香港機場快線接觸網受流質量研究

摘 要：對香港機場快線（LAR）接觸網系統弓網關系進行研究，找出問題所在，提出改善受流質量的方法，并加以驗證。
關鍵詞：受流質量、改善、驗證
一、概述
香港地鐵股份有限公司（MTRCL）所屬的蘭島新機場快線（LAR）在正式運行的第一年內，出現了接觸線局部嚴重磨損，并且受電弓碳滑板使用壽命不足兩個月的問題。從2000年1月份起，受香港地鐵股份有限公司（MTRCL）的委托，為改善機場快線（LAR）弓網關系，我們從機場快線（LAR)接觸網系統中選出具有代表性的兩段作為研究對象和試驗段，通過對試驗段的現場測量和分析研究，找出機場快線（LAR）弓網系統存在的主要問題，并提出解決問題的方案。
二、香港機場快線弓網系統參數
香港機場快線（LAR）系統全長約35復線公里，采用1500V直流牽引供電系統。列車實際運行速度最高達130公里/小時。接觸網系統采用架空柔性懸掛方式。其主要參數如下所示：
1．接觸網由一根承力索和兩根接觸線組成，兩接觸線之間的距離為40毫米。
2．承力索張力為12kN，接觸線的張力為2x12kN。
3．在隧道內區段，接觸線在懸掛點處的安裝高度為3950毫米，正常結構高度為350毫米；在隧道外區段，接觸線在懸掛點處的安裝高度為4250毫米，正常結構高度為1000毫米。隧道內外區段跨中預留弛度均為0.03%。
4．隧道內和隧道外拉出值設計最大值分別為140毫米和170毫米。
5．機場快線列車由七節車廂構成，五動兩拖，車頂安裝三組受電弓，間距為53米＋67.5米。受電弓的靜態抬升力為130N。
三、選擇試驗段
我們從機場快線（LAR)接觸網系統中選出具有代表性的兩段作為研究對象和試驗段。選擇依據是：
1．列車實際運行速度達最大設計值130公里/小時的區段。
2．實際運行中，發生問題相對多的區段，包括一個隧道內區段和一個隧道外區段。
3．這兩段內的接觸網裝配形式對全線而言需具有代表性。
通過對試驗段中弓網關系問題的研究、改進措施的提出、實施及驗證，可指導對整個機場快線（LAR）接觸網系統受流質量的改進。
四、研究內容
在確定了兩段具有代表性的試驗段后，我們確定了以下研究內容：
1．對其設計進行了校驗，其目的是檢驗原設計方案的合理性。
2．進而我們對試驗段內的接觸網系統主要參數進行現場測量和勘查，找出影響機場快線接觸網系統受流質量的原因；
3．提出相應的改善弓網關系的可行方案，并采用計算機進行模擬計算的方法驗證方案正確性；
4．試驗段內付諸實施；
5．在試驗段改造完成后，按照實際的運行情況，用車頂錄像機錄下在改造后弓網關系的實際情況，比較改造前后受電弓與接觸線之間的火花情況。
五、現場發現的問題及解決方案
通過對現場實測數據的分析和現場勘查，我們發現機場快線接觸網系統主要存在的一些問題，并提出了相應的改善和控制措施，具體描述如下：
1．接觸網張力偏差
現場測量的接觸網張力實際值與設計值之間存在較大偏差，接觸線最小實測值僅為設計值的三分之二通過現場勘查，我們發現主要問題出自下錨張力自動補償裝置。機場快線接觸網系統采用棘輪裝置加墜砣的下錨方式，接觸線與承力索通過下錨并聯板連接到棘輪裝置。
這種張力自動補償裝置普遍存在以下問題：
（1）下錨張力自動補償裝置處的下錨并聯板不處于鉛垂狀態；
（2）棘輪偏斜且部分潤滑失效，導致棘輪的轉動摩擦力增大；
（3）下錨墜砣限制導桿不處于鉛垂狀態，與墜砣組導環之間有很大的摩擦力。
針對下錨張力補償裝置存在的以上問題，我們提出了以下改進措施：
（1）調整并聯板，使之處于鉛垂狀態；
（2）調整墜砣桿，使之處于鉛垂狀態；
（3）棘輪軸加涂潤滑油。
為滿足受流質量的要求，通過計算機模擬計算得知，接觸線和承力索的張力誤差均應控制在3％內，即標準張力的97％至103％之間。對于機場快線（LAR）接觸網系統，承力索張力應控制在11.64kN及12.36kN之間，接觸線的張力應控制在23.28 kN 及24.72 kN之間。控制方法如下：
（1）檢查墜砣的重量。每一個墜砣的實際重量應表明在墜砣上，其誤差應控制在0.5％內。
（2）正確安裝下錨墜砣補償裝置，保證因裝置阻力而導致的張力損失小于設計值的2％。
（3）正確安裝下錨并聯板，保證其對張力的分配誤差小于0.5％。
（4）采取以上措施之后，下錨墜砣補償裝置應能達到以下要求：用手托起墜砣，松手后墜砣應能自動快速順利地回到原來的位置。
（5）最后，實測實際張力，以校驗安裝是否正確及下錨墜砣補償裝置是否工作正常。
2．懸掛點和吊弦點處接觸線距軌頂平面的垂直距離偏差
根據現場實測數據記錄，我們發現大部分懸掛點和吊弦點處接觸線距軌頂的垂直高度不能滿足設計值得要求。
兩個試驗段中，在現場實測后發現在試驗段內的大部分跨距，接觸線高度呈負弛度或鋸齒狀，且許多負弛度超過0.1％，統計數據（占總跨距數的百分比）如表2所示：
經分析我們認為，接觸線出現數量眾多的負弛度現象的主要原因為：
（1）接觸線和承力索張力的變化。
在正常的情況下，下錨并聯板應處于鉛垂狀態（見圖2），ao=2′ob，Fcw＝2′Fmw；當并聯板不處于鉛垂狀態時（如圖3所示），，并聯板的力矩發生了變化，通過計算得知：a’o’ob，則有F’mw>Fmw，F’cw

圖2 圖3

（2）由于機場快線（LAR）接觸網系統采用的是預制的整體吊弦，從現場實際情況得知，許多吊弦的安裝位置與原設計要求不相符。吊弦安裝位置的偏差直接導致接觸線對軌頂平面的高度呈負弛度或鋸齒狀。
針對這個問題，我們提出了以下改進措施：
（1）保證張力，并調整下錨并聯板，使之處于鉛垂狀態。
（2）對吊弦重新進行布置，精確計算吊弦的長度，預制好后，現場嚴格按照設計規定的位置安裝。
（3）對接觸線高度進行復測和必要的調整，保證接觸線保持0.03％～0.05％的弛度。