轨道交通车辆受电弓维修策略探讨

吴佩琼

0 引言

随着我国轨道交通技术的不断进步，轨道交通运行车辆从蒸汽机车向内燃机车、电力机车牵引的发展格外引人注目。电气化铁路在中国的轨道交通里程中占据了很大部分，针对轨道车辆的日常及故障检修尤为重要。在已有的电气化铁路运营线路中，根据历年的各类事故统计，由受电弓引起的车辆设备故障的占比较大。受电弓是车辆的重要部件，同时也是与接触网直接接触的部分，在车辆高速行驶中受磨损较大，具有较高的失效概率。

轨道交通车辆供电和运行中断严重影响线路运输秩序，是轨道交通车辆面临的一个非常突出的问题。因此，对受电弓常见故障的分析和处理，对于轨道交通的安全可靠运行具有十分重要的意义。

1 受电弓概述

1.1 受电弓的结构

受电弓结构种类繁多，按其传动方式可分为弹出式和充气式；按臂形可分为单臂受电弓和双臂受电弓；按使用速度可分为高速受电弓和普速受电弓；按受电弓架的数量可分为单受电弓、双受电弓等。目前，单臂受电弓在我国轨道交通车辆上应用最多。受电弓主要由弓头、机架、底盘和驱动机构等部分组成。底盘支撑架经绝缘体安装在车辆上部，支撑架通过提升弓簧支撑弓头。从结构角度分析，整个机架由2个四杆机构组成，传动装置安装在机架的下臂，实现受电弓的上下运动。

受电弓弓头工作时会伴随接触网高度的起伏，作用位置改变的同时需维持弓头的基本水平。弓头若不能保持水平方向运动，接触线与滑板之间产生的接触面就不可能连续，可能引起弓头磨损进而导致接触线离线。图1所示为单臂受电弓结构。

图1 单臂受电弓结构

1.2 受电弓主要部件

车辆运行过程中，经受电弓从接触网取流。根据单臂受电弓的设计，其结构主要由滑板机构、机架和滚轮驱动机构三部分组成。

（1）滑板机构主要由滑板和支架组成，一般采用铝制材料，其直线长度可达1 200 mm，前后两端成弯角，可以有效阻止线岔处接触线窜入滑板底部。滑板通过支架安装在上机架上，支架由薄钢板制成，并配有小圆柱螺旋弹簧。车辆在行驶过程中，整个滑板随着接触导线松弛度的起伏进行往复运动，有利于受流处于最佳状态。为了改善滑板磨损状况，接触线与轨道中心线之间采用“之”字形布置。

（2）机架由上机架、平衡杆、下臂、推杆和底盘等部分组成。底盘由槽钢和球墨铸铁支架组装而成，采用3个支撑绝缘子安装在列车车顶上。受电弓受流运动部件安装在底盘上。下臂转轴由无缝钢管组成，安装在底盘上。下臂通过铸铁制成的中间铰链座与上机架和推杆连接。推杆由34 mm×4 mm无缝钢管制成，前后两端分别通过正负按钮与推杆铰链连接，有利于改善弓头的下降位置和最大抬升量。

2 受电弓常见故障原因分析及处理

2.1 弓头不能升高或自动降低

出现该类故障可能是由于受电弓故障开关SDK处在故障位置或按键接触不良，受电弓气动阀故障或连接松动，门未关闭或门联锁顶杆不到位，风塞关闭或风压偏低，弹簧断裂或其他故障。

处理措施：（1）查看各电气开关状态并确认控制电气柜上的开关位置是否正确；（2）查看升弓气路风压的数值是否正常，在低于正常值时采用辅助压缩机泵风；（3）车辆停止运行并自动降弓，仔细查看受电弓损坏程度，记录受损的位置。

2.2 弓升起后出现电弧现象

出现该类故障可能是由于非绝缘物质附着在车辆顶部、表面污脏或雨水引起的瓷瓶爬电，雷击时导致的电压击穿放电，并引起车顶瓷瓶裂开。

处理措施：需立即停车进行降弓检测，在断电并做好相应绝缘防护后进行仔细检查，如果结构未破损，处理完毕后可继续运行；若检查出结构破损，如瓷瓶损坏，可将损坏处的导电杆软连接完全断开，利用另一端受电弓继续运行。

2.3 受电弓受流时拉弧

受电弓受流时拉弧的可能原因：（1）受电弓与接触线的接触磨损已达极限；（2）升弓弹簧中的其中一根发生断裂或弹簧压力不足；（3）调压阀调整发生故障；（4）受电弓铰链座润滑油不足；（5）接触网产生的故障，非受电弓问题。

出现上述（1）、（2）、（4）情况时，应立即停止使用故障受电弓，并将另一端完好的受电弓升起，维持车辆运行。出现（3）情况时，可在规定值的范围内改变压力值，或直接使用总风系统维持车辆运行。出现（5）情况时，可先收回受电弓，行驶一段距离后再尝试升弓，并及时向运控中心报告情况。

3 轨道交通车辆受电弓的维护维修管理

3.1 受电弓维护策略

轨道交通车辆每行驶4 000～5 000 km，根据车辆类型的不同进行一级修理。一级修理的主要内容是对车辆进行全面检查和试验。指定项目的二级修理以每月或运行一定的公里数（如30 000或100 000 km）进行。二级修理的内容是对特殊零件或系统进行检查、测量和试验。一级修理和二级修理统称为作业修理。在运行维护中，应及时发现安全隐患并加以解决，避免轨道交通车辆在线运行时出现故障。受电弓是轨道交通车辆的关键部件，也是日常维护的重点部件。受电弓的维护应注意以下问题：

（1）提升关键设备质量水平，特别是金属件与橡胶件，在设计和制造环节保证一定强度，能承受轨道车辆在高速运行过程中产生的高频振动及空气流动形成的压力，抗磨损且不轻易断裂。

（2）保持受电弓及车顶周围的清洁，每天需对受电弓的关键位置进行清理并及时扫除表面的脏污，如遇极端的雨雪天气，可增加顶部绝缘子的擦拭频率。

由受电弓引起的故障对线路的运行将产生重大影响，当运行中的车辆发生受电弓故障时，列车工作人员或随车工程师需及时进行故障诊断并完成排除。如受电弓故障不能及时排除，应立即停止车辆运行，并降下故障受电弓，引导车辆返回车库后进行修复与问题排查。如果受电弓的故障可以及时排除，且排除后不影响车辆的正常行驶，可继续车辆行驶。

鉴于线路运行环境复杂，为及时发现线路的隐患，可在车顶添加辅助设备，如添加摄像头记录受电弓和接触网状态，或增设防飞行类动物装置以防止受电弓受到冲击。通过在车顶上安装监控摄像头，可为技术人员提供受电弓和接触网影像资料，为诊断、排除故障提供可靠手段。飞行类动物驱散技术在民航系统中的研究和应用较多，但动车组与民用客机不同，不适合安装固定驱散设备，可以考虑在头车的车顶上安装干扰装置，以驱散飞行类动物，减少对受电弓的影响。

3.2 受电弓检修指导

受电弓日常检修包括性能检查、外观检查和表面清理三部分，并制定受电弓检修作业指导书，检修质量应参考相关的维护操作标准。检修过程中的攀爬作业必须在其未与接触网接触的情况下进行，并需及时清除车顶的异物。

3.2.1 受电弓性能检查

（1）受电弓静态接触力测量。受电弓的压缩空气压力应在额定范围内（340～420 kPa）。驾驶室发出升弓指令后，车顶操作员应目视确认升弓。使用轻弹簧秤连接顶管弓形件的中部，将弓形件渐渐向下拉动时测量接触压力，最大下降速度不大于0.l m/s；提升弓的高度从0.5 m缓慢向上升至2.4 m时测量接触压力，最大上升速度不大于0.1 m/s；向下移动时的接触力范围为（90+5）N，向上移动时的接触力范围为（70+5）N。假如静态接触力超出了规定的范围，则需要通过受电弓阀板上的安全阀重新对静态接触力进行调整。

（2）升弓提升试验。受电弓静态压力试验合格后，司机室发出受电弓升弓指令，车顶人员观察受电弓升弓是否平稳，并记录升弓时间。受电弓从平台位置上升到绝对位移0.9 m，用时应小于4 s，在升弓过程中不允许反弹。司机室发出降弓命令，车顶工作人员观察受电弓是否平稳降弓，并记录降弓时间。受电弓从绝对位移0.9 m下降到受电弓平台位置的用时应小于4 s，降弓时注意观察，顶架顶管应落在橡胶减震器上。

3.2.2 受电弓外观检查

受电弓的外观检查主要确认是否需要更换易损部件（如碳滑板），以及受电弓的零部件是否存在破损与开裂现象。

目视检查碳滑板的外观，并计算出碳带的剩余厚度。当受电弓的碳滑板厚度超过规定的极限或磨损至规定的极限时，需要对其进行更换。检查完成后，在铝支架上标记出碳滑板的厚度，然后进行拍照。

4 结语

受电弓是轨道交通车辆的取流装置，在车辆运行过程中其与接触线接触，获取车辆的牵引动力。受电弓的状态直接影响车辆的安全可靠运行，受电弓故障甚至可能导致车辆运行中断。由于车辆运行中受电弓处于高速运动状态，在运行过程中受其结构的影响容易发生各类问题。通过对受电弓的实时监控以及日常维护维修，可以及时发现故障隐患并采取措施排除故障，保障车辆的运行安全。