城市軌道交通車輛滑板異常磨耗原因淺析

羅海鵬

摘 要：地鐵車輛受電弓與接觸網(wǎng)滑動(dòng)受流過(guò)程中會(huì)發(fā)生正常磨耗，弓網(wǎng)關(guān)系異常將導(dǎo)致受電弓碳滑板和接觸網(wǎng)磨耗異常，直接影響碳滑板、接觸網(wǎng)的使用壽命，文章針對(duì)某線路列車在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)受電弓滑板異常磨耗，結(jié)合弓網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行工況，從接觸壓力值、材質(zhì)、燃弧等角度對(duì)滑板異常磨耗情況進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;碳滑板;磨耗

1 受電弓滑板作用

碳滑板是地鐵車輛重要的受流部件，通過(guò)碳滑板的作用將接觸網(wǎng)上的電能源源不斷地“流入”地鐵車輛，經(jīng)過(guò)逆變器的作用將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。

2 滑板異常磨耗概況

TY2號(hào)線車輛空載試運(yùn)營(yíng)期間，車輛計(jì)劃修作業(yè)中發(fā)現(xiàn)T15-5車碳滑板磨耗到限（如圖1），碳滑板呈波浪形，最低值約為22.9 mm，已達(dá)到限定值。

2.1 更換情況

檢查發(fā)現(xiàn)T15情況后，在兩天內(nèi)對(duì)全部16列車進(jìn)行碳滑條普查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)T2、T3、T4、T6、T7、T9、T11均存在磨耗到限的，其余列車也存在異常磨耗的情況。

自12月7日至12月15日，完成第一批碳滑板更換，其中12月7日，T4更換8根萬(wàn)高品牌的新碳滑板，進(jìn)行跟蹤對(duì)比。自12月27日至21年1月15日，完成第二批碳滑板更換，其中T15車在12月24日，更換為大同新型材碳滑板。自1月30日起，開始第三批碳滑板的更換。16列電客車總共更換54次新碳滑板，共計(jì)432根。

2.2 碳滑板磨耗情況

由上表可知，16列電客車均存在異常磨耗的現(xiàn)象。自碳滑板開始更換，平均運(yùn)行公里數(shù)為23 673 km。各列車均已更換至少三次碳滑板，平均每萬(wàn)公里磨耗25.27 mm，每次更換后平均運(yùn)行里程為6 644 km。結(jié)合現(xiàn)有運(yùn)行圖統(tǒng)計(jì)，每日最高車次運(yùn)行公里數(shù)為520 km，16列電客車全部更換新碳滑板后，在最高車次運(yùn)行條件下，大約可用12天。

在各列電客車中，均存在不同程度的異常磨耗，較好的列車為02009車，僅更換兩次碳滑板，運(yùn)行里程為19 012 km，

平均每次更換碳滑板后均可運(yùn)行9 506 km，萬(wàn)公里磨耗為16.83。略高于平均水平。較差的列車為02015車，更換碳滑板次數(shù)為4.5，運(yùn)行里程卻為17 514 km，平均每次更換碳滑板可運(yùn)行3 892 km，低于平均水平。雖然16列電客車碳滑板磨耗程度不同，但是均遠(yuǎn)低于合同要求和技術(shù)規(guī)范中要求的碳滑板磨耗公里數(shù)為15萬(wàn)公里的條件。其中試用萬(wàn)高、大同廠家的碳滑板同摩根比較，結(jié)果未有明顯改善。

3 原因調(diào)查與分析

3.1 受電弓靜態(tài)接觸力

TY2號(hào)線電客車采用單臂氣囊式受電弓，可以調(diào)整最大升弓高度、升降弓時(shí)間、弓網(wǎng)接觸力，以適應(yīng)使用工況的變化。根據(jù)地鐵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，受電弓升起后與接觸網(wǎng)接觸力為120 N±10 N。在受電弓升起后，沿鉛錘方向往下拉上臂的上交叉管，使受電弓以較小速度勻速向下運(yùn)動(dòng)，拉力值應(yīng)在120 N±10 N以內(nèi)。

受電弓與接觸網(wǎng)接觸力主要是保證受電弓碳滑板與接觸網(wǎng)的緊密銜接，保證受流質(zhì)量。過(guò)高的接觸力會(huì)導(dǎo)致碳滑板的異常磨耗，過(guò)低的接觸力會(huì)導(dǎo)致碳滑板與接觸網(wǎng)接觸不良，在通過(guò)錨段等位置產(chǎn)生震動(dòng)，超過(guò)接觸臨界，從而導(dǎo)致拉弧，降低受流質(zhì)量。在發(fā)現(xiàn)異常磨耗的第一時(shí)間，受電弓廠家中車賽德經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)量，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員受電弓接觸力測(cè)量方法符合工藝要求，且?guī)靸?nèi)所有電客車接觸力均滿足120 N±10 N，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，通過(guò)與其他地鐵線路對(duì)比，采用相同受電弓廠家的受電弓接觸力標(biāo)準(zhǔn)均設(shè)定在120 N±10 N，而此類地鐵碳滑板磨耗基本無(wú)異常。

為進(jìn)一步排除此因素影響，分別將02015和02013車受電弓接觸力調(diào)整為130 N和110 N進(jìn)行跟蹤測(cè)量，經(jīng)過(guò)四天的測(cè)量，兩列車在接觸力調(diào)整后的碳滑板磨耗情況與調(diào)整前無(wú)明顯變化。在每一次碳滑板測(cè)量的同時(shí)，對(duì)受電弓接觸力進(jìn)行測(cè)量，保證接觸力為120 N±10 N。

3.2 碳滑板材質(zhì)

TY2號(hào)線電客車采用CED160DA型單臂氣囊式受電弓，弓頭裝置由四滑板組成，每?jī)筛鶠橐唤M，保證受流面積和受流質(zhì)量。嚴(yán)格按照國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范設(shè)計(jì)制造，適用于牽引網(wǎng)壓為1500VDC地鐵車輛。MY258A2型碳滑板屬于浸金屬碳滑板，目前已經(jīng)被國(guó)內(nèi)地鐵行業(yè)廣泛采用。

在碳滑板出現(xiàn)異常磨耗后，聯(lián)系受電弓廠家中車賽德，將TY2號(hào)線所使用的碳滑板送到第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)——國(guó)家鐵路產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)碳滑板硬度、粘接電阻、20℃電阻率、沖擊韌性等各項(xiàng)碳滑板性能，結(jié)果均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)合格。

3.3 燃弧率

燃弧的產(chǎn)生是由于受電弓與接觸網(wǎng)發(fā)生接觸不良甚至機(jī)械性瞬時(shí)脫離的現(xiàn)象，導(dǎo)致弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)受流惡化，引起弓網(wǎng)燃弧現(xiàn)象的發(fā)生。由于燃弧發(fā)生具有相當(dāng)高的瞬時(shí)熱量，會(huì)直接燒蝕接觸網(wǎng)或受電弓滑板，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)使得接觸網(wǎng)及受電弓滑板變得不平順，加劇受電弓碳滑板的磨耗，甚至?xí)霈F(xiàn)斷線及滑板變得不平順，對(duì)列車運(yùn)行安全造成嚴(yán)重影響。

TY2號(hào)線電客車采用CED160DA型單臂氣囊式受電弓，弓頭裝置由四滑板組成，每?jī)筛鶠橐唤M，共有四個(gè)羊角。嚴(yán)格按照國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范設(shè)計(jì)制造，適用于牽引網(wǎng)壓為1500VDC地鐵車輛。

在碳滑板出現(xiàn)異常磨耗后，聯(lián)系受電弓廠家中車賽德和碳滑板廠家摩根登頂檢查受電弓的同時(shí)，對(duì)滑板磨損情況進(jìn)行判定，發(fā)現(xiàn)部分車輛的受電弓碳滑板存在不良磨耗、主要表現(xiàn)為滑板表面存在電弧后的黑點(diǎn)和電擊坑洞。

通過(guò)弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集功能，對(duì)兩個(gè)高配車（02001、02002）不同時(shí)間段的接觸網(wǎng)燃弧情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)02001-5高配車3月20日一個(gè)上行區(qū)間的弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，疑似發(fā)生燃弧154次，共計(jì)23.81 s，燃弧率為0.85%（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.05%）。02002-2高配車3月20日一個(gè)上行區(qū)間的弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，疑似發(fā)生燃弧100次，共計(jì)31.096 s，燃弧率為1.11%（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.05%）。

碳滑板磨耗分為機(jī)械磨耗和電氣磨耗，電器磨耗占70%，機(jī)械磨耗占30%，而燃弧的發(fā)生是由于瞬時(shí)電擊產(chǎn)生，瞬間產(chǎn)生2 000℃左右的高溫，會(huì)直接燒蝕接觸網(wǎng)或受電弓滑板，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)使得接觸網(wǎng)及受電弓滑板變得不平順，從而加劇燃弧。

3.4 原因綜述

綜上所述，受電弓與接觸網(wǎng)接觸力（120 N±10 N）對(duì)近期發(fā)生的碳滑板異常磨耗基本沒影響，可以基本排除受電弓接觸力這一因素;受電弓碳滑板材質(zhì)對(duì)近期發(fā)生的碳滑板異常磨耗基本沒影響，可以基本排除受電弓碳滑板材質(zhì)這一因素;受電弓接觸網(wǎng)之間燃弧與碳滑板異常磨耗有關(guān)。

4 燃弧原因分析

4.1 弓網(wǎng)間接觸壓力的影響

受電弓與接觸網(wǎng)的接觸狀態(tài)決定了弓網(wǎng)間是否會(huì)發(fā)生離線現(xiàn)象。當(dāng)弓網(wǎng)間接觸壓力過(guò)大時(shí)，會(huì)加劇受電弓碳滑板和接觸線的磨耗;當(dāng)弓網(wǎng)間接觸壓力過(guò)小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致離線，從而引發(fā)拉弧打火現(xiàn)象，燒傷受電弓碳滑板和接觸線底面，嚴(yán)重時(shí)可能燒斷接觸線。

4.2 接觸線動(dòng)態(tài)抬升量的影響

理想狀態(tài)下，接觸線導(dǎo)高值應(yīng)保持恒定不變，以確保受電弓與接觸線的穩(wěn)定接觸。但在實(shí)際運(yùn)行中，接觸線在受到受電弓的抬升力作用下，會(huì)有一定的抬升以及后續(xù)跟隨的上下振動(dòng)。當(dāng)受電弓經(jīng)過(guò)定位點(diǎn)時(shí)，接觸線在定位器的作用下抬升量較小，但在遠(yuǎn)離定位點(diǎn)位置時(shí)，由于沒有定位器的限制，接觸線在受電弓的作用下抬升量相應(yīng)升高，經(jīng)過(guò)跨中位置時(shí)達(dá)到峰值。實(shí)踐表明，接觸線的抬升量變化幅度越小，受流質(zhì)量越好;抬升量變化幅度越大，電客車在高速運(yùn)行通過(guò)時(shí)引起的接觸線振動(dòng)越大，影響弓網(wǎng)間的跟隨性，可能造成離線，產(chǎn)生拉弧打火現(xiàn)象。就接觸網(wǎng)而言，跨距內(nèi)導(dǎo)高值的劇烈變化、錨段關(guān)節(jié)過(guò)渡處不水平、中錨出現(xiàn)負(fù)馳度等都會(huì)引起抬升量的突然變化，進(jìn)而導(dǎo)致因離線產(chǎn)生拉弧打火現(xiàn)象。

5 改進(jìn)建議

5.1 受電弓

加強(qiáng)受電弓碳滑板的磨耗檢查與維修。當(dāng)同一根滑板磨耗到限時(shí)進(jìn)行更換，磨耗面出現(xiàn)波浪狀時(shí)，波浪高點(diǎn)與最低點(diǎn)高度差超過(guò)4 mm時(shí)，應(yīng)對(duì)高點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的打磨，保證磨耗面在整個(gè)滑板條長(zhǎng)度范圍內(nèi)能夠平滑過(guò)渡。當(dāng)發(fā)現(xiàn)相鄰碳滑板高度差超過(guò)5 mm時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行更換。應(yīng)盡量保證4根碳滑板水平，定期用水平尺檢查并調(diào)整高度，使4根碳滑板都與接觸網(wǎng)可靠接觸，減少拉弧。

加強(qiáng)碳滑板及受電弓表面的電腐蝕、硬點(diǎn)及裂紋的檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，查找原因。

加強(qiáng)靜態(tài)接觸壓力檢測(cè)，加強(qiáng)軸承關(guān)節(jié)、液壓阻尼器等關(guān)鍵元件檢查，以防卡滯現(xiàn)象。加強(qiáng)弓頭自由度檢查，保證弓頭能夠繞上臂桿靈活轉(zhuǎn)動(dòng)并有一定的旋轉(zhuǎn)角度。

5.2 接觸網(wǎng)外觀檢查及調(diào)整

外觀檢查是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題最簡(jiǎn)單直接的方式，因線路較長(zhǎng)，應(yīng)將檢查重點(diǎn)放在易出故障的位置，主要包括如下位置：錨段關(guān)節(jié)、絕緣關(guān)節(jié)、硬點(diǎn)易發(fā)區(qū)、剛?cè)峤佑|網(wǎng)連接處。通過(guò)檢查相關(guān)部分的燒蝕和硬點(diǎn)等現(xiàn)象，來(lái)判斷該位置是否為拉弧點(diǎn)。根據(jù)具體情況進(jìn)行維修或更換，保證接觸網(wǎng)正常受流。

6 結(jié)語(yǔ)

滑板異常磨耗是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)接口問(wèn)題，與接觸網(wǎng)的拉出值、導(dǎo)高、受電弓滑板耐弧性能、壓力值、材料匹配等因素息息相關(guān)，多因素疊加效應(yīng)會(huì)打破弓網(wǎng)良性配合的狀態(tài)，相反，改善其中任意關(guān)鍵因素，弓網(wǎng)配合可能又恢復(fù)到一個(gè)良性狀態(tài)。弓網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)接口的技術(shù)參數(shù)仍需要進(jìn)行更多的應(yīng)用研究，不斷總結(jié)驗(yàn)證，最終解決這一系統(tǒng)性問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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