探討降低地鐵剛性接觸網故障率的有效途徑

高航 張英杰 劉千

摘 要 剛性接觸網是地鐵供電線路的重要組成部分，是地鐵安全運行的重要保障。隨著行車密度的增加，剛性接觸網不可避免地會產生各種故障，比如零部件松動、接觸線磨耗嚴重、受電弓磨耗以及中間接頭螺紋滑牙等等，只有正確認識剛性接觸網的各種故障現象，才能正確地判斷和分析發生故障的原因，找出有效的解決措施。本文首先對地鐵剛性接觸網的常見故障及其原因進行了深入分析，然后提出了降低地鐵剛性接觸網故障率的途徑。

關鍵詞 剛性接觸網 零部件松動 接觸線磨耗 受電弓磨耗 螺紋滑牙

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2020）04-0018-02

剛性接觸網是地鐵電力驅動系統的重要部分，也是地鐵電能安全穩定輸送的保證。剛性接觸網并沒有備用系統，一旦發生故障，就需要及時停靠列車進行檢修，從而造成旅客滯留、調度困難等問題，給交通帶來巨大壓力。那么，如何才能有效地降低剛性接觸網故障率呢？

1 地鐵剛性接觸網的常見故障及其原因分析

1.1 零部件松動

地鐵剛性接觸網零部件的數量較多，與受電弓直接接觸，會受到摩擦力的影響;在地鐵運行過程，這些零部件長期處于振動狀態，長此以往，便會發生零部件松動障礙。并且接觸網設備在受電以后，受地鐵運營時間的影響，對零部件的檢查和維修都是按周期性開展的。因此，一旦剛性接觸網發生零部件松動障礙，便會直接影響到地鐵的穩定供電和安全運行。

造成零部件松動故障的原因主要有四個方面：第一，初始松動。螺栓在安裝完成以后，各個接觸面由于種種因素的影響，比如形狀、波紋等，在受到外力的影響以后會產生變形;第二，支承面壓陷引起的松動。[1]螺母支承面接觸壓強加大，會產生一些環狀壓痕，在地鐵運行過程中，便會導致螺栓緊固軸力的下降;第三，軸向力影響下螺母自動回轉引起松動。如果螺栓承受軸向拉壓載荷時，會產生細微的相對滑動;但是如果螺栓反復承受波動軸向力時，就會產生切向滑動，進而導致零部件松動障礙;第四，螺母在受到橫向變載、振動和沖擊等因素的影響后，會發生自動回轉，進而引起松動。

1.2 接觸線磨耗嚴重

采用剛性接觸網供電，部分區段的接觸線會發生磨耗不均勻、磨耗比較快、電弧燒傷等情況。接觸線的磨耗嚴重，一方面會導致弓網配合關系變差，發生弓網離線、產生電火花、燃弧等現象，嚴重影響弓網設備和取流質量;另一方面還會降低接觸線的使用壽命，并且一旦錨段的某一點或者是某一區段發生異常磨耗，就需要對整個錨段的接觸線進行更換。[2]

剛性接觸網發生接觸線磨耗嚴重主要有三個原因：一是機械磨損，指的是由摩擦力影響產生的磨損，包括黏著磨損、硬粒磨損以及永久性磨損;二是電氣磨損，在電流的作用下會加速碳滑板和接觸線的磨耗，發生電離子轉移;電弧侵蝕接觸材料會引起電弧熔損;三是化學磨損，在天氣影響下接觸線會產生溶解和腐蝕等現象，在摩擦力作用下會加速磨耗。

1.3 受電弓磨耗

在設計剛性接觸網時，每個錨段的分布是呈現正弦曲線的，但是在具體的施工過程中是無法精確做到的，并且接觸線與碳滑板的接觸點一般都集中于碳滑板的某個位置，容易導致受電弓碳滑板集中磨耗，進而影響到受電弓和接觸網的使用壽命以及地鐵的供電安全。

導致受電弓磨耗的原因只要有以下幾個方面：第一，材料的影響。滑板的選材、接觸線的選材以及滑板與接觸線之間的材料組合都影響著受電弓的磨耗狀況;[3]第二，接觸網構造的影響。剛性接觸網拉出值大多采用正弦波形布置方式，而正弦波的周期對受電弓滑板的磨耗有著較大影響，周期越大，磨耗程度就越大;由于剛性接觸網彈性比較小，受電弓的磨耗就比較大;分段絕緣器、線岔等設備的安裝質量和調試狀態也影響著受電弓的磨耗情況;第三，施工精度的影響。拉出值的大小決定了受電弓的磨耗是否均勻，接觸線高度異常就會形成坡度，進而對弓網壓力產生影響，第四，維護水平的影響。接觸網會受到機械振動和外界天氣等因素的影響，如果后期的維護保養不及時，就會導致受電弓出現非正常磨損;第五，地鐵線路情況的影響。主要表現為豎曲線參數和軌道平順度對受電弓磨耗的影響。[4]

1.4 中間接頭螺紋滑牙

如果剛性接觸網受電弓的接觸壓力和沖擊力得不到緩解，那么懸掛系統就會產生震動。行車密度越大，振幅也越大，中介接頭受到振動的影響，螺紋就會出現滑牙的情況，呈現逐漸增長的趨勢。

導致中間接頭螺紋滑牙的原因如下：雖然單次行車的振動值相對較低，但是如果行車密度加大以后，振動的能量也會相應疊加，便會對整個懸掛系統造成很大影響。中間接頭作為最容易產生馳度的部位，在受電弓接觸壓力和沖擊力的雙重作用下，就會產生螺紋滑牙的現象。

2 降低地鐵剛性接觸網故障率的有效途徑

2.1 預防和解決零部件松動的措施

零部件防松的方法有很多，比較常見的措施如下：第一，采用雙螺母防松。利用雙螺母互相牽引螺紋，使接觸面緊緊咬合在一起;兩個螺母要對頂擰緊，讓螺栓在旋合段內受拉，進而幫助螺母受壓，促使螺紋聯接副縱向壓緊;第二，使用彈簧墊圈防松。在擰緊螺母以后，彈簧墊圈的作用就是給螺母彈力、抵緊螺母，這種方法既簡單又實用;第三，在螺桿上開孔插開口銷防松。在擰緊螺母以后，可以在螺母槽與螺栓尾部孔內插入開口銷，然后把開口銷的尾部扳開，進而防止螺母與螺栓之間發生轉動;第四，在螺栓中加入止動墊片防松。在擰緊螺母以后，可以在螺栓中加入單耳或雙耳止動墊圈，并將墊圈分別向螺母和零部件側面折彎貼緊，阻止螺母或者螺栓發生回旋轉動;第五，使用螺紋緊固劑防松。可以在一些比較重要但是又不經常拆卸、并且振動較大的部位涂上螺紋緊固劑，固定內外螺紋的相互位置，防止螺栓發生松動。[5]

2.2 預防和解決接觸線磨耗嚴重的措施

針對接觸線磨耗嚴重的情況，可以從以下幾個方面加以預防和解決：第一，要改善弓網的彈性。可以在出站加速區段的定位點安裝彈性線夾，改善剛性接觸網的彈性，促使接觸網保持良好的動態性能，減少接觸網離線情況的發生，減少燃弧發生的概率。第二，要降低出站的牽引電流，改變列車出站時牽引級數，有利于降低電流峰值，有效減少燃弧的能量[6]。第三，要改善弓網摩擦的工作狀態。一方面，要調整好接觸網導高，讓接觸網和受電弓保持一個良好的接觸狀態，將接觸網各點對軌面高度調整一致，減少弓網離線的概率和燃弧發生的概率。另一方面，要調整好受電弓滑板平直度，在地鐵運行過程中，要不斷打磨受電弓滑塊，以便控制好其平直度，進而控制好弓網燃弧。

2.3 預防和解決受電弓磨耗的措施

由于受電弓磨耗的原因比較復雜，想要減小受電弓的磨耗程度，可從以下幾個方面著手：第一，要嚴格按照設計標準進行設計。比如，重視接觸線和受電弓材質的匹配選型、拉出值的設置要在允許的范圍以內等等。第二，要按照細化技術標準進行施工，保證接觸網設備處于良好的狀態。第三，在地鐵運營過程中，要重視后期的維護和保養工作，一旦發現問題要及時進行修正和更換。[7]

2.4 預防和解決中間接頭螺紋滑牙的措施

目前，處理中間接頭螺紋滑牙的方式主要有兩種：一種是更換中間接頭，但是在地鐵運營以后，可以用來檢查和維護接觸網的時間是非常有限的，而中間接頭螺紋滑牙的情況會隨著行車密度的加大變得更為嚴重。但是更換中間接頭的方式會給檢修工作帶來很多的不便。另一種方式是改進零部件的材質和連接的工藝，這種方法也是從根源上解決問題的方法。在保證電氣性能要求的情況下，中間接頭可以盡量選擇硬度高、耐磨性好的材質;也可以改進匯流排和中間接頭的連接工藝，保護螺紋不被損壞。[8]

3 結語

總之，剛性接觸網是地鐵安全運行的重要保障，而地鐵長時間地運行不可避免地會造成剛性接觸網的故障。為了更高效地處理這些故障，保障地鐵運行的安全性，除了上文中提到的幾種降低剛性接觸網故障率的途徑，在處理故障時還需要遵循一定的原則。比如故障排查完成以后，需要進行相關的總結，包括對故障的排查分配、處理方法的總結、處理措施的商議與決定、處理后接觸網情況的評估、未來預防維護等等方面的內容;要總結并掌握故障信息，故障發生以后積極聯系各個部門的工作人員，保證相關人員充分掌握故障信息，包括對行車部門人員、電力調度人員、取線路人員、線路作業人員、司機、值班人員等等都要進行詢問，做好數據統計工作并作出報告;要根據環境的特點來進行故障推斷，比如大霧、雨水等造成的絕緣件閃絡、樹木倒塌和落石造成的異物影響等等;對于不容易判斷的故障，可以從小范圍進行排查，并按照一定的順序開展排查，比如先確定故障大致發生的地點，再檢查接觸網是否有閃絡、燒傷或者擊穿的狀況，然后通過分段式送電來逐一排查等等。

參考文獻：

[1] 李瑞平.地鐵剛性接觸網故障的判斷及查找研究[J].技術與市場，2019（04）：119-120.

[2] 董敏娥.地鐵剛性接觸網常見故障策略探討[J].電子測試，2019（06）：108-109.

[3] 鄧定雙，黎琦，朱珠，等.地鐵剛性接觸網常見故障及對策[J].安裝，2020（02）：50-53.

[4] 盧靜，楊佳，張衛華，等.基于虛擬樣機技術的剛性接觸網故障的研究[J].鐵道機車車輛，2018（05）：66-72.

[5] 周曉旦.地鐵剛性接觸網故障的判斷及查找研究[J].裝備維修技術，2020（02）：93.

[6] 嵇銳.基于地鐵剛性接觸網常見故障處置分析[J].數碼設計，2020（11）：163.

[7] 陳廣進.地鐵剛性接觸網常見故障及對策探討[J].數碼設計，2020（10）：76.

[8] 張淼.地鐵剛性接觸網常見故障策略探討[J].市場周刊（理論版），2018（39）：177.

（成都地鐵運營有限公司維保分公司，四川 成都 610000）