架空式剛性受流

大型車輛的能源消耗通常通過流量分布過程獲得。所謂受流,是指移動(dòng)的車輛通過具有彈性的受電弓或集電靴在固定的導(dǎo)電體(接觸網(wǎng))上獲取電能。接受流特性可分為剛性受流和彈性受流(柔性懸掛受流),如圖1所示。剛性受流是指固定的導(dǎo)電體受流過程中在受電弓或集電靴的作用下基本不變形。而彈性受流是指固定的導(dǎo)電體受流過程中在受電弓(一般不采用集電靴)的作用下有一定程度的變形。剛性受流又分為架空式和其它方式(三軌或復(fù)合三軌,四軌或復(fù)合四軌,機(jī)車側(cè)面懸掛受流等)。具體示意圖如圖2。架空式剛性受流一般由架空式剛性懸掛和受電弓構(gòu)成一對(duì)摩擦副。架空式剛性懸掛一般由采用具有相應(yīng)剛度的導(dǎo)電軌(或匯流排)與接觸線組成。1國內(nèi)外主導(dǎo)結(jié)構(gòu)隨著架空剛性懸掛在電氣化鐵路和城市軌道交通中的應(yīng)用,工程和運(yùn)營的增多,經(jīng)過不斷演變,架空剛性懸掛的斷面結(jié)構(gòu)逐漸形成兩個(gè)代表結(jié)構(gòu),即以日本為代表的“T”型結(jié)構(gòu)和以法國、瑞士等國為代表的“Π”型結(jié)構(gòu)?！唉啊毙徒Y(jié)構(gòu)目前采用了約150km,“T”型結(jié)構(gòu)目前采用了約300km。韓國早期采用“T”型88km,以后均采用“Π”型60km。1.1結(jié)構(gòu)描述的“iii”這里主要介紹法國巴黎地鐵安裝的Delachaux型架空剛性懸掛。(1)彈性夾合面高4.3共有兩種類型,一種高80mm,另一種高110mm(截面2213mm2),用彈性夾來固定接觸線,匯流排制造長度為10~14m,結(jié)構(gòu)如圖3。(2)雙根接觸線的聚集順序結(jié)構(gòu)示意如圖4。該類型匯流排僅處在設(shè)想階段,目前沒有產(chǎn)品。1.2“t”型結(jié)構(gòu)表示(1)雙線T型鋁架空剛性懸掛,如圖5。(2)單線T型鋁架空剛性懸掛,如圖6。1.3兩種結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)(1)“t”型懸掛跨距“T”型匯流排的垂直斷面系數(shù)約為“Π”型的一半,而自重較“Π”型重1kg/m。為此,兩種結(jié)構(gòu)要保持相同的跨中垂度,“T”型懸掛跨距一般采用5m,最大允許6m;而“Π”型懸掛跨距在車速為100km/h以下時(shí)允許12m,100km/h以上還可允許8m。(2)“t”型放線張力“T”型采用連續(xù)的長線夾(長為1m)固定接觸線,而“Π”型靠匯流排自身固定接觸線?！癟”型放線時(shí)對(duì)接觸線施加較大的放線張力,否則易造成導(dǎo)線在線夾間形成“V”型或反“V”型而產(chǎn)生硬點(diǎn)。此外,長線夾固定接觸線在放線或換線時(shí)工效低,僅為“Π”型的1/8(3個(gè)小時(shí)僅能更換250m,主要原因是拆裝1000個(gè)左右螺母)。(3)“”型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變由于線夾螺母多,成本上“T”型較“Π”型高。綜上所述,“Π”型較“T”型更合理。因此韓國明顯進(jìn)行了改變。國內(nèi)設(shè)計(jì)者也趨向于“Π”型結(jié)構(gòu)。我們的研究關(guān)注點(diǎn)也是“Π”型結(jié)構(gòu)。2ac15kvac5v提速隧道通過對(duì)法國、瑞士、西班牙、日本、韓國等國家的實(shí)地技術(shù)考察以及資料檢索,架空剛性懸掛已得到廣泛應(yīng)用,大致分為如下范圍:(1)AC15kV~AC25kV低凈空隧道;(2)AC15kV~AC25kV提速隧道,最大速度已到160km/h;(3)AC15kV有復(fù)式交分道岔或車站的隧道;(4)DC600V、DC750V、DC1500V低凈空或小斷面隧道;(5)DC600V、DC750V、DC1500V新建地鐵隧道(凈空不受限制);(6)DC750V、DC1500V、DC3000V車輛段維修車間庫內(nèi)維修線,既有固定架空剛性懸掛,也有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)式架空剛性懸掛;(7)隧道防淹門對(duì)接觸網(wǎng)有移動(dòng)處。國外應(yīng)用架空剛性懸掛的情況見表1。3單車運(yùn)輸維護(hù)的難點(diǎn)程度架空接觸網(wǎng)選用懸掛方式,一般要考慮以下因素:最大離線率時(shí)間;供電系統(tǒng)傳輸功率、電壓等級(jí),最大工作(短路)電流和單受電弓受流電流;最大行車速度;受電弓運(yùn)行的安全性以及對(duì)弓網(wǎng)故障的適應(yīng)性;弓網(wǎng)摩擦副的更換周期以及其他弓網(wǎng)設(shè)備的使用壽命;建筑限界和機(jī)車車輛限界;空間以及土建結(jié)構(gòu)的承力可能性;接觸網(wǎng)設(shè)備國產(chǎn)化的難易程度;施工的難易程度;運(yùn)營維護(hù)的難易程度;工程造價(jià)和運(yùn)營費(fèi)用是否經(jīng)濟(jì)。下面以廣州地鐵1號(hào)線接觸網(wǎng)BB公司簡單鏈型懸掛方式與法國、瑞士等國所應(yīng)用的“Π”型結(jié)構(gòu)架空剛性懸掛方式為例,按上述因素進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較。兩種懸掛方式的基本組成及主要技術(shù)參數(shù)列于表2。3.1結(jié)合高架柔性懸掛技術(shù)和柔性懸掛技術(shù)剛性懸掛和柔性懸掛都能滿足最大離線時(shí)間、傳輸功率、電壓電流、受電弓單弓受流電流以及最大行車速度的要求?，F(xiàn)從以下幾方面對(duì)兩者作一比較。3.1.1柔性懸掛上合理的點(diǎn),在受電弓運(yùn)行的安全性以及對(duì)弓網(wǎng)故障的適應(yīng)性方面,剛性懸掛要明顯好于柔性。這是由于剛性較柔性有如下特點(diǎn)。(1)剛性匯流排和接觸線無軸向力,不存在斷排或斷線的可能,從而避免了柔性鉆弓、燒融、不均勻磨耗、高溫軟化、線材缺陷以及受電弓故障造成的斷線故障。由于這樣的特點(diǎn),剛性懸掛的故障是點(diǎn)故障,而柔性懸掛的故障范圍為一個(gè)錨段,所以剛性懸掛事故范圍小。當(dāng)然柔性懸掛的斷線故障率還是非常小的,其能夠滿足運(yùn)營要求。(2)剛性懸掛的錨段關(guān)節(jié)簡單,錨段長度是柔性懸掛的1/7~1/6,因此固定夾具竄動(dòng)回轉(zhuǎn)范圍小,相應(yīng)地提高了運(yùn)行中的安全性和適應(yīng)性。3.1.2機(jī)械磨耗特性分析更換周期對(duì)受電弓以運(yùn)營公里考核,對(duì)接觸網(wǎng)則以運(yùn)營弓架次總量或運(yùn)營年限考核。正常的更換周期主要取決于摩擦副的磨耗量。磨耗量由機(jī)械磨耗和電氣磨耗兩部分組成。機(jī)械磨耗主要取決于摩擦副材質(zhì)和平均接觸力。電氣磨耗取決于離線率和受流電流。更換周期還取決于受電弓滑板和接觸線允許磨耗量的大小。從理論上分析,在機(jī)械磨耗方面,摩擦副材質(zhì)是相同的,在接觸壓力方面,剛?cè)峤佑|壓力幅度不同,但平均接觸壓力是相近的。在電氣磨耗方面,離線率是相近的。不同的是柔性懸掛采用雙根接觸線,在均勻接觸的時(shí)候,滑板和導(dǎo)線的壓強(qiáng)相差近一倍,導(dǎo)線的離線電流相差近一倍,因此從理論上分析,剛性懸掛的磨耗較柔性要大。另一個(gè)不同點(diǎn)是,剛性的接觸壓力變化偏差較柔性小,因而,在磨耗的均勻性上剛性又好于柔性。在允許磨耗量方面,柔性懸掛接觸線的安全系數(shù)為3,最大磨耗狀態(tài)時(shí),機(jī)械應(yīng)力安全系數(shù)為2,最大允許磨耗量為33.3%。而剛性懸掛接觸線沒有張力,理論上接觸線允許磨耗至匯流排夾口邊緣,只要保證受電弓與匯流排不接觸。平均來說,剛性懸掛接觸線的最大允許磨耗是柔性懸掛的2倍。從更換周期角度綜合起來看,兩者是相近的。從巴黎RERC線的實(shí)際運(yùn)營情況看,受電弓維修周期沒有明顯變化;接觸線方面,現(xiàn)已運(yùn)行7年(4弓×1250A,800弓架次/天),從目前磨耗記錄,推算使用壽命約20年。3.1.3反思4:剛性懸掛在錨段部位的安裝開發(fā)剛性懸掛的最初起因是為了滿足低凈空隧道的要求。剛性相對(duì)于柔性而言,可以不考慮受流時(shí)導(dǎo)線的抬升、接觸線振動(dòng)以及鏈型懸掛結(jié)構(gòu)高度占用的空間,因而所有凈空相差至少100~150mm左右。但近來由于柔性懸掛技術(shù)的進(jìn)步,地鐵隧道斷面凈空的高低已不是是否使用柔性懸掛的制約因素。在錨段關(guān)節(jié)和道岔處,柔性需要設(shè)置重力式下錨補(bǔ)償,占用空間大;而剛性在錨段關(guān)節(jié)和道岔處,尤其是復(fù)式交分道岔處安裝裝配要簡單得多。剛性懸掛匯流排銅當(dāng)量截面約為1400mm2,相當(dāng)于9×150mm2硬銅絞線,即使在大容量地鐵中也可以取代柔性懸掛的承力索和輔助饋線。因此,剛性懸掛結(jié)構(gòu)緊湊簡單,能節(jié)省隧道內(nèi)安裝凈空。3.1.4土木工程結(jié)構(gòu)的承受力要求由于柔性懸掛較剛性懸掛斷面多14根受力導(dǎo)線,總張力約150kN,因而相應(yīng)增加了在錨段關(guān)節(jié)處的安裝裝配難度。3.1.5施工和安裝的困難和精度目前還未制訂出詳細(xì)的架空剛性懸掛設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收等規(guī)范。但總體來說,架空剛性懸掛的施工難度與柔性相當(dāng),但施工精度要求要高于柔性懸掛。3.1.6運(yùn)營維護(hù)無論是日常維護(hù),還是事故搶修、導(dǎo)線更換,剛性懸掛的工作量要少于柔性。3.2工程造價(jià)差異的量的角度進(jìn)行比對(duì)由于目前尚無一套完整的架空剛性懸掛單價(jià)分析,因而從量的角度來比較剛性與柔性的工程造價(jià)差異無法形成一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)值比。但兩者大體可以從直接費(fèi)用和間接費(fèi)用兩方面進(jìn)行評(píng)估。3.2.1直接費(fèi)用(1)總成本：連接網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目的總成本架空剛性懸掛約為柔性懸掛的1.1~1.2倍。架空剛性懸