日本城轨接触网整体链形结构简介
摘 要 通过对日本城轨接触网简单链形和复合链形结构形式的比较,介绍了城市轨道交通中出现的一种新型接触网悬挂形式 整体链形悬挂形式。
关键词 日本,城市轨道交通,接触网,整体链形结构
1 日本主要的接触网悬挂形式
在日本,作为电化城轨重要组成部分的接触网悬挂形式分为两类: 复合链形结构和简单链形结构。日本的接触网复合链形悬挂和简单链形悬挂结构是1914 年东京与横滨之间修建电气化线路时分别从欧洲和美洲引进的。目前,日本铁路接触网已形成了复合链形悬挂和简单链形悬挂并存的状况。表1 是东京城轨的接触网悬挂形式统计。
表1 东京城轨接触网悬挂形式统计表
在日本,除了一些干线采用复合链形悬挂结构外,接触网基本都采用简单链形悬挂设计。简单链形悬挂中,承力索采用90 mm2 镀锌钢绞线,接触线采用110 mm2 铜接触线。当接触网电压是1 500 V 时,再用一条单独的供电线(两根323 mm2 的硬铜绞线) 来满足机车高电流载荷。随着现代城轨铁路的发展,还出现了双简单链形悬挂结构形式。与复合链形悬挂相比,双简单链形悬挂结构的支撑高度较高,并且可靠性非常好,是日本独有的一种结构形式。但双简单链形悬挂结构也有其缺点:作为一种简单链形悬挂,却需要双倍的电缆和零件,且施工费用高,还需要大量劳动力进行维护和保养。在科技高度发达而劳动力昂贵的日本,它无疑是很难发展的。
2 新型接触网悬挂形式整体链形悬挂
2. 1 整体链形结构的开发和使用
20 世纪60 年代,为改变双简单链形结构施工、维护费用高的实际状况,日本研究人员开始考虑为日本直流电化城轨设计一种供电线和承力索能共享的悬挂结构形式。直到近期,一种新型的接触网结构即整体链形悬挂结构在日本城轨中出现。整体链形结构断面图见图1 。
图1 整体链形结构断面图(图中:1 吊柱;2 绝缘子;3 承力索; 4 定位器;5 接触线;6 门型框架)
整体链形悬挂结构的出现是在1991 年5 月, 最早安装在东京心脏部位的中央线路上进行试验(饭田桥和市谷之间),证实了其在电化线路上的集电功能。目前,这种结构在日本已安装了40 km , 另外79 km 正在逐步建成。其中神田和新宿区间安装这种结构形式的线路已经投入使用。
2. 2 基本结构
整体链形结构由两根承力索(载流) 和一根接触线组成,另加一个补偿装置进行张力补偿,使两条线能保持20 kN 的张力。这样,确保了线路供电的电流量。承力索采用硬铜绞线(Cu356 mm2 ,质量3. 2 kg/m) ,接触线采用的是铜包钢芯铜线。同时,为了防止由于各种线材的伸缩性不同而出现结构倒坍情况,日本东铁规范了整体链形结构使用的电力线材。
整体链形结构的一个突出特点是取消了以往使用坠砣的滑轮补偿装置,取而代之的是一种新的补偿装置进行张力调整。新补偿装置的工作原理是:由于外部温度的变化使得链形结构发生扩张和收缩;链形结构的伸长和收缩控制高压氮气并通过液压缸活塞传递来调整线路上的张力。补偿装置的张力能达到40 kN 。气压补偿装置见图2。
图2 气压补偿装置示意图
2. 3 整体链形悬挂的施工
新建整体链形结构的施工与一般电气化施工作业基本一样。但是,在现有双简单链形悬挂的区段进行整体链形结构的改建却存在以下问题: ① 由于作业现场是在既有线路上,因此施工作业的时间很短,一般只有3 h 左右,而且还必须是在深夜施工; ② 进入施工现场的作业车或施工现场基础设施很少; ③ 整体链形结构的承力索非常沉重。为解决承力索沉重这一问题,方便机械化作业,设计人员配套设计了一种新型的接触网作业车。这种有专门工作平台的2 t 的作业车可以进行液压抬升,并且在公路和铁路上都能运行。
2. 4 整体链形结构与现有双简单链形结构的比较
整体链形悬挂与现有双简单链形悬挂的比较见表2 和图3。
表2 双简单链形和整体链形结构的比较
图3 双简单链形和整体链形结构的比较示意图
从表2 和图3 中不难看出这两种结构形式的差异性:
首先,整体链形这种新型结构形式是一个整体。现有的双简单链形悬挂是两根接触线、两根承力索和两根供电线;而整体链形悬挂中只有一根接触线和两根承力索(载流) ,并且接触线采用的是铜包钢芯铜线,能有效的增强接触线的耐磨性。其次,整体链形悬挂采用的是小直径的钢管支柱,取消了以往使用的水泥柱,支架结构由传统的角钢桁架结构变成了钢管拱型结构。另外,整体链形悬挂中的布线形式也有所不同,采用地下电缆代替轨道上的架空供电线。
3 整体链形结构的前景分析
在日本,整体链形结构已经被引入到新的城轨电化线路中。同时,液压技术、复合接触线材料和计算机模拟技术在张力补偿装置中的应用,也使得该结构的推广成为可能。尤其重要的是,整体链形结构简化了原有的链形结构,与既有简单链形结构相比,其环保效应尤为显著。从人们对现有该结构的反映来看,它的环保概念已受到了大众和新闻界的广泛称赞。
