剛性接觸網弓網磨耗分析

谷卿 侯力忠

摘 要：在城市軌道交通的眾多專業領域中，接觸網是供電系統的重要組成部分，是城市軌道交通的命脈，其可靠性、安全性及供電質量對整個城市軌道交通起著至關重要的作用。石家莊地鐵運營后，發現部分區段出現弓網異常磨耗。本文就石家莊地鐵3號線弓網磨耗情況進行分析，闡述磨耗產生的原因，對如何緩解磨耗提出部分建議。

關鍵詞：剛性接觸網；弓網磨耗；改善措施

概述：石家莊地鐵3號線采用剛性接觸網，在理想情況下，受電弓碳滑板與接觸線應該平滑的摩擦接觸，磨耗較為均勻地分散在全線接觸線及受電弓滑板上。但是某些區段列車受電弓與接觸線之間弓網關系不良，使得接觸線局部磨耗嚴重的現象日益突出；同時，受電弓碳滑板磨損也較為嚴重，進一步惡化了弓網關系。為保證接觸網設備的良好工作狀態，需對弓網磨耗問題進行研究。

1 剛性接觸網弓網磨耗的原因分析

1.1機械磨耗

機械磨耗通常指受電弓滑過接觸線底面時弓網間相互摩擦產生的磨耗。在列車運行過程中，通過受電弓滑板與接觸線的滑動接觸取流。要使受電弓良好地受流，必須保證受電弓滑板與接觸線可靠接觸，這就要求弓網之間必須保持一定的接觸壓力。但是，弓網壓力的存在必然導致機械磨耗的出現。

機械磨耗可能原因有如下幾種：

（1）弓網壓力過大

從物理學知識可知，機械磨耗的大小主要與弓網壓力成正比。當受電弓與接觸網接觸壓力過大的時候，必然導致接觸線與受電弓碳滑板間的磨耗加重， 降低受電弓與接觸網的使用壽命。

（2）拉出值布置不合理

拉出值的作用是使受電弓能與接觸線均勻接觸，因此拉出值分布不合理的直接影響就是受電弓滑板的異常磨耗，從而間接對接觸線磨耗產生影響。接觸網拉出值的布置方式也是影響弓網磨耗嚴重的一個因素，若接觸網的拉出值過于集中將惡化弓網關系，加速接觸線磨耗。

（3）接觸網硬點

引起機車受電弓與接觸線的接觸力突然變化的地點為接觸硬點，統稱硬點。接觸網硬點會碰傷，刮傷碳滑板，造成機械磨耗過大。

1.2電氣磨耗

電氣磨耗主要是由受電弓脫離接觸線底面產生火花并燒蝕受電弓及接觸線表面造成的。電氣磨耗往往伴隨著電弧電火花等現象，如果被斷開的電流超過0.25～1A，斷開后兩接觸點間的電壓超過12～20V，則在接觸點間隙中通常會產生一團溫度極高、發出強光其能夠導電的近似圓柱形的氣體-電弧。電弧是氣體放電的一種形式。通過運營維護經驗及相關測試數據分析可知，嚴重威脅弓網關系的是電弧現象的發生。

電弧產生的原因分析如下：

（1）弓網壓力過小

若弓網之間的接觸壓力過小，則受電弓碳滑板無法與接觸線保持良好的接觸，就會導致弓網離線甚至產生拉弧打火。拉弧打火產生的熱量會使接觸線局部發熱、材質變軟、易被磨損，因此當后續列車通過時，該處接觸線就很容易出現磨耗，這種磨耗就是電氣磨耗。

（2）受電弓振動

在列車運行中，受電弓受隧道風和高速氣流以及輪軌傳來機械振動的影響，會發生相對接觸線的水平和垂直方向的振動。在一般區段，這種振動影響較小，受電弓滑板能克服這些影響并仍然保持與接觸線的良好接觸。而列車處于加速區段時，車體本身的機械振動現象加劇（振動頻率、振幅增加）；列車處于彈性道床區域時，受道床機械振動的影響，其自身機械振動的現象也更加嚴重。受此影響，受電弓相對接觸線的水平和垂直方向的振動也加劇。劇烈變化的弓網壓力使得受電弓無法保持與接觸線的良好接觸，容易出現離線，導致拉弧。

（3）接觸網硬點

硬點對接觸網、受電弓的傷害除了機械傷害，另一個是電弧傷害。電弧傷害主要是硬點引起的弓網離線和離線瞬間產生的高溫電弧，它對接觸網、受電弓有很大的危害。對受電弓的傷害主要表現在對弓頭的點蝕、汽化。接觸硬點是造成機車受電弓離線的重要原因之一。由于接觸線上硬點的存在，沖擊加速度數值較大時就會造成離線，離線產生高溫的電弧，到一定程度時會對接觸網、受電弓產生嚴重破壞。惡化接觸線或受電弓的電能傳輸。長期運行，甚至于造成斷線事故。

2 綜合分析

石家莊地鐵3號線弓網磨耗較大區段的弓網拉弧現象都比較嚴重，這說明電氣磨耗是造成剛性接觸網局部磨耗嚴重的主要因素。

根據運營實踐可知，石家莊地鐵3號線接觸線磨耗嚴重區段，即電氣磨耗區段主要分布在車輛加速取流區、減振道床（軌道彈性較大）、變坡區段等，在幾種因素的共同作用下，車輛通過時，受電弓發生較大的震動，不能與接觸線可靠接觸，而這些區段受電弓取流又比較大，從而產生電弧，燒蝕接觸線和碳滑板。

另外，根據弓網運行視頻分析，2018年2月份石家莊地鐵3號線弓網磨耗最嚴重期間，列車受電弓跟隨性特別差，列車振動直接引起受電弓的離線，并伴隨明顯的打火拉弧。說明在此期間受電弓抬升壓力較小。

綜上所述，石家莊地鐵3號線出現的弓網異常磨耗，是受電弓壓力過小，道床不平滑，接觸網硬點、接觸線拉出值不合理，等諸多因素共同作用的結果。

3 改善措施

3.1選擇合適的弓網壓力

當受電弓與接觸網接觸壓力過小，受電弓會脫離接觸網而發生離線的現象， 使得正常供電變得斷斷續續，導致列車工作條件變差。同時，由于離線的瞬間會產生電弧的高溫溶蝕作用，因而會導致接觸線和滑板的接觸面變得粗糙不平， 降低了受電弓的使用壽命。離線時也會產生拉弧，從而燒損接觸線，導致接觸線被拉斷的事故。

而當受電弓與接觸網接觸壓力過大的時候，直接導致接觸線與受電弓滑板間的磨耗加重，降低受電弓與接觸網的使用壽命。

由此可見，車輛檢修的重點應該著重放在受電弓與接觸網接觸壓力問題上。 保持受電弓與接觸網間正常工作壓力值越小，對受電弓無論是取流還是減小磨耗都越有利。在一些情況下，例如外界環境發生變化的時候，受電弓沿接觸網滑行而不出現上下震動現象，始終保證受電弓與接觸線的正常工作壓力。

3.2適當調整接觸線的偏移拉出值

在地鐵運行過程中，剛性接觸網的狀態會直接對地鐵的安全性和可靠性造成影響。目前，我國很多地區的地鐵接觸線運行的狀態并不良好，從而嚴重影響地鐵的安全可靠運行，據此，必須采取有效的解決辦法，合理調整接觸線的偏移拉出值。并且還要確保拉出值分部的均勻性，拉出值的分布應呈標準正態分布，相鄰點之間拉出值的變化保持平緩。

3.3 減小弓網振動

目前剛性接觸網采用的受電弓并非針對剛性接觸網特性所研制的，因此研制受速度影響、產生振動比較小的優質受電弓，是緩解因振動產生接觸線磨耗的有力措施。另外，優化列車車體的動態性能，打磨或更換磨損嚴重的鋼軌，都有利于緩解受電弓振動，改善弓網關系，進而緩解接觸線的磨耗。

3.4加強重點磨耗區段精細化檢修工作

對磨耗異常區段，按年計劃檢修作業，并密切關注弓網磨耗變化情況，對該區段的導高拉出值調整執行更嚴格的標準，將定位數據保持在與標準值相匹配的狀態，確保設備安裝及運行狀態良好。

4結語

為了確保地鐵的安全運行，必須對產生弓網磨耗異常的原因進行詳細分析，并采取有效的解決辦法加以應對，為人們的安全舒適出行提供有效保障。在文中，對石家莊地鐵3號線剛性接觸網弓網異常磨耗進行了分析，提出了合理優化弓網壓力、提高架空剛性接觸網彈性性能、適當調整接觸線的偏移拉出值、加強接觸網弓網的管理和檢查等，通過采取有效的解決措施，減少接觸網弓網的磨損情況，促進地鐵行業的穩定可持續發展。

參考文獻：

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作者簡介：

谷卿（1983-02）男，漢族，河北省石家莊市，從事地鐵供電工作；