淺析城軌車輛受流器滑板脫落及改進(jìn)措施

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 421001)

0 引言

受流器是安裝在列車轉(zhuǎn)向架上，為列車從剛性供電軌(第三軌)進(jìn)行動(dòng)態(tài)取流，滿足列車電力需求的一套動(dòng)態(tài)受流設(shè)備。通過(guò)對(duì)城軌車輛的運(yùn)行姿態(tài)、鋼鋁復(fù)合供電軌排布方式與特點(diǎn)、動(dòng)態(tài)受流的技術(shù)要求、電氣絕緣要求、動(dòng)態(tài)受流的摩擦副匹配要求等系統(tǒng)性研究的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理地選取擺動(dòng)桿件的運(yùn)動(dòng)范圍、受流摩擦副的接觸正壓力、受流滑靴的材料，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)受流組件的結(jié)構(gòu)以及絕緣結(jié)構(gòu)，滿足列車的動(dòng)態(tài)受流的工況要求，減少受流器的維護(hù)需求，實(shí)現(xiàn)列車的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定與可靠的受流，為列車的穩(wěn)定運(yùn)行提供電源保障

1 受流器滑板脫落問(wèn)題簡(jiǎn)述

馬來(lái)西亞某項(xiàng)目車輛上線運(yùn)營(yíng)后發(fā)生多起受流器滑板鉚釘斷裂問(wèn)題，造成車輛高壓接地短路，影響車輛正常運(yùn)行(見圖1)。

圖1 故障受流器銅滑板左側(cè)鉚釘斷裂

2 原因分析

1)受流器在進(jìn)入第三軌以及過(guò)受流軌接縫處均會(huì)在滑板表面產(chǎn)生沿車輛運(yùn)行方向的沖擊，受流器滑板鉚釘斷裂原因?yàn)槭芗羟辛蚴芾炝Τ鲢T釘強(qiáng)度的設(shè)計(jì)極限。

2)從結(jié)構(gòu)分析，螺釘連接方式受力情況較好，但螺栓與受流器銅滑板材質(zhì)不同，受流器銅滑板在長(zhǎng)時(shí)間高溫摩擦受熱軟化，滑板與螺栓將存在相對(duì)間隙，進(jìn)而導(dǎo)致滑板固定螺栓松動(dòng)問(wèn)題。

3)馬來(lái)西亞某項(xiàng)目既有車輛與新造輕軌車輛的受流器以及線路情況對(duì)比分析，既有車輛受流器滑板的兩側(cè)向下彎折角度更大，可分散或減小受流軌對(duì)滑板連接鉚釘沖擊力。

4)如圖2所示，既有車輛受流器的滑板兩側(cè)向下彎折的角度α=25°，滑板磨耗表面最低點(diǎn)距最高點(diǎn)的高差L=23 mm。而STEMMANN設(shè)計(jì)的滑板向下彎折的角度僅為α=15°，滑板磨耗表面最低點(diǎn)距離最高點(diǎn)的高差L=12 mm。如圖3所示，當(dāng)滑板受到受流軌的沖擊時(shí)，沖擊力F可分解為沿受流器滑板表面力N1及垂直與受流器滑板表面力N2。只有N1會(huì)對(duì)安裝螺栓或鉚釘造成沖擊，而N2會(huì)由受流器的擺臂傳遞給受流器滑板的靜態(tài)接觸壓力來(lái)平衡。力N1=Fcosα，當(dāng)受到來(lái)自軌道相同方向的沖擊力F時(shí)，既有車輛受流器滑板鉚釘受到的剪切力為0.9F，而STEMMANN設(shè)計(jì)的滑板受到的剪切力N1則為0.97F。因此既有車輛受流器滑板兩側(cè)向下彎折的角度更有利于分散、減小受流三軌對(duì)滑板連接鉚釘?shù)臎_擊力。

圖2 滑板尺寸圖

5)既有車輛受流器滑板彎折角度L值達(dá)到了23 mm，即便滑板磨耗到限(設(shè)計(jì)磨耗到限值為13 mm)，滑板彎折角度L=10 mm，可以有效地分散和減小滑板入受流軌時(shí)的沖擊力。而STEMMANN設(shè)計(jì)的滑板彎折角度L=12 mm，滑板磨耗到限，存在滑板無(wú)彎折角入受流軌的情況，受流器滑塊直接與受流軌相撞，導(dǎo)致滑板連接鉚釘直接承受全部沖擊力(見圖3)。

圖3 滑板入軌時(shí)受軌道沖擊力分析

6)由于鉚釘?shù)目辜裟芰εc其直徑的平方值成正比，因?yàn)榧扔熊囕v受流器的滑板連接鉚釘直徑為12 mm，而STEMMANN設(shè)計(jì)的滑板連接鉚釘直徑為10 mm，因此既有車輛受流器受流器滑板連接鉚釘?shù)目辜裟芰镾TEMMANN受流器滑板連接鉚釘?shù)目辜裟芰Φ?.44倍，既有車輛受流器受流器滑板連接鉚釘具有更強(qiáng)的抗剪切能力，更能避免在運(yùn)行中鉚釘受剪斷裂的情況發(fā)生。

3 糾正措施

根據(jù)受流器動(dòng)態(tài)試驗(yàn)報(bào)告，為徹底消除滑板脫落風(fēng)險(xiǎn)，充分借鑒既有車輛受流器的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)及滑板設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品零部件的簡(jiǎn)統(tǒng)化，建議采用既有車輛受流器滑板、鉚釘及配套墊片替代STEMMANN設(shè)計(jì)的滑板、鉚釘及墊片。為實(shí)現(xiàn)既有車輛受流器滑板在新線STEMMANN設(shè)計(jì)的受流器上安裝使用，同時(shí)優(yōu)化滑板與受流器的連接，新設(shè)計(jì)的滑板連接塊組件如圖4所示。

圖4 滑板連接塊組件

4 效果驗(yàn)證

選取3列車實(shí)施受流器滑板變更，裝車運(yùn)行考核近2年，運(yùn)行里程15萬(wàn)km，未發(fā)生滑板脫落問(wèn)題，整改效果較好(見圖5)。

圖5 受流器滑板驗(yàn)證效果

5 結(jié)語(yǔ)

受流器滑板因剪切力超出鉚釘設(shè)計(jì)極限，導(dǎo)致鉚釘斷裂滑板脫落問(wèn)題，主要是因?yàn)榍捌谠O(shè)計(jì)階段未考慮運(yùn)行線路惡劣復(fù)雜工況，導(dǎo)致受流器滑板脫落問(wèn)題發(fā)生。為避免類似問(wèn)題出現(xiàn)，必須要從設(shè)計(jì)源頭考慮，進(jìn)而提高產(chǎn)品運(yùn)行可靠性。