日本城軌接觸網(wǎng)整體鏈形結(jié)構(gòu)簡介

摘　要　通過對日本城軌接觸網(wǎng)簡單鏈形和復(fù)合鏈形結(jié)構(gòu)形式的比較,介紹了城市軌道交通中出現(xiàn)的一種新型接觸網(wǎng)懸掛形式 整體鏈形懸掛形式。
關(guān)鍵詞　日本,城市軌道交通,接觸網(wǎng),整體鏈形結(jié)構(gòu)
1 　日本主要的接觸網(wǎng)懸掛形式
在日本,作為電化城軌重要組成部分的接觸網(wǎng)懸掛形式分為兩類: 復(fù)合鏈形結(jié)構(gòu)和簡單鏈形結(jié)構(gòu)。日本的接觸網(wǎng)復(fù)合鏈形懸掛和簡單鏈形懸掛結(jié)構(gòu)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(jìn)的。目前,日本鐵路接觸網(wǎng)已形成了復(fù)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(wǎng)懸掛形式統(tǒng)計。
表1 　東京城軌接觸網(wǎng)懸掛形式統(tǒng)計表

在日本,除了一些干線采用復(fù)合鏈形懸掛結(jié)構(gòu)外,接觸網(wǎng)基本都采用簡單鏈形懸掛設(shè)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(dāng)接觸網(wǎng)電壓是1 500 V 時,再用一條單獨(dú)的供電線(兩根323 mm2 的硬銅絞線) 來滿足機(jī)車高電流載荷。隨著現(xiàn)代城軌鐵路的發(fā)展,還出現(xiàn)了雙簡單鏈形懸掛結(jié)構(gòu)形式。與復(fù)合鏈形懸掛相比,雙簡單鏈形懸掛結(jié)構(gòu)的支撐高度較高,并且可靠性非常好,是日本獨(dú)有的一種結(jié)構(gòu)形式。但雙簡單鏈形懸掛結(jié)構(gòu)也有其缺點(diǎn):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(fèi)用高,還需要大量勞動力進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。在科技高度發(fā)達(dá)而勞動力昂貴的日本,它無疑是很難發(fā)展的。
2 　新型接觸網(wǎng)懸掛形式整體鏈形懸掛
2. 1 　整體鏈形結(jié)構(gòu)的開發(fā)和使用
20 世紀(jì)60 年代,為改變雙簡單鏈形結(jié)構(gòu)施工、維護(hù)費(fèi)用高的實(shí)際狀況,日本研究人員開始考慮為日本直流電化城軌設(shè)計一種供電線和承力索能共享的懸掛結(jié)構(gòu)形式。直到近期,一種新型的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)即整體鏈形懸掛結(jié)構(gòu)在日本城軌中出現(xiàn)。整體鏈形結(jié)構(gòu)斷面圖見圖1 。

圖1 　整體鏈形結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是在1991 年5 月, 最早安裝在東京心臟部位的中央線路上進(jìn)行試驗(yàn)(飯?zhí)飿蚝褪泄戎g),證實(shí)了其在電化線路上的集電功能。目前,這種結(jié)構(gòu)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(qū)間安裝這種結(jié)構(gòu)形式的線路已經(jīng)投入使用。
2. 2 　基本結(jié)構(gòu)
整體鏈形結(jié)構(gòu)由兩根承力索(載流) 和一根接觸線組成,另加一個補(bǔ)償裝置進(jìn)行張力補(bǔ)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(zhì)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(xiàn)結(jié)構(gòu)倒坍情況,日本東鐵規(guī)范了整體鏈形結(jié)構(gòu)使用的電力線材。
整體鏈形結(jié)構(gòu)的一個突出特點(diǎn)是取消了以往使用墜砣的滑輪補(bǔ)償裝置,取而代之的是一種新的補(bǔ)償裝置進(jìn)行張力調(diào)整。新補(bǔ)償裝置的工作原理是:由于外部溫度的變化使得鏈形結(jié)構(gòu)發(fā)生擴(kuò)張和收縮;鏈形結(jié)構(gòu)的伸長和收縮控制高壓氮?dú)獠⑼ㄟ^液壓缸活塞傳遞來調(diào)整線路上的張力。補(bǔ)償裝置的張力能達(dá)到40 kN 。氣壓補(bǔ)償裝置見圖2。

圖2 　氣壓補(bǔ)償裝置示意圖
2. 3 　整體鏈形懸掛的施工
新建整體鏈形結(jié)構(gòu)的施工與一般電氣化施工作業(yè)基本一樣。但是,在現(xiàn)有雙簡單鏈形懸掛的區(qū)段進(jìn)行整體鏈形結(jié)構(gòu)的改建卻存在以下問題: ① 由于作業(yè)現(xiàn)場是在既有線路上,因此施工作業(yè)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(jìn)入施工現(xiàn)場的作業(yè)車或施工現(xiàn)場基礎(chǔ)設(shè)施很少; ③ 整體鏈形結(jié)構(gòu)的承力索非常沉重。為解決承力索沉重這一問題,方便機(jī)械化作業(yè),設(shè)計人員配套設(shè)計了一種新型的接觸網(wǎng)作業(yè)車。這種有專門工作平臺的2 t 的作業(yè)車可以進(jìn)行液壓抬升,并且在公路和鐵路上都能運(yùn)行。
2. 4 　整體鏈形結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有雙簡單鏈形結(jié)構(gòu)的比較
　　整體鏈形懸掛與現(xiàn)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(jié)構(gòu)的比較

圖3 　雙簡單鏈形和整體鏈形結(jié)構(gòu)的比較示意圖
　　從表2 和圖3 中不難看出這兩種結(jié)構(gòu)形式的差異性:
首先,整體鏈形這種新型結(jié)構(gòu)形式是一個整體。現(xiàn)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(qiáng)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(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的角鋼桁架結(jié)構(gòu)變成了鋼管拱型結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)的前景分析
在日本,整體鏈形結(jié)構(gòu)已經(jīng)被引入到新的城軌電化線路中。同時,液壓技術(shù)、復(fù)合接觸線材料和計算機(jī)模擬技術(shù)在張力補(bǔ)償裝置中的應(yīng)用,也使得該結(jié)構(gòu)的推廣成為可能。尤其重要的是,整體鏈形結(jié)構(gòu)簡化了原有的鏈形結(jié)構(gòu),與既有簡單鏈形結(jié)構(gòu)相比,其環(huán)保效應(yīng)尤為顯著。從人們對現(xiàn)有該結(jié)構(gòu)的反映來看,它的環(huán)保概念已受到了大眾和新聞界的廣泛稱贊。