乌鲁木齐地铁1号线弓网异常磨耗研究及解决措施

刘 宇，徐 平

（乌鲁木齐城市轨道集团有限公司运营分公司，新疆乌鲁木齐 830057）

1 基本情况

2 弓网异常磨耗情况

2.1 异常现象

乌鲁木齐地铁1号线自运营以来受电弓碳滑板接连出现右侧偏磨、对称波浪型偏磨、左侧偏磨、碳滑板掉块及掉渣等异常磨耗的情况，接触线接连出现磨耗异常、掉渣等异常磨耗情况（表1、图1）。

表1 异常现象汇总

图1 电弓碳滑板的故障

2.2 具体问题

2.2.1 机械磨耗的具体表现

（1）接触网方面。接触网专业在运维中发现曲线区段、断裂带及弹性道床处接触线磨耗严重，不同区间、不同位置接触线磨耗差异较大：曲线区段最大拉出值处比直线区段磨耗宽度大1～2 mm，磨耗形状为圆弧形；断裂带、弹性道床区间比普通区段平均磨耗宽度大2.5 mm；上、下坡区段比平直区段平均磨耗宽度大约1.5 mm；接触线拉出值在150～250 mm，是拉出值0～100 mm 宽度的3～5 倍，当磨耗宽度达到7～8 mm 时磨耗趋于平稳。对接触网布置方式进行综合统计、分析，全线共有定位点8828 个，拉出值在±137.5 mm 至±162.5 mm 间分布的有2127个，占拉出值分布的24.09%，且拉出值分布于受电弓磨耗形状正反密贴。对接触网磨耗处所进行统计，分段绝缘器、汇流排接头、线岔、锚段关节及最大拉出值处的占比在95%以上。

（2）受电弓方面。在检修受电弓碳滑板时，运营人员发现碳滑板有凹槽及波浪弯，碳滑板两侧凹陷处的相对高点存在明显的碰撞和掉块现象，同时有铜屑粘连在掉块处、受电弓弓架车顶过渡处遗留有铜屑及碳粉。

2.2.2 电气磨耗的具体表现

（1）接触网方面。接触网专业在运维中发现，出站大电流及加速区段弓网燃弧严重、接触线磨耗宽、磨损距离长，同区间、同锚段接触线磨耗不均衡：90%的区间在列车出站方向、距车站200 m 的处所，接触线磨耗宽度在8～10 mm、磨耗长度在20～40 m；其他位置磨耗宽度在0～3.5 mm，对比非常明显。通过弓网视频拍摄分析及接触网参数测量后发现，36 处弓网燃弧严重，并且冬季接触线磨耗宽度的速率略高于非冬季。

（2）受电弓方面。受电弓碳滑板磨耗及取流印记不平衡、不充分，表面泾渭分明，呈现出半边取流的异常现象。部分电客车碳滑板不水平，与接触线接触时存在一定的间隙、碳滑板上有燃弧灼伤的痕迹。

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2.3 试验跟踪

（1）电客车取流试验。通过试验弓网视频检测车的运行方式，来确定大电流是造成燃弧的主要原因。当电客车匀速运行、进出站不停车时，视频分析弓网匹配良好，基本无燃弧打火情况。但当以正常运行图行车时，视频分析出站取流区段燃弧严重，表明大电流是造成燃弧的主要原因。

（2）拉出值优化实验。通过对出站取流区段接触网拉出值进行试验，来确定电气磨耗是异常磨耗的主要原因。在受电弓偏磨出现波浪弯的阶段，对宣大一处锚段关节及等12 处定位点的拉出值进行调整，发现波浪弯的磨耗率迅速下降，说明也可以间接降低综合磨耗率。但通过后续弓网视频分析，调整后弓网燃弧改善并不明显，表明大电流是造成燃弧的主要原因。

（3）弓网抬升力试验。通过试验电客车受电弓的静态抬升力，来确定适当的抬升力能减缓磨耗。当受电弓静态抬升力为110 N 时，磨耗率比120 N 时增大，但当受电弓静态抬升力为130 N 时，磨耗率比110 N 时减少、比120 N 时略大。升弓高度改变时静态压力也相应变化，隧道内受电弓静态压力低于运用库。

（4）断裂带限速试验。通过弓网视频分析，断裂带受电弓上下摆动较大，甚至达到10 cm 左右。针对此情况对小西沟至铁路局区间进行限速试验，后续弓网耦合正常。

3 原因分析

3.1 机械磨耗原因

（1）±150 mm 拉出值分布过多，造成碳滑板对应位置机械磨耗较多。在机电磨耗双重作用下，碳滑板出现凹槽，造成弓网动态耦合关系下降、摩擦取流工况恶化。

（2）加速及机械振动、断裂带及弹性道床区间弓网摆动是造成弓网异常的因素。列车处于加速区段时，受电弓与接触线的水平和垂直方向的振动加剧，受电弓与接触网之间的动态耦合关系变差，动态接触压力变化，冲击接触线形成硬点。

（3）曲线及接触线最大拉出值处与受电弓侧端凹槽所对应，在受电弓动态摆动下，与接触线侧面相磨，磨耗形状和宽度发生变化。

（4）季节变化对轨道、受电弓气囊有一定的影响，最终将不同时段弓网耦合差的历史印记留存在接触线上，而接触线的磨损不均又造成弓网关系不佳。

3.2 电气磨耗原因

（1）燃弧及电气腐蚀是造成出站区段弓网异常磨耗的因素。地铁一般采用DC 1500 V 电压供电，为保证牵引功率，在低电压的先决条件下，出站时电客车需要强大的启动、加速电流。弓网振动接触摩擦和较小的取流面积和取流能力造成弓网燃弧，灼伤弓网表面，软化弓网材质，形成电气磨耗。

（2）乌鲁木齐地铁南北高差280 余米，造成区间上下坡较多（最大坡度28‰），受电弓摆动和上、下坡取流及制动，造成接触线磨耗增加。

（3）弓网动态耦合变差，以及机械和电气的双重作用，加剧了弓网的异常磨耗。

4 解决措施

4.1 机械磨耗的解决措施

（1）以改善耦合关系为出发点，提升弓网轨的性能：①持续调整接触网的坡度和连续的平顺度，严控锚段关节、线岔处的高差，控制接头处的导高，不断提升弓网的动态耦合性；②通过检测手段，定期对接触网的平顺度及硬点、钢轨的平顺度进行检测，动态的对接触网、钢轨进行评价，严格控制隐患及缺陷；③安装“受电弓动态监测系统”，根据监测信息不断调整弓网接触压力到最佳状态。

（2）以增加弓网弹性为出发点，提升弓网动态弹性：①提升刚性接触网的弹性，通过优化刚性接触网的弹性，采用将悬挂螺杆改为弹性螺杆、定位线夹采用弹性线夹等以释放受电弓压力，减少受电弓摆动；②保障受电弓弹簧盒的平衡度，通过检修及拉力测试，确保受电弓弓头前后、左右平衡，转动灵活，出库前的正常。

4.2 电气磨耗的解决措施

（1）以改善磨耗形状为出发点，优化接触网拉出值：①结合运营时线路工况和取流情况，对普通区段、加速取流区段分别计算、分别布置、均匀磨耗；②将接触网最大拉出值由固定布置变更为范围性布置，减少多个波峰、波谷长时间将碳滑板磨损出沟槽。

乌鲁木齐地铁1号线接触网专业从改善磨耗形状出发，间接降低了磨耗率。供电专业选取出站燃弧最严重的区段以负拉出值为调整点，设计并调整4 个区间42 处定位点、改动两处关节、改变一处波峰，从而优化并改善了磨耗形状。

（2）以增加取流能力为出发点，提升结合部契合度：①通过调整碳滑板安装时水平状态、转动接触处润滑状态、弹簧盒平衡调整等，解决受电弓碳滑板前后、左右受力不均、不水平、与接触线不密贴等问题；②调整弓网接触压力，降低弓网动态燃弧打火；③采取适当的接触压力，降低电气磨耗对接触网和碳滑板的影响。

乌鲁木齐地铁1号线通过跟踪试验将静态抬升力保持在125 N 左右，并通过在检修中保障受电弓的状态提升动态跟随性，降低电气磨耗。

5 改善效果

（1）通过运营多方协作通过优化接触网拉出值及受电弓弓头平衡调整，不仅有效改善了碳滑板的磨耗形状，还彻底解决了之前碳滑板上8 mm 的凹槽问题，间接降低了整体的磨耗率。

（2）通过调整接触网布置、调整弓网压力、严格控制弓、网、轨技术状态以及断裂带限速等措施，将冬季和非冬季的碳滑板每万千米的磨耗率分别下降到4 mm 和2 mm。

6 结论

造成受电弓接触网磨耗的异常状态，是接触线布置、弓网动态耦合、弓网材质、受电弓升弓方式、弓网接触力因素等多个因素综合叠加导致的。为保证弓网相互关系，应从设计初期开始在接触网布置、受电弓及滑板选型方面全面评估，后期运营时持续细致检查及测量，追踪磨耗情况并根据运营实际进一步优化。