APM钢铝复合接触轨及配套零部件研制

刘 娟

APM钢铝复合接触轨及配套零部件研制

刘 娟

介绍了旅客自动捷运系统APM用钢铝复合接触轨供电系统零部件的组成、研制及国内相关工程应用情况，建议推广应用。

APM；接触轨；供电系统；零部件；研制

0 引言

旅客捷运系统APM（Automated People Mover systems），也称为自动导轨快捷运输系统（AGTS），该系统采用无人驾驶的电力机车运送旅客，代表了目前国际先进的轨道交通系统。目前，该系统已成功应用于美国亚特兰大、西班牙马德里等国际主要枢纽航空港，是安全快捷、绿色环保、技术含量高的一种新型现代化运输方式，其主要特点是：（1）安装在机车正下方的导轨梁上，占用空间比较小；（2）车辆采用胶轮车轮，对车内和周围环境产生的噪音和振动影响都非常小，有利于环境保护；（3）车轮与轨面的黏着性能好，与钢轮钢轨相比能产生较大的摩擦力，爬坡能力强；（4）列车适应平面曲线半径较小，可适应较为复杂的地形。

目前，北京首都机场在T3航站楼A座，B座和C座之间修建了无人驾驶的全自动旅客运输系统，全套产品自国外引进。广州珠江新城APM项目是第16届亚运会的重要基础配套工程之一，是国内第一条真正意义上的全自动无人驾驶胶轮运输系统，该系统全部采用国产化产品。DC 1 500 V供电制式，该系统采用三相AC 600 V供电，通过5根接触轨实现线路电流及信号的导通，其中供电轨为A、B、C三相，信号/接地轨2根，如图2所示。本文着重介绍APM钢铝复合接触轨供电系统零部件的研制情况。

图1 APM供电系统形式典型结构图

图2 APM AC 600 V接触轨系统示意图

1 研制主要内容及关键技术所示

APM供电系统典型结构如图1所示。

APM钢铝复合接触轨供电系统的设计能力满足车辆最高60 km/h的运行速度，牵引网类型为供电轨。不同于国内其他城市轨道交通DC 750 V /

1.1 研制主要内容

APM供电系统研究包括钢铝复合轨、中间接头、绝缘支架、膨胀接头、防护罩、电缆夹、快速端部接头、绝缘分段接头等零部件的设计与研制。

1.2 关键技术

1.2.1 钢铝复合轨

钢铝复合轨是供电系统的关键零部件，是主要载流导体。集电靴通过钢铝复合轨的钢带面进行取流，所以钢铝复合轨材料的导电性、耐磨性等电气、机械性能会影响机车的滑动取流和导电轨的工作质量，直接关系到机车行驶的平稳性。

（1）结构形式。在结构设计上，钢铝复合轨采用钢带嵌入复合，保证了钢带与铝轨的密贴性，提高了钢铝复合轨的导电性能（图3）。钢铝复合轨的制造长度一般为10 m，铝轨本体的尺寸精度符合GB/T14846-2006《铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》（高精级）。钢带厚度设计为3 mm，比进口产品增加50%，产品寿命提高50%。

图3 钢铝复合轨结构示意图

（2）材质及制造工艺。铝轨本体选用铝镁硅合金材质6101B（T6），与国外合金成分相同，具有强度高、耐腐蚀、可热处理等特点，采用一次性热挤压成型。

不锈钢带采用06Cr19Ni10，采用自主开发的轧辊成型生产线加工钢带，保证了钢带结构尺寸、机械性能和表面质量。

钢铝复合轨采用自主开发的渐进式滚压成型专用设备（图4），确保了钢铝密贴紧密、牢固，结合力比进口产品提高了1倍，钢带与铝轨本体纵向结合力≥15 kN/m，进一步减小了接触电阻、提高了导电性能，延长了钢铝复合轨的使用寿命。

图4 钢铝复合轨成型示意图

（3）性能。钢铝复合轨主要性能指标见表1。

表1 钢铝复合轨的主要技术参数表

1.2.2 中间接头

（1）结构形式。中间接头用于钢铝复合轨间的连接，其采用内装式，穿入钢铝复合轨空腔，通过紧固螺钉使其与钢铝复合轨内腔贴紧，该结构简单、无方向性，安装方便。其结构如图5所示。

图5 中间接头结构示意图

（2）材质及工艺。中间接头本体采用爆炸焊接铜铝过渡板，对于进口产品，提高了载流性能，且可避免连接件间的电化学腐蚀。

（3）性能。与钢铝复合轨间的滑动荷重≥1.0 kN；温升载流：载流量≥1 000 A、50 Hz，温升≤45℃，且无机械破坏；经疲劳试验后，该装置不应出现裂纹、变形等缺陷。

1.2.3 绝缘支架

（1）结构形式。绝缘支架起到支撑整个供电系统和隔离三相交流电路的作用，采用绝缘材料，结构强度除承受接触轨的自重及外界风载外，还能够承受电动力的冲击。上部3个“耳朵”和下部2个“耳朵”分别用于安装供电轨和接地轨。加强型绝缘支架，外形与普通绝缘支架相同，在“耳朵”处镶嵌金属骨架，提高了连接器处的抗扭能力，是普通绝缘支架的1.7倍。其结构如图6所示。

（2）材质及工艺。绝缘支架采用玻璃纤维增强树脂（SMC玻璃钢）材料，具有机械强度高、电性能优良、收缩率低、阻燃、耐电弧、高耐漏电起痕性及耐热等特点。采用专业热固型材料模压成型，制品不易变形，表面光滑，纤维浮出少，流动均匀，成型后制件表面平整、光滑、无气泡和裂纹。

图6 绝缘支架结构示意图

（3）性能。绝缘支架主要性能参数见表2。

表2 主要材料、结构、机电性能参数表

1.2.4 膨胀接头

（1）结构形式。每个锚段均设置膨胀接头，用于补偿环境温度变化以及钢铝复合接触轨自身温升等产生的热胀冷缩，根据设置部位分为导电轨膨胀接头和接地轨膨胀接头。

（2）材质和工艺。膨胀接头本体采用不锈钢材质焊接组装而成。电缆连接板采用铜铝过渡形式，避免了电化学腐蚀且方便现场安装。

（3）性能。补偿量≥200 mm；与钢铝复合轨间的滑动荷重≥1.0 kN；载流量（温升）、温升-机械破坏：载流量≥400 A、50 Hz，温升≤45 ℃，且无机械破坏；经疲劳试验后，该装置不应出现裂纹、变形等缺陷。

1.2.5 防护罩

（1）结构形式。防护罩用于钢铝复合轨的防护，达到保护乘客及维修人员的目的。根据使用部位，防护罩分为普通防护罩、绝缘支架处防护罩、绝缘分段接头处防护罩、电缆连接器防护罩等。

（2）材质及工艺。防护罩材质选用难燃PVC，具有抗紫外线、耐老化的特性，适用于地下隧道环境使用。成型工艺采用模具挤压，其产品质量均匀、性能稳定、表面光洁。

（3）性能。工频干耐受电压≥60 kV；工频湿耐受电压≥30 kV；吸水率≤0.2%；耐燃性能FV0级。

1.2.6 其他安装零部件

（1）导向轨电缆夹。用于保护电缆通过导向轨的装置，安装于导向轨腹板预留的空间内。

（2）快速端部接头。快速端部接头设在断轨两端，用于引导车辆集电靴进入/离开供电轨，其能承受一定的机械张力，使车辆集电靴平稳过渡。

（3）绝缘分段接头。绝缘分段接头用于供电轨之间需要绝缘分段连接的部位，实现相邻供电分区之间的电气隔离。

2 成果认证

在该项目的国产化研制过程中，中铁电气化局集团宝鸡器材有限公司与广州地下铁道设计研究院、广州市地下铁道总公司密切合作，通过对产品进行认真、系统地研究，形成了准确、完善、科学的先进工艺，并按照技术要求进行了各项性能的检测和试验，取得了合格的第三方型式试验报告。研制单位还在模拟现场安装了一段50 m的试验段，该试验段基本包括了供电系统的所有零件，同时还可展现R = 22.86 m小曲率半径安装情况。

3 结语

APM钢铝复合接触轨供电系统产品的成功研制填补了国内该领域的空白。目前，该系统产品已在广州珠江新城旅客自动运输系统（简称APM系统）成功应用，替代了进口产品，大大降低了工程造价，满足了城市轨道交通建设的需求，具有显著的经济和社会效益，建议推广应用。

[1] 周庆瑞，金峰.新型城市轨道交通[M]. 北京：中国铁道出版社，2005.

[2] CJ/T414 城市轨道交通钢铝复合导电轨技术要求[S].北京：中国标准出版社，2013.

Introducing the parts composition、developing and domestic application situation of the contact rail power supply system used in the passenger automatic MRT system, popularization and application are recommended.

APM; contact rail; power supply system; matchable component; research and development

U231.8

B

1007-936X(2015)01-0044-03

2014-07-03

刘 娟.中铁电气化局集团宝鸡器材有限公司，工程师，电话：13892721903。