電力機車受電弓滑板材料的發展研究

楊艷

摘要：隨著經濟發展，電力機車的發展運行速度逐年加快，作為電力機車的重要組成部件之一，受電弓滑板也隨之面臨著飛速發展。本文主要就電力機車受電弓滑板材料的發展進行探究，通過介紹國內外電力機車受電弓材料的發展歷程，探究未來的發展道路，希望能對相關參閱人員起到一定的參考作用。

關鍵詞：電力機車；受電弓滑板材料；發展研究

受電弓滑板是電力機車的重要組件之一，主要安裝在受電弓的頂部，通過與導線的接觸，在滑動時從導線上獲取電流，為電力機車運行提供動力。隨著電力機車運行速度的提升，受電弓滑板的性能也在逐步提高。在電力機車高速運行時，一方面滑板表面摩擦會產生大量的熱量，導致滑板表面溫度提升。另一方面，受電弓滑板在接觸分段絕緣器等硬點時會發生離線拉弧現象，導致滑板表面質量下降。因此，隨著電力機車速度的提升，人們對受電弓滑板材料的研究也在逐漸深入。

1國外受電弓滑板材料的發展

1.1日本的發展

日本是目前世界上高速電氣化鐵路較為發達的國家之一，發展速度位居世界前列。1964年日本開通了世界上第一條高速運行的鐵路，使列車的運行速度由原來的64KM/h發展到了210KM/h，使電力機車受電弓材料的發展邁入了一個嶄新的時期。

在電氣化鐵路發展初期，電力機車受電弓的材料為純銅，其優點是：制作方便，機械強度高，成本較低。但由于純銅的親和力較大易導致粘著磨損，所以很容易導致接觸導線嚴重磨損。第二次世界大戰期間，為節約原材料，日本通過研究開發了性能更加優越的石墨滑板材料。石墨滑板材料的優點是對接觸導線的磨損較小，但由于石墨本身具有較強的電阻，集電容量小，并不適合作為受電弓滑板材料長期使用。所以在1951年左右，日本又推出了性能更加完善的銅系合金燒結滑板材料。1953年后，人們發現銅系合金燒結材料在使用過程中會出現溝狀磨損，特別是在氣溫較低的情況下，還可能因為磨損嚴重而發生熔斷等較為嚴重的問題。1964年隨著日本新干線的建成并投入使用，電力機車受電弓滑板材料越來越引起人們的重視，經反復對比研究后發現鐵系燒結合金因為其獨特的性能優勢更適合作為受電弓滑板材料。1981年后，日本的高速列車最高時速已達210-240KM/h，鐵系燒結合金已無法滿足列車的實際需求，鐵系燒結合金的應用受到限制。現代，隨著鐵路高速化的發展，現有的受電弓材料越來越難以滿足實際需要，基于此，日本專門成立了工業株式會社用于研究新型滑板材料，并由此開發出了浸金屬碳滑板材料，浸金屬碳滑板材料是一種性能較為理想的高速列車受電弓滑板材料，具有強度高導電性好等優點。日本鐵路高速化的目標是在21世紀將速度提升到350kM/h以上，因此，目前日本正在努力完善現有材料的性能，并開發更為理想的電力機車受電弓材料。

1.2歐洲方面

繼日本之后，1970年左右，歐洲各國也開始了對高速鐵路的研究，其中非常具有代表性的是德國的ICE和法國的TGV，它們所使用的受電弓滑板材料分別為碳系列和金屬系列，其中碳系列的主要原料為碳，金屬系列主要為鋼和銅合金。由于銅和鋼各自的優缺點，因此在TGV上，銅合金主要用于直流區間，鋼滑板主要用于交流區間。但由于金屬類滑板材料與接觸導線的親和力較強，導致接觸導線發生較嚴重的磨損，所以金屬系列滑板材料的應用受到了很大的限制。碳系類滑板材料在使用過程中會在接觸導線表面形成一層薄潤滑膜，可以有效減輕接觸導線的磨損。

從上述中不難看出，隨著電力機車速度的提升，開發組織致密，碳與銅比例恰當的滑板材料成為新的研究方向。

2我國受電弓滑板材料的發展

隨著我國電力機車速度的不斷提升，我國的電力機車受電弓滑板材料的發展主要經過了三個階段。

2.1速度70KM/h階段

1961年我國開通了第一條電氣化鐵路，列車運行時的最高速度僅為70KM/h，受電弓滑板材料為銅板條，但由于銅的親和力較強，接觸導線磨損嚴重，因此只能在應用了潤滑措施的銅鋁導線區段使用。

為了解決實際問題，鐵道科學院引進外國先進技術，研制出了純碳滑板材料，解決了接觸導線磨損嚴重的情況。

2.2速度100KM/h階段

純碳滑板材料雖然優點明顯，但當列車速度達到100Km/h時，很容易由于機械強度低造成滑板條斷裂，所以在應用上限制較大。1965年經鐵道科學院和西安鐵路局共同協作，以金屬系材料為主，通過添加一些潤滑性能較好的材料，研發出了性能較好的金屬系燒結滑板材料。該材料較好的取代了碳紊性材料，較為廣泛的應用于受電弓滑板材料中。

2.3速度160Km/h階段

隨著電力機車速度的提升，現有的滑板材料已經越來越無法滿足實際需要，因此在1990年左右，我國的電力機車開始使用浸金屬碳滑板材料作為受電弓滑板的主要材料之一。目前廣深線和哈大線使用的就是從德國進口的浸金屬碳滑板。

在未來，我國將研發速度更快、安全性能更高的電力機車，電力機車滑板材料也將隨著科技發展逐漸更新換代。

3總結

目前，我國已有近27萬Km的高速電氣鐵路，在未來我國將重點發展電氣化鐵路，因此對電力機車受電弓滑板材料的要求也將越來越高，開發強度高、電阻系數低、沖擊韌性高的新型滑板材料將成為電力機車受電弓滑板材料的主要研究方向。