高速動車組軸端接地裝置碳刷磨耗故障問題分析

石賢慶（青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司，山東 青島 266111）

高速動車組軸端接地裝置碳刷磨耗故障問題分析

石賢慶
（青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司，山東 青島 266111）

本文主要介紹動車組上軸端接地裝置的工作原理從而分析碳刷出現磨耗故障的原因。

動車組；接地裝置；接地碳刷；接觸盤；恒力彈簧

1　引言

軸端接地裝置是動車電力回路的重要組成部分，擔負著動車電流通過車軸及車輪導回軌道的功能。動車轉向架的每根車軸上中有一個軸端接地裝置，網側高壓經主變壓器后通過接地線裝置流過車軸車輪接入鋼軌，形成一個回路，能有效的改善動車導電性能和防止滾動軸承電蝕，提高車輛的可靠性。碳刷是軸端接地裝置的重要組成部分，在動車的行駛過程中，碳刷將車體的接地電流匯入車軸的同時，還與安裝在車軸端部的接觸盤存在相對摩擦。本文針對碳刷在實際應用過程中的磨損問題做出的分析和探討。

2　軸端接地裝置的結構及工作原理

圖1　軸端接地裝置結構爆炸圖

軸端接地裝置主要由：端蓋、恒力彈簧、碳刷、刷架、絕緣殼體、接觸盤組成。其中，接觸盤固定在車軸上，刷架與絕緣殼體連接后和轉向架的軸箱蓋固定，碳刷在刷架內通過恒力彈簧壓緊在接觸盤上。工作時電流通過軸端接地裝置的刷架、碳刷、接觸盤接入車軸。軸端接地裝置結構爆炸圖如圖1所示。

圖2　軸端接地裝置安裝圖

軸端接地裝置安裝在轉向架的軸箱蓋上，如圖2所示，并通過接地電纜與車體連接，能為軸承提供有效的保護作用。其工作原理是：由接地電纜將車體上的電流通過軸端接地裝置的碳刷直接傳遞至車軸，再通過車輪與鋼軌形成接地回路。

3　軸端接地裝置碳刷磨損的原因分析

由于碳刷與安裝在車軸端部的接觸盤存在相對摩擦，因而碳刷在使用過程中比較容易磨損。造成碳刷磨損的原因有以下幾個方面：

（1）產生的火花。碳刷在軸端接地裝置中的主要作用是對金屬摩擦的同時導電。由于碳刷中含有石墨，因而大大減少了碳刷摩擦導電產生的火花，但實際應用中仍然會產生微弱的火花，產生的火花加快了碳刷的磨損。

（2）碳刷電流的影響。碳刷電流越大，工作時產生的火花可能會越大，碳刷的磨損越快。需增加碳刷與接觸盤的接觸面積，保證其可靠的過電流能力。

（3）表面的光潔度。接觸盤和碳刷摩擦表面的光潔度越高，其摩擦系數越小，碳刷的磨損率就越低。

（4）壓簧壓力的影響。壓簧壓力過大，會造成碳刷的機械磨損增大；同時壓簧壓力過小，雖然碳刷與接觸盤間摩擦小了，但接觸不良容易產生火花，同樣會加快碳刷磨損。軸端接地裝置應選用的壓簧，在其工作伸長范圍內壓力應均衡，即選用恒力彈簧。恒力彈簧與伸長量的關系如圖3所示：

圖3　恒力彈簧與伸長量

4　碳刷與恒力彈簧作用力分析

根據三維模型，碳刷在恒力彈簧的壓緊作用下與接觸盤接觸，碳刷的運動受到安裝條件的限制，可以在車軸的軸向方向上來回移動，碳刷壓緊在接觸盤上的作用力是由恒力彈簧提供的。建立碳刷恒力彈簧的簡化物理模型如圖4所示：

圖4　受力分析示意圖

碳刷在如上圖所示的四個力的作用下處于平衡狀態，那么僅就水平方向上進行受力分析可以得到：

由以上條件可得：

從上面的分析計算結果來看，并考慮到碳刷安裝條件，在機車的橫向（碳刷伸縮移動方向）出現10g的加速度時，彈簧能壓緊碳刷在接觸盤上，保證碳刷和接觸盤的接觸。

5　結論與建議

通過以上分析，增加碳刷與接觸盤的接觸面積、保證其可靠的過電流能力、保證接觸盤和碳刷摩擦表面的光潔度、保證恒力彈簧在其工作伸長范圍內壓力應均衡，且壓力值不應過大或過小、保證碳刷的材質，可以減小碳刷的磨損率的。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.181