摘  要 为适应新环境对接触网下锚补偿装置提出的要求，南京地铁在接触网下锚时使用恒张力弹簧补偿装置。阐述恒张力弹簧补偿装置的结构及工作原理，并将其与传统棘轮补偿装置进行对比; 逐一分析恒张力弹簧补偿装置在不同条件下的应用，论证其在地铁应用的优越性。

关键词 城市轨道交通 恒张力弹簧补偿器 地铁接触网 下锚装置

 

      当前，随着城市规模的不断扩大，国内城市轨道交通的建设呈现跨越式发展。城市轨道交通从城区走向郊区、从地下走向地上，地面以及高架线路所占的比重越来越大，其所经区段的景观协调性要求也日益提高。为了适应环境的要求，南京地铁 2 号线高架区间采用了新型的 U 梁结构形式，预留了全封闭声屏障条件，这对接触网的设计安装提出了新的挑战。如果接触网补偿下锚仍采用坠砣加棘轮补偿下锚装置，那么就会受到坠砣的安装空间较大、安装结构复杂、伸缩量受限等因素的制约，尤其是在预留全封闭声屏障的条件下，这些矛盾显得更加突出。因此，急需要一种新的下锚方式来替代传统坠砣加棘轮的补偿方式。经过调研、论证，南京地铁 2 号线接触网工程最终选择了恒张力弹簧补偿装置作为下锚装置( 见表 1) 。

      从表 1 中的比较可以看出，新型恒张力弹簧补偿器在补偿性能方面基本与棘轮补偿装置及内置式相当，但其对土建及声屏障等专业配合的要求大大降低，并且减少了施工及运营维护期间的工作量及成本，从全寿命周期考虑，成本相对较低。

 

      南京地铁 2 号线接触网悬挂由 2 × JT120( 承力索) + 2 × CTAH120( 接触线) 组成。承力索和接触线分别下锚，下锚张力均为 24 kN。接触网的锚段长度≤1 500 m，最大锚段长度导线伸缩量≤950 mm。根据上述条件，结合南京地区的环境温度，确定了适合南京地铁接触网的恒张力弹簧补偿器为 DFJHB240。该装置由补偿器本体、连接板、连接销轴、制动装置、锁定装置、补偿绳、刻度盘、渐开线轮等几部分组成( 见图 1) 。

      恒张力弹簧补偿器本体由若干组平面涡卷弹簧并联组成，中间由轴承连接并和本体外两侧的渐开线轮连接。接触网的承力索或接触线通过补偿绳连接在渐开线轮上，当环境温度变化时，承力索或接触线热胀冷缩，导线长度发生变化，渐开线轮驱动预紧储能的平面涡卷弹簧卷紧或释放，促使补偿绳缩短和伸长。为了保证输出张力的恒定，补偿器选用的涡卷弹簧为进口产品。涡卷弹簧工作在最佳弹性变化范围内，在与渐开线轮配合后张力输出基本呈线性变化。当发生断线事故时，补偿端将会冲击回缩。为了减小事故影响范围，利于尽快修复，利用楔形制动的原理，设置了安全制动装置。当穿过固定销轴的拨叉卡被拨动时，止动装置迅速回缩，使最大制动距离控制在 100 mm 以内。

 

      在南京地铁 2 号线、2 号线东延线、1 号线南延线南延段大范围使用弹簧补偿器之前，对南京地铁所采用的 24 kN 弹簧补偿器进行试挂。2008 年 10 月—2009 年 10 月，在车辆段接触网练兵线上进行了运行、记录和分析，试挂完成后返厂再次进行张力偏差的测试，并对弹簧完全解体，观测其内部的磨损和运行状态。根据所得到的直观运行数据( 见图 2) ，评估了弹簧补偿器现场使用的风险，优化了产品的设计方案，使地铁建设方、施工方、运营方提前介入弹簧补偿器的实施中，为弹簧补偿器的正确、安全使用奠定了良好的基础。

      弹簧补偿装置较棘轮自动补偿装置质量要轻。相比之下，使用弹簧补偿器后，接触网下锚柱对桥梁的垂直荷载可大大减小，简化了预制 U 型梁的结构设计。

      弹簧补偿装置较棘轮自动补偿装置体积要小，有更大的空间适应性，完全不占用下部空间，在限界受限的条件下可以方便使用。同时，它也可以安装在全封闭的声屏障内，弹簧补偿器只需要接触网支柱的安装空间，有利于协调桥梁的护栏板、声屏障以及环网电缆的安装，节约了桥面空间，协调了各专业安装的位置关系，有效地解决了坠铊的安装空间以及坠砣行程不够的问题。

      南京地铁 2 号线采用了 U 型梁的结构。接触网支柱底面距离轨道面标高为 1 400 mm，接触线下锚距 U型梁底面高度为 3 600 mm( 见图 3) 。如果采用传统棘轮补偿下锚的方式，则坠砣上下自由伸缩的高度将受到限制; 而如果使用弹簧补偿装置，则可以解决 U 型梁下锚的问题。

      全封闭声屏障内的下锚安装，需要考虑声屏障的外形、尺寸和限界问题，接触网下锚装置在声屏障内的净空高度不能小于 6 500 mm。在曲线半径小于 800 m的情况下，限界不能小于2300 mm( 见图4) 。在声屏障内，弹簧补偿器采用吊柱安装。受声屏障净空的限制，弹簧补偿器下锚与辅助馈线、腕臂都安装在间隔的吊柱上，以满足安全绝缘距离的要求，而弹簧补偿器下锚安装与腕臂安装、辅助馈线安装在平面位置上要尽量避开( 见图 5) 。

      在南京地铁 1 号线南延线小行车辆段的改造过程中，需要在原停车列检线侧新建 6 股道停车列检线。由于新建股道与既有股道在小行车辆段咽喉区接岔，根据新建股道的电化要求，必须对既有线路接触网进行相应的改造，以解决新建股道接触网的下锚问题。

      新建股道φ350 锚柱位于既有股道中间，两股道中心线间距为 4 360 mm。若采用棘轮补偿装置下锚，补偿坠砣至既有线路中心的最小距离仅为 1 865 mm，不能满足既有线路的设备限界要求，会影响既有线路的行车安全。而采用弹簧补偿器下锚，由于其本体体积小，可以安装在上下腕臂底座中间; 同时，弹簧补偿器的安装调整较为简单，大大降低了改造施工的难度，减小了现场施工对既有运营线路的影响( 见图 6)。

      恒张力弹簧补偿器在地铁领域内的应用具有很重要的意义: 它改变了接触网单一使用棘轮补偿下锚的方式，有效地改善了接触网补偿下锚处的景观效果，简化了桥梁、声屏障等专业的设计条件，节约了建筑空间及工程投资。恒张力弹簧补偿器适用范围广、补偿精度高、性能稳定、免维护，更为重要的是为国内地铁的建设开拓了视野，提供了珍贵的技术储备。但在应用中，也还存在无法控制新线初伸、下锚补偿观测不直观等问题，有待在运行过程中不断完善。

 

［1］王胜． 新型弹簧补偿器在地铁中应用的可行性［J］． 电气化铁道，2009( 1) :1-10．

［2］于万聚． 高速电气化铁路接触网［M］． 成都: 西南交通大学出版社，2003．

［3］GB 50157—2003 地铁设计规范［S］． 北京: 中国计划出版社，2003:50-55．

［4］南京地下铁道有限责任公司． 恒张力弹簧补偿器在地铁接触网工程中应用研究鉴定报告［R］． 南京，2010．

［5］南京地下铁道有限责任公司． 南京地铁 2 号线东延线工程招标文件［G］． 南京，2003．