中低速磁浮C型接触轨绝缘支架的研制

中低速磁浮C型接触轨绝缘支架的研制
白利军
【摘要】中低速磁浮是一种低噪声无碳交通方式,是未来城市交通发展的重要方向之一.目前国内磁浮系统中的C型接触轨及附配件的研制尚未有成熟经验.因此研发了一种全新的C型接触轨,同时研制了与其配套的绝缘支架,主要包括底座、支撑架和接触轨固定座三部分.其中底座由金属拼焊而成并采用热浸镀锌防腐,支撑架为玻璃钢材质,通过模压工艺制造,接触轨固定座整体铸造成型.该绝缘支架可以实现接触轨安装时的水平和垂直调节,安装方便,耐磨性和绝缘性能好,强度高.经国家权威机构检测,各项性能均满足设计要求,并已在株洲中低速磁浮试验线和长沙磁浮线成功应用.
【期刊名称】《铁道建筑技术》
【年(卷),期】2017(000)004
【总页数】4页(P96-99)
【关键词】中低速磁浮接触轨;C型绝缘支架
【作者】白利军
【作者单位】中国铁建电气化局集团科技有限公司河北保定 074000
【正文语种】中文
【中图分类】U237
中低速磁浮交通是一种新型交通模式，列车采用非接触运行方式，克服了传统轮轨列车的粘着限制，采用磁力使车辆悬浮于轨道之上，直线电机推动车辆向前行驶，
具有爬坡能力强、转弯半径小，噪声小、安全、维修成本低等优点，尤其适用于地形地貌复杂、建筑物拥挤的大中城市、风景名胜区等，在各种交通方式中具有明显的优势［1－2］。

随着中低速磁浮技术的发展和完善，中低速磁浮交通系统以其
独有的优势正逐步进入人们的视线，成为解决城市交通问题的方式之一［3－5］。

目前，长沙磁浮线已通车运营，北京S1线正在建设施工，其它大中城市也正在积极规划中。

接触轨系统是牵引供电系统的重要子系统，中低速磁浮交通供电系统采用三轨、四轨的方式给车辆供电，其中第三轨为供电接触轨，第四轨为回流接触轨［6］。

中低速磁浮列车一般采用侧接触受流方式，而接触轨为带电部件，所以设置接触轨时需考虑其绝缘距离和安全性能。

接触轨是通过绝缘支撑装置安装在轨道梁的两侧［7］，传统的绝缘支撑是由一个与导电轨相连的用诸如陶瓷等材料制成的绝缘子和一个底座组成，底座要有一定的强度、韧性和刚性。

支撑部件的底座一般为槽钢，槽钢一端固定在轨道梁上，另一端伸出悬臂状设置，在该悬臂上设置绝缘子［8－9］。

绝缘子一般采用陶瓷材料，但陶瓷材料的韧性低，脆性大，磨耗大，导致绝缘支撑刚度差，容易损坏，维护成本高。

且为保证机车良好受流，平滑过渡，对接触轨的安装精度要求非常高，故安装绝缘支撑装置时必须保证足够的可调精度［10－13］，但目前侧受流方式下尚未有成熟的配套产品。

因此，本文主要介绍
一种中低速磁浮C型接触轨绝缘支架产品。

绝缘支架固定于轨道梁上，用于承载接触轨系统的所有动态、静态负荷和电气绝缘，且需具有较大的调整能力，消除部分土建误差。

如图1、图2、图3所示，绝缘支架主要包括底座（序号1）、支撑架（序号2）
和接触轨固定座（序号3）三部分，其中底座用于与磁悬浮列车的轨道梁4连接，支撑架固定在底座上，接触轨固定座固定在支撑架上，接触轨固定座用于固定安装C型磁悬浮接触轨5，接触轨与底座之间电绝缘，底座和支撑架之间通过相互之间
设置的套筒子筒102和套筒母筒202相套固定连接。

底座包括与轨道梁4连接的平面板101，其上有长孔104，用于调节接触轨与轨
道梁的竖直距离，平面板中央设置有垂直于平面板的套筒子筒102；支撑架上有
与接触轨固定座连接的平板面201，垂直于平板面设置有与底座子筒102连接的
套筒母筒202；在子筒102侧壁上设置有长孔103，用于底座与接触轨支撑的连接，并调节接触轨与轨道梁的水平距离；在母筒侧壁上设置有圆孔203，使用螺
栓6穿过母筒的圆孔和子筒的长孔将支撑架锁紧固定在底座上，长孔103和104
实现了接触轨相对于轨道梁的竖直和水平位置的调节，并可部分补偿土建误差。

接触轨固定座是由两个形状相同的L型卡块301合并组成，L型卡块的一个臂
301-1，卡臂的顶部槽内镶嵌有尼龙滑块；L型卡块的另一个臂称为调节固定臂301-2，在L型卡块调节固定臂上设置有固定卡块的螺栓孔，L型卡块调节固定臂通过螺栓与接触轨固定座固定连接。

绝缘支架的材料选择应使其整体具有良好的机械性能，满足各种载荷下的受力要求，同时满足电气绝缘性能要求。

绝缘支架底座是由金属制作，可承受较大剪切载荷，支撑架由玻璃钢制成，具有良好的绝缘性能，且耐腐蚀、抗老化、憎水性、耐污性良好。

接触轨固定座与接触轨轨体接触，需承受轨体的自重，故选用金属铸件，整体铸造成型，可满足其力学性能要求。

同时由于中低速磁浮列车采用侧向受流方式，绝缘支架整体受垂直线路方向的垂向剪切力较大，本文中底座与支撑架采用母子套筒的形式，且底座采用金属件制作，抗剪切能力强。

底座和接触轨固定座为碳钢材料，为绝缘支架承载载荷的主体结构，本身性能比较稳定，经过长时间使用后，机械性能变化较小。

支撑架选用玻璃钢绝缘材料，主要满足电气绝缘性能，其长时间使用后，其电气性能变化较小，亦可满足使用要求。

由于接触轨绝缘支架是固定在轨道梁的垂直平面上，为了挡住落下物与灰尘影响接触轨绝缘，支撑架还包括接触轨的遮护板204，遮护板设置在支撑架平板面两侧，遮护板外侧为弧面；遮护板
外表面采用弧形结构使杂物及灰尘落在遮护板上后就滑落，可以减少灰尘堆积，进而保证了支撑架的绝缘效果。

绝缘支架主要包括底座、支撑架及接触轨固定座三部分。

其中底座的平面板和套筒子筒为金属制件，通过焊接实现连接，外表面整体热浸镀锌提高其防腐性能；支撑架由玻璃钢材料制成，采用模压工艺制造，将一定量的预混料加入模具内，经加热、加压固化成型，产品机械性能稳定、尺寸精度高、重复性好且表面光洁，无需二次修饰；接触轨固定座为不规则形状，采用整体铸造成型，生产中严格控制铸造工艺，防止出现冷隔、缩孔、缩松及裂纹等缺陷，提高产品的机械性能。

在接触轨固定座与接触轨接触的部位镶嵌有尼龙滑块，其作为单独的附件组装在接触轨固定座上。

绝缘支架作为供电系统的重要绝缘支撑部件，其机械和电学性能必须满足产品设计要求。

国家权威检测机构对产品相关性能进行了检测，其中机械性能主要检验项目包括：垂直线路方向和水平顺线路方向静态载荷、垂直线路和水平顺线路方向极限破坏载荷，检测结果见表1；电学性能主要检验项目包括：爬电距离、雷电全波冲击电压耐受试验、工频电压干耐受试验、工频电压湿耐受试验、工频人工污耐受电压试验，检测结果见表2。

从表1、表2的检验结果可以看出此产品相关性能均合格，可以满足产品设计和使用要求。

（1）该绝缘支架在底座上设置的相互垂直的长孔可以在外侧实现接触轨与轨道梁垂直和水平位置调节，安装调整方便。

（2）绝缘支架接触轨固定座上的金属卡爪部分与C型轨配合，卡爪为弧形设计，中部镶嵌尼龙滑块，如图4所示。

尼龙滑块与C型轨为线接触，可有效降低摩擦
阻力，保证温度变化时C型轨的顺畅滑动。

卡爪的弧形设计可保证C型轨在弯道
位置时，继续保持尼龙滑块与C型轨的线接触，不会导致卡死。

（3）该绝缘支架强度高，客服了传统绝缘子产品竖直方向抗剪切力较差的缺点，强度高、耐磨性和绝缘性好。

（4）该绝缘支架的各构成部分生产工艺成熟，重复性好，尺寸精度高，可实现批量生产。

2015年4月，产品在中车株洲中低速磁浮试验线安装使用，运行至今，产品性能良好，未出现同类产品的断裂及烧蚀现象。

研发人员对绝缘支架的在线运行情况、电气及机械性能、系统配合情况、绝缘支架污染情况进行跟踪观测，经过一年多的跟踪观测，该产品性能稳定，与接触轨配合良好。

2015年9月，产品在国内首条中低速磁浮商业运营线－长沙磁浮线安装使用，运行至今，未发现异常。

图5为
在线路上安装使用的绝缘支架产品。

（1）本文介绍了一种中低速磁浮交通供电用整体绝缘支架，克服了传统绝缘子产品的缺点，为中低速磁浮交通供电系统提供了关键部件。

（2）该绝缘支架可以实现接触轨安装过程中接触轨与轨道梁垂直和水平位置调节，安装调整方便，可以补偿轨道旁的土建施工误差。

（3）该绝缘支架的材料选择可以满足相关机械及电气性能要求。

其中底座采用金属制件，可承受沿线路方向及垂直线路方向的较大载荷；支撑架采用玻璃钢材料，采用模压工艺制造，绝缘性能好，尺寸精度高，表面光洁度好；底座与支撑架采用套筒方式连接，可承受较大的垂向剪切力，克服了同类产品易断裂的缺点；接触轨固定座因其截面形状不规则，采用整体铸造成型，其上的尼龙滑块保证了绝缘支架与接触轨的线接触，有效降低了摩擦阻力，保证了滑动顺畅，克服了同类产品轨体热胀冷缩过程中易卡死的现象。

（4）该绝缘支架电气及机械性能满足产品技术要求，经国家权威机构检测，其静态载荷、极限破坏载荷、爬电距离、雷电全波冲击电压耐受试验、工频电压干湿耐受试验及工频人工污耐受电压试验等性能均合格，可以满足使用要求。

（5）产品应用于中车株洲中低速磁浮试验线和长沙中低速磁浮线，对绝缘支架在线运行情况及相关性能进行追踪观测，发现产品性能稳定，与接触轨配合良好，未
出现同类产品的断裂及烧蚀等不良现象。

（6）C型接触轨绝缘支架结构简单，安装调整方便，摩擦力小，耐磨性和绝缘性好，强度高，运行安全可靠，安装和维修方便。

目前产品已在中低速磁浮试验线及商业运营线路上安装应用，运行至今未发现异常，可进一步应用于更多的磁浮线路中，在实际应用中发现问题并不断改进产品结构，提高产品性能，成为中低速磁浮交通成熟的配套产品。

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