1我国地铁接触轨技术发展综述与研发建 议摘要:介绍了接触轨系统的构成，技术特征和我国应用接触轨技术的概况在直流1 500V 接触轨系统的“四大环节”研究中，建议重点对系统设计标准及产品制造标准进行研究；在系统设计标准的“四大关系”研究中，建议重点对 1 500V 接触轨与人身安全防护的关系进行研究。在钢铝复合接触轨的国产化工作中应重点解决好不锈钢带与铝型材的结合问题，以及不锈钢带的材质和外型表面平顺问题关键词 中国接触轨发展史 1500V 接触轨 系统设计标准 人身安全防护 钢铝复合接触轨 国产化接触轨，又称第三轨，或简称三轨。接触轨系统是地铁牵引供电系统的重要子系统，它直接影响到地铁供电系统甚至整个地铁系统的安全运以营。自 1965 年北京建造我国第一条地铁线以来，仟随着我国地铁建设事业的发展，接触轨技术也走过了近 40 年的发展历程。这期间接触轨枝术不断发展，其主要表现为：安装方式由以上部接触搔流方式为主导发展成上部接触交流方式与下部接触授流方式并存：导电轨由低磺钢材料发展成钢铝复合材科：防护罩(及支架)由木板材料发展成玻璃钢材料：绝缘子材料除电瓷外，还开发出环氧树脂材料及硅橡胶材料。相应地，一些施工安装方法也有所改进目前，直流 1 500V 接触轨系统又在积极研发之中，同时钢铝复合接触轨的国产化工作也正在逐步展开，当然这其中面临的问题和遇到的困难也有许多。在这种情况下，对我国地铁接触轨技术的发展历史进行总结，将有助于目前接触轨新技术的研究与开发。21 概述11 接触轨系统的国内应用概况目前，在我国有 3 个城市 6 条地铁线路采用了接触轨系统，分别是：北京地铁 1号线上程。北京地铁 2 号线(环线)工程、天津地铁 1 号线中段、北京地铁复八线工程、北京地铁门号线工程(即北京城市铁路工程)，北京地铁八通线工程、武汉轨道交通 1 号线一期工程另外，由中国援建的 1984 年开通的朝鲜平壤地铁，以及由中国承建的 2000 年 2 月 21 日开通一期工程的伊朗德黑兰地铁，用了接触轨系统。这些线路韵总长度超过 200km，触孰电压等级均为直流 750V。12 接触轨系统的构成在接触轨系统零部件中，除包括作为导电轨的接触轨以外，还包括绝缘支架(或绝缘子)。防护罩隔离开关设备、电缆等。接触轨、绝缘支架(或绝缘子)、防护罩是接触轨系统中送电。支撑、防护的三大件。13 接触轨系统的三大技术特征谈及接触孰系统，其技术特征有三个级，二是安装方式，二是导电轨材料。1 31 电压等级目前世界上城市轨道交通中的直流牵引网电压等级繁多，接触轨系统的电压等级有 600V、630V。700V、750V、825V，900V、1 000V、1 200V 等，国外接触轨系统的标称电压一般在 1 000V 以下，西班牙巴塞罗那采用过直流 1 500V 及 1 200V接触轨，美国旧金山 BART 系统为直流 1000v 接触轨。目前国内接触轨系统标称电压为直流 750V，国际上接触轨电压等级的发展趋向是 IEC 标准中的直流600V、750V。 132 安装方式接触轨系统根据授流位置的不同，司分为上部授流接触轨、下部授流接触轨和侧部授漉接触轨三种形式。31 3.3 导电蓑材料接触轨可采用低碳钢材料或钢铝复合材料。2 北京地铁早期建成线路的接触轨系统北京地铁早期建成的线路包括；1969 年通车的北京地铁 1 号线工程，1984 年通车的北京地铁环线工程，1999 年 9 月通车的北京地铁复八线工程。21 北京地铁 1 号线工程北京地铁 1 号线工程，东起北京站，西至苹果园，全长 24，17km。工程于 1958 年开始前期研究，1965 年 7 月 1 日开工建设，1969 年 9 月 20 日基事建成并试运营。该工程接触轨系统是我国第一个地铁接触轨系统本工程接触轨系统的电压等级开始为直流 825V，以后随着牵引变电所设备的改造而成为直流 750V，安装方式为上部授挽方式，导电轨材质为低碳钢，主要技术标准如下211 接触轨的技术条件(1)接触轨断面的总断面积为 6 543mm2，(2)接触轨的比重为 78g/cm3：(3)每米接触轨的理论重量为 5136kg，每根理论重量为 642kg，每根 125m，(4)对中性轴接触轨的惯性矩 Jx=1 0268cm4，断面系数 Wz=1762cm3(5)接触轨的型号为 JU-52，钢号为 05 铝(05A1)；(6)在温度为 15 度的情况下，接触轨的单位电阻不超过 O125mm2m：(7)接触轨的断面应铣平，断面歪斜在任何方向测量均不得超过 10mm；(8)接触轨采用转炉冶炼的优质镇静钢轧制。212 接抽孰用绝缘子接触轨用绝缘子由以下三个丰要部分组成：4(1)瓷件，材料为电磁，工作电压 1000V，抗弯 800kg,(2)下座，材料为 HT15-33 灰铸铁：(1)上帽，材料为 11T15-33 灰铸铁。另外，瓷件与下座间还没有 1-5 层的油毡纸垫片213 木防护板木防护板的木科全部是在天然干性油中浸透的松木制成，井做烘干处理，木防护板翠表面涂阽火滦，木防护板外表面涂防腐油漆。214 端部弯头端部弯头总长度 2300mm22 北京地铁 2 号线工程北京地铁 2 号线工程，线路长 161Fan1974 年完成接触孰施工图设计，1976 年建成并试运营，1984 年完成改造根据北京地铁 1 号线工程的施工运营经验，针对存在的问题及接触轨要加强防护的指示，1974 年 2 号线在工程接触轨系统设计时进行了一些修改与完善1978年 5 月，根据市兵办工程组技术处于 1978 年 3 月 27 日召开的关于地铁三轨防护板设计问题的会议纪要精神，将 2 号线工程接触轨防护板靠近线路侧上下的两块和防护支架下边的一块予以取消，形成了日前的结构形式，如图 1 所示。图 1 北京地铁环线接触轨安装示意图23 北京地铁复八线工程北京炔铁复八线工程，西起复兴门，东至八王坟，线路长 12.7KM。该工程接触轨系统施工图设计完成于 1993 年 10 月，工程于 1999 年 9 月通车。与北京地铁环线5接触轨系统相比，主要进行了以下修改：(1)接触轨端部弯头由原来的 2300mm 加长到 2775mm，以使受流器与弯头接触时更平稳；同时减小了坡端的接触面到走行轨顶面的垂育距离。(2)采用 3000V 支柱绝缘子代替原绝缘子。(3)结合工程需要，本工程册剥开发了玻璃钢防护罩并在车站、道岔、隧道联络线等局部地段进行了试验安装(单线总长度约 6km)3 德黑兰地铁 12 号线的接触轨系统德黑兰地铁 1、2 号线，线路全长约 53km1992 年初开始投标，1996 年合同正式生效，2000 年 2 月 21 日第一期工程建成通车根据招标文件要求，北京城建院联合高校与工厂，以产学研相结合的方式，研制开发出“下部校流接触轨系统”，填补丁国内空白，该技术成果于 1994 年 6 月 8H从得了国家实用新型专利(zL93 2 241735)相应地，研制出玻璃钢材料的接触轨支架及防护罩，代替了传统的木板防护罩，这一创新成果带来了接触轨支架与防护罩材料的革命。本工程接触轨系统的电压等级为直流 750V，导电轨材质为低碳钢31 下部授流接触轨的安装结构描述下部授流接触轨主要由导电轨，绝缘支架、防护罩等构成，见图 2绝缘支架由顶郎支架，中部支架，下部支架三部分组成，并共同构成悬臂结构型式；导电轨通过顶部、中部支架，悬挂在下部支架上；下部支架刚根据线路情况固定在整体道床上或碎石道床的轨枕上：防护罩靠自身弹性及支撑垫块固定在导电轨上。32 下部授流接触轨的安装结构特点6防护罩对带电接触轨的防护性能好，带电接触轨不容易被无章识地触碰到，能确保人身安全，另外，下部授流方式的遮挡雨雪条件也优于上部授流方式，能确保牵引网系统的安全可靠运行这里需要说明，北京城铁采用的是上部授流接触轨系统。据 2003 年 11 月 7 日北京晚报报道：“城铁今晨中断一个多小时。由于昨天深夜雪量较大且融化速度慢，遭遇今天凌晨急剧下降的气温后，造成城铁部分路段轨道表面结冰。首发车在运行过程中，接触轨与列车受流器之间逐渐形成地穿甲似的冰层造成列车受流器无法受电，车辆网压不稳，使得车辆无法正常行驶。 33 接触轨所含化学元素对电阻宰影响分析合同要求：导电轨在 15 度时电阻率 p=0125mm2/m为确保接触轨按照上述合同要求交货，对制造厂欲采用的接触轨材料进行了电阻串测试及化学元素分析，前后历时达伴年之久，分析结论简述如下。如果采用与北京地铁接触轨相同的材料来加工制造导电轨，则 20 度时电阻率p（平均值）在 0.134mm2m 左右，将大于合同要求的 15 度时电阻率为0125mm2/m仅从各元素对电阻串的影响看，P、Si 的影响较大，而 Mn 的影响较小：但由于接触轨中 Mn 的绝对含量比 P 与 Si 要高，因而 Mn 实际上对电阻系数的影响也非常大换言之在分析各元素对电阻系数的影响趋势时，要同时考虑各元素含量大小对此的影响。另外，工艺条件对各种成分在含量上有影响，即工艺条件也会影响导电轨的电阻系数在上述测试分析基础上，决定不采用与北京地铁接触轨相同的原材抖加工制造接触轨而从国外进口原材料来加工制造接触轨最后的测试表明：用国外原材料加工制造的接触轨，在 15 度时电阻率 p 在 0111mm2/m 左右。734 支架及防护罩的制造工艺341 玻璃钢支架制造工艺玻璃钢支架制造采用了 RTM 成型工艺其优点为：降低了产品成型过程中苯乙烯的挥发量，有利于提高产品质量，减少环境污染，工艺成熟、参数齐全，产品质量稳定：可防止玻璃纤维的排布方向发生偏移，使铺层设计、性能设计有保障;可使产品表面附着均匀的胶衣树脂层，增加产品的抗老化能力342 玻璃钢防护罩制造工艺玻璃钢防护罩制造采用了拉挤成型工艺其优点为:可自动化连续生产，产品均匀，质量稳定;产品规格多样化4 北京地铁新建成线路的接触轨系统41 北京地铁 13 号线北京地铁 13 号线，即北京城市铁路工程，线路全长 4085km。1999 年 8 月 12 日，项目被批准立项：2000 年 9 月 26 日，城市铁路西线全面开工：2002 年 9 月 28 日，城市铁路西线开通试运行，2003 年 1 月 20 门，城市铁路全线建成试运营。结合该工程，北京城建设计研究总院联合北京城市铁路股份有限公司等单位，研制开发出“新型上部授流接触轨系统”，见图 3该工程接触轨系统的电压等级为直流 750V，导电轨材质为低碳钢。新型上部受流接触轨系统的特点：(1)防护罩支架及防护罩采用玻璃钢材质的防火和耐候性功能使用寿命长，(2)结构形式造型比较美观，8(3)结构设计较为合理，承受力的情况较好，省材料：(4)防护罩支架直接固定在接蚰轨上，所以能更好地保证防护罩支架及防护罩与接触轨的相对位置关系.(5)防护罩支架可以在接触轨上移动安装，所以施工安装及运蕾管理维护比较方便，不受走行轨轨枕间距施工误差的影响，从而使防护罩的定货长度与设计长度一致避免了材料及施工费的损失42 北京地铁八通线北京地铁八通线，西起八王坟，东至通州土桥，线路全长 18964km；2003 年 12月 7 日完成热滑，2003 年 12 月 28 日开通试运营北京地铁 1 号线2 号线及 13 号线，均使用的是瓷绝缘子瓷件是脆性材料在运输安装、运营维护等过程中，容易受到了硬器撞击而破损近年来，复合绝缘子发展迅猛，性价比，可靠性不断提高北京地铁八通线工程在前述北京城铁“新型上部授流接触轨系统”的基础上，在正线接触孰系统中采用了环氧树脂绝缘子，在车场线接触孰上试用了硅橡胶绝缘子5 武汉轨道交通一期工程的接触轨系统武权轨道交通 1 号线一期工程，自宗关站经硚口至黄浦路，线路全长10234km