地铁车辆受电弓故障分析及维修措施

王东阳　车畅

摘 要：地铁是现代城市发展的重要交通工具之一，为城市的发展带来了极大的便利，同时也解决了城市的交通问题。而在地铁车辆运行过程中，受电弓作为连接接触网和电力机车的重要部件，其运行状态直接影响着地铁车辆的安全运行。基于此，本文针对地铁车辆受电弓常见故障进行分析，并针对常见故障提出相应的维修措施，以期降低地铁车辆受电弓故障发生概率，保障地铁车辆运行安全。

关键词：地铁车辆；受电弓故障；维修措施

1 引言

地铁在现代城市交通体系中扮演着不可或缺的角色，成为数百万市民的首选出行方式。其中受电弓作为地铁车辆的关键部件，其稳定性直接关系到地铁的高效与安全运行。随着运营时长的增加，受电弓可能面临各种故障问题，这不仅可能影响列车的正常运营，更有可能对乘客的安全带来隐患。因此，对受电弓的常见故障和相应的维修措施进行深入研究和探讨，是确保地铁持续、安全运行的关键。

2 地铁车辆受电弓的工作原理

2.1 受电弓的电气系统的原理

受电弓作为地铁车辆的关键部件，其电气系统原理涉及多个方面。其中受电弓电气系统的核心是确保与架空接触网的稳定接触，从而获得稳定的电力供应。当受电弓接触到接触网时，通过其上的碳滑板，电流被导入车辆的电气系统，为车辆提供动力和驱动其他电气设备。为确保与接触网的稳定接触，受电弓电气系统还配备有多种传感器和控制设备，如位置传感器、压力传感器等，它们可以实时检测受电弓的工作状态和与接触网的接触质量。同时，受电弓电气系统中的控制模块会根据这些传感器的反馈，调整受电弓的位置或压力，确保其与接触网始终保持良好的接触状态。为了防止受电弓在工作过程中出现电弧或短路，电气系统还配备有多重保护措施，如电流限制器和短路保护装置，确保地铁车辆和乘客的安全。

2.2 受电弓的气路系统原理

受电弓在地铁车辆中扮演关键角色，而其气路系统原理则为其正常工作提供了重要保障。气路系统主要负责受电弓的升降运动，使其与接触网保持或断开接触。当需要将受电弓升起与接触网接触时，气压会被导入到受电弓的气动执行机构，推动受电弓上升；而当需要降下受电弓时，通过气路系统的放气功能，快速释放气体，使受电弓迅速降下。为了保证系统的稳定运行，还有相应的气源设备、气压调节器和多种气路阀门，它们确保气体在系统中流动的稳定性和安全性。同时，受电弓的气路系统还设有压力传感器和安全阀，监测气压并在压力超出安全范围时自动释放，以确保受电弓气路系统的安全稳定运行。在整个受电弓工作过程中，气路系统与电气系统紧密配合，实现受电弓的自动化控制，确保地铁车辆稳定运行。

3 地铁车辆受电弓的常见故障

3.1 上框架裂纹

上框架作为受电弓的主要结构部件，直接影响其与接触网的接触稳定性。一旦出现裂纹，就可能导致受电弓的变形，进一步影响受电弓的工作效率。裂纹的产生常常与多种因素相关。长时间的机械疲劳、车辆运行中的冲击以及材料的老化等都可能导致上框架出现裂纹。另外，地铁车辆在行驶过程中，由于不同的速度、制动或启动等动作，受电弓会承受一系列的动态负荷，这也为上框架的裂纹产生提供了条件。在实际运营中，一旦检测到上框架有裂纹，可能会引发一系列的连锁反应，如电弧产生、碳滑板与接触网的不稳定接触，乃至车辆的电气系统故障，这都对地铁的安全运行构成潜在威胁。上框架裂纹不仅会影响地铁车辆的正常运行，更可能引发安全事故，增加运营成本，降低地铁系统的运行效率和可靠性。

3.2 碳滑板磨损

碳滑板位于受电弓的最前端，直接与接触网接触，其主要作用是保持与接触网之间的稳定电气连接并传导电流至地铁车辆。由于长时间与接触网的摩擦，碳滑板自然地会产生磨损。过度的磨损会导致受电弓与接触网之间的接触面积减少，从而影响电流传导的效率和稳定性。当碳滑板磨损严重时，可能会出现电弧或者火花，这不仅会损伤接触网，还可能导致电气短路或其他相关的电气问题。碳滑板的磨损速度与多种因素有关，如受电弓的工作频率、车辆的运行速度、接触网的材质和结构以及气候条件等。湿润的天气条件可能会导致碳滑板与接触网之间的摩擦系数增加，从而加速磨损。而在高速行驶中，摩擦力的作用时间减少，但摩擦的冲击力增加，也可能导致碳滑板的快速磨损。

3.3 受电弓位置指示器故障

受电弓位置指示器是一个关键的传感器，其主要作用是实时监测受电弓的位置状态，确保受电弓与接触网之间的稳定接触。这一指示器能够提供受电弓当前是否处于升起或降下状态的信息，从而为驾驶员或自动控制系统提供关键的反馈信息。当受电弓位置指示器出现故障时，可能会导致实际的受电弓位置与指示器所显示的位置不符，这种情况下，车辆可能会因为受电弓未完全升起而失去动力，或者在不应该降下的情况下降下受电弓，增加与接触网的摩擦，引起其他潜在问题。由于指示器故障，车辆控制系统可能会收到错误的反馈，导致系统采取不适当的操作，如频繁地升降受电弓。这种频繁的动作不仅会增加机械部件的磨损，还可能对电气系统造成不必要的压力，从而对车辆的正常运行造成严重的影响。

3.4 受电弓无法正常升起

受电弓的主要任务是与接触网接触，从接触网中取电供给地铁车辆。当受电弓无法正常升起，车辆即会失去电源，导致行车中断。受电弓的升起机制通常涉及到复杂的电气和机械部分，而升起过程受到多种因素的影响。例如，气动系统的失效、电磁閥的故障或是受电弓的结构问题都可能导致其无法升起。受电弓在升起过程中，需要克服重力以及其他可能的阻力，如受电弓与车体间的摩擦。如果受电弓存在机械卡滞或变形，都可能导致其升起困难。另外，长时间的运营和恶劣的环境因素，如寒冷、湿润或污染，都可能加剧受电弓部件的磨损，增加升起过程中的障碍。这种故障不仅影响地铁车辆的正常行驶，更会对整个地铁线路的运营调度带来挑战，可能引发乘客滞留、班次延误等连锁反应，对地铁的正常运营和乘客的出行带来很大的不便。

3.5 受电弓漏气

受电弓漏气是地铁运营中的一种常见但又容易被忽视的故障。气动系统为受电弓提供所需的升起和降下动力，确保其与接触网保持良好的接触。然而，随着地铁车辆的长时间运营，受电弓的气动系统中的密封圈、气管、连接件等部分可能会出现老化、磨损或损伤，从而导致气体的泄漏。漏气不仅会影响受电弓的升降速度和稳定性，还可能导致受电弓不能维持在所需的高度，进而影响到电能的传输效率。漏气过程中，压缩空气的流失会增加车辆的能耗，为地铁车辆的运行带来额外的负担。此外，长期的漏气可能导致气动系统的压力不足，使得受电弓在紧急情况下无法迅速升起或降下，增加了运营风险。受电弓漏气虽然表面上看似小问题，但实际上对地铁车辆的安全和效率都带来了不小的威胁。

4 基于地铁车辆受电弓故障的维修措施

4.1 上框架裂纹的维修措施

在地铁车辆受电弓故障的维修措施中，对于框架裂纹这一故障，维修的关键在于确保受电弓的安全性和稳定性。对于裂纹的检测，高精度的非破坏性检测手段如超声波探伤、磁粉探伤或渗透探伤技术都可以被应用，以确定裂纹的准确位置、方向和深度。接下来，根据裂纹的深度和位置，可以选择焊接修复或部件更换。对于表面裂纹或小裂纹，焊接修复是一种有效的方法。选择合适的焊接材料和技术，可以确保焊缝的质量和强度，从而使受电弓回复到接近原始状态。而对于较深或涉及关键位置的裂纹，往往需要更换整个受电弓或相关部件，以确保安全。无论是焊接还是更换部件，都必须确保受电弓的强度和稳定性。这就需要对焊接区或新部件进行强度测试。通过各种物理方法，如拉伸测试、冲击测试等，可以准确评估焊接部位或新部件的强度是否达到标准，以及是否能够承受实际运行中的各种压力。这一步骤不仅确保了维修的质量，也为地铁车辆的安全运营提供了坚实保障。

4.2 碳滑板磨损的维修措施

碳滑板直接与供电线路接触，确保电力从线路传递到地铁车辆，因此其健康状态直接关系到地铁的正常运行。首先，定期检查碳滑板的磨损程度是至关重要的。工程师和技术人员需要使用专业的检测设备，如测量规、显微镜或数字化检测工具，观察碳滑板的物理磨损，同時也需要检查电性能，如电阻、电流等，确保碳滑板在良好的工作状态。其次，根据磨损的程度进行更换是必要的。一般来说，当碳滑板的磨损达到一定标准，或者其电性能开始出现下降时，就需要进行更换。选择高质量的碳滑板材料可以确保更长的使用寿命，同时也能够提供更好的电性能。最后，优化受电弓的工作角度是一个提高碳滑板使用寿命的方法。受电弓与供电线路的接触角度过大或过小都会导致碳滑板的过度磨损。通过调整受电弓的安装角度，使其与供电线路保持适当的接触，不仅可以延长碳滑板的使用寿命，还可以确保电力传输的稳定性。在实践中，技术人员需要根据不同的线路条件、车辆速度和其他因素，对受电弓的工作角度进行微调，达到最佳的工作状态。

4.3 受电弓位置指示器故障的维修措施

位置指示器作为受电弓工作状态的直接反映，它的正常工作对于操作员和维修人员都至关重要，能够实时了解受电弓的位置和状态。首先，检测指示器电路与传感器是解决该问题的首要任务。技术人员需使用电路测试仪器，如万用表、示波器等，对位置指示器的电路进行全面检查，确保电路的完整性和功能性。同时，对传感器的工作状态进行评估也是必要的。传感器是位置指示器系统中的关键部件，其性能直接影响到位置信息的准确性。通过对传感器的响应速度、灵敏度等进行测试，可以判断其是否工作正常。接下来，对于检测出的故障部件，进行清理或更换是非常关键的。有时位置指示器的故障可能仅仅是由于部件的污染或轻微损伤引起的。如果部件的损伤较为严重，或者电路存在明显的断裂、短路等问题，那么更换新的部件是最佳选择。最后，校准位置指示系统是确保其长时间稳定工作的重要环节。通过专业的校准设备和软件，技术人员可以对位置指示系统进行精确的调整，确保其读数与实际受电弓的位置完全一致，从而为地铁车辆的安全和稳定运行提供保障。

4.4 受电弓无法正常升起的维修措施

地铁车辆受电弓故障的维修措施中，受电弓无法正常升起是地铁车辆运营中的一大问题，影响其正常供电并可能导致列车运行中断。要解决此问题，需从以下几个方面着手。第一，针对电气控制及驱动部件进行全面检查是判断故障原因的基础。使用专业的电路检测工具，对受电弓的控制电路、驱动器以及相关的电气元件进行仔细检测，以确保电路的连通性和各电气元件的功能完整性。同时，对于可能出现的开关、继电器、或断路器的故障也要进行深入的检查和测试。第二，清理与润滑升降机构是恢复受电弓正常工作的关键步骤之一。由于地铁车辆在行驶过程中，受电弓的升降机构可能会受到尘土、污物等异物的侵入，导致升降不畅或者卡滞。技术团队需要对升降机构进行彻底清理，并使用合适的润滑油对各摩擦部位进行润滑，确保其升降动作的流畅性。第三，如果上述方法不能解决问题，可能是电磁阀或传感器存在故障。电磁阀是控制受电弓升降的关键元件，其故障会直接导致受电弓无法正常升降。而传感器则负责检测受电弓的位置和状态，向控制系统提供反馈。当这两部分任何一个出现故障时，都需要及时替换。在更换之后，技术团队还需对新部件进行测试和调试，确保其与系统完美融合。

4.5 受电弓漏气的维修措施

在地铁车辆受电弓故障中，受电弓漏气问题是需要紧急关注的故障之一。气体泄露不仅影响受电弓的正常工作，还可能影响到列车的运行安全。因此，对于这一问题，维修团队应当从以下几个关键方面进行处理。其一，确定漏气部位。利用专业的气密性检测设备，如气体探测仪或听音检漏仪，可以精确地定位到泄漏点，为后续的维修工作提供明确的方向。对于被检测出的泄露点，维修团队需要立即对其进行封堵，避免进一步的气体流失。其二，更换破损的气密密封圈是确保受电弓气密性的重要措施。在多数情况下，气密性的丧失往往是由于气密密封圈老化、损坏导致的。维修团队需对所有可疑的密封圈进行仔细的检查，并更换任何发现有磨损、裂缝或变形的密封圈。选择合适的材料和型号，确保新密封圈与受电弓的结构相匹配，可以有效提高其气密性。其三，完成上述工作后，必须进行气密性测试以确保问题已经完全得到解决。通过向受电弓注入气体并监测其压力变化，可以判断其气密性是否达到标准。同时，利用高频听音设备也可以帮助确认是否还存在微小的泄漏点。当所有测试都确认受电弓的气密性完全恢复时，维修工作才算完成。总之，对于受电弓漏气问题，每一个步骤都要求维修人员具备高超的技能和丰富的经验，以确保受电弓能够恢复到最佳的工作状态，并为地铁车辆的安全运行提供保障。

5 结语

综上所述，受电弓的稳定工作对地铁车辆的正常运行至关重要，但长时间的使用和外部环境因素都可能导致其出现各种故障。因此，及时、准确地识别故障并采取适当的维修措施是每一位维修人员的重要职责。通过对受电弓的故障分析及维修措施的探讨，不仅能够确保地铁车辆的稳定供电，还可以延长设备的使用寿命，为地铁的高效、安全运行提供坚实保障。

陕西省教育厅科学研究计划项目资助（项目编号：22JK0286）。

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