南京河西有轨电车受电弓碳滑板异常磨耗分析

李雪香,倪海宁

（南京新城现代有轨电车有限公司,江苏 南京 210000）

0 引言

近年来，随着城市轨道交通的蓬勃发展，我国现代有轨电车行业进入高速发展期，现代有轨电车以其安全、可靠、环保、景观等优点，成为更多城市的轨道交通首选。目前，国内北京、南京、苏州、淮安、上海、青岛、沈阳、大连、广州、武汉、深圳、佛山、天水、三亚、嘉兴等20个城市的有轨电车已投入运营，共计36条线路，总运营里程504 km。

南京河西有轨电车于2014年8月1日开通运营，线路全长7.76 km，设13个站。站与站之间无接触网，是中国首个“进站充电”的有轨电车，也是世界第一条区间无接触网有轨电车。

南京河西有轨电车自开通运营至今已近8年，近期站台工作人员多次报车辆进站有弓网打火现象，通过回库检查发现受电弓碳滑板存在凹槽状异常磨耗问题，以下将针对受电弓碳滑板异常磨耗问题进行详细分析。

1 碳滑板异常磨耗的原因分析

1.1 对受电弓碳滑板及升弓保持力的分析

南京河西有轨电车配属的列车为中车浦镇车辆有限公司制造生产，车辆采用模块化组装，包含5个基本模块（图1），车辆长度32.23 m。

图1 车辆编组

采用的受电弓是由Stemmann公司生产制造的气囊受电弓。受电弓安装在BM3（中间3模块）车上接受接触网的DC750 V电源。

每台受电弓使用2个浸金属碳滑板[尺寸为（800±1）mm*60 mm*21.5 mm]。经查阅受电弓维护手册，其基本技术参数如下（表1）。

表1 受电弓基本技术参数

针对接报的弓网打火及碳滑板磨耗后出现的凹槽原因开展了试验和分析。

经拆检发现，碳滑板的磨耗主要为机械磨耗，有少量电气磨耗（集中于波浪处），碳滑板接触面有凹槽，表面呈不平滑的波浪形异常现象，且磨损严重的区域较为集中，可以判定为碳滑板磨耗不均匀（图2）。而异常磨耗的范围集中于受电弓中心线±100 mm（B-C）内，且主要严重磨耗区域位于-50～50 mm之间，基本可排除碳滑板本身问题[1]。

图2 磨耗不均匀碳滑板

为进一步分析造成物理磨耗的原因，又对升弓压力方面进行一次验证，自2020年1月份开始，对更换后的车辆的受电弓碳滑板状态及部分车辆受电弓升弓压力的调整（80 N）进行跟踪，在过程中根据实验情况更换了部分碳滑板。

根据实验结果，发现碳滑板的异常磨耗区域未改变，仍位于B-C区间内，且严重磨耗区域h1位于-50～50 mm之间，同时摘取了部分车辆进行磨耗分析，以h1点为例，结果如下（表2）。

表2 碳滑板磨耗量

由此分析，碳滑板的磨耗率与升弓压力的改变有一定关系，但是异常磨耗的区域未改变，从而可排除此因素。

1.2 对接触网布局及拉出值的分析

根据对碳滑板的异常磨耗分布情况，同步对接触网状态进行了分析。南京河西有轨电车接触网采用的是刚性接触网悬挂形式（图3）[2]，接触线截面积150 mm²，额定载流量3 500 A，接触网设计最大拉出值为±200 mm，设计导高值（4 000±2）mm。

图3 河西线刚性接触网悬挂形式

13个站台中，其中奥体中心东门站接触线长度57 m、保双街东站接触线长度80 m、秦新路站（不含坡道）接触线长度54 m，其他10个站接触网长度为90 m，每站台上、下行接触网呈线、田布局（图4）。

图4 站台接触网布局

为验证碳滑板异常物理磨耗与接触网拉出值的关系，对2019年11月的接触网拉出值状态进行了分析，结果如下（图5）。

图5 2019年11月全线接触网拉出值状态

可以看出河西线上、下行接触网整体状态符合拉出值±200 mm的范围内，但接触网拉出值范围主要集中于±100 mm以内。由此对比车辆碳滑板异常磨耗区域位于中心线±100 mm范围内的结果，初步判定，此为造成碳滑板异常磨耗的原因所在，同时安排供电专业人员对接触网进行部分站台的调整，结果如下（图6）。

图6 2020年8月全线接触网拉出值状态

根据上述数据分析，同步对车辆进站的取流范围进行测量，如图7所示。

图7 车辆进出站示意图

以图7保双街站为例，上行升弓位置位于定位点S12～S11间，降弓位置位于定位点S02处，取流范围76 m；下行升弓位置位于定位点S03处，降弓位置位于定位点S12处左右，取流范围72 m。

综上所述，根据车辆取流范围的定位点对比接触网拉出值及受电弓碳滑板磨耗区域，可以判定，造成碳滑板异常磨耗的原因为接触网拉出值布局不合理导致。

2 优化方案及措施

通过上述的原因分析和实验结果，为改善弓网关系，保证碳滑板的正常均匀磨耗，制定了以下措施：

2.1 对接触网拉出值进行调整

依据设计要求，接触网线田拉出值在±200 mm以内，且线田重合段间距应≤300 mm。根据河西有轨电车在用车碳滑板磨耗不均匀（-50～50 mm）的实际情况，对富春江西街站—保双街站的10个站台上、下行接触网拉出值进行优化调整，分2个阶段实施[3]。

第一阶段：如图8所示，以上10个站台接触网拉出值调整范围设3个位段，分别为：（0～150）mm位段、（50～200）mm位段、（-50～-200）mm位段，调整拉出值将已偏磨的异常磨耗区域（±50 mm）避开，使弓网接触范围控制在-200～-50 mm和50～200 mm之间，并对碳滑板的磨耗情况进行定期检测，在上述3个位段的碳滑板磨耗与偏磨碳滑板区域临近或相近时，开始实施第二阶段。

图8 第一阶段上行接触网拉出值状态

第二阶段：如图9所示，对全线接触网拉出值进行重新调整优化，将拉出值±200 mm分解为每50 mm的8个区域。通过对接触网拉出值的优化，使弓网关系得到改善，让碳滑板可以均匀磨耗。

图9 第二阶段下行接触网拉出值状态

2.2 对碳滑板进行调整或局部打磨

为防止碳滑板异常磨耗区域的凸面在取流时受到影响，将碳滑板1和碳滑板2进行了互换并调整了方向（图10）。

图10 碳滑板1、2调整示意图

同时为防止碳滑板异常磨耗区域的凸面在取流时发生拉弧打火等问题，结合接触线状态（图11），现站台接触线磨耗在3～5 mm左右，以h1（约-50 mm）最低点处为基点，对在用车碳滑板进行测量，每50 mm内磨耗高低落差＞3 mm的用锉刀进行打磨处理，将偏磨区域控制在≤2 mm以内。

图11 接触线未磨损状态

3 经济效益

通过对接触网拉出值的优化及碳滑板的调整和打磨，主要经济效益表现在以下几个方面：

（1）每列车碳滑板（2根）使用寿命较之前可延长3倍，单列车可节约成本约7.5万元左右。

（2）可为公司其他线路提供参考依据，并对后期新线的筹备提供支持。

4 结论

通过以上分析，经过对受电弓升弓保持力、碳滑板磨耗的打磨和接触网拉出值的优化改善，解决了受电弓碳滑板异常磨耗问题，并延长了碳滑板的使用寿命，为南京河西有轨电车的运营安全稳定提供了保障，为生产降低了成本。通过近两年来定期对车辆升弓压力和接触网拉出值的调整，并对碳滑板进行同步检测，从而保障受电弓碳滑板与刚性接触网之间的良好匹配关系。