剛性接觸網(wǎng)用匯流排定位線夾優(yōu)化設(shè)計

張 琳

（中鐵建電氣化局集團(tuán)軌道交通器材有限公司，江蘇常州 213179）

0 引言

在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的浪潮推動下，我國城軌交通行業(yè)建設(shè)步入快速發(fā)展階段，根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布的城市軌道交通2021 年度統(tǒng)計和分析報告顯示，截至2021年底，中國大陸地區(qū)共有50 個城市開通城市軌道交通運(yùn)營線路283 條，運(yùn)營線路總長度9206.8 km，地鐵運(yùn)營線路7209.7 km，占比78.3%。地鐵是城市中修建的快速、大運(yùn)量、用電力牽引的軌道交通，一般位于城市中心城區(qū)的地下隧道內(nèi)。地下隧道內(nèi)空間較小，通常采用架空剛性懸掛接觸網(wǎng)，其由安裝底座、懸吊槽鋼、絕緣子、匯流排定位線夾、匯流排、接觸線組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、載流量大、不易產(chǎn)生斷線、使用壽命長和維護(hù)工作量少等特點[1-2]。

自2003 年國內(nèi)首條采用架空剛性懸掛技術(shù)的廣州地鐵二號線投入運(yùn)營以來，隨著工程應(yīng)用經(jīng)驗的不斷豐富，架空剛性接觸網(wǎng)技術(shù)研究得到了深入的發(fā)展，但實踐中依然存在一些不足。在剛性懸掛接觸網(wǎng)中，匯流排用于夾持接觸線及承載電流，其良好的運(yùn)行狀態(tài)是電客車正常取流的重要保證，但從已開通運(yùn)營的線路來看，部分存在匯流排定位線夾與匯流排卡滯的現(xiàn)象。因此，對該問題進(jìn)行分析研究，并通過新品研發(fā)或工藝改進(jìn)提出解決方案是一項重大課題。

1 問題分析

傳統(tǒng)的定位線夾主要由左右對稱的凹形線夾本體、定位螺栓、螺母、彈性圓柱銷等部件組成（圖1）：匯流排通過匯流排定位線夾與絕緣子連接，匯流排通過定位線夾上設(shè)置的緊固件固定匯流排，匯流排因溫度變化容易引起順線路方向的位移變化，定位線夾夾口與匯流排之間存在一定的間隙，當(dāng)溫度變化時匯流排可以沿順線路方向自由竄動（圖2）。

圖1 匯流排定位線夾

圖2 匯流排線夾現(xiàn)場安裝示意

在日常對剛性接觸網(wǎng)檢修及維護(hù)過程中，時常會發(fā)現(xiàn)一些匯流排定位線夾卡滯的問題。通過分析造成匯流排卡滯的主要原因有：匯流排本體自身的較大變形，使得匯流排與定位線夾匹配尺寸出現(xiàn)超差；地鐵列車在較為封閉的隧道內(nèi)運(yùn)行，行車速度易產(chǎn)生活塞風(fēng)，使得隧道內(nèi)的灰塵、污物附著在匯流排上，日復(fù)一日積少成多，導(dǎo)致定位線夾與匯流排的接縫處形成塵垢或異物；由于地理位置、季節(jié)或溫差等因素，當(dāng)隧道處于潮濕狀態(tài)時可出現(xiàn)露水現(xiàn)象，水分與匯流排上附著的塵垢混合、凝結(jié)成塊，影響匯流排在定位線夾之間的正常竄動，同時會造成懸掛點處卡滯。

匯流排卡滯匯流排定位線夾卡滯會造成以下不良影響：定位點處接觸線磨耗加大，甚至在拉出值較大位置出現(xiàn)偏磨，損傷匯流排；接觸線磨耗加大，受電弓無法平穩(wěn)過渡，產(chǎn)生硬點，接觸不穩(wěn)定出現(xiàn)打火拉弧現(xiàn)象；匯流排無法熱脹冷縮，接觸線與受電弓接觸過程中無法產(chǎn)生有效竄動，導(dǎo)致匯流排變形，嚴(yán)重時造成槽鋼底座變形、連接螺栓變形、絕緣子開裂等問題，給列車正常運(yùn)行帶來隱患和風(fēng)險[3-5]。

基于上述原因，對滑動定位線夾進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以解決現(xiàn)有的匯流排定位線夾在使用過程中與匯流排發(fā)生的卡滯問題。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

2.1 方案的提出

為解決傳統(tǒng)的匯流排與定位線夾之間易發(fā)生卡滯的問題，從產(chǎn)品創(chuàng)新的角度提出了一種滑動定位線夾的解決方案：對于安裝部位，既要達(dá)到定位匯流排的作用，又要防止匯流排在定位線夾中發(fā)生卡滯現(xiàn)象；對于結(jié)構(gòu)形式，既保證與匯流排和絕緣子的連接，同時使匯流排在定位線夾上能夠順暢的滑動。因此考慮線夾本體與匯流排定位滑動連接，使匯流排發(fā)生伸縮時沿順線路方向自由滑動，并且線夾本體與絕緣子萬向連接，實現(xiàn)匯流排在沿順線路方向的角度調(diào)節(jié)，從而有效解決匯流排與匯流排定位線夾之間的卡滯問題。

2.2 線夾底座與線夾本體間采用滑動副聯(lián)接設(shè)計

在線夾底座上設(shè)計固定有兩根滑動軸，而線夾本體滑槽內(nèi)嵌有4 個滑動軸，滑動膜與滑動軸配套連接（圖3）。滑動膜與滑動軸間摩擦力極小，在外力作用下線夾底座與線夾本體間能夠順暢地往復(fù)滑動，線夾底座與匯流排采用螺栓緊固連接，不存在相對運(yùn)動，因此匯流排能夠相對線夾本體作順線路方向自由滑動而不出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。

圖3 滑動定位線夾結(jié)構(gòu)

2.3 線夾與絕緣子間采用球頭螺栓聯(lián)接設(shè)計

通過在線夾本體底部設(shè)計與球頭螺栓連接的球面凹槽，球頭螺栓與線夾本體連接后可繞豎直軸線作整周轉(zhuǎn)動，還能沿線路方向轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)匯流排在線路上的安裝角度，保證匯流排安裝在一條直線上，避免匯流排卡滯現(xiàn)象。

弧形墊片與絕緣子之間設(shè)有主螺母和副螺母，副螺母與球頭螺栓螺紋連接，主螺母與副螺母螺紋連接。當(dāng)滑動定位線夾與絕緣子通過球頭螺栓、螺母固定連接后，螺母與絕緣子之間仍有一定間隙，因此采用固定主螺母、旋轉(zhuǎn)副螺母的方式頂緊絕緣子，達(dá)到更加緊固連接的效果，使得整體結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。并且，副螺母的內(nèi)螺紋與外螺紋螺旋方向相反，該設(shè)計使得主螺母和副螺母連接更加牢固，避免因振動而松動脫落。

2.4 初始固定點安裝位置標(biāo)定刻度尺設(shè)計

線夾本體一側(cè)設(shè)有標(biāo)尺。匯流排具有熱脹冷縮的特性，在不同溫度下其長度會有差別，因此需根據(jù)溫度選擇初始固定點。標(biāo)尺上的刻度就有指導(dǎo)安裝的作用，施工時可依靠溫度位移選型表來確定初始固定點，保證不同環(huán)境溫度下的安裝精確定位，達(dá)到精確安裝的目的。

2.5 產(chǎn)品材料選擇

滑動定位線夾在安裝過程中均為高空作業(yè)，產(chǎn)品的重量直接影響到安裝的便利性和安全性，因此在保證產(chǎn)品技術(shù)要求的同時應(yīng)盡量減輕其重量，可以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品在市場上的競爭力。根據(jù)上述因素，線夾本體、線夾底座、線夾夾板、墊塊、滑動軸均選用鋁合金材料，而緊固件采用不銹鋼材料（圖4）。

圖4 產(chǎn)品設(shè)計圖

3 產(chǎn)品試制

根據(jù)以上設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計圖進(jìn)行了產(chǎn)品試制，并開展相關(guān)試驗測試，測試結(jié)果顯示產(chǎn)品最大垂直工作荷重、垂直破壞荷重、最大水平工作荷重、水平破壞荷重、滑動荷重等指標(biāo)均滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。該優(yōu)化設(shè)計解決了匯流排定位線夾與匯流排間的卡滯問題，達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品的需求，進(jìn)而提升了城軌產(chǎn)品的市場競爭力（圖5）。

圖5 產(chǎn)品實物

4 結(jié)束語

我國對架空剛性接觸網(wǎng)技術(shù)的研究已有20 余年的歷史，目前剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)已成為城市軌道交通地下隧道段接觸網(wǎng)的首要選項，其具有安裝空間小、無斷線隱患、超高電能承載量等眾多優(yōu)點，但隨著工程應(yīng)用的增多，架空剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗的不斷豐富，也發(fā)現(xiàn)了該系統(tǒng)存在的一些不足之處。面對新挑戰(zhàn)，作為接觸網(wǎng)零部件制造型企業(yè)，應(yīng)不斷優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)，提高其相關(guān)技術(shù)性能，不斷提升剛性接觸網(wǎng)弓網(wǎng)受流質(zhì)量，確保剛性接觸網(wǎng)牽引供電系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。