张 琳
（中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司，江苏常州 213179）
在新一轮科技革命和产业变革的浪潮推动下，我国城轨交通行业建设步入快速发展阶段，根据中国城市轨道交通协会发布的城市轨道交通2021 年度统计和分析报告显示，截至2021年底，中国大陆地区共有50 个城市开通城市轨道交通运营线路283 条，运营线路总长度9206.8 km，地铁运营线路7209.7 km，占比78.3%。地铁是城市中修建的快速、大运量、用电力牵引的轨道交通，一般位于城市中心城区的地下隧道内。地下隧道内空间较小，通常采用架空刚性悬挂接触网，其由安装底座、悬吊槽钢、绝缘子、汇流排定位线夹、汇流排、接触线组成，具有结构简单、占用空间小、载流量大、不易产生断线、使用寿命长和维护工作量少等特点[1-2]。
自2003 年国内首条采用架空刚性悬挂技术的广州地铁二号线投入运营以来，随着工程应用经验的不断丰富，架空刚性接触网技术研究得到了深入的发展，但实践中依然存在一些不足。在刚性悬挂接触网中，汇流排用于夹持接触线及承载电流，其良好的运行状态是电客车正常取流的重要保证，但从已开通运营的线路来看，部分存在汇流排定位线夹与汇流排卡滞的现象。因此，对该问题进行分析研究，并通过新品研发或工艺改进提出解决方案是一项重大课题。
传统的定位线夹主要由左右对称的凹形线夹本体、定位螺栓、螺母、弹性圆柱销等部件组成（图1）：汇流排通过汇流排定位线夹与绝缘子连接，汇流排通过定位线夹上设置的紧固件固定汇流排，汇流排因温度变化容易引起顺线路方向的位移变化，定位线夹夹口与汇流排之间存在一定的间隙，当温度变化时汇流排可以沿顺线路方向自由窜动（图2）。
图1 汇流排定位线夹
图2 汇流排线夹现场安装示意
在日常对刚性接触网检修及维护过程中，时常会发现一些汇流排定位线夹卡滞的问题。通过分析造成汇流排卡滞的主要原因有：汇流排本体自身的较大变形，使得汇流排与定位线夹匹配尺寸出现超差；
地铁列车在较为封闭的隧道内运行，行车速度易产生活塞风，使得隧道内的灰尘、污物附着在汇流排上，日复一日积少成多，导致定位线夹与汇流排的接缝处形成尘垢或异物；
由于地理位置、季节或温差等因素，当隧道处于潮湿状态时可出现露水现象，水分与汇流排上附着的尘垢混合、凝结成块，影响汇流排在定位线夹之间的正常窜动，同时会造成悬挂点处卡滞。
汇流排卡滞汇流排定位线夹卡滞会造成以下不良影响：定位点处接触线磨耗加大，甚至在拉出值较大位置出现偏磨，损伤汇流排；
接触线磨耗加大，受电弓无法平稳过渡，产生硬点，接触不稳定出现打火拉弧现象；
汇流排无法热胀冷缩，接触线与受电弓接触过程中无法产生有效窜动，导致汇流排变形，严重时造成槽钢底座变形、连接螺栓变形、绝缘子开裂等问题，给列车正常运行带来隐患和风险[3-5]。
基于上述原因，对滑动定位线夹进行优化设计，以解决现有的汇流排定位线夹在使用过程中与汇流排发生的卡滞问题。
2.1 方案的提出
为解决传统的汇流排与定位线夹之间易发生卡滞的问题，从产品创新的角度提出了一种滑动定位线夹的解决方案：对于安装部位，既要达到定位汇流排的作用，又要防止汇流排在定位线夹中发生卡滞现象；
对于结构形式，既保证与汇流排和绝缘子的连接，同时使汇流排在定位线夹上能够顺畅的滑动。因此考虑线夹本体与汇流排定位滑动连接，使汇流排发生伸缩时沿顺线路方向自由滑动，并且线夹本体与绝缘子万向连接，实现汇流排在沿顺线路方向的角度调节，从而有效解决汇流排与汇流排定位线夹之间的卡滞问题。
2.2 线夹底座与线夹本体间采用滑动副联接设计
在线夹底座上设计固定有两根滑动轴，而线夹本体滑槽内嵌有4 个滑动轴，滑动膜与滑动轴配套连接（图3）。滑动膜与滑动轴间摩擦力极小，在外力作用下线夹底座与线夹本体间能够顺畅地往复滑动，线夹底座与汇流排采用螺栓紧固连接，不存在相对运动，因此汇流排能够相对线夹本体作顺线路方向自由滑动而不出现卡滞现象。
图3 滑动定位线夹结构
2.3 线夹与绝缘子间采用球头螺栓联接设计
通过在线夹本体底部设计与球头螺栓连接的球面凹槽，球头螺栓与线夹本体连接后可绕竖直轴线作整周转动，还能沿线路方向转动，从而调节汇流排在线路上的安装角度，保证汇流排安装在一条直线上，避免汇流排卡滞现象。
弧形垫片与绝缘子之间设有主螺母和副螺母，副螺母与球头螺栓螺纹连接，主螺母与副螺母螺纹连接。当滑动定位线夹与绝缘子通过球头螺栓、螺母固定连接后，螺母与绝缘子之间仍有一定间隙，因此采用固定主螺母、旋转副螺母的方式顶紧绝缘子，达到更加紧固连接的效果，使得整体结构更为稳定。并且，副螺母的内螺纹与外螺纹螺旋方向相反，该设计使得主螺母和副螺母连接更加牢固，避免因振动而松动脱落。
2.4 初始固定点安装位置标定刻度尺设计
线夹本体一侧设有标尺。汇流排具有热胀冷缩的特性，在不同温度下其长度会有差别，因此需根据温度选择初始固定点。标尺上的刻度就有指导安装的作用，施工时可依靠温度位移选型表来确定初始固定点，保证不同环境温度下的安装精确定位，达到精确安装的目的。
2.5 产品材料选择
滑动定位线夹在安装过程中均为高空作业，产品的重量直接影响到安装的便利性和安全性，因此在保证产品技术要求的同时应尽量减轻其重量，可以降低产品的生产成本，保证产品在市场上的竞争力。根据上述因素，线夹本体、线夹底座、线夹夹板、垫块、滑动轴均选用铝合金材料，而紧固件采用不锈钢材料（图4）。
图4 产品设计图
根据以上设计内容和设计图进行了产品试制，并开展相关试验测试，测试结果显示产品最大垂直工作荷重、垂直破坏荷重、最大水平工作荷重、水平破坏荷重、滑动荷重等指标均满足产品技术要求。该优化设计解决了汇流排定位线夹与汇流排间的卡滞问题，达到优化产品的需求，进而提升了城轨产品的市场竞争力（图5）。
图5 产品实物
我国对架空刚性接触网技术的研究已有20 余年的历史，目前刚性接触网系统已成为城市轨道交通地下隧道段接触网的首要选项，其具有安装空间小、无断线隐患、超高电能承载量等众多优点，但随着工程应用的增多，架空刚性接触网系统应用经验的不断丰富，也发现了该系统存在的一些不足之处。面对新挑战，作为接触网零部件制造型企业，应不断优化零部件结构，提高其相关技术性能，不断提升刚性接触网弓网受流质量，确保刚性接触网牵引供电系统的安全与稳定。
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