尹魁元

（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，300251，天津∥工程師）

目前，在我國(guó)城市軌道交通中，牽引網(wǎng)主要采用架空柔性懸掛、架空剛性懸掛、接觸軌等3種形式，但以架空剛性懸掛為主，而且在今后新建的城市軌道交通中仍將以架空剛性懸掛為主。在已經(jīng)建成運(yùn)營(yíng)的架空剛性懸掛線路中，普遍存在受電弓磨耗不均勻的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在受電弓兩個(gè)半弓磨耗不一致以及受電弓在最大拉出值附近磨耗大，磨耗嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)凹槽。受電弓磨耗不均勻容易引起離線、產(chǎn)生電火花等問(wèn)題，而這又加重了對(duì)受電弓及接觸線的損傷，形成惡性循環(huán)。造成受電弓磨耗不均勻的主要原因是接觸網(wǎng)拉出值平面布置不當(dāng)。

牽引網(wǎng)的接觸線直接與列車(chē)受電弓接觸。為保證受電弓和接觸線可靠接觸、不脫線，以及保證受電弓磨損均勻，接觸線在線路上要按技術(shù)要求安裝在固定位置。即在定位點(diǎn)處保證接觸線與受電弓滑板中心有一特定的距離。這個(gè)距離被稱為拉出值，用符號(hào)“a”表示。在柔性懸掛中，接觸網(wǎng)可以按照“之”字形布置，這樣接觸線離線路中心的變化率是穩(wěn)定的值，受電弓在工作時(shí)與接觸線的磨耗也是均勻的。而在剛性懸掛中，由于匯流排無(wú)法按照“之”字形來(lái)布置，因此，在剛性懸掛中需要采用變通的方式來(lái)進(jìn)行拉出值布置。

1 兩種拉出值布置方式

1.1 正弦波拉出值布置方式

在目前已經(jīng)建成運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通線路中，牽引網(wǎng)剛性懸掛采用正弦波拉出值布置方式的線路占絕大多數(shù)。在這些線路中，接觸線及受電弓磨耗不均勻現(xiàn)象比較嚴(yán)重，尤其是受電弓磨耗不均勻的現(xiàn)象非常明顯。

根據(jù)剛性懸掛正弦波的排布規(guī)律，在理論上，接觸網(wǎng)懸掛點(diǎn)在線路兩側(cè)的排布數(shù)量基本是等同的，匯流排在線路兩側(cè)的排布總長(zhǎng)也基本是等同的，因此，受電弓在一條線路上經(jīng)多年滑動(dòng)之后，受電弓碳滑板上兩個(gè)半弓的磨耗分布應(yīng)是均勻的。這是最理想的設(shè)計(jì)效果。但是，上述分析僅適用于直線段工程。當(dāng)線路進(jìn)入曲線地段以后，在早期的地鐵工程中，匯流排往往被布置在曲線外側(cè)。這種做法沿用了柔性懸掛拉出值曲線外側(cè)布置的原則。如果匯流排位于曲線內(nèi)側(cè)，其軌跡往往近似于一條直線，與匯流排的正弦波軌跡不符。因此，在曲線較多的線路上，尤其是在環(huán)線線路上，受電弓兩個(gè)半弓磨耗不一致的問(wèn)題非常突出。解決這一問(wèn)題可以采取如下措施：統(tǒng)一將曲線地段按照直線地段考慮，不考慮正弦波的絕對(duì)軌跡，而是考慮正弦波以受電弓為中心的相對(duì)軌跡；懸掛點(diǎn)數(shù)量的分布以受電弓為中心，在其兩側(cè)絕對(duì)平分。這樣可以保證受電弓兩側(cè)兩個(gè)半弓磨耗一致。在最近幾年的城市軌道交通建設(shè)中一般都采用將曲線地段按照直線地段考慮的方案。但在采用此種布置方式的項(xiàng)目中，又出現(xiàn)了受電弓在最大拉出值附近磨耗非常嚴(yán)重的現(xiàn)象。最嚴(yán)重的會(huì)形成局部的凹槽，縮短了受電弓的使用壽命。下面以一個(gè)典型錨段為例來(lái)分析出現(xiàn)這種狀況的原因。

當(dāng)剛性懸掛拉出值的平面布置采用正弦波布置方式時(shí)，無(wú)論是直線區(qū)段還是曲線區(qū)段，均按直線區(qū)段考慮布置拉出值（見(jiàn)圖1、圖2）。由于匯流排的橫向剛度較小，所以通過(guò)人工操作就可以實(shí)現(xiàn)這種平滑自然的彎曲。匯流排的人工彎曲最小半徑為80 m，允許的最小彎曲半徑為45m。

圖1 剛性懸掛半個(gè)正弦波拉出值布置示意圖

圖2 剛性懸掛一個(gè)正弦波拉出值布置示意圖

正弦波布置的公式為：

式中：

a——最大拉出值，一般取值為200mm；

λ——正弦波半波長(zhǎng)度，相當(dāng)于柔性懸掛中的跨距；

x——距離拉出值為0的懸掛點(diǎn)的距離；

y——x點(diǎn)處的拉出值。

在剛性懸掛平面布置中，一般采用關(guān)節(jié)式錨段關(guān)節(jié)。錨段長(zhǎng)度通過(guò)計(jì)算一般不超過(guò)250m，每個(gè)錨段兩端均有一根長(zhǎng)7.5m的終端匯流排。為了減少現(xiàn)場(chǎng)截取匯流排的數(shù)量，在平面布置中每個(gè)錨段均盡量采用整根匯流排。因此，錨段長(zhǎng)度一般可以選取的值為（n×12＋15）m（n為整數(shù)，錨段長(zhǎng)度最大不超過(guò)250m）。在實(shí)際工程中，錨段長(zhǎng)度采用最多的是219m、231m和243m。而在正弦波方式拉出值平面布置中，關(guān)鍵就是λ的取值?？梢赃x取一個(gè)范圍內(nèi)的值（一般可以采用50～90m），以達(dá)到一個(gè)錨段內(nèi)有整數(shù)個(gè)半波的目的。

要確定λ的取值，首先確定一個(gè)錨段的長(zhǎng)度。在圖1、圖2所示的各個(gè)懸掛點(diǎn)中，懸掛點(diǎn)A為最大拉出值，取值為200mm；懸掛點(diǎn)C為非絕緣關(guān)節(jié)時(shí)拉出值，為100mm；絕緣關(guān)節(jié)時(shí)，拉出值為150 mm。通過(guò)A，C這兩個(gè)懸掛點(diǎn)即可計(jì)算出λ。

現(xiàn)以一個(gè)錨段長(zhǎng)度為231m的錨段，定量分析λ取不同數(shù)值時(shí)（λ＝95.75m時(shí)，一個(gè)錨段里有一個(gè)正弦波；λ＝67.02m時(shí)，一個(gè)錨段里有一個(gè)半正弦波；λ＝51.56m時(shí)，一個(gè)錨段里有兩個(gè)正弦波），不同拉出值位置處受電弓的磨耗距離（見(jiàn)表1）。

由表1可見(jiàn)，采用正弦波拉出值布置方式時(shí)，無(wú)論λ取值是多少，在相同的拉出值范圍內(nèi)，受電弓磨耗距離占對(duì)應(yīng)正弦波的百分比是相同的。由此可得如下結(jié)論：當(dāng)采用正弦波拉出值布置方式時(shí)，λ的取值對(duì)受電弓的磨耗均勻與否沒(méi)有影響，也即選擇正弦波波長(zhǎng)的大小與受電弓的磨耗均勻與否無(wú)關(guān)。

由表1還可見(jiàn)：在拉出值190～200mm區(qū)間內(nèi)受電弓磨耗距離特別大，磨耗距離占正弦波的百分比達(dá)20%以上；其它相同拉出值變化范圍內(nèi)受電弓磨耗距離很小，磨耗距離占正弦波的百分比基本在3%～8.5%之間；越是拉出值接近0的位置，相同拉出值變化范圍內(nèi)受電弓磨耗距離越小。從式（1）也同樣可以發(fā)現(xiàn)：無(wú)論采用何種布置方式，在拉出值為0的附近，拉出值變化率大，說(shuō)明受電弓在拉出值為0的附近磨耗距離短，相應(yīng)磨耗就輕；而在最大拉出值附近，拉出值變化率小，說(shuō)明受電弓在最大拉出值的附近磨耗距離長(zhǎng)，相應(yīng)磨耗就嚴(yán)重。因此，完全按照正弦波布置方式布置時(shí)受電弓磨耗就不均勻，在最大拉出值處磨耗最嚴(yán)重。在已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的線路中，受電弓甚至經(jīng)常在最大拉出值附近磨出凹槽。而一旦受電弓磨耗不均勻，離線率就高，就易產(chǎn)生電火花，對(duì)接觸線和受電弓都會(huì)有損傷，形成惡性循環(huán)。

1.2 “八”字拉出值布置方式

為了使受電弓磨耗均勻，提高受流質(zhì)量，要實(shí)現(xiàn)受電弓在相同移動(dòng)距離的情況下拉出值的變化率一致，現(xiàn)研究一種新的剛性懸掛拉出值平面布置方式，無(wú)論是直線區(qū)段還是曲線區(qū)段，同樣均按直線區(qū)段統(tǒng)一考慮，即不考慮匯流排的絕對(duì)軌跡，而是考慮匯流排以受電弓為中心的相對(duì)軌跡；讓?xiě)覓禳c(diǎn)數(shù)量以受電弓為中心在其兩側(cè)絕對(duì)平分，拉出值均勻布置，以保證導(dǎo)線在受電弓上的變化速率基本一致。

表1 錨段長(zhǎng)度為231m時(shí)不同λ的受電弓磨耗距離

剛性懸掛拉出值一般按2.5～10.0mm／m（根據(jù)不同錨段長(zhǎng)度確定）左右的拉出值變化率確定?？紤]到匯流排的橫向剛度，在最大拉出值附近的兩三個(gè)懸掛點(diǎn)仍按照正弦波曲線布置（其中一個(gè)為最大拉出值，如圖3和圖4中的懸掛點(diǎn)A；另外兩個(gè)稱之為次最大拉出值，如圖3和圖4中的懸掛點(diǎn)B）。在錨段內(nèi)剩余其它位置按照拉出值變化率布置，即可保證導(dǎo)線在受電弓上的變化速率基本一致，從而可以解決受電弓磨耗不均勻問(wèn)題。匯流排的人工彎曲最小半徑為80m。最大拉出值附近的兩三懸掛點(diǎn)按照曲線布置時(shí)，彎曲半徑不能超過(guò)此值。懸掛點(diǎn)A與懸掛點(diǎn)B的距離一般為8m，拉出值可以選擇在170～200mm之間（彎曲半徑1 000m以上）。在人防門(mén)、防淹門(mén)、道岔區(qū)等特殊區(qū)段可根據(jù)具體情況選取拉出值。人防門(mén)處剛性懸掛拉出值一般為0。此種布置方式形狀近似“八”字，故稱之為“八”字形拉出值布置方式（如圖3、圖4所示）。

圖3 剛性懸掛單“八”字拉出值布置示意圖

圖4 剛性懸掛雙“八”字拉出值布置示意圖

在“八”字拉出值布置方式中，確定拉出值變化率是關(guān)鍵?，F(xiàn)分別通過(guò)單“八”字和雙“八”字兩種情況說(shuō)明如何確定拉出值變化率。

在單“八”字拉出值布置方式中，先確定拉出值變化范圍，即B點(diǎn)拉出值（一般可取值170mm）和C點(diǎn)拉出值（非絕緣關(guān)節(jié)取值為100mm，絕緣關(guān)節(jié)取值為150mm）；然后確定B點(diǎn)和C點(diǎn)沿線路方向的距離。最大拉出值懸掛點(diǎn)A和次最大拉出值懸掛點(diǎn)B間距一般為8m，C點(diǎn)距離錨段終端為3.8m。由此可確定B點(diǎn)和C點(diǎn)沿線路方向的距離為（L／2－8－3.6）m （L為錨段長(zhǎng)度），拉出值變化率為270／（L／2－8－3.6）或者320／（L／2－8－3.6），然后即可計(jì)算出其它各個(gè)懸掛點(diǎn)的拉出值。

在雙“八”字拉出值布置方式中，一個(gè)錨段內(nèi)采用拉出值變化率來(lái)確定拉出值的共分為三段，即錨段兩端各一段和錨段中間一段。對(duì)于錨段兩端的拉出值變化率確定方式跟單“八”字類似，先確定拉出值變化范圍，即B點(diǎn)拉出值（一般可取值170mm）和C點(diǎn)拉出值（非絕緣關(guān)節(jié)取值為100mm，絕緣關(guān)節(jié)取值為150mm），然后確定B點(diǎn)和C點(diǎn)沿線路方向的距離；最大拉出值懸掛點(diǎn)A和次最大拉出值懸掛點(diǎn)B間距一般為8m，C點(diǎn)距離錨段終端為3.8m，由此可確定B點(diǎn)和C點(diǎn)沿線路方向的距離為（L／4－8－3.6）m，拉出值變化率為270／（L／4－8－3.6）或者320／（L／4－8－3.6）。對(duì)于錨段中間的那一段拉出值變化率的確定方式，首先確定直線段拉出值變化范圍，即B點(diǎn)拉出值（一般可取值170mm），然后確定錨段中間的兩個(gè)B點(diǎn)沿線路方向的距離；最大拉出值懸掛點(diǎn)A和次最大拉出值懸掛點(diǎn)B間距一般為8m，可確定錨段中間的兩個(gè)B點(diǎn)沿線路方向的距離為（L／2－16）m，拉出值變化率為340／（L／2－16）。然后即可計(jì)算出其它各個(gè)懸掛點(diǎn)的拉出值。

2 兩種拉出值布置方式的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 正弦波拉出值布置方式的優(yōu)缺點(diǎn)

直線段匯流排軌跡完全按照正弦波布置，而在曲線段統(tǒng)一按照直線段考慮（即不考慮正弦波的絕對(duì)軌跡，僅考慮正弦波以受電弓為中心的相對(duì)軌跡，讓?xiě)覓禳c(diǎn)數(shù)量以受電弓為中心，在其兩側(cè)絕對(duì)平分）。其優(yōu)點(diǎn)是可保證兩側(cè)兩個(gè)半弓磨耗一致；缺點(diǎn)是受電弓在最大拉出值附近的磨耗非常嚴(yán)重，最嚴(yán)重的會(huì)形成局部凹槽磨損，縮短了受電弓使用壽命。

2.2 “八”字拉出值布置方式的優(yōu)缺點(diǎn)

在“八”字拉出值布置方式中，考慮到匯流排的橫向剛度，剛性懸掛所用匯流排無(wú)法按照柔性懸掛的“之”字方式布置，而是在最大拉出值處布置時(shí)采用滿足匯流排橫向剛度要求的正弦波布置方式，在其它懸掛拉出值處布置時(shí)采用拉出值變化率布置方式，以保證接觸線在受電弓上的變化速率基本一致。“八”字拉出值布置方式近似柔性懸掛中的“之”字布置方式。統(tǒng)一將曲線地段按照直線地段考慮，不考慮匯流排的絕對(duì)軌跡，而是考慮匯流排以受電弓為中心的相對(duì)軌跡，讓?xiě)覓禳c(diǎn)數(shù)量以受電弓為中心，在其兩側(cè)絕對(duì)平分，以保證受電弓兩側(cè)的兩個(gè)半弓磨耗一致，增加受電弓使用壽命，提高受流質(zhì)量。

但是，采用“八”字拉出值布置方式存在一個(gè)問(wèn)題，就是在最大拉出值懸掛點(diǎn)A處及次最大拉出值懸掛點(diǎn)B處，B，A，B三個(gè)點(diǎn)按照正弦曲線來(lái)布置，其曲線半徑比采用正弦波時(shí)小得多。通過(guò)計(jì)算，采用“八”字拉出值布置方式時(shí)，B，A，B三個(gè)點(diǎn)的曲線半徑一般為1 000～2 000m，而采用正弦波拉出值布置方式時(shí)最大拉出值附近三個(gè)懸掛點(diǎn)處的曲線半徑一般為6 000m以上。由于匯流排有一定剛度，在最大拉出值處彎曲半徑越小則懸掛匯流排的線夾、絕緣子及吊架等橫向受力就越大（橫向即垂直線路方向），尤其對(duì)于匯流排線夾和絕緣子來(lái)說(shuō)，線夾的橫向受力明顯加大，而絕緣子的抗彎要求會(huì)更高。

3 結(jié)語(yǔ)

“八”字拉出值布置方式有明顯的優(yōu)勢(shì)，而其存在的在最大拉出值處彎曲半徑較小、匯流排線夾和絕緣子橫向受力較大的問(wèn)題，可以通過(guò)提高匯流排線夾的強(qiáng)度和增強(qiáng)絕緣子的抗彎性能來(lái)解決。因此，“八”字拉出值布置方式是一種可靠的剛性懸掛拉出值平面布置形式。

［1］于萬(wàn)聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)［M］.成都.西南交通大學(xué)出版社，2002.

［2］駱志勇.剛性懸掛接觸網(wǎng)在運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案［J］.都市快軌交通，2006，19（4）：84.

［3］譚冬華.架空剛性接觸懸掛弓網(wǎng)磨耗異常的解決辦法［J］.都市快軌交通，2007，20（2）：88.

［4］喻展.剛性接觸網(wǎng)磨耗分析［J］.都市快軌交通，2009，22（5）：84.

［5］孫睿.剛性接觸網(wǎng)環(huán)境下的弓網(wǎng)性能試驗(yàn)［J］.城市軌道交通研究，2011（4）：64.

［6］黃冬亮.城市軌道交通架空剛性接觸網(wǎng)平面布置優(yōu)化方案淺談［J］.鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2010，（4）：27.