淺析城軌車輛受流器滑板脫落及改進措施

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 421001)

0 引言

受流器是安裝在列車轉向架上，為列車從剛性供電軌(第三軌)進行動態取流，滿足列車電力需求的一套動態受流設備。通過對城軌車輛的運行姿態、鋼鋁復合供電軌排布方式與特點、動態受流的技術要求、電氣絕緣要求、動態受流的摩擦副匹配要求等系統性研究的基礎上，科學合理地選取擺動桿件的運動范圍、受流摩擦副的接觸正壓力、受流滑靴的材料，科學合理地設計受流組件的結構以及絕緣結構，滿足列車的動態受流的工況要求，減少受流器的維護需求，實現列車的動態穩定與可靠的受流，為列車的穩定運行提供電源保障

1 受流器滑板脫落問題簡述

馬來西亞某項目車輛上線運營后發生多起受流器滑板鉚釘斷裂問題，造成車輛高壓接地短路，影響車輛正常運行(見圖1)。

圖1 故障受流器銅滑板左側鉚釘斷裂

2 原因分析

1)受流器在進入第三軌以及過受流軌接縫處均會在滑板表面產生沿車輛運行方向的沖擊，受流器滑板鉚釘斷裂原因為受剪切力或受拉伸力超出鉚釘強度的設計極限。

2)從結構分析，螺釘連接方式受力情況較好，但螺栓與受流器銅滑板材質不同，受流器銅滑板在長時間高溫摩擦受熱軟化，滑板與螺栓將存在相對間隙，進而導致滑板固定螺栓松動問題。

3)馬來西亞某項目既有車輛與新造輕軌車輛的受流器以及線路情況對比分析，既有車輛受流器滑板的兩側向下彎折角度更大，可分散或減小受流軌對滑板連接鉚釘沖擊力。

4)如圖2所示，既有車輛受流器的滑板兩側向下彎折的角度α=25°，滑板磨耗表面最低點距最高點的高差L=23 mm。而STEMMANN設計的滑板向下彎折的角度僅為α=15°，滑板磨耗表面最低點距離最高點的高差L=12 mm。如圖3所示，當滑板受到受流軌的沖擊時，沖擊力F可分解為沿受流器滑板表面力N1及垂直與受流器滑板表面力N2。只有N1會對安裝螺栓或鉚釘造成沖擊，而N2會由受流器的擺臂傳遞給受流器滑板的靜態接觸壓力來平衡。力N1=Fcosα，當受到來自軌道相同方向的沖擊力F時，既有車輛受流器滑板鉚釘受到的剪切力為0.9F，而STEMMANN設計的滑板受到的剪切力N1則為0.97F。因此既有車輛受流器滑板兩側向下彎折的角度更有利于分散、減小受流三軌對滑板連接鉚釘的沖擊力。

圖2 滑板尺寸圖

5)既有車輛受流器滑板彎折角度L值達到了23 mm，即便滑板磨耗到限(設計磨耗到限值為13 mm)，滑板彎折角度L=10 mm，可以有效地分散和減小滑板入受流軌時的沖擊力。而STEMMANN設計的滑板彎折角度L=12 mm，滑板磨耗到限，存在滑板無彎折角入受流軌的情況，受流器滑塊直接與受流軌相撞，導致滑板連接鉚釘直接承受全部沖擊力(見圖3)。

圖3 滑板入軌時受軌道沖擊力分析

6)由于鉚釘的抗剪能力與其直徑的平方值成正比，因為既有車輛受流器的滑板連接鉚釘直徑為12 mm，而STEMMANN設計的滑板連接鉚釘直徑為10 mm，因此既有車輛受流器受流器滑板連接鉚釘的抗剪能力為STEMMANN受流器滑板連接鉚釘的抗剪能力的1.44倍，既有車輛受流器受流器滑板連接鉚釘具有更強的抗剪切能力，更能避免在運行中鉚釘受剪斷裂的情況發生。

3 糾正措施

根據受流器動態試驗報告，為徹底消除滑板脫落風險，充分借鑒既有車輛受流器的運用經驗及滑板設計優勢，同時進行產品零部件的簡統化，建議采用既有車輛受流器滑板、鉚釘及配套墊片替代STEMMANN設計的滑板、鉚釘及墊片。為實現既有車輛受流器滑板在新線STEMMANN設計的受流器上安裝使用，同時優化滑板與受流器的連接，新設計的滑板連接塊組件如圖4所示。

圖4 滑板連接塊組件

4 效果驗證

選取3列車實施受流器滑板變更，裝車運行考核近2年，運行里程15萬km，未發生滑板脫落問題，整改效果較好(見圖5)。

圖5 受流器滑板驗證效果

5 結語

受流器滑板因剪切力超出鉚釘設計極限，導致鉚釘斷裂滑板脫落問題，主要是因為前期設計階段未考慮運行線路惡劣復雜工況，導致受流器滑板脫落問題發生。為避免類似問題出現，必須要從設計源頭考慮，進而提高產品運行可靠性。