廣州地鐵二號(hào)線剛性接觸線磨耗分析研究報(bào)告與應(yīng)對(duì)措施

張璐

摘 要：廣州地鐵二號(hào)線是國內(nèi)第一條采用剛性接觸網(wǎng)的地鐵線路，從2002年12月29日首通段開通至今近十幾年時(shí)間，出現(xiàn)的最嚴(yán)重的問題還是接觸線磨耗問題。本文以廣州地鐵二號(hào)線為范例通過分析磨耗產(chǎn)生的原因，并通過數(shù)據(jù)說明了2013年磨耗的變大，對(duì)如何減小磨耗以及出現(xiàn)磨耗后該如何處理提出建議。

關(guān)鍵詞：廣州地鐵；剛性接觸網(wǎng)；拉?。蝗×?/p>

中圖分類號(hào)：U225 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 剛性接觸網(wǎng)磨耗概述

剛性接觸網(wǎng)磨耗主要分為機(jī)械磨耗和電氣磨耗。機(jī)械磨耗是碳滑板和接觸線因機(jī)械摩擦產(chǎn)生的磨耗。電氣磨耗則是因?yàn)樘蓟迮c接觸線傳導(dǎo)電流a時(shí)，因弓網(wǎng)接觸不好，弓網(wǎng)發(fā)生離線，導(dǎo)致接觸線和碳滑板之間產(chǎn)生高溫火花，對(duì)接觸線產(chǎn)生的燒損。在運(yùn)行中，電氣磨耗一定程度上加快了機(jī)械磨耗。

1.1 剛性接觸網(wǎng)磨耗檢查方法

接觸線磨耗實(shí)際測(cè)量中，無法直接測(cè)量接觸線的磨耗面積，因此，常使用游標(biāo)卡尺測(cè)量接觸線的Y值，從而間接求出接觸線的磨損程度。

廣州地鐵二號(hào)線使用的接觸線為Ris120銅銀接觸線，線材直徑為13.2mm。圖1為接觸線截面磨耗示意圖，陰影部分即為所求的磨耗面積。

剛性接觸網(wǎng)用游標(biāo)卡尺測(cè)量接觸線的y值，線材半徑R=6.6，則

因此，磨耗面積就為

其中，θ可由R，h值求得。

根據(jù)《廣州地鐵剛性接觸網(wǎng)大修規(guī)程》，當(dāng)整錨段接觸線的磨耗高度達(dá)到總高度的一半，接觸線出現(xiàn)損傷、銹蝕、裂紋、扭曲及其他缺陷，局部磨耗嚴(yán)重時(shí)，需要整錨段或者局部更換接觸線。通常情況下，當(dāng)接觸線的Y值大于12mm時(shí)，磨耗面積已達(dá)到接觸線截面積的27.67%，此時(shí)，需要對(duì)接觸線進(jìn)行更換。

1.2 二號(hào)線剛性接觸網(wǎng)磨耗現(xiàn)狀

廣州地鐵二號(hào)線接觸懸掛采用П型剛性架空接觸網(wǎng)，根據(jù)檢修過程中對(duì)接觸線磨耗測(cè)量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，磨耗嚴(yán)重區(qū)段主要集中在錨段關(guān)節(jié)、線岔，列車加速區(qū)段、彈性道床區(qū)段。此外，匯流排中間接頭處也普遍存在磨耗過大的現(xiàn)象。

經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，二號(hào)線至2013年為止進(jìn)行過換線的區(qū)域，大部分集中在出站加速錨段，有23處，其中在出站錨段關(guān)節(jié)處4個(gè)；另外減震道床、站臺(tái)段占6個(gè)，區(qū)間加速段3個(gè)。同時(shí)可見更換前接觸線磨耗Y值均達(dá)到11mm以上。

由表1看出2013年作為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，二號(hào)線異常磨耗有明顯的增大趨勢(shì)，該問題可從表1及圖2中看出，無論換線次數(shù)還是更換接觸線數(shù)量及磨耗嚴(yán)重程度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出往年的平均值。

表1 二號(hào)線歷年換線數(shù)量

年度 二號(hào)線換線次數(shù) 更換接觸線數(shù)量

2007年 5 427

2008年 0 0

2009年 7 629

2010年 5 667

2011年 3 370

2012年 3 1014

2013年 12 2643

從圖2可知，接觸線異常磨耗加劇后對(duì)匯流排的損傷是很明顯的，很有可能造成嚴(yán)重的硬點(diǎn)，導(dǎo)致短線。

1.3 2013年二號(hào)線磨耗增加原因分析

從表2可知，二號(hào)線通過每萬弓架次的磨耗率有增長趨勢(shì)。并從表1中得出的2013年二號(hào)線共進(jìn)行12次接觸網(wǎng)換線，其中GZ52、GZ34、GZ46、GZ38、Z95錨之前未進(jìn)行過接觸網(wǎng)換線，13年監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)磨耗增大，達(dá)到換線標(biāo)準(zhǔn)。

GZ51、GZ65、GZ62、GY48錨是第二次換線，表2為兩次換線周期的長度及每萬弓架次接觸線磨耗率，從圖3可以看出，進(jìn)行第二次換線的幾個(gè)錨段，兩次換線周期普遍有所縮短。從圖4可以看出，比較兩個(gè)換線周期內(nèi)，每萬弓架次接觸線的磨耗率可以看出，其磨耗率普遍有所增大。

針對(duì)2013年二號(hào)線磨耗異常增加，可從行車密度角度加以分析，從2號(hào)線運(yùn)營方式的調(diào)整上看，自2013年1月起啟動(dòng)早高峰三元里——江泰路小交路運(yùn)行以來，老二號(hào)線區(qū)段接觸網(wǎng)經(jīng)過的電客車弓架次有所增加，加劇了接觸線磨耗。

2 二號(hào)線剛性接觸網(wǎng)磨耗分析

在剛性懸掛中，匯流排沒有彈性，受電弓抬升產(chǎn)生的力無法得到緩解，全部施加在接觸線上，因此弓網(wǎng)之間沖擊力遠(yuǎn)大于柔性接觸網(wǎng)。弓網(wǎng)摩擦與弓網(wǎng)壓力以及接觸線線面、受電弓滑板之間接觸面的情況有關(guān)，受電弓對(duì)剛性懸掛的靜態(tài)抬升力一定時(shí)，動(dòng)態(tài)情況下柔性接觸懸掛由于彈性的存在其弓網(wǎng)壓力要比剛性小，所產(chǎn)生的機(jī)械摩擦也相應(yīng)小一些，接觸線和碳滑板產(chǎn)生的磨耗自然也就小了。

2.1 受電弓碳滑板對(duì)剛性接觸網(wǎng)磨耗的影響

在剛性接觸網(wǎng)中碳滑板的自身磨耗比柔性接觸網(wǎng)磨耗大。二號(hào)線當(dāng)前使用的碳滑板已由進(jìn)口設(shè)備改用國產(chǎn)設(shè)備，其更換周期較之前縮短。以國產(chǎn)碳滑板為例，剛投入使用時(shí)，碳滑板厚度為19mm，經(jīng)過3個(gè)月的磨耗，碳滑板剩余厚度多在8mm左右，接近更換標(biāo)準(zhǔn)。

碳滑板在實(shí)際運(yùn)營中，受拉出值的影響，在碳滑板兩側(cè)離中心約100mm～200mm，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)磨耗最大的凹槽。在列車加速段時(shí)，此現(xiàn)象更加突出，從而加速接觸網(wǎng)和受電弓之間的電氣磨耗，燒損接觸線和受電弓。

由于碳滑板的凹凸不平，接觸線的磨耗也同樣不均勻，尤其在凹槽處，接觸線會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的偏磨現(xiàn)象。通過分段絕緣器時(shí)，凹槽也會(huì)使得分段導(dǎo)流板產(chǎn)生嚴(yán)重的偏磨，從而存在嚴(yán)重的接觸網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，受電弓振動(dòng)非常劇烈，尤其是在彈性道床區(qū)段。受電弓振動(dòng)劇烈，而剛性接觸網(wǎng)無彈性，受電弓與接觸網(wǎng)之間不存在動(dòng)態(tài)耦合，因此弓網(wǎng)壓力變化就比較大，受電弓會(huì)對(duì)接觸線產(chǎn)生變化量較大的沖擊力，使接觸線線面出現(xiàn)硬點(diǎn)，硬點(diǎn)的出現(xiàn)又進(jìn)一步加劇了受電弓通過該處時(shí)的振動(dòng)，形成惡性循環(huán)。與此同時(shí)，劇烈變化的弓網(wǎng)壓力使得受電弓無法保持與接觸線的良好接觸，當(dāng)弓網(wǎng)壓力變?yōu)榱銜r(shí)會(huì)出現(xiàn)離線，導(dǎo)致拉弧，燒傷接觸線，使線面出現(xiàn)麻點(diǎn)，影響接觸線線面質(zhì)量。機(jī)械和電氣雙重作用，加劇了接觸線磨耗的擴(kuò)大。碳滑板導(dǎo)致接觸線磨耗的地方大致還有以下兩點(diǎn)：

（1）受電弓通過分段絕緣器時(shí)，受電弓碳滑板不能同時(shí)接觸分段絕緣器的導(dǎo)滑板，不能同時(shí)良好地接觸分段絕緣器連接兩側(cè)供電分區(qū)的導(dǎo)滑板，出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，燒損導(dǎo)滑板和分段絕緣棒和其他零部件。

（2）受電弓從側(cè)線通過線岔進(jìn)入正線時(shí)，碳滑板凹槽與下部的正線刮蹭，可能導(dǎo)致正線出現(xiàn)磨耗異常增大甚至偏磨。

2.2 受電弓的抬升力對(duì)剛性接觸網(wǎng)磨耗的影響

二號(hào)線列車靜態(tài)升弓保持力為（120±10）N；處于正線時(shí)，受電弓高度降為4040mm，其抬升力穩(wěn)定保持為120N。由于剛性接觸線無彈性，因此當(dāng)受電弓抬升保持一定值時(shí)，碳滑板和接觸線將出現(xiàn)較大的機(jī)械磨耗，并進(jìn)一步加大接觸線的電氣磨耗。

2.3 接觸網(wǎng)布置方式對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系與剛性接觸網(wǎng)磨耗的影響

廣州地鐵二號(hào)線架空接觸網(wǎng)采用正弦波形布置方式，在剛性接觸網(wǎng)的正弦波形布置情況下，經(jīng)過多次磨耗后，受電弓碳滑板的形狀將會(huì)出現(xiàn)中間磨損較小，兩端磨耗較大的情況，而柔性接觸網(wǎng)的“之”字形布置情況下，受電弓碳滑板的形狀較容易保持原來的平滑程度。需要提出的是，剛性接觸網(wǎng)正弦波布置的周期越大，距離受電弓中心一定距離處碳滑板與接觸線的作用時(shí)間就越長；隨著剛性接觸網(wǎng)接觸線工作面的磨耗增大，距離受電弓中心一定距離處碳滑板與接觸線的作用時(shí)間就越長，對(duì)碳滑板的磨耗程度就越大，從而對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致接觸網(wǎng)異常磨耗進(jìn)一步加大。

3 對(duì)于剛性接觸導(dǎo)線異常磨耗問題的解決

從上面的分析可知，架空剛性接觸懸掛接觸線的異常磨耗對(duì)運(yùn)營有較大風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，接觸線不均勻磨耗和碳滑板還存在著惡性循環(huán)的關(guān)系，即接觸線相對(duì)于受電弓中心的磨耗不均會(huì)造成碳滑板的凹凸不平，碳滑板凹凸不平會(huì)進(jìn)一步加劇接觸線的不均勻磨耗，隨著時(shí)間的推移，接觸線的異常磨耗也會(huì)導(dǎo)致匯流排受損，導(dǎo)致更嚴(yán)重的接觸網(wǎng)事故。對(duì)于設(shè)備維護(hù)部門來說，這種問題必須得到解決，所以，在實(shí)際維修中，一般采用接觸網(wǎng)換線來解決磨耗過大的問題。

3.1 接觸網(wǎng)專業(yè)應(yīng)對(duì)磨耗的解決措施

接觸線磨耗的應(yīng)對(duì)主要為日常檢修調(diào)整和局部（整錨段）更換接觸線。

3.1.1 檢修調(diào)整

檢修參數(shù)調(diào)整作為應(yīng)對(duì)磨耗的主要措施，在日常生產(chǎn)作業(yè)中有較強(qiáng)的可操作性。對(duì)于這些未明顯影響弓網(wǎng)運(yùn)行的磨耗位置，可通過調(diào)整接觸線導(dǎo)高或拉出值，以改善接觸線運(yùn)行情況，緩解磨耗加大的速度。對(duì)此，每月一次的網(wǎng)軌檢測(cè)中出現(xiàn)的超限定位點(diǎn)整改是發(fā)現(xiàn)和改善磨耗的重要機(jī)會(huì)，一級(jí)超限點(diǎn)應(yīng)盡可能做優(yōu)化調(diào)整，二級(jí)超限點(diǎn)則務(wù)必安排作業(yè)和人員進(jìn)行嚴(yán)格整改。調(diào)整的原則為保證隧道內(nèi)接觸線4040mm、誤差正負(fù)5mm的基礎(chǔ)上。

此外，在對(duì)接觸網(wǎng)其他零部件進(jìn)行日常檢修時(shí)，對(duì)于錨段關(guān)節(jié)、線岔、分段絕緣器、剛?cè)徇^渡等處，要重點(diǎn)檢查，保證受電弓的過渡平滑，接觸線工作面應(yīng)平行于兩軌面連線，按規(guī)定力矩要求進(jìn)行螺栓緊固等。同時(shí)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)緊固件的檢查，特別是對(duì)匯流排中間接頭、匯流排定位線夾與絕緣子連接的檢查，對(duì)于錨段關(guān)節(jié)和線岔轉(zhuǎn)換處接觸線的磨耗情況，分段絕緣器接頭平滑過渡狀況，以及有無電氣燒傷痕跡，都需特別留意。

3.1.2 局部換線

剛性接觸網(wǎng)局部換線的前提條件是對(duì)一個(gè)錨段內(nèi)個(gè)別點(diǎn)接觸線磨耗Y值大于12mm的進(jìn)行局部更換，或一個(gè)錨段內(nèi)接觸線有多處磨耗的，其中有一個(gè)點(diǎn)Y值是12mm的。

拆除局部磨耗超限的接觸導(dǎo)線并更換新線。首先，緊固中錨的調(diào)節(jié)螺桿，清除匯流排上的雜物。確定接觸線需做接頭的斷線點(diǎn)位置。之后，安裝放線小車，對(duì)接觸線從錨段終端開始卸除。最后，用鋼鋸切割，截面處理好后可將新接觸線與原有接觸線用斷線線夾接好觀察其接頭處是否符合要求。

裝線時(shí)，調(diào)整好原有接觸線，將新導(dǎo)線從線盤放出，確定線面方向，新導(dǎo)線穿過放線小車與原接觸線對(duì)接，通過放線小車將距端頭約1000mm處的新接觸線鑲嵌入?yún)R流排后向接頭方向放線，放至距接頭處約100mm段用橡膠錘將接觸線敲入?yún)R流排。由車輛帶動(dòng)前進(jìn)，牽引支架可進(jìn)行調(diào)整使?fàn)恳较蚴冀K位于匯流排正下方，并注意相關(guān)細(xì)節(jié)問題。

3.2 其他專業(yè)設(shè)備上應(yīng)采取的措施

加強(qiáng)與軌道專業(yè)、車輛專業(yè)溝通協(xié)作。由于接觸線的磨耗問題與車輛受電弓有關(guān)，因此在做好自身設(shè)備維護(hù)的同時(shí)，也必須加強(qiáng)受電弓的檢查。例如：當(dāng)碳滑板凹凸超過1mm～2mm時(shí)，建議車輛專業(yè)部門人員對(duì)碳滑板進(jìn)行打磨，使其工作面平滑。調(diào)整碳滑板凹槽較深處所對(duì)應(yīng)點(diǎn)接觸懸線的偏移值，減少此處碳滑板被磨耗的概率，使碳滑板盡可能地受到均勻的磨耗等。

結(jié)論

廣州地鐵2號(hào)線運(yùn)行十余年的經(jīng)驗(yàn)表明，接觸網(wǎng)接觸線磨耗問題的解決程度對(duì)接觸網(wǎng)正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，本文通過分析接觸線磨耗的原因，從理論上探討解決磨耗問題的方法。同時(shí)考慮到接觸網(wǎng)是服務(wù)于行車，接觸網(wǎng)的磨耗問題應(yīng)該和車輛受電弓磨耗問題結(jié)合起來加以解決。二者作為軌道交通系統(tǒng)中供電系統(tǒng)與車輛系統(tǒng)這兩個(gè)重要部分，應(yīng)密切配合，對(duì)接觸網(wǎng)接觸設(shè)備以及車輛受電弓設(shè)備等參數(shù)的選擇應(yīng)盡可能進(jìn)行共同商討，以達(dá)到兩個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的目的，保證運(yùn)營質(zhì)量。

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