1接觸軌系統(tǒng)概況

接觸軌是沿線路布置一條與軌道平行的附加軌并供給列車電能的特殊輸電系統(tǒng),是城市軌道交通接觸網(wǎng)的一種形式,又稱為第三軌。接觸軌系統(tǒng)作為向地鐵列車提供電能且無備用的供電設(shè)備,主要由接觸軌、絕緣支座、端部彎頭、膨脹接頭、防護(hù)罩、中間接頭、中心錨結(jié)、電連接和接地線等組成。接觸軌系統(tǒng)相比其他的接觸懸掛具有安裝簡便、維護(hù)少、使用壽命長、對城市景觀影響小等特點(diǎn)。

廣州地鐵四號線首期段于2005年12月26日開通,線路全長59km,其中金洲一新造段為高架線,長30.5km,是廣州第一條高架地鐵線路。運(yùn)行至今,接觸軌系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況良好,未出現(xiàn)過影響行車的重大事故。

2接觸軌絕緣支架斷裂問題分析

絕緣支架是接觸軌系統(tǒng)中支撐接觸軌并起絕緣作用的裝置,接觸軌通過托架、卡爪固定在絕緣支架上。在日常維護(hù)過程中,工作人員還是發(fā)現(xiàn)部分位置的絕緣支架出現(xiàn)裂紋、斷裂的情況,如不采取措施,將會(huì)給運(yùn)營帶來影響。

2.1中心錨結(jié)處絕緣支架開裂

維修人員在檢修維護(hù)接觸軌系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn),高架段接觸軌中心錨結(jié)時(shí)常會(huì)發(fā)生偏移,使中心錨結(jié)處的絕緣支架偏離鉛垂面,如圖1所示。根據(jù)我們統(tǒng)計(jì)的情況,中心錨結(jié)偏移后絕緣支架的破損率達(dá)析93.85%。

圖1 中心錨節(jié)處絕緣支架偏移

到對中心錨結(jié)處絕緣支架開裂帶來的影響,我們對絕緣支架針?biāo)蜋z測時(shí)做了試驗(yàn),圖2是絕緣支架載荷與位移關(guān)系圖。試驗(yàn)報(bào)告相關(guān)內(nèi)容說明:絕緣支架完好時(shí),支架載荷與位移成線性關(guān)系。曲線彎折處表示支架已開裂、破損,不能繼續(xù)承受載荷,隨著位移的增加,破壞程度也持續(xù)增加。即絕緣支架、卡爪及托架開裂后,絕緣支架對接觸軌的支撐夾持力極速下降,可能造成接觸軌的整體下降,使得接觸軌參數(shù)不符合行車要求,造成集電靴與接觸軌發(fā)生碰撞或其他一些傾入限界的行車事故,進(jìn)一步引發(fā)較大的設(shè)備故障,存在較大的安全隱患。另送,由于中心錨結(jié)處的絕緣支架卡爪、托架斷裂,失去了中心錨節(jié)的作用,接觸軌橫向竄動(dòng)阻力變小,造成接觸軌向一側(cè)滑動(dòng)加強(qiáng),就造成附近的中心錨結(jié)受力加大,更容易發(fā)生偏移及卡爪、托架斷裂,形成惡性循環(huán),造成更多的中心錨結(jié)偏移和卡爪、托架斷裂,給安全運(yùn)營造成極大的隱患。

圖2 支架載荷與位移關(guān)系圖

由于環(huán)境溫度的變化或運(yùn)行中電流產(chǎn)生的熱量都會(huì)造成接觸軌溫度的變化,使得接觸軌因熱脹冷縮而產(chǎn)生長度變化。因此,需要安裝膨脹接頭裝置以補(bǔ)償兩根長軌在機(jī)械和電氣特性方面的間隙。中心錨結(jié)處絕緣支架偏移主要是溫差變化造成接觸軌長度的伸縮變化量,無法在相鄰的膨脹接頭上補(bǔ)償,造成的原因主要是膨脹接頭初始滑動(dòng)力過大。

為了進(jìn)一步確定現(xiàn)場絕緣支架承受負(fù)荷情況,我們對四號線的絕緣支架進(jìn)行現(xiàn)場受力模擬試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

另送,為了測試四號線在線使用的膨脹接頭初始滑動(dòng)力,我們從線上更換了6臺(tái)膨脹接頭進(jìn)行了拉力試驗(yàn),試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

從表1、表2的數(shù)據(jù)可以看出,四號線絕緣支架在水平負(fù)荷達(dá)到1.8kN以上時(shí)就會(huì)出現(xiàn)偏移,在水平負(fù)荷達(dá)到3kN時(shí)就會(huì)出現(xiàn)開裂的情況,而四號線膨脹接頭的初始滑動(dòng)力最少為9kN以上,遠(yuǎn)大于絕緣支架偏移、開裂時(shí)的負(fù)載。因此,接觸軌在溫差變化時(shí)產(chǎn)生的長度變化尚未在膨脹接頭上滑動(dòng)補(bǔ)償時(shí),中心錨結(jié)處絕緣支架的受力已經(jīng)超出了最大荷載,從而導(dǎo)致中錨偏移,支架斷裂。

2.2普通定位絕緣支架開裂

四號線高架段接觸軌普通定位處的絕緣支架也會(huì)出現(xiàn)托架、卡爪開裂、斷裂的情況,如圖3所示。根據(jù)日常統(tǒng)計(jì),普通定位絕緣支架開裂主要集中在大坡度、曲線段、碎石道床等位置。

普通定位處的絕緣支架開裂的原因主要有以下兩個(gè)方面:

(1)四號線絕緣支架是早期產(chǎn)品,托架、卡爪卡軌的內(nèi)邊緣未安裝滑動(dòng)摩擦系數(shù)較小的滑軌,由于接觸軌因溫差變化的竄動(dòng),導(dǎo)致托架、卡爪卡軌的內(nèi)邊緣磨耗嚴(yán)重,如圖4所示。當(dāng)磨耗達(dá)到一定程度時(shí),托架、卡爪的強(qiáng)度無法支撐接觸軌的水平荷載、垂直荷載,導(dǎo)致托架、卡爪破損、開裂。

圖4 托架、卡爪卡軌的內(nèi)邊緣磨耗嚴(yán)重

(2)絕緣支架定位點(diǎn)卡滯,無法滿足接觸軌的自由伸縮要求,致使該支架位置受力異常。由于前期建設(shè)施工問題,部分絕緣支架底座未按要求調(diào)整到與軌道中心線垂直,導(dǎo)致絕緣支架定位點(diǎn)處卡滯。另外,在大坡度、曲線段等特殊位置,接觸軌在無預(yù)彎安裝后會(huì)存在一定的傾斜和扭曲,也會(huì)造成在絕緣支架定位點(diǎn)處卡滯的情況。定位點(diǎn)出現(xiàn)卡滯后,接觸軌伸縮產(chǎn)生的水平力就會(huì)施加在該支架上,受接觸軌自身重力和應(yīng)力的影響會(huì)加劇定位點(diǎn)托架、卡爪內(nèi)邊緣的磨耗,當(dāng)絕緣支架的受力超過絕緣支架的最大工作負(fù)載時(shí),支架的托架、卡爪將出現(xiàn)破損、開裂。絕緣支架定位點(diǎn)卡滯示意圖如圖5所示。

3應(yīng)對措施

中心錨結(jié)偏移導(dǎo)致絕緣支架的斷裂有一定的規(guī)律性,受氣溫變化的影響較大,在轉(zhuǎn)季時(shí)節(jié)發(fā)生的比較多。中心錨結(jié)偏移的處理通常的做法是通過人工調(diào)整相鄰的膨脹接頭,使其恢復(fù)到正常狀態(tài),更換受損的絕緣支架,但這些中心錨結(jié)經(jīng)過一段時(shí)間后又會(huì)重復(fù)出現(xiàn)偏移,不能徹底解決此故障。2018年我們在蕉門至金洲區(qū)間上行線路全面更換了24臺(tái)sG07z型軸套式膨脹接頭,這種新型膨脹接頭初始滑動(dòng)力不大于800N,更換后效果良好,有效解決了中心錨結(jié)偏移的問題。另外對在線膨脹接頭開展技術(shù)改造,通過減小其初始滑動(dòng)力,同樣可以有效實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償作用,消除中心錨結(jié)偏移的問題。

普通定位絕緣支架的開裂情況通常不是突發(fā)的,而是經(jīng)過較長一段時(shí)間的磨耗,當(dāng)磨耗達(dá)到一定量時(shí),支架強(qiáng)度無法支撐接觸軌的荷載時(shí),才發(fā)生開裂。因此,在日常維護(hù)中要留意絕緣支架托架、卡爪內(nèi)邊緣的磨耗情況,特別是碎石道床、大坡度、曲線段等特殊位置要加強(qiáng)檢查,對于磨耗異常點(diǎn)要建立臺(tái)賬,定期跟蹤。對于后續(xù)更換時(shí),采用新型的帶尼龍墊滑軌的絕緣支架,可有效減小接觸軌竄動(dòng)的摩擦力,避免絕緣支架托架、卡爪因磨損導(dǎo)致絕緣支架強(qiáng)度減小發(fā)生斷裂事件。

4結(jié)語

廣州地鐵四號線直流1500V接觸軌屬于國內(nèi)首次應(yīng)用,又是廣州第一條高架地鐵線路,高架段距離長,結(jié)構(gòu)環(huán)境復(fù)雜,很多問題在設(shè)計(jì)時(shí)是不可預(yù)知的。本文結(jié)合廣州地鐵四號線接觸軌設(shè)備運(yùn)行多年的維護(hù)經(jīng)驗(yàn),不斷積累設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù),對接觸軌絕緣支架的斷裂原因進(jìn)行分析,并簡單介紹應(yīng)對措施,積極探求解決方法。隨著接觸軌系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,接觸軌的產(chǎn)品也在不斷優(yōu)化改進(jìn),運(yùn)營管理者要總結(jié)運(yùn)營維護(hù)經(jīng)驗(yàn),為新產(chǎn)品的開發(fā)研制提供思路,從設(shè)備本質(zhì)方面來解決問題。