架空剛性懸掛的技術探討

摘 要：架空剛性懸掛的定義
架空剛性懸掛概況及組成
架空剛性懸掛的特點及與柔性懸掛的經濟技術比較
架空剛性懸掛的發展趨勢及應用前景
關鍵詞：架空剛性懸掛、技術探討
一、架空剛性懸掛定義
大功率電車的電能一般都是通過受流過程獲得的。所謂受流，是指移動的車輛通過具有彈性的受電弓或集電靴在固定的導電體（接觸網）上獲取電能。按受流特性可分為剛性受流和彈性受流（柔性懸掛受流）。所謂剛性受流是指固定的導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他方式（三軌或復合三軌，四軌或復合四軌，機車側面懸掛受流等）。具體示意如下：

架空式剛性受流一般由架空式剛性懸掛和受電弓構成一對摩擦副。架空式剛性懸掛一般采用具有相應剛度的導電軌或具有相應剛度的匯流排與接觸線組成。
二、架空剛性懸掛概況及組成
1．架空剛性懸掛的歷史概況
1895年，架空剛性懸掛首次在美國巴爾的摩第一條電氣化鐵路中應用。
1961年，作為架空剛性懸掛主要型式“T”型剛性懸掛在日本營團地鐵日比谷線投入使用。
1983年，作為架空剛性懸掛另一主要型式“p”型剛性懸掛在法國巴黎RATPA線投入使用。
2．架空剛性懸掛的基本組成
（1）順線路方向組成
與柔性懸掛相比，明顯差異在于剛性懸掛不設對懸掛進行軸向加力的補償裝置。錨段長度一般為200~250m；懸掛點間距為5~12m；“Z”值在500m范圍內約±220mm.
（2）典型斷面組成
架空剛性懸掛由支持體、絕緣子、匯流排和與受電弓接觸的接觸面或接觸線組成。不同的工程、不同的設計者所采用的支持體、絕緣子、匯流排和接觸線等種類繁多。典型斷面有以下幾種：架空導電軌，架空復合導電軌，日本的“T”型架空剛性懸掛（雙線、單線），法國、瑞士等國家采用的“p”型架空剛性懸掛等。
3．架空剛性懸掛的主要代表
隨著架空剛性懸掛在電氣化鐵路和城市軌道交通中的不斷應用，工程和運營的增多，經過不斷演變，架空剛性懸掛的斷面結構逐漸形成兩個代表結構，即以日本為代表的“T”型結構和以法國、瑞士等國為代表的“JI”型結構。“JI”型結構目前采用了約150km，“T”型結構目前采用了約300km。韓國早期采用“T”型88km，以后均采用JI”型60km。
（1）“JI”型結構示意
這里主要介紹法國巴黎地鐵安裝的Delachaux型架空剛性懸掛。
1）單根接觸線匯流排
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，結構示意圖如下。
2）雙根接觸線匯流排，結構示意圖如下。
該類型匯流排僅處在設想階段，目前沒有產品。

（2）“T”型結構示意
1）雙線T型鋁架空剛性懸掛

2）單線T型鋁架空剛性懸掛

（3）兩種結構評估
1）匯流排剛度自重不同
“T”型匯流排的垂直斷面系數約為“Л”型的一半，而自重較“JI”型重1kg/m。所以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“Л”型懸掛跨距100km/h以下允許12m，100km/h以上還可允許8m。
2）接觸線的固定方式不同
“T”型采用連續的長線夾（長為1m）固定接觸線，而“Л”型靠匯流排自身固定接觸線。“T”型放線時對接觸線施加較大的放線張力，否則易造成導線在線夾間形成“V”型或反“V”型而產生硬點。而且長線夾固定接觸線在放線或換線時工效低，僅為“Л”型的1/8（3個小時僅能更換250m，主要原因是要拆裝1000個左右螺母）。
3）成本差異
由于線夾螺母多，成本上“T“型較”Л”型高。綜上所述，“JI”型較“T”型更合理。韓國明顯進行了改變。國內設計者也趨向于“JI”型結構，我們的研究關注點也是“JI”型結構。
（4）國外應用架空剛性懸掛的情況
通過對法國、瑞士、西班牙、日本、韓國等國家的實地技術考察以及資料檢索，架空剛性懸掛已得到廣泛應用，大致分類如下：
1）AC15kV~AC25kV低凈空隧道；
2）AC15kV~AC25kV提速隧道，最大速度已至160km/h；
3）AC15kV有復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維修線，既有固定式架空剛性懸掛，也有由電機驅動的移動式架空剛性懸掛；
7）隧道防淹門對接觸網有移動處。
國外應用架空剛性懸掛的情況詳見下表：