張毅

摘要：隨著城市軌道建設(shè)的快速發(fā)展，城軌線路日漸增多，城軌車輛的安全可靠運行直接關(guān)系到人們的日常出行。文章對城軌車輛運行過程中的軸端接地線纜設(shè)計方案進行了深入的分析和研究，并制定了相應(yīng)的優(yōu)化解決方案。

關(guān)鍵詞：城軌車輛;軸端接地線纜;設(shè)計方法優(yōu)化

目前城軌車輛多采用受電弓受流技術(shù)。采用受電弓受流的方式需要通過軌道實現(xiàn)弓網(wǎng)電流的回流，也就是需要將電流從受電弓經(jīng)由變壓器最后通過轉(zhuǎn)向架的軸端接地裝置進行回流，因此，需要為特定的轉(zhuǎn)向架配置軸端接地線纜。本文將對城軌車輛運行過程中的軸端接地線纜設(shè)計方案進行深入的分析和研究，并制定相應(yīng)的優(yōu)化解決方案。

1目前的國內(nèi)軸端接地線纜設(shè)計方案

目前所有國內(nèi)城軌車輛軸端接地方案如圖1所示，主要存在轉(zhuǎn)向架側(cè)L1和車體側(cè)L2段線纜長度控制不良、線纜柔性不夠等問題，如果線纜長度不滿足相對運動的要求且柔性又不夠，車輛通過曲線時，在軸端接地裝置的持續(xù)振動下容易造成線纜端部斷裂問題?，F(xiàn)象主要有車體端接地線纜斷裂、轉(zhuǎn)向架軸端接地線纜斷裂以及車體端線卡斷裂等。

1.1車體端接地線纜斷裂

經(jīng)過分析論證，易造成車體端接地線纜斷裂的主要原因為：（1）車體端接地線纜和車體接地匯流排連接處沒有采取相應(yīng)的固定措施，線纜與接線端子銜接處因壓接需求沒有線纜絕緣，在線纜隨轉(zhuǎn)向架擺動時接線端子根部的線纜會存在嚴重的應(yīng)力集中。（2）線纜長度在設(shè)計時受空間環(huán)境的限制沒有留有充足的活動余量，且圖紙沒有對長度做出明確的規(guī)定，不同車輛線纜施工長度存在較大差異。（3）在線纜端部沒有額外固定情況下，車輛通過小曲線時，線纜根部裸銅線處反復(fù)拖拽折彎，經(jīng)過一段時間的往復(fù)疲勞彎曲后，線纜發(fā)生了斷股甚至斷裂。

針對車體端接地線纜斷裂，可以采用設(shè)計方案如下：（1）在車體端接地線纜端部靠近端子的位置增加了固定線卡對線纜進行固定（圖2），對線纜銅線裸露的柔弱部分進行了保護，以便減小了線纜無防護部分的應(yīng)力集中。（2）適當(dāng)增加線纜原始設(shè)計長度，以減少線纜所受的拉力。在圖紙上進行明確的規(guī)定，對施工進行規(guī)范，并經(jīng)過曲線運行驗證設(shè)計方案。

1.2轉(zhuǎn)向架軸端接地線纜斷裂

經(jīng)過分析論證，易造成轉(zhuǎn)向架軸端接地線纜斷裂的主要原因為：轉(zhuǎn)向架軸端接地線纜在軸端處依靠端子的安裝孔與軸端上的銅排連接，端子和線纜連接的根部也未固定，長時間運行后，如果在轉(zhuǎn)向架軸端接地線纜處未設(shè)保護裝置，且線纜在軸端與構(gòu)架之間也未留有足夠的吸收振動的緩沖長度，造成轉(zhuǎn)向架軸端接地線纜和接線端子連接的根部高頻振動模式下出現(xiàn)疲勞斷裂。

針對轉(zhuǎn)向架軸端接地線纜斷裂，可以采用設(shè)計方案如下：開發(fā)了一種轉(zhuǎn)向架軸端接地線纜固定支架組件，利用該組件將線纜和端子的根部加強，減少線纜和端子根部的應(yīng)力集中;同時加長軸端和構(gòu)架之間線纜的長度，減少線纜的應(yīng)力集中。采用此種方案，轉(zhuǎn)向架軸端接地線纜應(yīng)力集中的根部受到了加強保護，通過線纜長度的大幅增加，轉(zhuǎn)向架軸端接地線纜的高頻振動也得到了緩沖，可以有效地避免了線纜斷股和斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。

1.3車體端線卡斷裂

在國內(nèi)城軌車輛設(shè)計過程中，為了方便調(diào)整線纜的角度，簡化安裝，軸端接地線纜在車體端部分通常采用Q型線卡進行固定，運行過程中 Q 型線卡易發(fā)生了斷裂的現(xiàn)象。

經(jīng)過分析論證，易造成車體端線卡斷裂的主要原因為：線纜柔性不良。

針對車體端線卡斷裂，可以采用設(shè)計方案如下：現(xiàn)有城軌車輛多采用標準壁厚聚烯烴電纜，該電纜直徑大、絕緣厚、柔性差，造成線卡在線纜擺動時承受了較大的應(yīng)力，進而造成斷裂。將現(xiàn)有線纜更換為柔性指標更好的高溫硅膠電纜，硅膠電纜具有更好的柔性和韌性，能有效避免線卡由于受力過大造成的斷裂故障。

2軸端接地線纜設(shè)計方法優(yōu)化

轉(zhuǎn)向架與車體間軸端接地線纜問題產(chǎn)生的原因很多，涉及到長度設(shè)計、線纜選型、軸端固定方案、出線方案等多個設(shè)計技術(shù)因素，但要從根本上解決軸端接地線纜的故障問題，必須從設(shè)計工具、設(shè)計驗證能力等方面進行提升，僅僅依靠原始的二維理論計算和車輛的小曲線驗證無法滿足當(dāng)前設(shè)計精度和效率的需求。

2.1三維仿真設(shè)計方法

完成轉(zhuǎn)向架軸端接地點以及傳感器類線纜位置設(shè)計的三維模型后，利用專項開發(fā)的3D 仿真軟件模擬轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)角和車體轉(zhuǎn)角位移，從而確定線纜的極限工況，自動生成線纜的模型和長度。建立計算模型后，通過輸入轉(zhuǎn)向架旋轉(zhuǎn)的角度即可以生成不同位置的線纜模型和實體長度，可以比較精確地模擬出線纜擺動到極限狀態(tài)過程中線纜的狀態(tài)和需要的最小長度值。

2.2地面柔性布線模擬試驗臺

軟件仿真針對線纜的剛度值設(shè)計仍存在一定的偏差，需要通過實物模擬確定最接近實際的線纜狀態(tài)和長度，因此設(shè)計建造了地面柔性布線模擬試驗臺對線纜長度進行仿真設(shè)計。試驗臺可進行±15°以內(nèi)任何角度的旋轉(zhuǎn)工況試驗，采用伺服電機自動控制旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)對理論仿真的線纜長度進行驗證，保證長度設(shè)計更加符合實際運用情況。

總之，通過3D軟件輔助以及試驗臺模擬等方法，可以推演轉(zhuǎn)向架與車體間柔性布線的完整設(shè)計流程，減少因設(shè)計方法缺失導(dǎo)致軸端接地線纜出現(xiàn)問題。目前國內(nèi)外城軌車輛軸端接地線纜的設(shè)計結(jié)構(gòu)方案基本一致，故障發(fā)生的模式也大致相同，因此上述軸端接地線纜設(shè)計方法優(yōu)化可在國內(nèi)以及國外應(yīng)用，對提高城軌車輛的運行品質(zhì)、降低城軌車輛的運行故障具有重要的作用。

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