地鐵車站接觸網(wǎng)懸掛方式受流特性分析

0洪柳河布柳河水系成都地鐵2號線一期工程始于三環(huán)路以北的成灌站，止于老成華路以北的經(jīng)濟(jì)干部站。線路全長22.79km，設(shè)18座地下站，含洪柳車輛段與綜合基地1處。該工程推薦采用DC1500V供電電壓制式。本文在介紹了該工程地下段可以采用的架空剛性懸掛、彈性支撐簡單懸掛和全補(bǔ)償簡單鏈形懸掛方案的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)從受流方面分析了3種接觸網(wǎng)懸掛方式在滿足供電制式和行車安全條件下的受流特性。1國內(nèi)外接觸網(wǎng)懸掛類型介紹1.1接觸網(wǎng)絡(luò)懸掛類型1.1.1列車快速運(yùn)行架空剛性懸掛由1根“Π”型匯流排和1根接觸線組成，懸掛結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，弓網(wǎng)間接觸穩(wěn)定，磨耗均勻。對剛性接觸網(wǎng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施、改進(jìn)受電弓參數(shù)及追隨性能能滿足列車快速運(yùn)行的要求。架空剛性接觸網(wǎng)分為垂直懸掛方式和水平懸掛方式2類，見圖1和圖2。垂直懸掛方式是靠水平懸掛角鋼調(diào)節(jié)導(dǎo)線拉出值，利用垂直懸吊螺栓調(diào)節(jié)導(dǎo)線高度，安全可靠性高；水平懸掛支持裝置通過各零件的鉸接以懸臂方式與隧道側(cè)壁或隧道結(jié)構(gòu)相連接，可以改善剛性懸掛點(diǎn)的彈性，該裝置可適應(yīng)行車速度為160km/h的弓網(wǎng)受流要求。1.1.2彈性邊界層懸掛彈性簡單懸掛的接觸線通過具有彈性的支持裝置，即彈性支座來懸掛和定位。同時(shí)，輔助饋電線一般由多根硬銅絞線組成，以滿足地鐵電動(dòng)車輛電流大的需要。彈性簡單懸掛是上海軌道交通1號線和2號線接觸網(wǎng)懸掛的主要方式，其關(guān)鍵部件彈性支座為引進(jìn)德國西門子公司的專利產(chǎn)品。該懸掛方式對彈性支座的性能要求較高，同時(shí)和簡單鏈形懸掛一樣，要求雙接觸線在定位點(diǎn)處保證等高，定位器在曲線處安裝要保證雙接觸線的等高，避免受電弓通過時(shí)形成接觸不良和產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象。圖3是彈性支撐簡單懸掛圖。1.1.3高速運(yùn)行列車功能全補(bǔ)償簡單鏈形懸掛廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外國鐵和城市軌道交通。它具有技術(shù)成熟、安全可靠、適應(yīng)的行車速度高、施工運(yùn)營維護(hù)方便、國產(chǎn)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)用相對較高。在列車高速運(yùn)行下，要求弓形腕臂或直腕臂的定位裝置結(jié)構(gòu)輕型化，如圖4—圖5所示。定位器在曲線處安裝要保證雙接觸線的等高，避免受電弓通過時(shí)形成接觸不良和產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象。1.23不同的懸掛式選擇正線3種不同懸掛方式主要技術(shù)參數(shù)見表1。23分析接觸網(wǎng)懸掛類型的輸給特性成都地鐵2號線工程最高時(shí)速80km為接觸網(wǎng)受流提供了良好的基本條件，3種懸掛方式的受流特性研究分析均在該時(shí)速條件下進(jìn)行。2.1道交通1號線和2號線地下段彈性支撐簡單懸掛的接觸線是通過具有彈性支持裝置來懸掛和定位的，和簡單鏈形懸掛一樣，要求雙接觸線在定位點(diǎn)處保證等高，以消除接觸網(wǎng)上的硬點(diǎn)。我國上海軌道交通1號線和2號線地下段采用了這種懸掛方式，其關(guān)鍵部件彈性支座為引進(jìn)德國西門子公司的專利產(chǎn)品。該懸掛方式在行車速度80km/h時(shí)，直線段跨距值一般為8～10m。據(jù)國外資料介紹，當(dāng)受電弓和彈性支撐元件參數(shù)一定時(shí)，弓網(wǎng)受流的質(zhì)量與跨距的大小關(guān)系較大，跨距越大，弓網(wǎng)受流質(zhì)量越差。國外的彈性支撐元件其適用速度為100～130km/h。目前，彈性元件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，并在上海1號線北延伸線和明珠線二期首次采用，其適用速度為80km/h。2.2弓網(wǎng)仿真分析簡單鏈形懸掛是通過增加接觸線的張力和縮小懸掛點(diǎn)間的跨距來改善接觸懸掛的彈性以及其彈性不均勻度，接觸懸掛的彈性均勻程度與弓網(wǎng)間的接觸壓力和接觸線抬升量關(guān)系密切，實(shí)驗(yàn)研究是利用CATMOS模擬軟件對簡單鏈形懸掛進(jìn)行弓網(wǎng)仿真計(jì)算的。(1）仿真條件。a.懸掛組合：單承力索、雙接觸線；b.導(dǎo)線張力：12kN;c.跨距值：25m;d.結(jié)構(gòu)高度：270mm。(2）仿真結(jié)果。受電弓接觸壓力仿真見圖6，接觸線抬升量仿真見圖7。從圖6、圖7和表2顯示：全補(bǔ)償簡單鏈形懸掛接觸線的振幅較小、弓網(wǎng)接觸壓力的最大值和最小值理想，且接觸壓力的離散性也很小，受流質(zhì)量好。2.3剛性懸掛的不直自由度分析(1）架空剛性懸掛采用“Π”型匯流排結(jié)構(gòu)，剛性懸掛與受電弓的關(guān)系如圖8。(2）剛性懸掛受流特性分析。由于剛性懸掛的接觸壓力隨受電弓的抬升力而變化，若接觸懸掛的高度一定，而且是完全平滑的，那么弓網(wǎng)就能處于良好的接觸狀態(tài)，即接觸懸掛和受電弓的工作狀態(tài)是根據(jù)剛性懸掛的不直平度來決定的。根據(jù)理論推導(dǎo)，弓網(wǎng)間接觸壓力不為負(fù)，受電弓不離線的受流條件為式中，a為多普勒系數(shù)；λ為反射系數(shù)；W為受電弓的等值重量：W=mg?，F(xiàn)假設(shè)剛性懸掛的兩定位點(diǎn)間距離為10m,P0/W=0.25,0.5,1.0,v=80km/h，將P0/W作為參數(shù)描繪出剛性懸掛無離線速度曲線，如圖9所示。從圖9中可以看出：a.在受電弓參數(shù)、行車速度一定的情況下，適當(dāng)選擇懸掛點(diǎn)間距，將剛性懸掛的不直平度控制在一定范圍內(nèi)，即可滿足在給定速度下電動(dòng)車組的正常受流。b.行車速度越高，a值就越小，對剛性懸掛本身的制造、施工要求就越嚴(yán)格。c.受電弓的參數(shù)值P0/W將影響剛性懸掛的受流特性。P0/W越大，無離線速度特性曲線越好，即要求受電弓具有良好的跟隨粘著性能。d.在選擇受電弓的機(jī)械參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡可能地減小其歸算質(zhì)量，同時(shí)在允許的前提下