸不平现象；第三, 使牵引变电设备(如整流器、整流变压器等) 的工作条件变坏以及列车的受流质量变坏。

5）由于在刚性接触网中地面还存在柔性接触悬挂，在刚柔过渡区域的弓网关系会因为两种悬挂的弹性不同变恶劣。即当受电弓由刚性接触悬挂驶向柔性接触悬挂区域时会出现离线现象；当受电弓由柔性接触悬挂驶向刚性接触悬挂区域时会出现较大硬点，发生打弓现象。

第四章 接触网刚性悬挂的应用

接触网刚性悬挂是一种新型悬挂类型, 经过理论分析和实际运行情况表明, 刚性悬挂具有比柔性悬挂较明显的特点和优势。

4.1 刚性悬挂应用的技术标准

4.1.1 汇流排形式

在本节中刚性悬挂架空接触网采用F 型汇流排。F 型汇流排采用铝合金挤压制造, 单根长度可达12m, 采用接头板和螺栓连接, 满足任意长度要求, 汇流排通过结构和材料的优化设计, 巧妙利用其弹性, 通过专用放线小车, 可方便的架设和夹紧接触线，汇流排剖面图, 如图4.1所示。

图4.1 汇流排剖面图

4.1.2 刚性悬挂的跨距

由于刚性悬挂不施加张力, 刚性悬挂的允许跨距和运行速度有关，根据国外试验和运行经验, 速度和跨距的对应关系, 图4.2所示；列车最高速度按120km/h设计, 设计跨距一般取8m,, 弛度不超过跨距的1‰。锚段长度施工过程中根据现场实际情况可调整范围为6--10m 。

图4.2 速度和跨距的对应关系

4.1.3 锚段长度及拉出值

刚性架空接触网和接触轨的锚段长度, 应根据环境温度、载流温升、材料线胀系数、伸缩要求确定。锚段长度的选择取决于汇流排本体在运行中可能承受的最大温度差以及膨胀接头对温度补偿的能力, 此外也与锚段线路的弯曲半径及坡度等因素有关。下列以石怀段隧道为例；假如隧道外设计气温最高气温40°, 最低气温最低气温-10°, 隧道内接触网计算温差△T 可取为40*1.5-(-10)=70°选用已有运行经验的伸缩量为500的膨胀接头,L=△L/(△T*α)=0.25/70/2.4*10-5=148.8m,锚段长度定为2L= 300m。

刚性悬挂不能像柔性悬挂那样, 布置成折线形式, 刚性悬挂成弧形布置, 在沿轨道500m 范围内的拉出值宜为:±200--±250mm ；200m 范围内拉出值宜为：±180mm 。

4.1.4 刚柔过渡与中心锚结的设计

1）刚柔过渡的设计

由于隧道外采用柔性悬挂, 隧道内采用刚性悬挂, 两种悬挂的弹性相差太大, 因此, 必须采取刚柔过渡措施。

广州地铁二号线和宝兰线试验段设计安装关节式刚柔过渡, 这种刚柔过渡措施适用于较低速度(80km/h),锚段关节采用刚性悬挂。当速度高于100km/h,宜采用贯通式刚柔过渡措施。

石怀段设计采用了贯通式刚柔过渡, 柔性悬挂接触网的承力索在隧道洞门拱圈上下锚, 接触线嵌入12m 切槽式刚性渐变汇流排和12m 加强夹紧力汇流排及整个锚段的汇流排, 在加强夹紧力汇流排上安装了下锚装置, 使刚性悬挂接触网不受接触线张力的影响。值得注意的是, 刚柔过渡段应该设在与接触线同一条直线上, 并且满足隧道外接触线在受电弓工作范围之内。

贯通式刚柔过渡措施是：柔性悬挂接触网的承力索在隧道洞门拱圈上下锚, 接触线嵌入12m 切槽式刚性渐变汇流排和12m 加强夹紧力汇流排，在加强夹紧力汇流排上安装了下锚装置，使刚性悬挂接触网不受接触线张力的影响。值得注意的是, 刚柔过渡段应该设在与接触线同一条直线上, 并且满足隧道外接触线在受电弓工作范围之内。刚柔过渡段示意, 如图4.3所示。

图4.3 刚柔过渡段

2）中心锚结的设计

国外刚性悬挂中心锚结有2种形式, 一种是“V”形中心锚结, 绝缘棒与水平线的夹角约为45°;另一种是带拉线“V”形中心锚结, 绝缘棒与水平线的夹角约为10~15°。

石怀段设计采用了带拉线“V”形中心锚结, 能够承受很大的意外拉力, 不会产生负弛度问题。在带拉线“V”形中心锚结的安装设计和平面布置中, 注意要保证空气绝缘间隙, 在隧道净空较低时尤其要精心设汁, 精心施工。在平面布置时, 尽量将中心锚结设在受电弓中心线上方, 并且分别在受电弓中心线两侧下锚。刚性悬挂中心锚结采用带拉线V 形中心锚结, 绝缘棒与水平线的夹角约为10度到15度，这种带拉线“V ”形中心锚结, 能够承受很大的意外的拉力, 不会产生负弛度问题。在平面布置时, 尽量将中心锚结设在受电弓中心线上方, 并且分别在受电弓中心线两侧下锚。中心锚结设计图, 如图4.4所示。

图4.4 中心锚结设计图

4.2 悬挂定位

4.2.1 安装方案

刚性悬挂定位安装方式有垂直和悬臂悬挂定位2种。如何选定刚性悬挂接触网的悬挂定位安装, 应根据隧道净空高度和断面情况, 考虑安装结构简单可靠。地

铁采用侧面吊柱悬臂安装方案。在距受电弓中心线650mm 的隧道顶部安装吊柱, 采用通用的高强1500V 刚性悬挂接触网采用垂直悬挂定位方式安装结构比悬臂悬挂定位方式结构简单, 可靠性高。但在悬臂悬挂定位方式下绝缘子受弯矩较大。广州地铁二号线选用了垂直悬挂定位方式。25kV 干线铁路刚性悬挂接触网采用垂直悬挂定位安装方式和悬臂悬挂定位安装方式均可。

石怀段几座隧道为既有隧道, 断面形式为ZSOO01, 是不同心的3段圆弧构成的尖拱隧道, 净空高度不相等, 为6390--7080mm, 接触线高度确定为5700mm, 列车运行速度为80--120km/h。设计了2种安装方式。

1) 垂直悬挂定位安装方式。采用角钢焊接底座, 隧道顶部安装, 用4根螺栓调整接触线的空间位置, 适用隧道净空高度为6390--6700mm; 当隧道净空高度为6700--7080mm 时, 需改用厚度为400mm 角钢焊接底座。

2) 悬臂悬挂安装形式。在距受电弓中心线650mm 的隧道顶部安装吊柱, 采用通用的高强度瓷质支柱绝缘子或硅橡胶棒形绝缘子倾斜悬臂悬挂刚性悬挂, 采用300--1000mm 长度的吊柱, 可适用隧道净空高度为6390--7080mm, 通过悬臂偏离垂直受电弓方向安装, 适应拉出值在±150mm范围变化的需要。

考虑到石怀段隧道净空高度低于6450mm 的悬挂定位点不多, 建议:如果采用悬臂悬挂定位形式, 在隧道净空高度大于6700mm 时, 吊柱中心线与受电弓中心线的距离为1085mm, 悬臂改为可随汇流排的伸缩旋转方式, 靠悬挂定位调节架来保证刚性悬挂的拉出值, 以避免悬挂线夹卡滞汇流排。悬挂定位安装度瓷质支柱绝缘子或硅橡胶棒形绝缘子倾斜悬臂悬挂刚性悬挂, 采用300mm--1000mm 长度的吊柱, 可适用隧道净空高度为6400mm--7080mm, 通过悬臂偏离垂直受电弓方向安装, 适应拉出值在±150mm 范围变化的需要, 如图4.5所示。

图4.5 悬挂定位安装

4.2.2 关于零部件和吊柱

为适应隧道断面变化和施工安装调整的需要, 若采用悬臂安装方案, 其吊柱采用φ121或φ140钢管, 设计2种或3种型号，其长度连续可调。悬臂可以水平旋转到位后固定, 满足拉出值布置要求；悬臂可以饶其中心线转动, 防止接触线偏磨, 可调式吊柱大样, 如图4.6所示。

图4.6 悬臂安装

第五章 刚性接触网磨耗分析及维护检修

本章主要介绍刚性接触网在运行中的一些磨耗的原因以及磨耗所产生的影响。

5.1 刚性接触网磨耗的概述

刚性接触网与柔性接触网相比, 刚性接触网的最大优点在于无轴向张力, 不存在断线的可能, 此外还有结构相对简单、检修维护工作量小等优点。广州地铁2号线采用刚性接触网, 自开通以来一直运行良好。但是, 随着运行时间的增加, 某些区段列车受电弓与接触线之间弓网关系不良, 使得接触线局部磨耗严重的现象日益突出（如图5.1）

图5.1 广州地铁2号线刚性接触网接触线的磨耗情况

同时, 列车受电弓滑板磨损也较为严重, 进一步恶化了弓网关系。为保证接触网设备的良好工作状态, 需对接触线磨耗问题进行研究。根据检修过程中对接触线磨耗测量的统计, 发现磨耗严重区段主要集中在绝缘锚段关节、列车出站加速区段、弹性道床区段等处。此外, 汇流排中间接头处也存在磨耗过大的现象。图5.1中Y 指接触线磨耗面宽度如图5.2。

图5.2 接触线 截面示意图

5.2 接触线异常磨耗的原因

在列车运行过程中, 通过受电弓滑板与接触线的滑动接触取流。要使受电弓良好地受流, 必须保证受电弓滑板与接触线可靠接触, 这就要求弓网之间必须保持一定的接触压力。但是，弓网压力的存在必然导致机械磨耗的出现。从物理学知识可知, 机械磨耗的大小主要与弓网压力大小、受电弓滑板特性及接触线线面的状态有关。刚性悬挂汇流排没有弹性, 用于抵消受电弓抬升力的反力, 随受电弓对接触悬挂的抬升力的出现而突然出现, 这样受电弓抬升力对接触悬挂的冲量就比较大；而柔性接触悬挂由于接触线弹性的存在, 其接触悬挂的反力随受电弓对接触线的抬升而逐渐增加, 接触悬挂承受的冲量相对较小。因此, 当受电弓的静态抬升力一定时, 动态情况下柔性接触悬挂的弓网压力通常会比刚性悬挂的弓网压力小, 所产生的机械摩擦也相应小一些, 接触线和碳滑板的磨耗自然也要小。从目前广州地铁1、2号线接触网的磨耗状况来看, 符合这个规律。

若弓网之间的接触压力过小, 则受电弓滑板无法与接触线保持良好的接触，就会导致弓网离线甚至产生拉弧打火。离线拉弧现象的出现, 一方面会烧坏接触线, 使接触线线面出现麻点、不光滑, 严重时甚至会产生硬点, 当后续列车通过时更容易出现拉弧, 也会增大机械磨耗；另一方面, 拉弧产生的热量会使接触线局部发热、材质变软、易被磨损, 因此当后续列车通过时, 该处接触线就很容易出现磨耗, 这种磨耗就是电气磨耗。

5.2.1 受电弓振动对磨耗的影响

在列车运行中, 受电弓受隧道风和高速气流以及轮轨传来机械振动的影响, 会发生相对接触线的水平和垂直方向的振动。在一般区段, 这种振动影响较小, 受电弓滑板能克服这些影响并仍然保持与接触线的良好接触。而列车处于加速区段时, 车体本身的机械振动现象加剧(振动频率、振幅增加) ；列车处于弹性道床

区域时, 受道床机械振动的影响, 其自身机械振动的现象也更加严重。受此影响, 受电弓相对接触线的水平和垂直方向的振动也加剧, 此时弓网之间要保证良好的接触就比较困难。由于刚性接触网无弹性, 当受电弓发生垂直方向的振动时, 接触网不会跟随其发生振动, 受电弓与接触网之间的动态耦合关系较差。因此, 弓网压力变化就比较大, 受电弓会对接触线产生时刻变化的冲击力, 可能使接触线线面受伤, 出现硬点；硬点的出现又进一步加剧了受电弓通过该处时的振动, 形成恶性循环。与此同时, 剧烈变化的弓网压力使得受电弓无法保持与接触线的良好接触, 容易出现离线, 导致拉弧；电弧会烧伤接触线, 使线面出现麻点, 并会影响其材质。机械和电气的双重作用, 加剧了接触线磨耗的产生。

由于刚性接触网无弹性, 因此在弓网相互作用的过程中, 可近似认为刚性接触网在垂直方向保持静止, 弓网之间的相对运动主要是受电弓本身的垂直振动。从列车运行状态来看,2号线列车受电弓的振动是比较剧烈的, 因此弓网接触压力的变化也较为剧烈, 这就会使弓网关系不正常, 离线率和离线时间增加。从热滑录像来看, 磨耗较大区段的弓网拉弧现象都比较严重, 这说明电气磨耗是造成刚性接触网局部磨耗严重的主要因素。

列车高速行驶时受电弓振动是必然的, 目前刚性接触网采用的受电弓并非针对刚性接触网特性所研制的, 因此研制受速度影响、产生振动比较小的优质受电弓, 是缓解因振动产生接触线磨耗的有力措施。但是, 接触网参数、车体本身的振动和钢轨的不平滑也会加剧这一振动。因此, 按标准调整接触网的相关参数, 优化列车车体的动态性能, 打磨或更换磨损严重的钢轨, 都有利于缓解受电弓振动, 改善弓网关系, 进而缓解接触线的磨耗。

5.2.2 接触网相关参数对磨耗的影响

接触网本身的特性参数, 如拉出值、导高等, 都会对磨耗产生影响。

1）拉出值的影响

拉出值的作用是使受电弓能与接触线均匀接触, 因此拉出值分布不合理的直接影响就是受电弓滑板的异常磨耗, 从而间接对接触线磨耗产生影响。广州地铁2号线列车碳滑板的耗特征主要体现为滑板上特定位置的磨出凹槽, 主要在拉出值最大处, 即距受电弓中心200mm 处这是由于2号线拉出值在200mm 处分布较多而造成的。其中，一旦受电弓被磨出凹槽而继续上线运行, 既容易导致离线拉弧, 又容易挂伤接触线线面甚至汇流排。根据2号线设计标准, 一个锚段（约250m ）内汇流排布置成正弦曲线的半个波长。从图12中可以看出, 这种布置方式下拉出值的分布范围小, 施工难度较大, 精度难以控制。另外, 在实际运行中, 较长区段内接触线只与受电弓碳滑板在同一位置摩擦, 其后果必然会加快碳滑板的机械磨损, 同时局部取流引起的高温也使碳滑板易于磨损, 当滑板出现凹槽后会进一

步恶化弓网关系。

图12 线拉出值分布曲线

图13 拉出值分布理论值

从汇流排的特性来看, 现场人工弯曲最小半径为120m ；而图13中正弦曲线最小曲率半径在中锚处, 约为21.130m 。这说明, 完全可以在一个锚段内布置一个整个的正弦波来增大汇流排(接触线) 的弯曲程度, 减少接触线与受电弓在同一位置连续接触的时间, 这对减少受电弓凹槽的出现是有利的。广州地铁3号线就采用该种拉出值布置方式, 从实际运行情况来看,3号线的弓网关系优于2号线。

在日常运行中, 车辆部门应加强对受电弓状态的监测, 一旦出现被磨出凹槽的迹象就要及时向维修部门反映, 同时采取措施来恢复受电弓的良好状态。此外, 接触网专业人员也应根据运行的实际情况, 对刚性接触网的拉出值分布问题展开研究：一方面, 综合考虑受电弓动态包络线的范围, 对拉出值的范围进行研究；另一方面, 对整个锚段各悬挂点拉出值的布置进行研究, 以保证受电弓滑板在其工作范围内均匀磨耗。

2）接触线导高的影响

相邻悬挂点之间的导高不同, 两悬挂点之间的接触线就会出现坡度, 坡度会对弓网压力产生影响。当列车在导高不同的悬挂点之间运行时, 由于受电弓动力分量(即惯性力) 的影响, 受电弓从导高较大的悬挂点过渡到导高较小的悬挂点时(即受电弓降低), 弓网之间的实际接触压力变大, 从而使受电弓和接触线之间的摩擦变大, 对接触线的磨损也增大；受电弓从导高较小的悬挂点过渡到导高较大的悬挂点时(即受电弓上升), 弓网之间的实际接触压力减小, 可能出现离线拉弧的现象, 导致电气磨耗的增加。在接触网设备的安装施工过程中, 在有坡度的地方, 要严格按照设计标准对接触线坡度进行控制；刚性接触网跨距小, 对坡度要求严格, 因此对参数测量的精度要求很高。在日常维护中, 要利用专业的接触网参数测量仪进行测量, 尽量减小仪器误差及人为因素的影响。此外, 对已产生磨耗的区段和正常区段之间的过渡要做相关处理, 使其尽量平滑, 产生突变。

5.2.3 其他因素对磨耗的影响

在实际运行中发现, 汇流排中间接头处也出现磨耗相对较大的情况, 这是由于中间接头处两端的汇流排下垂使得该处导高过低甚至出现硬点而造成的, 主要是机械磨耗。可以通过以下方法来进行调整:抬高中间接头两端的汇流排, 使其下部连接紧密, 上部有不大于2mm 的空隙, 然后固定中间接头螺栓。同时, 要注意中间接头螺栓的情况, 出现松动时要按规定的力矩(16Nm ) 及时紧固。

此外, 目前2号线使用的是AgCu120接触线, 其燕尾槽以下部分为直径13.2mm 的正圆, 因此接触线与受电弓滑板为线接触, 弓线间接触面积小。这种情况:一方面, 在同样大的弓网静态压力下, 弓网间的机械磨耗会增大；另一方面, 列车取流时载流面较小, 易引起拉弧。3号线采用的是椭圆截面、截面积为150mm 2的接触线, 这增加了弓线之间的接触面积, 降低了弓线间的电流密度, 从实际运行情况来看, 有利于减缓弓网间的磨耗。

第六章 架空刚性接触悬挂的维修

本章主要介绍刚性接触悬挂在运行中的一些维护检修的重点及原则。

6.1 维护检修的原则

架空刚性接触悬挂的维护检修实施“预防为主，修养并重”的原则，其中心工作是确保接触网运行安全。广州地铁二号线刚性接触悬挂在初期主要采用周期性（定期）维护检修，即预先制定各项目的维护检修周期，按其进行日常维护检修。等到基本掌握了刚性接触悬挂的运行检修规律，检测手段（机具）后，逐步由周期修过渡到状态修。

6.2 维护检修的重点

架空刚性接触悬挂的主要（重点）维修工作是围绕紧固件来进行，即每年按要求对栓进行紧固。以下是维护检修的重点工作内容：

1）检查接触线是否存在偏磨及磨耗是否正常，尤其要注意锚段关节和线岔两悬挂转换处接触线的磨耗是否正常；检查铜接触线与铝汇流排间有否相对滑动。对于有问题的接触线进行更换时，被换接触线的长度不得少于2m ，且在两端接头位置用锉刀锉平，其平滑过渡的长度不得少于200mm 。

2）汇流排接头是架空刚性接触悬挂的关键部位，它既要在电气上起连接作用，确保接触良好，又要保证被连接的两汇流排在同一直线上。接头部位有16个螺栓，一定要用力矩扳手按规定的力矩（16 N²m ）进行检查和校核，并检查螺栓的垫片是否齐全和完好。

3）检查汇流排是否与轨面垂直，汇流排与汇流排悬吊线夹之间的滑动是否平滑顺畅，支持装置的锈蚀情况等。

4）用手检查膨胀元件伸缩是否良好，清洁膨胀元件两侧导滑铜棒；检查与受电弓接触部分的磨耗是否正常；测量膨胀元件的过渡电阻是否异常等。

5）检查绝缘子和绝缘腕臂是否破损和脏污，清扫绝缘子和绝缘腕臂，并测试绝缘电阻。

6）检查锚段关节和线岔处两接触线是否同时与受电弓接触，两汇流排终端转换处接触线的磨耗是否正常，测量转换处两接触线的高度是否相等、水平距离是否符合要求等。用力矩扳手检查和校核电连接线夹是否紧固等。

通过对接触网的刚性悬挂的了解和认识，使自己对刚性悬挂有了很深刻的了解，刚性接触悬挂与柔性接触悬挂相比，其最大的优点是刚性接触悬挂没有轴向补偿张力，所以没有断线之忧，且各部件的连接是刚性连接，各参数的变化小，事故几率较小，运营维修工作量小，易于实施状态修。在学习的过程中，明白了自己在这方面的不足之处，在以后的学习和生活中，我会努力地学习专业知识，提高自己的专业技能。努力在以后的工作中贡献一份自己的力量。

不知不觉三年的大学生活就要结束了，回首这三年的学习，老师、家人、同学都带给了我许许多多的帮助，在这里深表感谢！

通过对接触网刚性悬挂的理解，使我更加清楚的了解到刚性悬挂的优缺点以及它在实际应用中的贡献，还有它在实际运行状态中的一些磨耗的原因及其日常中对它的维护检修。使我明白只有提高了自己专业技能水平，通过对故障的分析，才能解决刚性悬挂在运行中遇到的一些故障。为今后的学习工作打下了基础，通过网上查找资料、与老师之间的沟通，我体会到书上的知识仅仅是一个面的概括，我们不能仅靠书上的内容，还要亲身投入到实践中，才能全面的了解与学习。在此，我特别要感谢老师在最后学习阶段给自己的指导，没有他们的指导与教诲，我的论文也不能够顺利完成。同时，感谢所有老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习。同时，在本次设计及论文的写作过程中，同学们也为我提供了力所能及的帮助，并创造了浓厚的学习氛围，在此也一并向他们表示感谢。

感谢各位老师在百忙之中抽出时间来阅读此篇论文，由于自身专业水平的不足，论文中会存在一些不足和错误，请指导老师多予指正，谢谢！

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