探析地鐵列車受電弓磨損

王龍云

摘要：本文通過分析受電弓運行中產生非正常磨損的原因，對材料選型、接觸網構造等方面展開研究，確定從設計、施工到運營各階段的技術手段，以減少受電弓的非正常磨損。

關鍵詞：受電弓；磨損；滑板

1引言

受電弓（Pantograph）也稱集電弓，還稱之為輸電架，是讓電氣化軌道列車從架空裸導線取得電能的設備。在日常維護保養中A號線的受電弓相對于B號線出現了較為嚴重的非正常磨損，出現了較為嚴重的溝槽和拉弧后產生的燒結的現象。受到非正常磨損后的受電弓在運行中會進一步惡化弓網關系，可能降低受電弓和接觸網的使用壽命，嚴重影響牽引供電質量和供電安全。

2受電弓磨損的原因分析

在電力牽引的線路中，受電弓在高速滑行中與接觸線間存在著極為復雜的機械摩擦作用和電氣作用，主要表現為接觸線磨損和受電弓磨損。接觸線的磨損，主要是使接觸線截面積變小，不但使有效載流量下降，還會增加磨損較重區段的局部抗拉應力，嚴重影響接觸網的安全運行；受電弓磨損，會降低受電弓的使用壽命，嚴重的會在受電弓滑板上形成溝槽甚至裂紋。在當前地鐵列車運輸繁忙的情況下，研究如何減少非正常磨損就顯得極為重要。

受電弓的上臂與弓頭間、下臂與上臂間、下臂與底架間都是用軸承相連，為出現電流經軸承產生影響，一般將編織導線對軸承進行處理。編織導線兩側處如果連接不好或編織導線斷了就會使電流導電降低甚致燒壞。建議在定期檢查時要看外觀磨損并及時更換。

2.1材料選型對磨耗影響

由于各種接觸線、受電弓滑板的材質不同，其物理特性和電氣性能也不盡相同，接觸線和滑板的磨耗以及弓網接觸點的允許電流很大程度上依賴于兩部件的材料組合，同時這種材料組合也決定了弓網的磨耗狀況。

2.1.1滑板

A號線與B號線均采用接觸電阻小、熔點高、導熱性良好、質量小、機械強度高、彈性好、與銅或銅合金接觸線之間的摩擦系數小的純碳滑板。受電弓在正常工作情況下，碳滑板的磨耗比較均勻，當碳滑板磨耗到限后進行更換作業。但是由于各條線路受電弓碳滑板與接觸網之間受流工況的不同，碳滑板在使用中會出現斷裂、剝離、掉塊、裂紋、灼燒、偏磨等異常問題，降低碳滑板的使用壽命。受電弓碳滑板出現的異常機械磨損現象主要有以下幾個方面：受電弓偏磨、碳滑板掉塊、碳滑出現縱性裂紋、受電弓碳滑板拉弧、灼傷剝離等異常電氣損傷。在運行中由于機械原因或弓網撞擊等原因，會導致兩側碳滑板受力不均勻，使碳滑板出現偏磨以及個別碳滑板大面積掉塊、缺塊現象。碳滑板與接觸線的磨損主要體現在機械磨損和電磨損，其中電磨損占整個磨損的70%以上，而電磨耗主要受接觸力、運行速度、外部環境因素、電流負荷、接觸線的狀況（懸掛、絕緣連接、接觸表面、運行平順性、拉出值等）等因素的影響。同時碳滑板磨耗到限后的踏面形狀，主要由接觸線的布置方式決定，接觸線拉出值決定了碳滑板的磨耗區域。

在車輛加速取流區、減振道床（軌道彈性較大）、變坡區段、接觸線異常磨損等位置的弓網關系較為惡劣，通過對拉出值處于180～200mm及-180～-200mm范圍內的接觸線狀態進行排查，發現廣州地鐵3號線北延段有9個區段的接觸線存在異常磨損，且列車經過這些區段時都處于加速階段。列車在加速過程中，電流取值較大，碳滑板發熱量大，進而加劇碳滑板與接觸線之間的化學反應，造成電磨耗嚴重。因此在拉出值處于180～200mm及-180～-200mm范圍、接觸線異常磨損以及加速狀態的三重條件下，將更直接導致碳滑板不均磨耗，加速碳滑板兩端凹槽的形成。

2.1.2接觸線

采用具有較高的導電性、張力、硬度及其承受溫度變化和抗腐蝕的能力的銀銅CTA120mm2接觸線。

2.1.3滑板與接觸線的組合

碳滑板光滑的表面，沒有任何粗糙成分磨損接觸線，已被證明特別適用于銅及銅合金接觸線。碳滑板自潤滑性能及耐電弧性能好，能滿足高速弓網系統的動態需求和延長弓網系統使用壽命的要求。接觸線、受電弓滑板的材質選型在地鐵列車運行中起到決定性作用。

2.2接觸網的構造對磨耗的影響

接觸網本身構造對磨耗影響主要由以下幾個因素決定：接觸線的拉出值設置、彈性、設備安裝情況。

2.2.1拉出值設置對受電弓磨耗的影響

剛性接觸網拉出值采用正弦波形布置方式，對于受電弓的磨耗，剛性接觸網采用正弦波形布置方式，考慮到接觸線的磨耗，經過多次磨耗后，受電弓碳滑板的形狀將會出現中間磨損較小，兩端磨耗較大的情況。在拉出值依照正弦波布置的剛性接觸網中，其正弦波的周期對受電弓滑板的磨耗也有較大影響論，剛性接觸網正弦波布置的周期越大，距離受電弓中心處碳滑板與接觸線的作用時間就越長，對碳滑板的磨耗程度就越大，在最大拉出值相同的情況下，較長的正弦波周期造成了受電弓的較大磨損，此結論與受電弓實際磨損程度是相吻合的。

2.2.2接觸網彈性對磨耗的影響

對于剛性接觸網，由于其彈性很小，可以忽略不計，所以受電弓的磨耗一般是比較大的，但接觸線高度精度很高，對受電弓的非正常磨損影響是很小的。

2.2.3設備安裝質量對受電弓磨耗的影響

分段絕緣器、道岔等是接觸網必不可少的重要組成部分，這些設備是否被正確的安裝、調試到最佳狀態，不僅關系著本身是否能正常工作，也對受電弓的磨耗產生著很大的影響。高架區段安裝兩臺分段絕緣器，夜間在此處觀察，當地鐵列車通過時存在拉弧現象，說明分段絕緣器狀態存在一定問題，在不能取消正線分段絕緣器情況下，在分段絕緣器滿足絕緣要求的前提下，縮短橫向寬度，減少與受電弓接觸范圍，使拉弧現象減少了。

在電氣化鐵路區段為實現電力機車完成線路轉換運行設置線岔。如果線岔安裝調整不到位，可能會大大加重受電弓的磨耗，甚至會損傷受電弓。一般來說，道岔處受電弓的磨損多是列車運行中始觸區內安裝的線夾碰撞受電弓倒角，或者線岔處拉出值、接觸線抬高值調整不當受流條件較差引發拉弧，只要在施工后續維護中嚴格按技術標準精確調整線岔參數，這種情況基本上是可以避免的，在線岔處的受電弓狀態和接觸線磨耗是比較均勻的。說明在以上兩條地鐵線路中，線岔處的施工質量較好，對受電弓的磨耗影響較小。

2.3施工精度對磨耗的影響

在接觸網的施工精度中，對受電弓磨耗影響較大的參數主要是拉出值、接觸線的高度，這兩個參數的施工精度直接影響受電弓的磨耗，是評價接觸網施工質量的重要標準。

2.3.1拉出值施工誤差對受電弓磨耗的影響

定位點處接觸線至受電弓中心的水平距離，在直線區段叫之字值，在曲線區段叫拉出值。拉出值是確保接觸網安全運行的重要技術參數，拉出值的大小直接關系弓網運行安全，同時也決定了受電弓的磨耗是否均勻，是否能避免產生對受電弓的異常沖擊。

2.3.2接觸線高度施工誤差的影響

接觸網上相鄰懸掛點之間的導高不同，兩懸掛點之間的接觸線就會出現高差進而形成坡度，坡度會對弓網壓力產生影響。接觸網的拉出值和接觸線高度均在驗收標準范圍內，坡度符合要求，對受電弓的磨耗影響相對較小的。

2.4維護水平對磨耗的影響

長期運營中受外界天氣、機械振動等其他因素的影響接觸網設備、軌道可能會有螺栓松脫、位置參數變化，地鐵列車的受電弓系統的檢查、調整、受電弓滑板的更換，軌道調整超高或者起、撥道參數變化等，如果以上諸系統得不到及時、高水平的后期維護保養，必然使受電弓出現非正常磨損。嚴格執行地鐵運營維修標準，發現受電弓磨損出現異常時，及時調整分段絕緣器的絕緣間隙，從而減少與受電弓的接觸面積，同時及時更換和修正受電弓碳滑板，在改善弓網關系方面取得了比較好的經驗。

參考文獻：

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