地鐵車輛受電弓故障分析及維修措施

王東陽　車暢

摘 要：地鐵是現(xiàn)代城市發(fā)展的重要交通工具之一，為城市的發(fā)展帶來了極大的便利，同時(shí)也解決了城市的交通問題。而在地鐵車輛運(yùn)行過程中，受電弓作為連接接觸網(wǎng)和電力機(jī)車的重要部件，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響著地鐵車輛的安全運(yùn)行。基于此，本文針對(duì)地鐵車輛受電弓常見故障進(jìn)行分析，并針對(duì)常見故障提出相應(yīng)的維修措施，以期降低地鐵車輛受電弓故障發(fā)生概率，保障地鐵車輛運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；受電弓故障；維修措施

1 引言

地鐵在現(xiàn)代城市交通體系中扮演著不可或缺的角色，成為數(shù)百萬市民的首選出行方式。其中受電弓作為地鐵車輛的關(guān)鍵部件，其穩(wěn)定性直接關(guān)系到地鐵的高效與安全運(yùn)行。隨著運(yùn)營時(shí)長的增加，受電弓可能面臨各種故障問題，這不僅可能影響列車的正常運(yùn)營，更有可能對(duì)乘客的安全帶來隱患。因此，對(duì)受電弓的常見故障和相應(yīng)的維修措施進(jìn)行深入研究和探討，是確保地鐵持續(xù)、安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 地鐵車輛受電弓的工作原理

2.1 受電弓的電氣系統(tǒng)的原理

受電弓作為地鐵車輛的關(guān)鍵部件，其電氣系統(tǒng)原理涉及多個(gè)方面。其中受電弓電氣系統(tǒng)的核心是確保與架空接觸網(wǎng)的穩(wěn)定接觸，從而獲得穩(wěn)定的電力供應(yīng)。當(dāng)受電弓接觸到接觸網(wǎng)時(shí)，通過其上的碳滑板，電流被導(dǎo)入車輛的電氣系統(tǒng)，為車輛提供動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)其他電氣設(shè)備。為確保與接觸網(wǎng)的穩(wěn)定接觸，受電弓電氣系統(tǒng)還配備有多種傳感器和控制設(shè)備，如位置傳感器、壓力傳感器等，它們可以實(shí)時(shí)檢測受電弓的工作狀態(tài)和與接觸網(wǎng)的接觸質(zhì)量。同時(shí)，受電弓電氣系統(tǒng)中的控制模塊會(huì)根據(jù)這些傳感器的反饋，調(diào)整受電弓的位置或壓力，確保其與接觸網(wǎng)始終保持良好的接觸狀態(tài)。為了防止受電弓在工作過程中出現(xiàn)電弧或短路，電氣系統(tǒng)還配備有多重保護(hù)措施，如電流限制器和短路保護(hù)裝置，確保地鐵車輛和乘客的安全。

2.2 受電弓的氣路系統(tǒng)原理

受電弓在地鐵車輛中扮演關(guān)鍵角色，而其氣路系統(tǒng)原理則為其正常工作提供了重要保障。氣路系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)受電弓的升降運(yùn)動(dòng)，使其與接觸網(wǎng)保持或斷開接觸。當(dāng)需要將受電弓升起與接觸網(wǎng)接觸時(shí)，氣壓會(huì)被導(dǎo)入到受電弓的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，推動(dòng)受電弓上升；而當(dāng)需要降下受電弓時(shí)，通過氣路系統(tǒng)的放氣功能，快速釋放氣體，使受電弓迅速降下。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還有相應(yīng)的氣源設(shè)備、氣壓調(diào)節(jié)器和多種氣路閥門，它們確保氣體在系統(tǒng)中流動(dòng)的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，受電弓的氣路系統(tǒng)還設(shè)有壓力傳感器和安全閥，監(jiān)測氣壓并在壓力超出安全范圍時(shí)自動(dòng)釋放，以確保受電弓氣路系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在整個(gè)受電弓工作過程中，氣路系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)緊密配合，實(shí)現(xiàn)受電弓的自動(dòng)化控制，確保地鐵車輛穩(wěn)定運(yùn)行。

3 地鐵車輛受電弓的常見故障

3.1 上框架裂紋

上框架作為受電弓的主要結(jié)構(gòu)部件，直接影響其與接觸網(wǎng)的接觸穩(wěn)定性。一旦出現(xiàn)裂紋，就可能導(dǎo)致受電弓的變形，進(jìn)一步影響受電弓的工作效率。裂紋的產(chǎn)生常常與多種因素相關(guān)。長時(shí)間的機(jī)械疲勞、車輛運(yùn)行中的沖擊以及材料的老化等都可能導(dǎo)致上框架出現(xiàn)裂紋。另外，地鐵車輛在行駛過程中，由于不同的速度、制動(dòng)或啟動(dòng)等動(dòng)作，受電弓會(huì)承受一系列的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，這也為上框架的裂紋產(chǎn)生提供了條件。在實(shí)際運(yùn)營中，一旦檢測到上框架有裂紋，可能會(huì)引發(fā)一系列的連鎖反應(yīng)，如電弧產(chǎn)生、碳滑板與接觸網(wǎng)的不穩(wěn)定接觸，乃至車輛的電氣系統(tǒng)故障，這都對(duì)地鐵的安全運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅。上框架裂紋不僅會(huì)影響地鐵車輛的正常運(yùn)行，更可能引發(fā)安全事故，增加運(yùn)營成本，降低地鐵系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。

3.2 碳滑板磨損

碳滑板位于受電弓的最前端，直接與接觸網(wǎng)接觸，其主要作用是保持與接觸網(wǎng)之間的穩(wěn)定電氣連接并傳導(dǎo)電流至地鐵車輛。由于長時(shí)間與接觸網(wǎng)的摩擦，碳滑板自然地會(huì)產(chǎn)生磨損。過度的磨損會(huì)導(dǎo)致受電弓與接觸網(wǎng)之間的接觸面積減少，從而影響電流傳導(dǎo)的效率和穩(wěn)定性。當(dāng)碳滑板磨損嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)電弧或者火花，這不僅會(huì)損傷接觸網(wǎng)，還可能導(dǎo)致電氣短路或其他相關(guān)的電氣問題。碳滑板的磨損速度與多種因素有關(guān)，如受電弓的工作頻率、車輛的運(yùn)行速度、接觸網(wǎng)的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)以及氣候條件等。濕潤的天氣條件可能會(huì)導(dǎo)致碳滑板與接觸網(wǎng)之間的摩擦系數(shù)增加，從而加速磨損。而在高速行駛中，摩擦力的作用時(shí)間減少，但摩擦的沖擊力增加，也可能導(dǎo)致碳滑板的快速磨損。

3.3 受電弓位置指示器故障

受電弓位置指示器是一個(gè)關(guān)鍵的傳感器，其主要作用是實(shí)時(shí)監(jiān)測受電弓的位置狀態(tài)，確保受電弓與接觸網(wǎng)之間的穩(wěn)定接觸。這一指示器能夠提供受電弓當(dāng)前是否處于升起或降下狀態(tài)的信息，從而為駕駛員或自動(dòng)控制系統(tǒng)提供關(guān)鍵的反饋信息。當(dāng)受電弓位置指示器出現(xiàn)故障時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)際的受電弓位置與指示器所顯示的位置不符，這種情況下，車輛可能會(huì)因?yàn)槭茈姽赐耆鸲?dòng)力，或者在不應(yīng)該降下的情況下降下受電弓，增加與接觸網(wǎng)的摩擦，引起其他潛在問題。由于指示器故障，車輛控制系統(tǒng)可能會(huì)收到錯(cuò)誤的反饋，導(dǎo)致系統(tǒng)采取不適當(dāng)?shù)牟僮鳎珙l繁地升降受電弓。這種頻繁的動(dòng)作不僅會(huì)增加機(jī)械部件的磨損，還可能對(duì)電氣系統(tǒng)造成不必要的壓力，從而對(duì)車輛的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響。

3.4 受電弓無法正常升起

受電弓的主要任務(wù)是與接觸網(wǎng)接觸，從接觸網(wǎng)中取電供給地鐵車輛。當(dāng)受電弓無法正常升起，車輛即會(huì)失去電源，導(dǎo)致行車中斷。受電弓的升起機(jī)制通常涉及到復(fù)雜的電氣和機(jī)械部分，而升起過程受到多種因素的影響。例如，氣動(dòng)系統(tǒng)的失效、電磁閥的故障或是受電弓的結(jié)構(gòu)問題都可能導(dǎo)致其無法升起。受電弓在升起過程中，需要克服重力以及其他可能的阻力，如受電弓與車體間的摩擦。如果受電弓存在機(jī)械卡滯或變形，都可能導(dǎo)致其升起困難。另外，長時(shí)間的運(yùn)營和惡劣的環(huán)境因素，如寒冷、濕潤或污染，都可能加劇受電弓部件的磨損，增加升起過程中的障礙。這種故障不僅影響地鐵車輛的正常行駛，更會(huì)對(duì)整個(gè)地鐵線路的運(yùn)營調(diào)度帶來挑戰(zhàn)，可能引發(fā)乘客滯留、班次延誤等連鎖反應(yīng)，對(duì)地鐵的正常運(yùn)營和乘客的出行帶來很大的不便。

3.5 受電弓漏氣

受電弓漏氣是地鐵運(yùn)營中的一種常見但又容易被忽視的故障。氣動(dòng)系統(tǒng)為受電弓提供所需的升起和降下動(dòng)力，確保其與接觸網(wǎng)保持良好的接觸。然而，隨著地鐵車輛的長時(shí)間運(yùn)營，受電弓的氣動(dòng)系統(tǒng)中的密封圈、氣管、連接件等部分可能會(huì)出現(xiàn)老化、磨損或損傷，從而導(dǎo)致氣體的泄漏。漏氣不僅會(huì)影響受電弓的升降速度和穩(wěn)定性，還可能導(dǎo)致受電弓不能維持在所需的高度，進(jìn)而影響到電能的傳輸效率。漏氣過程中，壓縮空氣的流失會(huì)增加車輛的能耗，為地鐵車輛的運(yùn)行帶來額外的負(fù)擔(dān)。此外，長期的漏氣可能導(dǎo)致氣動(dòng)系統(tǒng)的壓力不足，使得受電弓在緊急情況下無法迅速升起或降下，增加了運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。受電弓漏氣雖然表面上看似小問題，但實(shí)際上對(duì)地鐵車輛的安全和效率都帶來了不小的威脅。

4 基于地鐵車輛受電弓故障的維修措施

4.1 上框架裂紋的維修措施

在地鐵車輛受電弓故障的維修措施中，對(duì)于框架裂紋這一故障，維修的關(guān)鍵在于確保受電弓的安全性和穩(wěn)定性。對(duì)于裂紋的檢測，高精度的非破壞性檢測手段如超聲波探傷、磁粉探傷或滲透探傷技術(shù)都可以被應(yīng)用，以確定裂紋的準(zhǔn)確位置、方向和深度。接下來，根據(jù)裂紋的深度和位置，可以選擇焊接修復(fù)或部件更換。對(duì)于表面裂紋或小裂紋，焊接修復(fù)是一種有效的方法。選擇合適的焊接材料和技術(shù)，可以確保焊縫的質(zhì)量和強(qiáng)度，從而使受電弓回復(fù)到接近原始狀態(tài)。而對(duì)于較深或涉及關(guān)鍵位置的裂紋，往往需要更換整個(gè)受電弓或相關(guān)部件，以確保安全。無論是焊接還是更換部件，都必須確保受電弓的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。這就需要對(duì)焊接區(qū)或新部件進(jìn)行強(qiáng)度測試。通過各種物理方法，如拉伸測試、沖擊測試等，可以準(zhǔn)確評(píng)估焊接部位或新部件的強(qiáng)度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，以及是否能夠承受實(shí)際運(yùn)行中的各種壓力。這一步驟不僅確保了維修的質(zhì)量，也為地鐵車輛的安全運(yùn)營提供了堅(jiān)實(shí)保障。

4.2 碳滑板磨損的維修措施

碳滑板直接與供電線路接觸，確保電力從線路傳遞到地鐵車輛，因此其健康狀態(tài)直接關(guān)系到地鐵的正常運(yùn)行。首先，定期檢查碳滑板的磨損程度是至關(guān)重要的。工程師和技術(shù)人員需要使用專業(yè)的檢測設(shè)備，如測量規(guī)、顯微鏡或數(shù)字化檢測工具，觀察碳滑板的物理磨損，同時(shí)也需要檢查電性能，如電阻、電流等，確保碳滑板在良好的工作狀態(tài)。其次，根據(jù)磨損的程度進(jìn)行更換是必要的。一般來說，當(dāng)碳滑板的磨損達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，或者其電性能開始出現(xiàn)下降時(shí)，就需要進(jìn)行更換。選擇高質(zhì)量的碳滑板材料可以確保更長的使用壽命，同時(shí)也能夠提供更好的電性能。最后，優(yōu)化受電弓的工作角度是一個(gè)提高碳滑板使用壽命的方法。受電弓與供電線路的接觸角度過大或過小都會(huì)導(dǎo)致碳滑板的過度磨損。通過調(diào)整受電弓的安裝角度，使其與供電線路保持適當(dāng)?shù)慕佑|，不僅可以延長碳滑板的使用壽命，還可以確保電力傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在實(shí)踐中，技術(shù)人員需要根據(jù)不同的線路條件、車輛速度和其他因素，對(duì)受電弓的工作角度進(jìn)行微調(diào)，達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。

4.3 受電弓位置指示器故障的維修措施

位置指示器作為受電弓工作狀態(tài)的直接反映，它的正常工作對(duì)于操作員和維修人員都至關(guān)重要，能夠?qū)崟r(shí)了解受電弓的位置和狀態(tài)。首先，檢測指示器電路與傳感器是解決該問題的首要任務(wù)。技術(shù)人員需使用電路測試儀器，如萬用表、示波器等，對(duì)位置指示器的電路進(jìn)行全面檢查，確保電路的完整性和功能性。同時(shí)，對(duì)傳感器的工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估也是必要的。傳感器是位置指示器系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其性能直接影響到位置信息的準(zhǔn)確性。通過對(duì)傳感器的響應(yīng)速度、靈敏度等進(jìn)行測試，可以判斷其是否工作正常。接下來，對(duì)于檢測出的故障部件，進(jìn)行清理或更換是非常關(guān)鍵的。有時(shí)位置指示器的故障可能僅僅是由于部件的污染或輕微損傷引起的。如果部件的損傷較為嚴(yán)重，或者電路存在明顯的斷裂、短路等問題，那么更換新的部件是最佳選擇。最后，校準(zhǔn)位置指示系統(tǒng)是確保其長時(shí)間穩(wěn)定工作的重要環(huán)節(jié)。通過專業(yè)的校準(zhǔn)設(shè)備和軟件，技術(shù)人員可以對(duì)位置指示系統(tǒng)進(jìn)行精確的調(diào)整，確保其讀數(shù)與實(shí)際受電弓的位置完全一致，從而為地鐵車輛的安全和穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

4.4 受電弓無法正常升起的維修措施

地鐵車輛受電弓故障的維修措施中，受電弓無法正常升起是地鐵車輛運(yùn)營中的一大問題，影響其正常供電并可能導(dǎo)致列車運(yùn)行中斷。要解決此問題，需從以下幾個(gè)方面著手。第一，針對(duì)電氣控制及驅(qū)動(dòng)部件進(jìn)行全面檢查是判斷故障原因的基礎(chǔ)。使用專業(yè)的電路檢測工具，對(duì)受電弓的控制電路、驅(qū)動(dòng)器以及相關(guān)的電氣元件進(jìn)行仔細(xì)檢測，以確保電路的連通性和各電氣元件的功能完整性。同時(shí)，對(duì)于可能出現(xiàn)的開關(guān)、繼電器、或斷路器的故障也要進(jìn)行深入的檢查和測試。第二，清理與潤滑升降機(jī)構(gòu)是恢復(fù)受電弓正常工作的關(guān)鍵步驟之一。由于地鐵車輛在行駛過程中，受電弓的升降機(jī)構(gòu)可能會(huì)受到塵土、污物等異物的侵入，導(dǎo)致升降不暢或者卡滯。技術(shù)團(tuán)隊(duì)需要對(duì)升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行徹底清理，并使用合適的潤滑油對(duì)各摩擦部位進(jìn)行潤滑，確保其升降動(dòng)作的流暢性。第三，如果上述方法不能解決問題，可能是電磁閥或傳感器存在故障。電磁閥是控制受電弓升降的關(guān)鍵元件，其故障會(huì)直接導(dǎo)致受電弓無法正常升降。而傳感器則負(fù)責(zé)檢測受電弓的位置和狀態(tài)，向控制系統(tǒng)提供反饋。當(dāng)這兩部分任何一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，都需要及時(shí)替換。在更換之后，技術(shù)團(tuán)隊(duì)還需對(duì)新部件進(jìn)行測試和調(diào)試，確保其與系統(tǒng)完美融合。

4.5 受電弓漏氣的維修措施

在地鐵車輛受電弓故障中，受電弓漏氣問題是需要緊急關(guān)注的故障之一。氣體泄露不僅影響受電弓的正常工作，還可能影響到列車的運(yùn)行安全。因此，對(duì)于這一問題，維修團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)關(guān)鍵方面進(jìn)行處理。其一，確定漏氣部位。利用專業(yè)的氣密性檢測設(shè)備，如氣體探測儀或聽音檢漏儀，可以精確地定位到泄漏點(diǎn)，為后續(xù)的維修工作提供明確的方向。對(duì)于被檢測出的泄露點(diǎn)，維修團(tuán)隊(duì)需要立即對(duì)其進(jìn)行封堵，避免進(jìn)一步的氣體流失。其二，更換破損的氣密密封圈是確保受電弓氣密性的重要措施。在多數(shù)情況下，氣密性的喪失往往是由于氣密密封圈老化、損壞導(dǎo)致的。維修團(tuán)隊(duì)需對(duì)所有可疑的密封圈進(jìn)行仔細(xì)的檢查，并更換任何發(fā)現(xiàn)有磨損、裂縫或變形的密封圈。選擇合適的材料和型號(hào)，確保新密封圈與受電弓的結(jié)構(gòu)相匹配，可以有效提高其氣密性。其三，完成上述工作后，必須進(jìn)行氣密性測試以確保問題已經(jīng)完全得到解決。通過向受電弓注入氣體并監(jiān)測其壓力變化，可以判斷其氣密性是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，利用高頻聽音設(shè)備也可以幫助確認(rèn)是否還存在微小的泄漏點(diǎn)。當(dāng)所有測試都確認(rèn)受電弓的氣密性完全恢復(fù)時(shí)，維修工作才算完成。總之，對(duì)于受電弓漏氣問題，每一個(gè)步驟都要求維修人員具備高超的技能和豐富的經(jīng)驗(yàn)，以確保受電弓能夠恢復(fù)到最佳的工作狀態(tài)，并為地鐵車輛的安全運(yùn)行提供保障。

5 結(jié)語

綜上所述，受電弓的穩(wěn)定工作對(duì)地鐵車輛的正常運(yùn)行至關(guān)重要，但長時(shí)間的使用和外部環(huán)境因素都可能導(dǎo)致其出現(xiàn)各種故障。因此，及時(shí)、準(zhǔn)確地識(shí)別故障并采取適當(dāng)?shù)木S修措施是每一位維修人員的重要職責(zé)。通過對(duì)受電弓的故障分析及維修措施的探討，不僅能夠確保地鐵車輛的穩(wěn)定供電，還可以延長設(shè)備的使用壽命，為地鐵的高效、安全運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。

陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：22JK0286）。

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