地鐵車輛受電弓碳滑板磨耗的分析研究

丁華 劉洋

摘 要：重慶地鐵運(yùn)營線路采用架空式接觸網(wǎng)，車輛的受流裝置均采用單臂雙碳滑板受電弓，但不同運(yùn)營線路的碳滑板磨耗速率呈現(xiàn)出明顯差異，為探索不同運(yùn)營線路碳滑板磨耗速率差異的原因、制定改進(jìn)措施、降低車輛運(yùn)用成本，選取滑板磨耗速率差異較大的重慶地鐵一號(hào)線和環(huán)線車輛進(jìn)行分析、研究具有較長遠(yuǎn)的意義。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;受電弓碳滑板磨耗;弓網(wǎng)關(guān)系

1 重慶地鐵一號(hào)線和環(huán)線基本情況

重慶地鐵一號(hào)線是重慶市建成通車的首條地鐵線路，線路全長約44公里，采用B型車輛，列車最高速度100 km/h，采用單臂雙滑板受電弓;重慶地鐵環(huán)線是重慶軌道交通線網(wǎng)中的骨干線路，全長約51 km，采用As型車輛，列車最高速度100 km/h，采用單臂雙滑板受電弓。

2 碳滑板磨耗總體趨勢概況

對(duì)比近年重慶地鐵一號(hào)線和環(huán)線碳滑板的磨耗數(shù)據(jù)，情況如下：

環(huán)線滑板平均磨耗速率、平均使用公里數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)明顯優(yōu)于一號(hào)線。根據(jù)《GB/T38955-2020 城市軌道交通車輛用炭滑板》碳滑板磨耗比小于1.5 mm/萬km的要求，一號(hào)線未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)要求，環(huán)線滿足要求。

3 磨耗因素調(diào)查分析

為調(diào)查導(dǎo)致重慶地鐵一號(hào)線和環(huán)線滑板磨耗差異的主要原因，現(xiàn)從弓網(wǎng)接觸壓力、弓頭跟隨性、接觸網(wǎng)的拉出值、滑板硬度、接觸網(wǎng)線表面的平滑度等影響受電弓碳滑板磨耗的因素進(jìn)行研究分析：

3.1 弓網(wǎng)接觸壓力

弓網(wǎng)接觸壓力值是根據(jù)滑塊的材料、導(dǎo)電性以及車輛速度等綜合因素設(shè)定。接觸壓力過高，接觸網(wǎng)與碳滑板的磨耗都會(huì)加劇，導(dǎo)致壽命縮短，維護(hù)成本增加。接觸壓力過低，受電弓碳滑板的載流性能降低，電氣磨損加劇。環(huán)線受電弓按照120±10 N進(jìn)行調(diào)整，壓力設(shè)定略高于一號(hào)線的受電弓壓力110±10 N。

為探索接觸壓力對(duì)磨耗速率的影響程度，特在一號(hào)線進(jìn)行了受電弓壓力對(duì)比試驗(yàn)，情況如下：

從試驗(yàn)結(jié)果得知，設(shè)定值120 N的磨耗情況稍優(yōu)于設(shè)定值100 N，但差異并不明顯，因此靜態(tài)壓力的大小并不是導(dǎo)致該兩條線路磨耗差異的主要因素。

3.2 弓頭的跟隨性

弓頭的跟隨性取決于弓頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝以及材料的輕量化，跟隨性優(yōu)良的弓頭對(duì)減少偏磨、降低磨耗、提高導(dǎo)流性能等具有明顯的效果。

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)一號(hào)線滑板更換原因均為碳滑板磨耗到限值更換，異常情況更換情況較少;環(huán)線存在較多因偏磨更換的情況。根據(jù)偏磨情況，可以判斷環(huán)線受電弓弓頭的跟隨性能較一號(hào)線較差，但總體磨耗情況卻優(yōu)于一號(hào)線，因此弓頭的跟隨性能對(duì)兩線路磨耗速率差異的影響較小。

3.3 碳滑板硬度和材質(zhì)

碳滑板硬度很大程度上決定了其磨損速度，一號(hào)線滑板硬度為119.7 HRC，環(huán)線滑板硬度為115 HRC，《GB/T38955-2020 城市軌道交通車輛用炭滑板》要求碳滑板洛氏硬度<120，兩線路均滿足指標(biāo)要求。一號(hào)線滑板硬度稍高于環(huán)線，但較為接近，且兩線路均為浸金屬材料碳滑板，材質(zhì)和硬度都相當(dāng)，因此滑板的材質(zhì)和硬度不是導(dǎo)致兩條線路磨耗差異的誘因。

3.4 接觸網(wǎng)的拉出值

接觸網(wǎng)良好的拉出值是安全運(yùn)行的保障，又對(duì)碳滑板的磨耗壽命起著關(guān)鍵的作用。通過對(duì)比一號(hào)線及環(huán)線滑板的磨耗痕跡（如下圖），發(fā)現(xiàn)一號(hào)線滑板磨耗形狀為V型磨耗軌跡，而環(huán)線滑板為凹槽型磨耗軌跡，說明兩線路接觸網(wǎng)拉出值存在差異。

經(jīng)計(jì)算，凹槽型磨耗軌跡的磨耗截面積約為：520 mm×14 mm=7 280 mm2，V型的磨耗軌跡的截面積為：1/2×400 mm×14 mm=2 800 mm2。環(huán)線凹槽型磨耗截面積是一號(hào)線V型磨耗截面積的2.6倍，說明兩線路拉出值的差異對(duì)滑板磨耗的影響較大。

4 結(jié)論及措施

通過對(duì)比分析可知：

（1）環(huán)線弓網(wǎng)接觸壓力稍高于一號(hào)線，將一號(hào)線靜態(tài)接觸壓力提高至120 N，磨耗情況稍有改善，但改善效果不明顯，說明靜態(tài)壓力的差異不是兩線路滑板磨耗差異的誘因。

（2）環(huán)線滑板多有偏磨情況，說明環(huán)線受電弓弓頭的跟隨性能較一號(hào)線較差，降低了其滑板的使用壽命，環(huán)線滑板的使用壽命可進(jìn)一步提高。

（3）一號(hào)線滑板為V型的磨耗軌跡，而環(huán)線為凹槽型磨耗軌跡，兩條線路磨耗軌跡存在明顯差異，說明一號(hào)線與環(huán)線接觸網(wǎng)拉出值存在差異，且對(duì)該兩條線磨耗差異影響較大，是誘發(fā)兩線路滑板磨耗差異的主要因素。

5 結(jié)束語

綜上，經(jīng)過弓網(wǎng)接觸壓力、弓頭跟隨性、接觸網(wǎng)拉出值、碳滑板材質(zhì)和硬度的比較，發(fā)現(xiàn)影響兩線路滑板磨耗差異的主要因素為接觸網(wǎng)拉出值的不同，進(jìn)一步需結(jié)合兩線路接觸網(wǎng)拉出值的分布情況進(jìn)行針對(duì)性的對(duì)比、分析與調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

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