福州地鐵車輛受電弓檢修探析

南玉才

（福州地鐵集團有限公司運營分公司，福州 350001）

0 引言

福州地鐵1號線車輛選用上海天海受電弓制造有限公司的QG-120(B-FZL1)型單臂受電弓，該受電弓采用4根碳滑條集取電流，整弓質量（150±4.5）kg，適于時速在120 km/h以下的各類輕軌、地鐵車輛使用[1]。每Mp車配置1套受電弓，每列車共計2套。運營初期弓網處于磨合階段，受電弓故障較多，例如受電弓拉弧、碳滑條貫穿性裂紋、氣囊膨脹變形、碳滑條偏磨、部件焊縫裂紋等典型故障，受電弓在弓網磨合期的不穩定運行狀態很大程度地影響了受電弓的維修作業[2]。結合現場實際維修，從工藝角度考慮，提高受電弓檢修效率主要有兩個方向，一是碳滑條的檢測及打磨；二是部件清潔與焊縫裂紋檢查。為提高受電弓檢修效率，降低作業強度，收集受電弓檢修工藝中的困難點，對困難點進行全面分析，制定有效的對策顯得尤為重要[3]。

1 受電弓檢修困難點

參考其他地鐵公司的受電弓維修經驗及結合福州地鐵受電弓維修實際，受電弓維修的主要困難點，一是碳滑條的檢測和打磨；二是部件清潔與焊縫裂紋檢查。

1.1 碳滑條檢測及打磨

1.1.1 碳滑條檢測

每個受電弓碳滑條數量4根，每列車共8根[4]。碳滑條工作部分長度1 050 mm，弓網接觸壓力120±10 N[5]。在接觸壓力一定的情況下，如果正線“之”字型的剛性接觸網分布不勻，碳滑條某個或幾個部位的弓網接觸時間將大于其他部位，導致碳滑條該部位的磨耗量較大，從而形成小的凹槽，整根碳滑條表面呈現波浪狀。福州地鐵1號線列車跟蹤至今，基本所有車受電弓的碳滑條左、中、右部均有明顯凹槽，如圖1所示。

圖1 碳滑條左、中、右部普遍性存在凹槽

凹槽檢測標準：凹槽曲率半徑為106～158 mm的，需對碳滑條進行打磨，使其曲率半徑大于158 mm，即50 mm范圍內凹槽深度少于2 mm；凹槽曲率半徑小于106 mm，但50 mm范圍內凹槽深度小于3 mm的，同上打磨處理；若50 mm范圍內凹槽深度大于3 mm，或厚度t＜26.5 mm，更換該受電弓的4根碳滑條。

凹槽檢測方法：未使用凹槽檢測模塊前，需先使用游標卡尺測量凹槽最低點處的碳滑條厚度t1，再測出最低點50 mm范圍內（最低點左右各25 mm）厚度最大值t2，計算出厚度差值t=t2-t1。若t＜2，該凹槽無需打磨；若2＜t≤3，對該凹槽進行打磨，使得t＜2；若t＞3，更換碳滑條。用游標卡尺檢測凹槽方法較繁瑣，且精度不高。

1.1.2 碳滑條打磨

受電弓的碳滑條主要由銅、碳纖維和石墨等在特定壓力、溫度下燒結而成，有良好的導電性、摩擦、磨損性能及沖擊韌性[6]。碳滑條的打磨作業，前期主要使用銼刀，銼刀一般是用碳素工具鋼T12或T13經熱處理后，再將工作部分淬火制成的。使用銼刀打磨的優點是價格便宜、經久耐用，但手動打磨碳滑條的作業強度大。用銼刀打磨碳滑條，打磨形成的碳粉非常容易吸附在銼刀的銼齒上，當銼齒被碳粉填平，將大大影響使用，所以在打磨過程中，需頻繁地清除銼齒上的碳粉，如此一來，用銼刀打磨碳滑條的效率較低。

1.2 部件清潔與焊縫裂紋檢查

受電弓的部件清潔，焊縫裂紋檢查是檢修作業中最重要的內容之一。列車運行期間，弓網摩擦產生碳粉，很大一部分黏附在受電弓部件上，特別是絕緣子、浪涌吸收器表面上的碳粉若未及時清潔，將大大影響受電弓的絕緣性能，帶來安全隱患；同時，潔凈的部件表面也更利于發現焊縫裂紋等異常[7]。每套受電弓有焊點66處，關鍵焊縫29處。需確認的焊縫數量多，且這些焊縫分布在弓頭、上臂桿、下臂桿及底架等部件中，關鍵焊縫位置如表1所示。

表1 關鍵焊縫位置

受電弓檢修作業時，列車斷電，受電弓處于降弓狀態。受電弓降弓后的折疊高度只有（220±5）mm（不包括絕緣子），質量約150 kg[8]，因折疊后的受電弓部件間相互遮擋、可操作空間小，在對一些部件的緊固防松線、關鍵焊縫進行檢查時，人就需要趴在車頂進行檢查，個別作業例如鋼絲繩長度調整等甚至需要一人短時間將上臂桿抬起，另一人進行作業。此種作業方式強度大，同時存在安全隱患。

2 改進解決方案

通過對受電弓檢修難點的整理分析，針對碳滑條的檢測與打磨、部件清潔與焊縫裂紋檢查進行改進優化[9]。

2.1 碳滑條檢測改進

碳滑條檢測的難點在于凹槽數量較多（碳滑條8根/列），且左、中、右部普遍性存在明顯凹檢，作業量大；用游標卡尺檢測凹槽的方法較繁瑣，且精度不高。按照碳滑條凹槽檢測標準，設計出凹槽檢測模塊工裝，設計圖紙和實物如圖2所示。凹槽檢測工裝的參數與凹槽標準相對應：模塊寬度為50 mm，一端為R106 mm的圓弧，另一端則為R158 mm的圓弧，由厚2 mm的不銹鋼板制作，身形小巧，使用方便。

圖2 碳滑條凹槽檢測工裝圖紙及實物

凹槽檢測工裝的使用：先用R106 mm弧度靠在碳滑條凹槽上，若R106 mm模塊弧頂與凹槽底部有間隙，則說明此凹槽曲率半徑小于106 mm，需進行打磨；若R106 mm弧頂與凹槽底部吻合，則用模塊另一端的R158 mm圓弧進行檢測，按吻合情況判斷是否對凹槽進行打磨，直至凹槽的曲率半徑大于158 mm（R158 mm端的圓弧與凹槽底部吻合），相較于游標卡尺檢測凹槽的方法，使用凹槽檢測模塊操作簡單方便，且精度更高。

2.2 碳滑條打磨改進

碳滑條打磨的難點在于碳滑條材質較硬，用銼刀手動打磨的作業強度大，打磨過程中，需頻繁地清除黏附在銼齒上的碳粉，效率較低。用電動角磨機加砂紙替代銼刀，電動工具的使用減小了作業強度、提高效率，如圖3所示。

圖3 電動工具打磨碳滑條

2.3 部件清潔與焊縫裂紋檢查改進

部件清潔與焊縫裂紋檢查的難點在于受電弓在降弓時，各部件交織、互相遮擋、區域面積小、操作空間窄。分析受電弓可供支撐的位置，設計出受電弓支撐桿工裝，設計圖紙和實物如圖4所示。該受電弓支撐桿為鋁合金材質，在硬度滿足需求的前提下，重量輕，便于攜帶；桿的頂部設計成弧度狀且包裹了泡棉條，在撐起受電弓時，弓頭天平連接桿在弧底不容易滑出，也不會損傷到表面油漆；桿的底部則設計成U形，卡在受電弓底架上，安全系數高。

圖4 受電弓支撐桿圖紙及實物

受電弓被支撐桿撐起后，各部件間沒有相互遮擋情況、可操作空間變大，方便受電弓弓頭部件清潔及機構件焊縫裂紋的檢查。此時鋼絲繩處于松弛狀態，使其長度調整也能游刃有余地進行。受電弓支撐桿的使用示意圖如圖5所示。

圖5 受電弓支撐桿的使用

3 結束語

電動打磨工具、碳滑條凹槽檢測模塊、受電弓支撐桿的使用，提高受電弓檢修效率30%以上；降低受電弓檢修作業強度，增強員工滿意度。