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: 復合鏈形結(jié)構(gòu)和簡單鏈形結(jié)構(gòu)。日本的接觸網(wǎng)復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的。目前,日本鐵路接觸網(wǎng)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(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(wǎng)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(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: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(yǎng)。在科技高度發(fā)達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60 年代,為改變雙簡單鏈形結(jié)構(gòu)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(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行試驗(飯?zhí)飿蚝褪泄戎g),證實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(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(diào)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(jié)構(gòu)發(fā)生擴張和收縮;鏈形結(jié)構(gòu)的伸長和收縮控制高壓氮氣并通過液壓缸活塞傳遞來調(diào)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(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 進入施工現(xiàn)場的作業(yè)車或施工現(xiàn)場基礎設施很少; 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,方便機械化作業(yè),設計人員配套設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(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?，F(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)、復合接觸線材料和計算機模擬技術(shù)在張力補償裝置中的應用,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。