CN108973782B - 城轨交通刚柔结合悬挂接触网 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城轨交通刚柔结合悬挂接触网，涉及城轨交通接触网技术领域，主要包括普通区段、锚段关节、补偿装置三部分组成。普通区段的悬挂部分由汇流排、接触线、电连接和吊弦四部分组成，通过吊弦把接触线和汇流排分开安装；锚段关节过渡处的两组接触网等高布置，保证列车安全通过；补偿部分将非工作支的接触线通过转向滑轮将其拉到线路外侧，再通过补偿绳、动滑轮组、坠陀等结构实现张力补偿。本发明把接触线和汇流排通过吊弦分离连接，改善了接触网的弹性，避免了温度变化造成的接触线跳出汇流排夹槽现象的发生。在锚段关节处，刚柔结合接触网的过渡区域和正常区段的弹性变化不大，弹性均匀度好，结构高度小，有利于受电弓稳定可靠受流。

Description

城轨交通刚柔结合悬挂接触网

技术领域

本发明涉及城轨交通接触网技术领域，具体涉及一种能够避免接触线脱槽，整体弹性和弛度性能高，结构稳定，有利于受电弓平稳过渡的城轨交通刚柔结合悬挂接触网。

背景技术

近年来，城市轨道交通给人们生活工作带来的便捷有目共睹，而随着人们生活工作节奏的加快，人们对出行时间提出了更高的要求，进一步提高地铁列车运行速度，节约乘客时间，成为城市轨道交通发展的一个关键问题。

若提高城轨列车的运行速度，就需要采用直流1500V或3000V架空供电方式。目前，在城市轨道交通建设中，城市中心部的地铁线路一般为隧道线路，并采用直流1500V、架空刚性悬挂接触网进行供电。如北京地铁6号线，广州地铁2号线等。远郊地铁线路一般为地上明线，采用直流1500V、柔性悬挂接触网架空供电的方式。如北京地铁14号线、上海地铁2号线等。

柔性悬挂接触网具有较好的受流特性，能够满足高速运行要求。但是其结构复杂，安装高度较高，需要有较大的安装空间，一般不在地铁隧道线路中使用。而适合于隧道内使用的架空刚性悬挂接触网，由于受其弹性差、无法形成受电弓的抬升等因素的影响，当车辆以较高速度运行时，就会出现弓网离线拉弧等现象，最高运行速度一般不能大于120km/h。

刚性悬挂接触网虽然具有结构简单，便于维修等优点，但是也存在汇流排连接处、锚段关节等特殊区段易产生硬点，使接触线和受电弓滑板磨耗增大的问题；以及由于接触线和汇流排的材质不同，金属膨胀系数差异较大，随着温度的变化，容易出现接触线跳出汇流排夹槽的现象等诸多问题。

目前，有些刚性悬挂接触网考虑受到地铁隧道高度的限制，依然采用汇流排来直接夹持接触线的方式，使接触网的刚度依然很大，对弓网的受流质量没有实质性的改善，列车仍然不能在较高的速度下正常取流运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在列车高速运行情况下可靠稳定取流的刚柔结合的城轨列车悬挂式接触网，以解决上述背景技术中存在的柔性接触网易出现弓网离线拉弧现象、刚性接触网磨耗大易脱槽等技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种城轨交通刚柔结合悬挂接触网，包括汇流排、接触线及张力补偿装置，所述接触线通过若干吊弦悬吊在所述汇流排的下方，所述汇流排内设有沿所述汇流排长度方向上的方形安装腔；所述吊弦的吊线的上端穿过所述安装腔底部的限位孔连接有滚轮组件，所述滚轮组件可在所述安装腔内沿所述汇流排长度方向滚动。

优选的，所述滚轮组件包括转轴和设于所述转轴两端的滚轮，所述吊线的上端与所述转轴连接，在所述安装腔的底部所述限位孔的两侧各设有一滚轮槽，所述滚轮位于所述滚轮槽内。

优选的，所述吊线的下端连接有接触线线夹，所述接触线线夹包括与所述吊线连接的U型板，所述U型板内侧设有接触线夹板，所述U型板和所述接触线夹板之间通过螺栓拧紧连接。

优选的，所述吊线上设有绝缘子，所述吊线有铜合金绞线制成。

优选的，所述汇流排与所述接触线之间连接有电连接线。

优选的，所述汇流排由铝制成，所述接触线由铜合金材料制成。

优选的，所述张力补偿装置包括转向滑轮、动滑轮、定滑轮及补偿绳，所述补偿绳的一端固定，所述补偿绳的另一端绕过所述动滑轮和所述定滑轮后与坠砣连接；所述动滑轮通过连接线绕过所述转向滑轮与所述接触线连接。

优选的，所述汇流排通过绝缘固定座固定在城轨隧道的顶部，所述绝缘固定座包括绝缘座及安装在所述绝缘座上方的横梁，所述横梁固定在城轨隧道的顶部。

优选的，所述绝缘座的下方安装有汇流排连接槽，所述汇流排的顶部设有顶板，所述顶板安装在所述汇流排连接槽内。

优选的，在两组接触网的锚段关节处两组接触线等高设置，两锚段之间通过电连接线导通。

本发明有益效果：由于接触线和汇流排两种材料的膨胀系数不同，把接触线和汇流排通过吊弦连接起来，避免当温度变化的时候，出现接触线跳出汇流排的夹槽的现象；改善了接触网的弹性，使得受电弓形成抬升；有效避免汇流排连接处的膨胀对受流造成的影响，在锚段关节处，刚柔结合接触网的过渡区域和正常区段的弹性变化不大，弹性均匀度好，结构高度小，有利于受电弓稳定可靠受流。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网整体结构图。

图2为本发明实施例所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网的接触线通过吊弦与汇流排连接的结构示意图。

图3为本发明实施例所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网锚段关节处连接结构示意图。

图4为本发明实施例所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网的张力补偿装置结构图。

图5为本发明实施例所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网的悬挂安装结构图。

图6为本发明实施例所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网的吊弦结构示意图。

图7为刚性悬挂接触网的弓网耦合模型示意图。

图8为刚柔结合悬挂接触网的弓网耦合模型示意图。

图9为当列车速度为140km/h时，在普通区段，刚性悬挂接触网和刚柔结合接触网的接触压力曲线。

图10为当列车速度为140km/h时，在锚段关节处，刚性悬挂接触网和刚柔结合接触网的接触压力曲线。

其中：1-汇流排；2-接触线；3-吊弦；4-安装腔；5-吊线；6-限位孔；7-滚轮组件；8-转轴；9-滚轮；10-接触线线夹；11-U型板；12-接触线夹板；13-螺栓；14-绝缘子；15-电连接线；16-转向滑轮；17-动滑轮；18-定滑轮；19-补偿绳；20-坠砣；21-绝缘座；22-横梁；23-汇流排连接槽；24-顶板。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。应该理解，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接，使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

实施例一

如图1至图6所示，本发明实施例一提供了一种城轨交通刚柔结合悬挂接触网，包括汇流排1、接触线2及张力补偿装置，所述接触线2通过若干吊弦3悬吊在所述汇流排1的下方，所述汇流排1内设有沿所述汇流排1长度方向上的方形安装腔4，在满足减小接触网结构高度的同时，方形安装腔4为可动绝缘吊弦提供良好的安装条件。

所述吊弦3的吊线5的上端穿过所述安装腔4底部的限位孔6连接有滚轮组件7，所述滚轮组件7可在所述安装腔4内沿所述汇流排长度方向滚动。将接触线2从汇流排1中通过吊弦3悬挂的方式分离出来，增加了接触网的弹性；从柔性悬挂方面考虑，将承力索改为刚性汇流排，减小了结构高度。

为了保证接触线具有良好的平顺性，减小接触网的整体高度，滚轮组件7安装在汇流排1内部，即方形安装腔4内，在汇流排1上每隔一段距离预留有供滚轮组件7的安装和吊弦灵活纵向移动的限位孔6。

在实际应用中，上述吊弦的长度应满足受电弓的抬升要求，可根据线路的运行条件和运行速度设置合理的吊弦长度，任何合理的吊弦长度都在本发明的保护范围之内。

锚段是构成接触网的基本单元，为了减小接触线的弛度，吊弦间距可设定为6～12m，而在实际使用中，本领域技术人员可根据实际情况设置合理的吊弦间距，任何合理的上述吊弦间距都在本发明的保护范围之内。在本实施例一中，由于采用了滚轮组件7使吊弦3可动，有效地减小了锚段中部与末端可能出现的张力差，因此，锚段长度可以设定为1000m以上。

优选的，所述滚轮组件7包括转轴8和设于所述转轴8两端的滚轮9，所述吊线5的上端与所述转轴8连接，所述安装腔4的底部设有滚轮槽(附图未标出)，本领域技术人员可轻易了解如何设置滚轮槽，所述滚轮9位于所述滚轮槽内。滚轮9在滚轮槽内滚动，可防止滚轮9发生左右移动，提高了稳定性。

在本发明实施例一中，所述吊线5的下端连接有接触线线夹10，所述接触线线夹10包括与所述吊线5连接的U型板11，所述U型板11内侧设有接触线夹板12。将接触线2夹装在接触线夹板12间，通过螺栓13拧紧，使接触线牢固夹装在吊线5的下端的接触线线夹10上。

在本发明实施例一中，所述吊线5上设有绝缘子14。吊弦导线采用具有强度高、重量轻、弹性好的铜合金绞线。绝缘子14可防止吊弦出现因接触不良而造成的烧断现象。

在本发明实施例一中，所述汇流排1与所述接触线2之间连接有电连接线15。电连接线15是汇流排1与接触线2之间的电气连接通道。根据电能传输需要，每隔一定距离在汇流排和接触线之间安装一组，保障车辆电力牵引装置及辅助设备的用电需求。

在本发明实施例一中，所述汇流排1由铝制成，采用刚度较大的矩形铝制汇流排，可以保证大电流的可靠传输。所述接触线2由铜合金材料制成，可以有效增加接触网的弹性，实现受电弓的抬升，形成良好的弓网关系。

在本发明实施例一中，所述张力补偿装置包括转向滑轮16、动滑轮17、定滑轮18及补偿绳19，所述补偿绳19的一端固定，所述补偿绳19的另一端绕过所述动滑轮17和所述定滑轮18后与坠砣20连接；所述动滑轮17通过连接线绕过所述转向滑轮16与所述接触线2连接。

实际使用中，为了防止接触线2串动，参考柔性接触网半补偿方式，通过锚结绳将接触线固定在汇流排1上，在锚段中部设置中心锚结。在锚段的两端设置张力补偿装置。锚段长度较短时，为节省安装空间，可以采用弹簧补偿器。如果锚段较长，可参考柔性接触网设置的张力补偿装置。接触线下锚时，先通过转向滑轮16将接触线拉到线路外侧，再通过动滑轮17和定滑轮18组成的滑轮组及坠砣20组成的补偿装置对接触线2进行张力补偿。

在本发明实施例一中，所述汇流排1通过绝缘固定座固定在城轨隧道的顶部，所述绝缘固定座包括绝缘座21及安装在所述绝缘座上方的横梁22，所述横梁固定在城轨隧道的顶部。所述绝缘座的下方安装有汇流排连接槽24，所述汇流排的顶部设有顶板24，所述顶板安装在所述汇流排连接槽内。

具体使用中，刚柔结合接触网采用直链形悬挂。为了使受电弓滑板能够得到均匀磨耗，在锚段较短时可以以锚段为单位长度，在锚段较长时可以将一个锚段划分为几个单位长度进行“之”字形布置。前者不需要定位器；后者需要进行接触线的水平定位，并需要在隧道顶部设置安装定位装置的构件。

参考刚性悬挂接触网汇流排的安装方式，汇流排经绝缘子固定到隧道顶部。刚柔结合接触网与刚性悬挂不同，汇流排的弛度不直接对受电弓运行产生影响，因此跨距可以比刚性接触网大很多。并且，如果汇流排间通过铜导线连接，可以不连续敷，这样能够避免汇流排随温度变化产生的膨胀收缩等问题，为受电弓提供更好的运行条件。跨距的具体长度要根据实际使用的汇流排的单位长度重量及其挠度计算决定。

锚段关节是保障受电弓平稳过渡的接触网的重要组成部分。在本发明实施例一中，在两组接触网的锚段关节处两组接触线等高设置，两锚段之间通过电连接线导通。锚段关节过渡处两组接触线等高设置，且两接触网之间有100mm的水平间距，两锚段间通过电连接线导通，过渡区可设置为5m。非工作支接触线通过一定距离后提升约200mm，并需要满足受电弓的抬升及平稳过渡的要求。

在实际使用中，上述锚段关节两接触网之间的间距及过渡区长度并不受上述距离的限制，本领域技术人员可根据实际情况设置合理的上述锚段关节两接触网之间的间距及过渡区长度。

实施例二

本发明实施例二提供的一种城轨交通刚柔结合悬挂接触网，通过商业仿真软件MSC.marc建立弓网耦合模型对该接触网性能进行了测试。

如图1所示，是刚柔结合接触网结构图，由汇流排1、接触线2、电连接线15和可动绝缘吊弦3四部分组成。汇流排1采用刚度较大的矩形铝制汇流排，可以保证大电流传输需要，满足减小接触网结构高度要求的同时为可动绝缘吊弦的安装提供良好的条件。使用具有一定柔性的铜合金材质的接触线2，可以有效增加接触网的弹性，实现受电弓的抬升，形成良好的受流条件。电连接线15是汇流排1与接触线2之间的电气连接通道，根据电能传输需要，每隔一定距离在汇流排和接触线之间安装一组，保证车辆可靠获取电能。

图2、图6所示，是可滑动绝缘吊弦示意图，即接触线通过吊弦与汇流排连接的结构示意图，由吊线5、可动悬挂轮(即滚轮组件7)、小型绝缘子14、接触线线夹10等组成的可动绝缘吊弦。吊弦的可动悬挂轮安装在汇流排1内部，可以减小接触网的整体高度。在汇流排1上，每隔一段距离预留有供吊弦通过和进行纵向移动的狭缝(即限位孔6)，以保证吊弦3具有灵活的移动能力。吊弦3长度需要满足受电弓的抬升要求，可根据线路的实际运行速度进行设计。

吊弦3的导线(吊线5)可以采用具有强度高、重量轻、弹性好的铜合金绞线。并且，为了防止吊弦出现因接触不良而造成的烧断现象，在导线中增加了小型绝缘子。

而在实际应用中，吊线5的制作材料并不受上述铜合金绞线的限制，上述吊线5的制作材料可根据实际情况选择更加合适的材料。

图3是锚段关节示意图，锚段关节过渡处两组接触网等高设置，且两接触网之间有200mm的水平间距。两锚段间通过电连接线导通。过渡区可设置为10m。非工作支接触线通过一定距离后提升约200mm，并需要满足受电弓的抬升要求。

在实际使用中，上述锚段关节两接触网之间的间距及过渡区长度并不受上述距离的限制，本领域技术人员可根据实际情况设置合理的上述锚段关节两接触网之间的间距及过渡区长度。

图4是张力补偿装置示意图，为了防止接触线串动，参考柔性接触网半补偿方式在锚段中央设置中心锚结。将接触线2通过锚结绳固定在汇流排上。在锚段的两端设置张力补偿装置。在锚段长度较短时，采用弹簧补偿器可以减小安装空间。

如果锚段较长，可参考柔性悬挂设置如图4所示的张力补偿装置。接触线2下锚时，先通过转向滑轮16将接触线2拉到线路外侧，再通过由转向滑轮16、动滑轮17、定滑轮18组成的滑轮组及坠砣共同构成的补偿装置对接触线进行张力补偿。

图5是刚柔结合接触网的安装方式图，可以采用直链形悬挂。为了使受电弓滑板能够得到均匀磨耗，在锚段较短时可以以锚段为单位长度，在锚段较长时可以将一个锚段划分为几个单位长度进行“之”字形布置。前者不需要定位器；后者需要进行接触线的水平定位，并需要在隧道顶部设置安装定位装置的构件。

参考刚性悬挂接触网汇流排的安装方式，汇流排1经绝缘固定座固定到隧道顶部。刚柔结合接触网与刚性悬挂不同，汇流排的弛度不直接对受电弓运行产生影响，因此跨距可以比刚性接触网大很多。并且，如果汇流排间通过铜导线连接，可以不连续敷，这样能够避免汇流排随温度变化产生的膨胀收缩等问题，为受电弓提供更好的运行条件。

图7为通过商业仿真软件MSC.marc建立的刚性悬挂接触网的弓网耦合模型示意图。

图8是通过商业仿真软件MSC.marc建立的刚柔结合悬挂接触网的弓网耦合模型示意图。

受电弓和接触网系统通过接触压力F_C耦合在一起。在建立模型仿真模型的时候，刚性接触网的跨距长度以8m为例，其它的设计参数如表1所示。刚柔结合接触网的吊弦间距也以8m为例，接触线的张力是12kN，其它的设计参数如表2所示，受电弓均采取SBS81型号，其参数如表3所示。

表1刚性悬挂接触网参数

表2刚柔结合接触网参数

表3受电弓参数

综上所述，本发明通过把接触线和汇流排通过吊弦连接起来，这样不但避免当温度变化的时候，由于接触线和汇流排两种材料的膨胀系数不同，出现接触线跳出汇流排的夹槽的现象；改善了接触网的弹性，使得受电弓形成抬升；有效的避免汇流排连接处的膨胀对受流造成的影响，在锚段关节处，刚柔结合接触网的过渡区域和正常区段的弹性变化不大，弹性均匀度好，结构高度小，采用刚柔结合接触网的隧道线路与地面线路及特殊区段间的弹性差异小，更有利于受电弓的平稳过渡。

本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种城轨交通刚柔结合悬挂接触网，包括汇流排（1）、接触线（2）及张力补偿装置，其特征在于：所述接触线（2）通过若干吊弦（3）悬吊在所述汇流排（1）的下方，所述汇流排（1）内设有沿所述汇流排（1）长度方向上的方形安装腔（4）；所述吊弦（3）的吊线（5）的上端穿过所述安装腔（4）底部的限位孔（6）连接有滚轮组件（7），所述滚轮组件（7）可在所述安装腔（4）内沿所述汇流排长度方向滚动；所述汇流排（1）与所述接触线（2）之间连接有电连接线（15）；所述张力补偿装置包括转向滑轮（16）、动滑轮（17）、定滑轮（18）及补偿绳（19），所述补偿绳（19）的一端固定，所述补偿绳（19）的另一端绕过所述动滑轮（17）和所述定滑轮（18）后与坠砣（20）连接；所述动滑轮（17）通过连接线绕过所述转向滑轮（16）与所述接触线（2）连接；所述汇流排（1）通过绝缘固定座固定在城轨隧道的顶部，所述绝缘固定座包括绝缘座（21）及安装在所述绝缘座上方的横梁（22），所述横梁（22）固定在城轨隧道的顶部。

2.根据权利要求1所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网，其特征在于：所述滚轮组件（7）包括转轴（8）和设于所述转轴（8）两端的滚轮（9），所述吊线（5）的上端与所述转轴（8）连接，在所述安装腔（4）的底部所述限位孔（6）的两侧各设有一滚轮槽，所述滚轮（9）位于所述滚轮槽内。

3.根据权利要求2所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网，其特征在于：所述吊线（5）的下端连接有接触线线夹（10），所述接触线线夹（10）包括与所述吊线（5）连接的U型板（11），所述U型板（11）内侧设有接触线夹板（12），所述U型板（11）和所述接触线夹板（12）之间通过螺栓（13）拧紧连接。

4.根据权利要求3所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网，其特征在于：所述吊线（5）上设有绝缘子（14），所述吊线（5）由铜合金绞线制成。

5.根据权利要求1-4任一项所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网，其特征在于：所述汇流排（1）由铝制成，所述接触线（2）由铜合金材料制成。

6.根据权利要求1所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网，其特征在于：所述绝缘座（21）的下方安装有汇流排连接槽（23），所述汇流排（1）的顶部设有顶板（24），所述顶板（24）安装在所述汇流排连接槽（23）内。

7.根据权利要求6所述的城轨交通刚柔结合悬挂接触网，其特征在于：在两组接触网的锚段关节处两组接触线等高设置，两锚段之间通过电连接线导通。

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