日本城軌接觸網整體鏈形結構簡介
摘 要 通過對日本城軌接觸網簡單鏈形和復合鏈形結構形式的比較,介紹了城市軌道交通中出現的一種新型接觸網懸掛形式 整體鏈形懸掛形式。
關鍵詞 日本,城市軌道交通,接觸網,整體鏈形結構
1 日本主要的接觸網懸掛形式
在日本,作為電化城軌重要組成部分的接觸網懸掛形式分為兩類: 復合鏈形結構和簡單鏈形結構。日本的接觸網復合鏈形懸掛和簡單鏈形懸掛結構是1914 年東京與橫濱之間修建電氣化線路時分別從歐洲和美洲引進的。目前,日本鐵路接觸網已形成了復合鏈形懸掛和簡單鏈形懸掛并存的狀況。表1 是東京城軌的接觸網懸掛形式統計。
表1 東京城軌接觸網懸掛形式統計表
在日本,除了一些干線采用復合鏈形懸掛結構外,接觸網基本都采用簡單鏈形懸掛設計。簡單鏈形懸掛中,承力索采用90 mm2 鍍鋅鋼絞線,接觸線采用110 mm2 銅接觸線。當接觸網電壓是1 500 V 時,再用一條單獨的供電線(兩根323 mm2 的硬銅絞線) 來滿足機車高電流載荷。隨著現代城軌鐵路的發展,還出現了雙簡單鏈形懸掛結構形式。與復合鏈形懸掛相比,雙簡單鏈形懸掛結構的支撐高度較高,并且可靠性非常好,是日本獨有的一種結構形式。但雙簡單鏈形懸掛結構也有其缺點:作為一種簡單鏈形懸掛,卻需要雙倍的電纜和零件,且施工費用高,還需要大量勞動力進行維護和保養。在科技高度發達而勞動力昂貴的日本,它無疑是很難發展的。
2 新型接觸網懸掛形式整體鏈形懸掛
2. 1 整體鏈形結構的開發和使用
20 世紀60 年代,為改變雙簡單鏈形結構施工、維護費用高的實際狀況,日本研究人員開始考慮為日本直流電化城軌設計一種供電線和承力索能共享的懸掛結構形式。直到近期,一種新型的接觸網結構即整體鏈形懸掛結構在日本城軌中出現。整體鏈形結構斷面圖見圖1 。
圖1 整體鏈形結構斷面圖(圖中:1 吊柱;2 絕緣子;3 承力索; 4 定位器;5 接觸線;6 門型框架)
整體鏈形懸掛結構的出現是在1991 年5 月, 最早安裝在東京心臟部位的中央線路上進行試驗(飯田橋和市谷之間),證實了其在電化線路上的集電功能。目前,這種結構在日本已安裝了40 km , 另外79 km 正在逐步建成。其中神田和新宿區間安裝這種結構形式的線路已經投入使用。
2. 2 基本結構
整體鏈形結構由兩根承力索(載流) 和一根接觸線組成,另加一個補償裝置進行張力補償,使兩條線能保持20 kN 的張力。這樣,確保了線路供電的電流量。承力索采用硬銅絞線(Cu356 mm2 ,質量3. 2 kg/m) ,接觸線采用的是銅包鋼芯銅線。同時,為了防止由于各種線材的伸縮性不同而出現結構倒坍情況,日本東鐵規范了整體鏈形結構使用的電力線材。
整體鏈形結構的一個突出特點是取消了以往使用墜砣的滑輪補償裝置,取而代之的是一種新的補償裝置進行張力調整。新補償裝置的工作原理是:由于外部溫度的變化使得鏈形結構發生擴張和收縮;鏈形結構的伸長和收縮控制高壓氮氣并通過液壓缸活塞傳遞來調整線路上的張力。補償裝置的張力能達到40 kN 。氣壓補償裝置見圖2。
圖2 氣壓補償裝置示意圖
2. 3 整體鏈形懸掛的施工
新建整體鏈形結構的施工與一般電氣化施工作業基本一樣。但是,在現有雙簡單鏈形懸掛的區段進行整體鏈形結構的改建卻存在以下問題: ① 由于作業現場是在既有線路上,因此施工作業的時間很短,一般只有3 h 左右,而且還必須是在深夜施工; ② 進入施工現場的作業車或施工現場基礎設施很少; ③ 整體鏈形結構的承力索非常沉重。為解決承力索沉重這一問題,方便機械化作業,設計人員配套設計了一種新型的接觸網作業車。這種有專門工作平臺的2 t 的作業車可以進行液壓抬升,并且在公路和鐵路上都能運行。
2. 4 整體鏈形結構與現有雙簡單鏈形結構的比較
整體鏈形懸掛與現有雙簡單鏈形懸掛的比較見表2 和圖3。
表2 雙簡單鏈形和整體鏈形結構的比較
圖3 雙簡單鏈形和整體鏈形結構的比較示意圖
從表2 和圖3 中不難看出這兩種結構形式的差異性:
首先,整體鏈形這種新型結構形式是一個整體。現有的雙簡單鏈形懸掛是兩根接觸線、兩根承力索和兩根供電線;而整體鏈形懸掛中只有一根接觸線和兩根承力索(載流) ,并且接觸線采用的是銅包鋼芯銅線,能有效的增強接觸線的耐磨性。其次,整體鏈形懸掛采用的是小直徑的鋼管支柱,取消了以往使用的水泥柱,支架結構由傳統的角鋼桁架結構變成了鋼管拱型結構。另外,整體鏈形懸掛中的布線形式也有所不同,采用地下電纜代替軌道上的架空供電線。
3 整體鏈形結構的前景分析
在日本,整體鏈形結構已經被引入到新的城軌電化線路中。同時,液壓技術、復合接觸線材料和計算機模擬技術在張力補償裝置中的應用,也使得該結構的推廣成為可能。尤其重要的是,整體鏈形結構簡化了原有的鏈形結構,與既有簡單鏈形結構相比,其環保效應尤為顯著。從人們對現有該結構的反映來看,它的環保概念已受到了大眾和新聞界的廣泛稱贊。
