跨座式单轨牵引网设计方案研究

跨座式单轨牵引网设计方案研究

秦建伟，陈善乐，李乾

中铁工程设计咨询集团有限公司 北京市 100055

摘要：本文通过对跨座式单轨牵引网设计进行分析研究，总结出牵引网类型种类，针对每种牵引网类型进行分析研究，进行方案比较提出建议。本次研究对跨座式单轨交通牵引网的设计施工、运营维护具有较强的借鉴和指导意义。

Abstract: Through the analysis and research on the design of straddle monorail traction network, this paper summarizes the types of traction network, analyzes and studies each type of traction network, and puts forward suggestions for scheme comparison. To the design, construction, operation and maintenance of straddle monorail traction network, this study has strong significance of reference and guiding.

关键词：跨座式单轨牵引网；钢铝复合轨；汇流排；

Key words: Straddle monorail transit traction network；aluminum-steel rail；busbar

0 引言

跨座式单轨交通具有噪音低、爬坡能力强、转弯半径小、造价低等优点，在国内得到了广泛推广。牵引网作为跨座式单轨车辆移动供电关键组件，其承载着车辆行驶过程中稳定受流的重要使命。

目前，国内跨座式单轨牵引网采用接触轨授流方式，主要有：钢铝复合轨和汇流排+接触线两种形式。钢铝复合轨技术已在芜湖、桂林、济宁等多条跨座式单轨线路中推广应用；汇流排+接触线仅在重庆跨座式单轨线路中应用。针对不同方案研究分析比较，提出更适合跨座式单轨牵引网方案。

1 跨座式单轨牵引网类型

跨座式单轨牵引网安装在供跨座式单轨列车走行的轨道梁两侧，一侧为正极轨，一侧为负极轨，如图1-1所示。

图1-1牵引网安装位置示意图

1.1钢铝复合轨

国内跨座式单轨钢铝复合轨均安装在轨道梁两侧面方式，位于轨道梁中部被车体完全包络，顺线路方向等高敷设，现场安装如图1-2所示。

图1-2接触轨安装示意图

钢铝复合轨最早在伦敦地铁采用，由于其构造简单，安装方便，可维修性好，因此得到广泛的应用。随着工业技术的发展，钢铝复合轨在材料选用、悬挂结构方式等方面取得了长足的发展，主要体现在选用钢铝复合制造加工，采用整体绝缘结构和防护技术进行安装，大大提高了系统的整体性能。

跨座式单轨钢铝复合轨安装在绝缘支撑装置上，轨与轨之间用中间接头连接，在道岔、电分段等处安装分段绝缘器、道岔过渡装置或采用接触轨断口形式，断口两端安装端部弯头，以利于机车车辆的集电靴平滑过渡，良好受流。锚段与锚段之间安装膨胀接头，并且在每个锚段的中间安装中心锚结，以补偿钢铝复合轨由于温度变化引起的纵向伸缩。

在实际工程应用中，钢铝复合轨的安装位置需根据车辆集电靴的限界轮廓、安装尺寸等确定。

1.2汇流排+接触线

重庆跨座式单轨牵引网采用汇流排+接触线悬挂类型，安装轨道梁两侧。牵引网悬挂位于轨道梁中部，顺线路方向呈“之”字形布置，以使受电弓均匀磨耗。图1-3所示为汇流排+接触线类型悬挂方式如下图所示。

图1-3 汇流排+接触线悬挂类型

汇流排+接触线悬挂类型由以下主要零部件组成：绝缘支持装置、汇流排及接触线等。

（1）汇流排

国内跨坐单轨汇流排主要类型有T型汇流排、整体夹持式汇流排和“∏”型汇流排。T型汇流排、整体夹持式汇流排靠夹紧螺栓将接触线夹紧固定，汇流排除起到夹持接触线的作用外，主要用于载流。

在以上两种汇流排基础上，研制开出侧“∏”型汇流排，如图1-4所示。

图1-4 侧“∏”型汇流排

侧“∏”型汇流排底部设计为燕尾槽结构，可利用汇流排本体自身弹性由钳口夹紧接触线，从结构上取消了紧固螺栓，保证接触线各部位均匀受力。同时，在钳口附近设计有导向放线滑道，接触线可通过专用放线小车轻松的架镶在汇流排燕尾槽上，安装方便、可靠性高、提高施工安装效率及精度、基本免维护、运营检修工作量很小，可大幅降低运行成本，节约大量人力资源。

（2）线材

牵引网线材主要包括接触线，接触线下部设置卡槽，汇流排开口通过螺栓或自身加紧力将接触线固定。

（3）绝缘支持装置

跨座式单轨的支持装置是支撑和定位汇流排的零件，同时也具备绝缘能力，起到绝缘作用。

支持装置可以承受汇流排+接触线的自重和负荷所产生的机械力、能够承受车辆行进中引起轨道梁结构的震动和车辆受电弓移动时的冲击、能够承受系统短路故障情况下的冲击、能够在汇流排热胀冷缩时横向自由滑动、具有水平和垂直方向的调节能力，可根据线路等条件进行调整。如图1-5所示。

图1-5 绝缘支持装置

（4）其他附件

其他附件包括汇流排中间接头、汇流排终端、膨胀接头、分段绝缘关节等。这些附件将汇流排连接起来并满足车辆正常取流、能持续地向跨座式单轨列车提供电能，具有良好的接触授流关系，具备安全、可靠、稳定的性能。

2牵引网设计方案比选

国内外跨座式单轨交通牵引网系统悬挂授流方式主要有两种，分别为汇流排+接触线与钢铝复合轨。授流方式的选择与车辆选型有密不可分的关系，授流方式的确定要依据车辆选型的结果进行确定。以下将两种方式进行技术与经济方案比较。

2.1工程可实施性

由于授流方式的相同均属于侧面授流，汇流排+接触线与钢铝复合轨的安装方式不存在明显差别。汇流排+接触线零部件较多安装比较复杂，接触轨零部件较少安装方便快捷。工程实践和应用中，两种安装方式在国内均有工程实施经验。

2.2运行可靠性

汇流排+接触线供电制式采用汇流排将接触线夹紧，由于汇流排和接触线无轴向力，断排或断线概率极小，运行可靠性较高。

钢铝复合轨结构简单，基本实现免维护，其本身的可靠性较高。多条地铁的接触轨系统使用未发生过因接触轨故障造成列车停运事故。钢铝复合轨供电系统的可靠性较高。

综上所述，两种牵引网方式运行可靠性均较高。

2.3牵引网授流质量

由于自身结构的特点，汇流排+接触线方式的供电导体是连续的，因此其授流质量均匀稳定。钢铝复合轨在地铁领域应用时存在断口，断口处虽然存在一定的冲击受流或拉弧现象，但并不会影响授流质量。跨座式单轨为了提高接触轨授流质量，在供电分区之间、道岔处采用了分段绝缘器和道岔过渡装置，实现全线接触轨贯通。

从目前国内外跨座式单轨牵引网应用情况来看，两种授流方式都能满足车辆用电需求。

2.4牵引网使用寿命

采用钢铝复合轨方案时，接触轨由于接触面为不锈钢带，其磨耗较小，根据计算，其使用寿命应达到60年以上。

采用汇流排+接触线方案时，主要磨耗为接触线，接触线允许磨耗量为50％，结合实际运行数据分析，平均换线周期约为15年，汇流排由于夹紧力原因一般更换2次接触线后也要更换。

2.5牵引网运营维护

牵引网在运营管理上均需要设置专门的维护管理机构和相应的维护机具，检修规程和工艺相对独立，线路上其他设备的检修必须在牵引网断电条件下进行。受此影响，如果区间内有其他专业检修作业，也需要牵引网断电挂地线，因此在检修作业上与其他专业之间的接口较多，相互影响较大。需要在运营管理的制度上进行严格界定。

后期的运营维护将成为跨座式单轨交通线路的主要费用支出，其中包括运营人员的费用、备品备件的加工以及专业维修工器具采购等。钢铝复合轨设备构造简单，具有少维修免维护的特性，使得钢铝复合轨的维护成本要低于汇流排+接触线方式。

2.6经济比较

以下对工程采用不同牵引网悬挂方式的工程投资和运营维护成本进行综合经济比较。

（1）工程投资

汇流排+接触线延线路敷设时有重合部分，总数量要多于钢铝复合轨数量，钢铝复合轨单价略微高于汇流排+接触线方式，两种安装方式投资总价基本一样。

（2）运营维护费用

运营维护成本的比较以运行60年作为比较基础，根据全寿命周期理念进行。本次比较主要是针对两种接触轨进行比较不包含轨旁设备等。

在60年全寿命周期内，两种授流方式的运营维护成本除在日常维护，汇流排+接触线方式需要每15年更换接触线和每30年更换汇流排及附件的费用，钢铝复合轨方式需要考虑每60年更换钢铝复合轨及其附件的费用。

通过上述检修原则，运营大修工作量汇流排+接触线高于钢铝复合轨约2倍。

（3）影响其他专业投资

由于钢铝复合轨比汇流排+接触线电阻率低，供电专业牵引计算时采用钢铝复合轨，牵引变电所数量约减少40%，大量降低牵引所数量和站房面积，降低整体单轨投资。

2.7比较结论

从牵引供电系统提供电能服务的本质需求上，两种牵引网授流方式均具有成功的建设和运营管理经验，均能够成熟可靠地向跨座式单轨交通车辆提供电能，满足本工程安全可靠的运行要求；钢铝复合轨安装方便、运营维护成本低，建议牵引网授流方式采用钢铝复合轨。

3钢铝复合轨选型

侧部授流接触网系统一般由正极接触轨和负极接触轨组成。做为一种较为新颖的授流方式，选择一种适合其的接触轨的结构形式尤为关键。

目前，可用于牵引网侧部受流的接触轨主要有“C型”钢铝复合轨、“工字型”钢铝复合轨两种形式。

下面主要在“C型”钢铝复合轨和“工字型”钢铝复合轨之间进行比选。钢铝复合轨外形如下图所示：

“C型轨” “工字型轨”

钢铝复合轨主要技术参数载流量、电阻率、膨胀系数、授流面宽度、磨耗量等技术参数基本一致，主要区别在安装方式、受力方向和外形上，以下表格对此进行比较。

“C型”钢铝复合轨具有刚柔适中、安装方便、安装精度高、不容易积冰雪、整体美观等优点，推荐工程在线路小曲线较多和有积雪的地区优先采用“C型”钢铝复合轨。

4 结论

本文通过对不同跨座式单轨牵引网类型及接触轨选型进行了分析研究，总结出国内牵引网不同的安装形式，通过比较优先选择钢铝复合轨形式，在特殊地段优先采用“C型钢铝复合轨”，优化设计接触轨选型，为以后跨座式单轨牵引网设计施工、运营维护提供参考意义。

参考文献

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