地铁刚性接触网定位点受力分析研究

地铁刚性接触网定位点受力分析研究

陈坤

广州地铁集团有限公司

摘要：接触网刚性悬挂是由于地铁净空限制而被广泛采用的一种技术，通过结合广佛线接触网日常检修维护中发现的设备隐患情况，对刚性接触网定位点的受力情况进行分析研究，针对现象得出可靠结论，为地铁接触网的检修维护提供一定的技术支持。

关键词：刚性接触网；下坡区段；定位点；受力分析

随着城市轨道交通日新月异的发展，城市轨道交通领域不断采用新的技术和新的产品，接触网刚性悬挂是由于地铁净空限制而被广泛采用的一种技术，它不存在外加的机械张力，没有存在突发断线的潜在威胁，也无须担心由于接触导线过度磨损而导致断线，使接触网系统的运营安全可靠性大大得到了提高。

地铁广佛线是国内第一条跨越两个城市的全地下城际快速轨道交通线路，由广州地铁负责运营维护，其正线均采用刚性接触悬挂型式，自2010年开通以来，未发生因接触网设备故障导致的运营安全事件。然而，在广佛线接触网设备的日常检修维护中，我们也发现了一些诸如定位点绝缘子裂纹、变形等设备隐患情况，需要引起一定重视。本文就针对这一现象对刚性接触网定位点的受力情况进行分析研究，为地铁接触网的检修维护提供一定的技术支持。

1.接触网刚性悬挂结构

接触网刚性悬挂结构如上图所示，接触网汇流排通过定位绝缘子悬挂于隧道顶部。

2.接触网定位点受力分析

2.1一般情况下的接触网定位点受力分析

一般情况下，接触网定位点处于受力平衡状态：当无列车通过时，定位点处绝缘子受自身重力、接触网汇流排重力及隧道顶部拉力影响，三力皆处于竖直方向且合力为0；当有列车通过时，定位点还额外受到受电弓划过时产生的水平方向的摩擦力，其与隧道顶部拉力的水平分量抵消。

一般来说，除以上分析外，接触网定位点还受到列车经过时的震动及温度变化产生的热胀冷缩效应影响，但由此导致定位绝缘子裂纹、变形等问题的情况极少。

2.2下坡区段的触网定位点受力分析

通过对2016年广佛线接触网设备检修维护情况研究，我们发现两次定位点绝缘子故障隐患均发生在下坡区段，其故障情况如下图所示。

图中：F——列车牵引力；

G——列车重力；

θ——轨道倾斜角度（θ>0°）；

N1——接触线对列车压力；

N2——轨道对列车支持力；

f1——接触线对列车摩擦力；

f2——轨道对列车摩擦力；

f1’——列车对接触线摩擦力（f1’=f1）；

N1’——列车对接触线压力（N1’=N1）。

根据列车在垂直于轨道方向的受力平衡，可知：

N2=N1+G*cosθ①

设接触线与列车间的动摩擦系数为μ1，轨道与列车间的动摩擦系数为μ2，则：

f1=μ1*N1f2=μ2*N2②

分析列车在此加速区段水平于轨道方向的受力，设其质量为m，加速度为恒定值a，则：

m*a=F+G*sinθ-f1-f2③

整理①②③式可得：

m*a=F+G*sinθ-μ2*G*cosθ-（μ1+μ2）*N1④

由上式可知，在相同条件与情况下（主要指列车瞬时牵引力F及瞬时加速度a同样的情况下），由于G、m、μ1、μ2为恒定值，轨道倾斜角度θ越大，则sinθ越大，cosθ越小，那么N1也就越大。根据式②中f1=μ1*N1，N1越大则f1也就越大。

根据以上分析可知，接触线与列车的摩擦力大小与轨道倾斜角度θ（θ>0°）相关，角度越大，摩擦力越大。在列车长期运行、列车与接触线间的摩擦力长期作用下，该锚段汇流排持续往下坡方向窜动。

此外，列车运行时震动较大，在下坡区段，由于汇流排、接触线自重（G’）在平行于轨道的方向存在分量G’sinθ，在列车震动带动汇流排、接触线震动的影响下，重力分量G’sinθ长期作用促使整锚段汇流排向下坡方向滑动（非震动情况下，汇流排、接触线重力由支持定位装置承担、抵消）。

综合以上分析，在摩擦力长期作用导致汇流排窜动、长期震动促使重力分量带动汇流排滑动的情况下，定位点绝缘子承受的水平方向应力逐渐增加，直至超出可承受范围，使其内部结构破损导致出现裂纹（瓷质绝缘子）或整体发生变形（硅橡胶绝缘子）。而根据2016年现场设备情况，故障定位点整体往下坡方向偏斜，符合以上分析。

结论

通过研究分析，我们发现在下坡区段，刚性接触悬挂的接触线与列车间摩擦力大于平直区段，且存在下坡方向汇流排与接触线的重力分量，在列车长期经过带动定位点震动的影响下，下坡方向的汇流排、接触线重力分量促使锚段整体产生滑动，由此即带动了定位点的偏斜。在定位点长期偏斜的过程中，绝缘子受水平方向的应力逐渐增大，直至超出可承受范围并出现裂纹或变形。接触网检修人员在日常的设备维护中应重点加强对非平直区段设备的关注，注意汇流排窜动情况，加强对定位绝缘子卡滞、偏斜、破损、变形等不良状态的检查，对于发现问题及时进行处理，避免影响行车安全的事件发生。

参考文献：

[1]李金华.架空刚性接触悬挂的技术分析[J].城市轨道交通研究，2000，（3）：33-37.

[2]王国梁，陈唐龙，李洪生.接触网刚性悬挂的静力与动力分析[J].电气化铁道.2005