刚性接触网线夹卡滞原因分析及其解决措施的研究

肖敏邓桂棠

[摘要]：结合目前广州地铁三号线刚性接触网接触悬挂运营情况，阐述了刚性接触网接触悬挂装置线夹卡滞导致的后果，分析了线夹卡滞的原因，理论分析线夹卡滞产生的应力对定位的影响，重点阐述了如何解决该线夹卡滞现象。

[关键词]：刚性接触网；线夹卡滞；原因分析；新型防卡滞线夹

引言

随着近年广州地铁线网发展迅速，接触网作为提供列车正常取流的重要设备，其设备状态的好坏直接关系到地铁的运营质量与安全。刚性接触网是目前广州地铁使用最多的接触网类型，由于刚性接触网线夹卡滞造成线夹受损、汇流排损伤的情况时有发生，严重时造成槽钢底座开裂、绝缘子开裂的现象，严重影响接触网设备的安全运行。

1刚性接触网使用现状

1.1刚性接触网的结构

架空刚性悬挂是刚性悬挂的一种，一般采用具有相应刚度的导电轨或具有相应刚度的汇流排与接触线组成；整个系统由若干个锚段的机械分段结构构成，一般一个锚段长度为300m，在锚段中间位置采用中锚进行固定，防止汇流排窜动；每隔6～8m采用线夹、绝缘子、横撑等装置将汇流排和接触线与周边固定，该固定点习惯称为定位点。

1.2刚性接触网线夹卡滞造成的影响

刚性接触网具有刚性汇流排和接触线无轴向力、没有断排或断线之忧、事故范围小等的优点。刚性接触网的汇流排和接触线通过定位线夹与隧道顶部槽钢等装置固定连接，在设计安装时考虑到汇流排在长时间运行过程中会出现轻微的位移，所以定位线夹与汇流排之间留有一定间隙，以满足汇流排因温度变化而引起的顺线路方向位移变化，允许汇流排在线夹槽内滑动。随着季节更替隧道内温度发生变化，在汇流排热胀冷缩的固有物理效应作用下汇流排相对定位线夹会有一定的位移，而由于定位线夹与汇流排间隙小且摩擦力大，容易使定位线夹处汇流排出现卡滞而阻碍汇流排运动的情况，在急弯与变坡处这种现象尤甚。汇流排与线夹之间的卡滞使定位悬挂部件绝缘子、线夹、定位底座槽钢及汇流排产生不可不可消除的应力，在这种长期应力的作用下造成定位线夹变形、汇流排损伤、底座槽钢开裂及绝缘子开裂等问题，严重影响接触网设备的安全运行。

1.2.1卡滞导致定位线夹受损，绝缘子、槽钢开裂

定位线夹处出现卡滞，在汇流排热胀冷缩和客车受电弓的惯性力作用下，长此以往容易造成定位线夹受损，严重时造成绝缘子开裂、底座槽钢开裂。如图1所示

图1：定位线夹卡滞导致尼龙衬垫出现破损、绝缘子开裂、槽钢破裂现象

:1.2.2卡滞导致汇流排负驰度、变形，接触线磨耗异常

定位线夹出现卡滞时，在热胀冷缩温度应力和客车受电弓长期摩擦力的作用下，汇流排容易出现变形，形成负驰度，导致弓网关系不良，容易出现受电弓打火、拉弧等现象，加剧接触线电气磨耗，进而导致接触线磨耗异常影响列车正常取流。

2线夹卡滞现象判断

在日常运营检修的过程中，可以通过观察下列现象，判断线夹是否出现卡滞：

2.1定位线夹尼龙衬垫状态

定位线夹正常运行情况下，定位线夹尼龙衬垫与汇流排接触良好，汇流排能够有自由移动的余量，定位线夹出现卡滞，在汇流排温度应力和受电弓的惯性力的影响下，长此以往，容易造成定位线夹尼龙衬垫出现破损、变形现象。

2.2定位线夹处汇流排状态

定位线夹出现卡滞时，在汇流排温度应力和受电弓摩擦力的作用下，随着卡滞时间推移，容易造成定位点处汇流排受损，出现卡痕，甚至破损变形，通过观察定位点处汇流排的状态也能判断定位线夹是否卡滞。

2.3定位点处化学锚栓、T型头螺栓状态

日常检修过程中，发现悬挂定位点处T型头螺栓或化学锚栓出现弯曲变形现象，也可能是由于该定位点处线夹卡滞引起的。

3线夹卡滞原因分析

3.1刚性接触网接触悬挂定位线夹设计结构

现广州地铁三号线刚性接触网接触悬挂定位线夹主要采用的是GXJL02-99B型汇流排定位线夹和GXJL02-99C型汇流排定位线夹。

3.1.1B型汇流排定位线夹

B型汇流排定位线夹一般运用于矩形隧道、马蹄形隧道、圆形隧道（净空≥4400mm）直曲区段悬挂安装。用于支撑汇流排的绝缘衬垫材质为橡胶材质，其与汇流排的摩擦因数为0.25[1]，B型定位线夹用于支撑汇流排的U型槽间隙为7.0mm，装入汇流排后竖直方向活动间隙为1.0mm，水平方向活动间隙为4.0mm。整个绝缘衬垫与汇流排接触面的长度为50mm，线夹本体顺线路方向长度为60mm。

（1）汇流排与B型定位线夹竖直方向活动量

通过计算可以得知，当B型汇流排定位线夹竖直方向最大活动量时，绝缘衬垫与汇流排接触表面所成的角度为1.146°。如图2所示。

图2：B型汇流排定位线夹竖直方向卡滞示意图

（2）当汇流排与B型定位线夹水平方向发生卡滞时

通过计算可知，当B型汇流排定位线夹水平方向最大活动量时，定位线夹与汇流排接触表面所成的角度为3.814°。如图3所示。

图3：B型汇流排定位线夹水平方向卡滞示意图

当B型汇流排定位线夹竖直方向夹角超过1.146°或者B型汇流排定位线夹水平方向夹角超过3.814°时，受电弓给汇流排施加一个摩擦力，该力的水平分力传递给线夹，加之汇流排的热胀冷缩产生的温度应力及线夹和汇流排之间的摩擦力，容易造成定位线夹卡滞现象。

3.1.2C型汇流排定位线夹

C型汇流排定位线夹一般运用于圆形隧道（净空＜4400mm）直曲区段悬挂安装。用于支撑汇流排的线夹本体为尼龙材质，其与汇流排的摩擦因素为0.25。C型定位线夹用于支撑汇流排的U型槽间隙为8.0mm，装入汇流排后竖直方向活动间隙为1.0mm，水平方向活动间隙为5.0mm。

（1）汇流排与C型定位线夹竖直方向活动量

通过计算可以得知，当C型汇流排定位线夹竖直方向最大活动量，绝缘衬垫与汇流排接触表面所成的角度为0.716°。如图4所示。

图5：C型汇流排定位线夹水平方向卡滞示意图

当C型汇流排定位线夹竖直方向夹角超过0.716°或者C型汇流排定位线夹水平方向夹角超过3.576°时，受电弓给汇流排施加一个摩擦力，该力的水平分力传递给线夹，加之汇流排的热胀冷缩及线夹和汇流排之间的摩擦力，容易造成定位线夹卡滞现象。

3.2线夹卡滞原因定量分析

（1）当环境温度变化时，汇流排由于温度变化出现热胀冷缩，具体变化量如下：

4现使用线夹不足之处

通过上述阐述和分析，可知现使用的传统B型汇流排定位线夹和C型汇流排定位线夹存在以下不足之处：

4.1定位线夹处汇流排活动余量小易引起卡滞

通过上述分析可知，现使用的传统汇流排定位线夹与汇流排的活动余量小，在列车通过时，引起汇流排窜动，加之汇流排的热胀冷缩，长此以往，容易造成线夹卡滞的现象。

4.2定位线夹处与汇流排的摩擦力大易造成卡滞

通过上述计算分析可知，采用橡胶或者尼龙作为与汇流排接触的材质，其摩擦因数大，且为滑动摩擦，由于列车运行，汇流排热胀冷缩和客车受电弓的惯性力始终朝向一个方向，容易使定位线夹处出现卡滞、阻碍汇流排的情况，特别是在急弯处与变坡处容易出现卡滞。

4.3定位线夹绝缘衬垫易破损变形

传统汇流排定位线夹绝缘衬垫采用的是尼龙或者橡胶材质，其在受到外力的情况下，如线夹卡滞时，易变形甚至破损，进而导致更换整个线夹，给安全运营带来隐患，同时增加人力物力成本。

5解决线夹卡滞措施的研究

通过上述分析，线夹卡滞的主要原因在于现使用线夹的设计存在不合理的地方，为避免线夹卡滞对运营带来的影响，现介绍新型防卡滞刚性悬挂接触网Π型汇流排定位线夹。

5.1新型防卡滞线夹介绍

新研发的防卡滞刚性悬挂接触网Π型汇流排定位线夹适用于刚性悬挂接触网定位Π型汇流排。其研发的主要目的是避免传统B型、C型定位线夹在长期使用中出现卡滞，甚至严重磨损汇流排之现象的发生。

该产品主要由基座、轮座和转轮组成。结构简单、紧凑，比之B型、C型定位线夹，重量减少一半以上，上下方向可缩减10mm；拆装便捷，并可与B型、C型定位线夹进行无障碍换装；12只转轮分上、下、左、右限位汇流排，以保证定位线夹与汇流排在各个方向均为滚动摩擦，摩擦力基本可忽略不计，能够有效解决线夹卡滞问题。如图6所示。

图6：新型防卡滞B、C型汇流排定位线夹

该定位线夹水平承载4.5kN、垂直承载9kN。作为关键部件的转轮由轮销、滚轮组成。通过这两大改进，基本上可彻底解决汇流排线夹卡滞问题。

5.2新型防卡滞线夹受力分析

以新型防卡滞B型线夹为例，分析其各种状态下的受力。

5.2.1.列车通过时该锚段新型防卡滞B型线夹受力分析

5.2.1.1直道直线段受力分析

新型防卡滞B型线夹在直道直线段受力分析，将新型防卡滞B型线夹作为受力分析对象，其等效受力分析图如下所示，F-定位点对线夹的拉力，f1-受电弓对线夹的抬升力，G-表示汇流排的以及接触线的重力，T-受电弓对线夹的摩擦力。以一个锚段为单位进行计算，其计算过程如下所示（计算长度为300m）：

5.3.1新型线夹安装位置选择

该新型防卡滞线夹选择安装在具有代表性的两个锚段。出入段线D3锚段均处在小曲线上,且在出入车厂的下坡区段,再加上出入段线温差较大，因此具有十分典型的代表意义,同时出段线对平时设备运行影响较小,该区段与车辆段距离较近,应急抢险较为容易；M60锚段处在正线小曲线上，且该锚段同时拥有圆形隧道（净空＜4400mm）直曲区段悬挂及圆形隧道（净空≥4400mm）直曲区段悬挂两种安装形式，同时挂网新型防卡滞B型线夹和新型防卡滞C型线夹，具有典型意义，且距离站台位置近，应急抢险较为容易，因此选择上述两处锚段进行安装。

5.3.2新型线夹挂网试运行情况

出入段线D3锚挂网运行15个月，M60锚挂网运行11个月，通过对挂网线夹的跟踪检查，同时进行数据收集分析，挂网情况如下：

5.3.2.1新型线夹挂网试运行整体情况

通过对挂网线夹的跟踪检查，挂网新型防卡滞线夹运行状态良好。未出现线夹卡滞现象，汇流排能够有活动余量；线夹本体状态良好，未出现破损、破裂、变形等现象；线夹与汇流排接触未对汇流排造成损伤；挂网锚段接触线磨耗正常，未出现接触线磨耗异常现象，同时，挂网锚段处弓网关系正常。如图7所示。

图7：新型挂网线夹挂网状态

5.3.2.2新型线夹挂网试运行数据分析

通过对挂网新型防卡滞线夹处汇流排偏移量的跟踪测量，由公式△L=L×?△t×a可知，理论上，在线夹不出现卡滞情况，运行状态良好的情况下，挂网锚段各定位所处的隧道环境温度基本相同，汇流排的偏移量与该线夹距中锚距离成正比，且呈线性变化关系。

结合现场测量采集的数据，如图8所示，现对D3锚挂网线夹8月份汇流排偏移量进行分析。

图9：D3锚8月份新型挂网线夹汇流排偏移量拟合曲线图

通过上述拟合曲线图及汇流排偏移量分析可以得知：

1、挂网新型防卡滞线夹处汇流排的偏移量呈一次曲线分布；

2、挂网新型防卡滞线夹处汇流排偏移量的方向以该锚段中锚为参考点，中锚两端的汇流排偏移方向均为锚关方向。

3、挂网新型防卡滞线夹的偏移量大小与理论计算的偏移量大小基本一致。

通过上述分析可以得知，新型防卡滞线夹未出现卡滞现象，运行状态良好。

6结论

通过对定位点汇流排和线夹的卡滞原因分析，从产品结构上进行优化，通过增设滑轮组，由滑动摩擦变为滚动摩擦，减小线夹与汇流排的摩擦力，有效解决了线夹卡滞的问题。目前，该装置已经在线路上投入试运行，效果良好。

参考文献

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