探析地铁列车受电弓磨损

王龙云

摘要：本文通过分析受电弓运行中产生非正常磨损的原因，对材料选型、接触网构造等方面展开研究，确定从设计、施工到运营各阶段的技术手段，以减少受电弓的非正常磨损。

关键词：受电弓；磨损；滑板

1引言

受电弓（Pantograph）也称集电弓，还称之为输电架，是让电气化轨道列车从架空裸导线取得电能的设备。在日常维护保养中A号线的受电弓相对于B号线出现了较为严重的非正常磨损，出现了较为严重的沟槽和拉弧后产生的烧结的现象。受到非正常磨损后的受电弓在运行中会进一步恶化弓网关系，可能降低受电弓和接触网的使用寿命，严重影响牵引供电质量和供电安全。

2受电弓磨损的原因分析

在电力牵引的线路中，受电弓在高速滑行中与接触线间存在着极为复杂的机械摩擦作用和电气作用，主要表现为接触线磨损和受电弓磨损。接触线的磨损，主要是使接触线截面积变小，不但使有效载流量下降，还会增加磨损较重区段的局部抗拉应力，严重影响接触网的安全运行；受电弓磨损，会降低受电弓的使用寿命，严重的会在受电弓滑板上形成沟槽甚至裂纹。在当前地铁列车运输繁忙的情况下，研究如何减少非正常磨损就显得极为重要。

受电弓的上臂与弓头间、下臂与上臂间、下臂与底架间都是用轴承相连，为出现电流经轴承产生影响，一般将编织导线对轴承进行处理。编织导线两侧处如果连接不好或编织导线断了就会使电流导电降低甚致烧坏。建议在定期检查时要看外观磨损并及时更换。

2.1材料选型对磨耗影响

由于各种接触线、受电弓滑板的材质不同，其物理特性和电气性能也不尽相同，接触线和滑板的磨耗以及弓网接触点的允许电流很大程度上依赖于两部件的材料组合，同时这种材料组合也决定了弓网的磨耗状况。

2.1.1滑板

A号线与B号线均采用接触电阻小、熔点高、导热性良好、质量小、机械强度高、弹性好、与铜或铜合金接触线之间的摩擦系数小的纯碳滑板。受电弓在正常工作情况下，碳滑板的磨耗比较均匀，当碳滑板磨耗到限后进行更换作业。但是由于各条线路受电弓碳滑板与接触网之间受流工况的不同，碳滑板在使用中会出现断裂、剥离、掉块、裂纹、灼烧、偏磨等异常问题，降低碳滑板的使用寿命。受电弓碳滑板出现的异常机械磨损现象主要有以下几个方面：受电弓偏磨、碳滑板掉块、碳滑出现纵性裂纹、受电弓碳滑板拉弧、灼伤剥离等异常电气损伤。在运行中由于机械原因或弓网撞击等原因，会导致两侧碳滑板受力不均匀，使碳滑板出现偏磨以及个别碳滑板大面积掉块、缺块现象。碳滑板与接触线的磨损主要体现在机械磨损和电磨损，其中电磨损占整个磨损的70%以上，而电磨耗主要受接触力、运行速度、外部环境因素、电流负荷、接触线的状况（悬挂、绝缘连接、接触表面、运行平顺性、拉出值等）等因素的影响。同时碳滑板磨耗到限后的踏面形状，主要由接触线的布置方式决定，接触线拉出值决定了碳滑板的磨耗区域。

在车辆加速取流区、减振道床（轨道弹性较大）、变坡区段、接触线异常磨损等位置的弓网关系较为恶劣，通过对拉出值处于180～200mm及-180～-200mm范围内的接触线状态进行排查，发现广州地铁3号线北延段有9个区段的接触线存在异常磨损，且列车经过这些区段时都处于加速阶段。列车在加速过程中，电流取值较大，碳滑板发热量大，进而加剧碳滑板与接触线之间的化学反应，造成电磨耗严重。因此在拉出值处于180～200mm及-180～-200mm范围、接触线异常磨损以及加速状态的三重条件下，将更直接导致碳滑板不均磨耗，加速碳滑板两端凹槽的形成。

2.1.2接触线

采用具有较高的导电性、张力、硬度及其承受温度变化和抗腐蚀的能力的银铜CTA120mm2接触线。

2.1.3滑板与接触线的组合

碳滑板光滑的表面，没有任何粗糙成分磨损接触线，已被证明特别适用于铜及铜合金接触线。碳滑板自润滑性能及耐电弧性能好，能满足高速弓网系统的动态需求和延长弓网系统使用寿命的要求。接触线、受电弓滑板的材质选型在地铁列车运行中起到决定性作用。

2.2接触网的构造对磨耗的影响

接触网本身构造对磨耗影响主要由以下几个因素决定：接触线的拉出值设置、弹性、设备安装情况。

2.2.1拉出值设置对受电弓磨耗的影响

刚性接触网拉出值采用正弦波形布置方式，对于受电弓的磨耗，刚性接触网采用正弦波形布置方式，考虑到接触线的磨耗，经过多次磨耗后，受电弓碳滑板的形状将会出现中间磨损较小，两端磨耗较大的情况。在拉出值依照正弦波布置的刚性接触网中，其正弦波的周期对受电弓滑板的磨耗也有较大影响论，刚性接触网正弦波布置的周期越大，距离受电弓中心处碳滑板与接触线的作用时间就越长，对碳滑板的磨耗程度就越大，在最大拉出值相同的情况下，较长的正弦波周期造成了受电弓的较大磨损，此结论与受电弓实际磨损程度是相吻合的。

2.2.2接触网弹性对磨耗的影响

对于刚性接触网，由于其弹性很小，可以忽略不计，所以受电弓的磨耗一般是比较大的，但接触线高度精度很高，对受电弓的非正常磨损影响是很小的。

2.2.3设备安装质量对受电弓磨耗的影响

分段绝缘器、道岔等是接触网必不可少的重要组成部分，这些设备是否被正确的安装、调试到最佳状态，不仅关系着本身是否能正常工作，也对受电弓的磨耗产生着很大的影响。高架区段安装两台分段绝缘器，夜间在此处观察，当地铁列车通过时存在拉弧现象，说明分段绝缘器状态存在一定问题，在不能取消正线分段绝缘器情况下，在分段绝缘器满足绝缘要求的前提下，缩短横向宽度，减少与受电弓接触范围，使拉弧现象减少了。

在电气化铁路区段为实现电力机车完成线路转换运行设置线岔。如果线岔安装调整不到位，可能会大大加重受电弓的磨耗，甚至会损伤受电弓。一般来说，道岔处受电弓的磨损多是列车运行中始触区内安装的线夹碰撞受电弓倒角，或者线岔处拉出值、接触线抬高值调整不当受流条件较差引发拉弧，只要在施工后续维护中严格按技术标准精确调整线岔参数，这种情况基本上是可以避免的，在线岔处的受电弓状态和接触线磨耗是比较均匀的。说明在以上两条地铁线路中，线岔处的施工质量较好，对受电弓的磨耗影响较小。

2.3施工精度对磨耗的影响

在接触网的施工精度中，对受电弓磨耗影响较大的参数主要是拉出值、接触线的高度，这两个参数的施工精度直接影响受电弓的磨耗，是评价接触网施工质量的重要标准。

2.3.1拉出值施工误差对受电弓磨耗的影响

定位点处接触线至受电弓中心的水平距离，在直线区段叫之字值，在曲线区段叫拉出值。拉出值是确保接触网安全运行的重要技术参数，拉出值的大小直接关系弓网运行安全，同时也决定了受电弓的磨耗是否均匀，是否能避免产生对受电弓的异常冲击。

2.3.2接触线高度施工误差的影响

接触网上相邻悬挂点之间的导高不同，两悬挂点之间的接触线就会出现高差进而形成坡度，坡度会对弓网壓力产生影响。接触网的拉出值和接触线高度均在验收标准范围内，坡度符合要求，对受电弓的磨耗影响相对较小的。

2.4维护水平对磨耗的影响

长期运营中受外界天气、机械振动等其他因素的影响接触网设备、轨道可能会有螺栓松脱、位置参数变化，地铁列车的受电弓系统的检查、调整、受电弓滑板的更换，轨道调整超高或者起、拨道参数变化等，如果以上诸系统得不到及时、高水平的后期维护保养，必然使受电弓出现非正常磨损。严格执行地铁运营维修标准，发现受电弓磨损出现异常时，及时调整分段绝缘器的绝缘间隙，从而减少与受电弓的接触面积，同时及时更换和修正受电弓碳滑板，在改善弓网关系方面取得了比较好的经验。

参考文献：

[1]陈珍宝，罗维.高速受电弓导流板研究与改进. 电力机车与城轨车辆，2013第1期

[2]杨岗，李芾. 高速受电弓滑模半主动控制. 西南交通大学学报，2013第1期