城陽低地板車軸端接地裝置的結(jié)構(gòu)及運(yùn)用

姚正斌 韓慶軍 周曉江 王芳 姚春山

摘要：本文闡述了基于青島城陽低地板車輛研制開發(fā)的一種接地裝置，主要對(duì)接地裝置的結(jié)構(gòu)及運(yùn)用情況進(jìn)行了說明；并通過對(duì)比以往客車用接地裝置及地鐵用接地裝置闡述接地裝置工作原理；還通過組成部分的詳細(xì)說明、各項(xiàng)功能試驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)行情況強(qiáng)調(diào)說明，本國(guó)產(chǎn)化接地裝置能夠保證防止系統(tǒng)工作電流或系統(tǒng)故障電流、雷擊電流流經(jīng)軸承，防止造成軸承軸瓦與滾珠接觸面電蝕損傷軸承，同時(shí)能夠阻擋碳刷磨耗產(chǎn)生的碳粉等雜質(zhì)進(jìn)入軸承室，防止造成軸承異常磨損；文章結(jié)尾著重介紹接地裝置碳刷磨損差異的形成原因及接地裝置的部分運(yùn)行注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：接地裝置；結(jié)構(gòu)；運(yùn)用；低地板。

中圖分類號(hào)：U26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

1 引言

青島城陽低地板車此前裝用的軸端接地裝置是一款進(jìn)口產(chǎn)品，因其在接地裝置與軸橋軸承之間未設(shè)密封裝置，極有可能在車輛運(yùn)行中因碳刷磨耗產(chǎn)生的碳粉等雜質(zhì)進(jìn)入軸承室，造成軸承異常磨損，因此增加軸承的分解檢修頻度甚至造成軸承報(bào)廢，產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)，并存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。按照國(guó)產(chǎn)化低地板車輛轉(zhuǎn)向架的機(jī)械接口和電氣系統(tǒng)技術(shù)要求，研制低地板車輛用接地裝置，裝車試用。在滿足車輛回流性能需求的前提下，需要滿足沖擊振動(dòng)、IP防護(hù)、便于檢修、長(zhǎng)壽命要求。

2 接地裝置結(jié)構(gòu)

接地裝置能為軸承提供必要的保護(hù)，防止系統(tǒng)工作電流或系統(tǒng)故障電流、雷擊電流流經(jīng)軸承，造成軸承軸瓦與滾珠接觸面電蝕損傷軸承。其工作原理是，來自供電電纜電流經(jīng)受電弓（受流器）、用電器匯總至車體接地電纜總線，再由車體接地電纜總線上的電流通過接地裝置直接傳導(dǎo)至車輪，通過車輪與鋼軌的接觸形成接地回路，如圖1所示。

圖1 車輛用電系統(tǒng)

1-供電電纜 2-受電弓（受流器） 3-用電器 4-接地裝置及車輪 5-鋼軌

目前軌道車輛常用的接地裝置如圖2、圖3所示，接地體為軸承電流提供旁通電路并實(shí)現(xiàn)與軸箱的絕緣，軸箱蓋實(shí)現(xiàn)接地體與軸箱的安裝，摩擦盤與位于接地體上的碳刷配合為軸承電流提供旁路導(dǎo)通電路，軸承壓板實(shí)現(xiàn)軸承定位及摩擦盤安裝。

圖2一種客車用接地裝置 圖3一種地鐵用接地裝置

對(duì)比圖2、圖3可以看出，地鐵接地裝置和客車接地裝置，其軸箱蓋均設(shè)有迷宮密封結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)接地裝置與外部環(huán)境的密封，避免外部異物進(jìn)入接地裝置內(nèi)部，但由于接地裝置出于絕緣和裝配公差的考慮，“迷宮”間畢竟存在間隙，由于車輛運(yùn)行中碳刷與摩擦盤在磨耗過程中產(chǎn)生的碳粉和金屬顆粒雜質(zhì)非常細(xì)微，受車輛運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)及溫差變化等因素的影響，雖然現(xiàn)車輛大多采用自密封軸承，但碳粉和金屬顆粒雜質(zhì)侵入軸承室并非不可避免，《軸承》2012年 第10期《地鐵車輛輪對(duì)軸承的檢修》一文中指出，“在未達(dá)到額定壽命期的失效軸承中，有超過 90% 的失效是由于潤(rùn)滑不當(dāng)、密封失效、雜質(zhì)侵入、安裝缺陷、腐蝕、不當(dāng)載荷和軸承表面加工缺陷等因素所致”，因此，接地裝置考慮對(duì)軸承室的密封結(jié)構(gòu)是十分必要的。

在研制青島城陽低地板車過程中，對(duì)進(jìn)口接地裝置國(guó)產(chǎn)化提出對(duì)軸承室增加密封結(jié)構(gòu)的要求，經(jīng)過論證，研制的國(guó)產(chǎn)化接地裝置結(jié)構(gòu)見圖4、圖5

圖4 國(guó)產(chǎn)化接地裝置結(jié)構(gòu)圖 圖5密封環(huán)處局部放大圖

國(guó)產(chǎn)化接地裝置由4部分組成：

1、刷架

刷架用于固定碳刷，并為碳刷提供一個(gè)恒定壓力，使碳刷與摩擦盤可靠接觸，刷架也是接地電纜的連接部件。見圖6，為便于維護(hù)更換碳刷，刷架設(shè)計(jì)為上開蓋結(jié)構(gòu)，不拆卸接地裝置打開上蓋即可更換碳刷。

圖6 刷架組件圖

2、碳刷

碳刷可在刷架槽內(nèi)軸向移動(dòng)，它在卷簧部件的恒壓力下與隨車輪旋轉(zhuǎn)的摩擦盤保持接觸。碳刷采用百分之八十銅粉加百分之二十石墨經(jīng)燒結(jié)制成，確保碳刷和摩擦盤具有較低的接觸電阻、較低的磨耗量，因此接地裝置可以保證車輛在一個(gè)架修期內(nèi)不必更換碳刷。

3、接地盤上蓋

接地盤上蓋安裝在轉(zhuǎn)向架軸橋上，為刷架提供固定安裝，并與接地盤配合為接地裝置提供內(nèi)部防護(hù)，為防止電流經(jīng)軸橋流經(jīng)軸承，刷架與接地盤間采用絕緣隔離安裝。

4、接地盤

接地盤安裝在輪對(duì)上，通過安裝在接地盤上的摩擦盤與碳刷保持持續(xù)接觸，通過車輪與鋼軌的接觸形成接地回路，同時(shí)接地盤與接地盤上蓋配合為接地裝置提供內(nèi)部防護(hù)。

在接地盤與接地盤上蓋間，裝設(shè)有三道絕緣密封環(huán)，其中密封環(huán)3起到了對(duì)軸承室的密封作用，可防止碳刷與摩擦盤在磨耗過程中產(chǎn)生的碳粉和金屬顆粒雜質(zhì)進(jìn)入軸承室。

3 試運(yùn)行前準(zhǔn)備

本接地裝置現(xiàn)已通過包括溫升試驗(yàn)、振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)、耐腐蝕試驗(yàn)、IP65防護(hù)等級(jí)試驗(yàn)、絕緣、耐壓等性能試驗(yàn)，滿足相關(guān)文件規(guī)定。并通過了相關(guān)鑒定，準(zhǔn)予裝車試運(yùn)行。

4 試運(yùn)行情況

現(xiàn)車運(yùn)用6個(gè)月后對(duì)接地裝置進(jìn)行了全面檢查，并拆卸了相關(guān)部件以作測(cè)量，內(nèi)容包括碳刷檢查外觀、接線及安裝狀態(tài)；刷架內(nèi)部結(jié)構(gòu)；將碳刷從支架中取出，對(duì)碳刷的磨耗量級(jí)剩余長(zhǎng)度進(jìn)行檢查；為確定接地裝置磨耗下的碳粉對(duì)軸承的影響，拆下輪對(duì)及軸承，檢查軸承室內(nèi)及軸承情況。檢查結(jié)果如下：

1、接地裝置的刷架、接地盤、接地盤上蓋、碳刷的外觀及安裝狀態(tài)良好。

2、接地盤及接地盤上蓋收集碳粉部位有少量碳粉。

3、碳刷從刷架中取出，對(duì)碳刷磨耗量級(jí)剩余長(zhǎng)度進(jìn)行檢查。

4、軸承及軸承室內(nèi)情況檢查未見碳粉進(jìn)入。

通過運(yùn)用6個(gè)月后的檢查，可以看出該接地裝置狀態(tài)良好。防止碳粉進(jìn)入軸承室的措施有效。

5結(jié)束語

由于此型接地裝置摩擦盤直徑較大（中經(jīng)為296mm），相對(duì)線速度較大，當(dāng)車速80Km/h時(shí)，其線速度約為10.5m/s，因此特別考慮了碳刷磨耗問題，由于碳刷的磨耗原因與接地回路設(shè)計(jì)、車輛運(yùn)行狀況、運(yùn)行線路狀況、碳刷個(gè)體質(zhì)量等因素有著直接關(guān)系，碳刷的磨耗量也不盡相同，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定碳刷的磨耗量在1～2mm/10萬Km，設(shè)計(jì)碳刷可用磨耗長(zhǎng)度為20mm，滿足車輛運(yùn)行100萬km更換碳刷的要求，碳刷的實(shí)際磨耗情況還須在實(shí)際運(yùn)用中驗(yàn)證。

運(yùn)行中應(yīng)注意的事項(xiàng)：在維修維護(hù)接地裝置時(shí)，應(yīng)注意保護(hù)摩擦盤與碳刷之間的摩擦面，不允許有任何油漬和指紋。經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行后，摩擦盤摩擦面會(huì)出現(xiàn)輕微的圓周狀劃痕，一般不會(huì)影響運(yùn)用，摩擦盤摩擦面顏色變深，呈現(xiàn)類似“銅銹”狀膜，此膜狀物質(zhì)是碳刷與摩擦盤接觸經(jīng)電蝕作用產(chǎn)生的，硬度較高，它能改善摩擦，減少碳刷磨耗，因此不能打磨。車輛運(yùn)用過程中無論出現(xiàn)何種涉及接地裝置的短路故障，必須對(duì)接地裝置進(jìn)行全面檢查，特別是摩擦盤與碳刷的接觸面如出現(xiàn)燒蝕，可能造成嚴(yán)重的磨損，這種情況下必須更換摩擦盤和碳刷。

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