城市地鐵車輛受電弓常見故障及維修策略

柳宇昊

摘 要：在整個地鐵車輛供電系統中，受電弓能量的發起源頭，是整個地鐵車輛的重要組成部件之一。受電弓通過架空接觸網獲取電能，將其傳遞至輔助逆變器以及牽引逆變器，它的性能好壞直接決定了地鐵車輛能否穩固運營。本文集中調研當前我國城市地鐵車輛受電弓使用工況，探索和挖掘受電弓常見故障，并指出相應的對策，進一步優化和完善我國受電弓檢修方面。

關鍵詞：受電弓 常見故障 優化和完善

中圖分類號：F416 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（a）-0038-02

隨著我國城市規模的不斷擴大，地鐵車輛在大中城市交通運輸方面承載了越來越大的負荷，這也為地鐵的安全運營提出了更高的要求。近年來，城市地鐵因為受電弓故障導致地鐵運輸系統大面積癱瘓的事件時有發生，可見受電弓不僅關系到車輛的運行，也在城市軌道交通中占據越來越重要的地位。對受電弓故障進行系統的統計和分析，查找其主要故障模式及位置，提出相應的維修策略是當前我國城市軌道交通受電弓領域的熱門方向。

1 受電弓產品概述

受電弓作為核心部件與地鐵車輛安全運營息息相關，其主要由：底架、上部框架、下部框架、升弓裝置、弓頭、休息位置傳感器、落弓氣缸等部分組成。受電弓又存在單臂式、雙臂式、石津式以及垂直式4種形式上的區分。受電弓主要有電動驅動和氣動驅動兩種驅動方式。

國外受電弓技術比較成熟，其架空接觸網供電技術相對起步較早，最初是電力機車應用此技術，后經改進應用于城市軌道交通車輛。如Siemens Melecs、Schunk、Stammenn等，這些公司均為國際受電弓大型生產商，其產品主要應用于瑞士、德國、西班牙、韓國以及中國等國家。

我國受電弓技術起步較晚，但是城市軌道交通發展較為迅速，國內受電弓生產商的技術多為技術引進和自主研發，并逐步開發出一套適用于我國國情的城市軌道交通受電弓生產技術。例如：上海天海受電弓制造有限公司自主研發生產的多種型號的單臂受電弓產品就被我國許多城市軌道交通車輛廣泛應用。

2 受電弓常見故障分析

2.1 受電弓桿件斷裂或裂紋

首先，受電弓框架部分通常采用6系鋁合金或5系鋁合金焊接而成，例如深圳地鐵5號線，其受電弓（TSG18E 型的鋁合金框架就在投入運行6個月后出現開裂現象；廣州地鐵3號線的手電共框架在其對接焊縫邊緣處也出現裂紋故障；南京地鐵2號線受電弓框架肘接處也有開裂故障。多數受電弓框架斷裂或裂紋是因為材料局部強度不足以及生產工藝不符合標準而造成的。地鐵車輛在實際運行過程中，由于受電弓接觸網硬點的彈性不均、列車運行不平穩、隧道內接觸網剛性懸掛等因素影響，車體易產生高頻振動，這種長期復雜的受力狀態會造成受電弓框架故障。

其次，多數城市地鐵線路也會經常出現受電弓拉桿斷裂的故障，造成這種現象的主要原因就是拉桿存在較大的焊接殘余應力。此時拉桿在焊接殘余應力和拉力的共同作用下，極易產生應力腐蝕和應力疲勞，進而造成拉桿斷裂。

2.2 受電弓滑板磨耗過快或不均勻

碳系滑板、粉末冶金滑板以及純金屬滑板是當前我國地鐵受電弓滑板的主要使用類型。其中，碳系滑板又分為浸金屬型、燒結型以及純碳。作為受電弓與接觸網直接接觸部分，滑板在列車運行的正常損耗是難以避免的，其損耗機制多分為：電氣磨耗和機械磨耗。電氣磨耗多只滑板因與接觸網接觸不良，在受電弓之間容易產生拉弧或電火花，造成滑板損傷；機械磨耗則是指在城市地鐵車輛運行過程中，由于弓網接觸力過大、撞擊導致滑板快速磨損或造成掉塊等異常現象。

2.3 受電弓離線

城市地鐵車輛在運行過程中，若滑板與金屬導線脫離，則在兩者之間容易產生電弧（電壓擊穿空氣層產物），進而產生受電弓拉弧現象。一旦受電弓脫線產生拉弧現象就會向周圍發射高頻噪聲，嚴重干擾地鐵沿線的一切通信信號設施。通常造成受電弓離線故障是由于受電弓與接觸導線接觸力不穩定、受電弓跟隨性差、接觸導線表面不光滑造成的。

3 受電弓檢修策略優化方法

3.1 故障針對性策略

首先，受電弓部件斷裂或裂痕現象可通過改進材料制 造工藝或提升材料自身質量來實現，而受電弓拉桿問題可 通過提升焊接工藝和改進受電弓拉桿結構來解決。

其次，降低受電弓滑板磨耗可采取：配置受電弓檢測裝置，確保其動態及靜態時的使用要求，減少拉弧、降低受電弓離線率、電火花現象；增設受電弓主控控制系統，將弓網之間的接觸力保持在合理范圍。

最后，降低受電弓離線率可采取：確保弓網之間的接觸 力；在確保受電弓結構強度前提下，合理降低受電弓歸算 質量，提升其跟隨性；優化受電弓結構，提升其抗側片性能 力；強化線路質量，減少車輛行進間的激烈振動狀況，組 織起傳遞至弓網系統。

3.2 受電弓檢修流程優化方案

城市軌道交通車輛維修通常分為：預防性維修和事后維修。預防性維修通過對產品系統的檢測、檢查等動作及時發現安全隱患并進行及時排除，確保車輛以絕對安全狀態下進行運營。這是強化安全、節能降耗的根本路線，經過分析和總結可將受電弓檢修流程工作優化為以下動作。

（1）目視檢查：肉眼可見部位需通過經驗判斷技術狀態，對可見范圍內的不良部位進行檢修或更換。

（2）清潔：對受電弓表面及銜接處進行擦拭、吹掃工作。

（3）潤滑：對軸承、齒輪等運動件或配件進行油脂加注。

（4）限度檢查：對關鍵部位或關鍵部件依照限度要求進行檢測以及測量確認，確定其是否符合運行標準。

（5）功能檢查：利用手工對設備設施、外部工具進行功能性檢查。

（6）性能測試：通過外部檢測設備、工具及設施檢測產品當前的運行狀態，緊固力矩的校核也應看作性能測試。

（7）更換或修復：對不滿足技術要求的部件和產品進行更換或修復。

（8）分解檢修：對受電弓進行拆解，針對每一個分解部件進行上述工作。

（9）組裝調試：對分解后的部件進行重新組裝和調試，以滿足正常運行需求。

4 結語

作為城市地鐵車輛安全、穩定運營的核心部件之一，受電弓應當引起城市軌道交通檢修部門的高度重視。當前我國所使用的受電弓技術基本可以滿足我國城市地鐵線路的正常運營，但為了迎合城市的高速發展，為了追隨城市建設更高、更快的步伐，城市軌道交通應大力研發受電弓技術，全面優化和完善其控制系統，如機械結構、生產工藝以及滑板材料等。

參考文獻

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