廣州地鐵八號線和廣佛線弓網(wǎng)關(guān)系現(xiàn)狀、成因及對策分析

2021-01-12 10:42:12蔡莉

機電工程技術(shù) 2020年11期

蔡莉

（廣州地鐵運營事業(yè)總部，廣州 510310）

0 引言

廣州地鐵八號線A2型車使用Stemman 品牌Fb700.58型受電弓，A5型車使用株洲電氣分公司生產(chǎn)的TSG18D型受電弓。廣佛線B3型車使用Schunk品牌的SBF920型受電弓。八號線、廣佛線地下區(qū)段全部線路采用剛性架空接觸網(wǎng)，車輛段采用柔性架空接觸網(wǎng)。從開通運營至今，八號線弓網(wǎng)關(guān)系惡劣，一直存在著碳滑板磨耗不均勻、碳滑板磨耗率大、碳滑板拉弧打火等問題。廣佛線運營至今，弓網(wǎng)關(guān)系良好。弓網(wǎng)關(guān)系惡劣增加了運營風(fēng)險，同時也使人力、物力成本上升，本文從受電弓、接觸網(wǎng)、列車運行狀態(tài)等方面分析兩條線路弓網(wǎng)關(guān)系差異較大的原因。

1 弓網(wǎng)關(guān)系現(xiàn)狀

由于八號線2019年新開延長線，部分影響弓網(wǎng)關(guān)系的條件不統(tǒng)一，不便于對比分析，因此本文弓網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)計的時間段為2016-2018年，八號線、廣佛線弓網(wǎng)關(guān)系現(xiàn)狀如表1所示。

表1 八號線廣佛線弓網(wǎng)關(guān)系現(xiàn)狀

2 成因分析

廣佛線B3型車碳滑板磨耗遠小于八號線，造成該差異的原因主要為受電弓結(jié)構(gòu)、接觸網(wǎng)布置情況、接觸線面積、列車運用情況。針對八號線與廣佛線弓網(wǎng)關(guān)系的差異，從下面幾個方面進行比較分析。

2.1 受電弓結(jié)構(gòu)

3種車型的受電弓均采用類似的四桿結(jié)構(gòu)，對比情況如表2所示。

表2 八號線和廣佛線受電弓結(jié)構(gòu)對比

2.1.1 受電弓歸算質(zhì)量

受電弓歸算質(zhì)量越小，受流質(zhì)量越好［1]。弓頭在整個受電弓歸算質(zhì)量中的貢獻值等于弓頭質(zhì)量，而影響受電弓框架歸算質(zhì)量的主要部件是上臂桿，它在整個歸算質(zhì)量中所占份額接近80%［2-3]。

已有學(xué)者得出研究結(jié)論：當弓頭質(zhì)量在10 ～30 kg范圍內(nèi)時，弓頭質(zhì)量每增加10 kg，接觸力均方根值增加2 ～3 N［4]。八號線、廣佛線運行速度最高不超過80 km/h，當受電弓接觸力相同的情況下，上臂桿設(shè)計差異可以彌補一定弓頭質(zhì)量的差異［5]。所以A5、B3車弓頭質(zhì)量雖大于A2 車的，但不足以造成碳滑板磨耗明顯不同。

2.1.2 碳滑板聯(lián)動方式

A2型車受電弓的碳滑板為4根聯(lián)動，即4 條碳滑板必須同時進行轉(zhuǎn)動，A5、B3型受電弓為2根聯(lián)動，即4 條碳滑板可以每2條各自轉(zhuǎn)動。4 根聯(lián)動結(jié)構(gòu)不能保證在碳滑板磨耗不均時4 根碳滑板都能與接觸網(wǎng)同時接觸，因此2 根聯(lián)動的弓結(jié)構(gòu)弓網(wǎng)保持性良好，有利于弓網(wǎng)關(guān)系。

根據(jù)理論分析，A2型車的碳滑板磨耗率應(yīng)比A5、B3 車的大，且磨耗均勻性較差，這也和實際情況基本相符。

2.1.3 弓頭減震裝置

A2型車采用金屬簧片只能緩和弓頭的垂向沖擊，而A5型車使用的橡膠彈性元件和B3型車使用的葉片彈簧可有效減少弓頭垂向、橫向、縱向的沖擊，因此A5型車、B3型車的受電弓跟隨性優(yōu)于A2車，因此A5、B3型車的受電弓燃弧率低于A2型車。

2.1.4 受電弓減震裝置

B3型車受電弓在上支架、下支架之間安裝了一個液壓減震器，如圖1所示，用于衰減列車正線運行時由于線路不平整等因素造成的車體振蕩，保證弓網(wǎng)之間良好接觸特性。這也是廣佛線弓網(wǎng)關(guān)系良好的原因之一。

圖1 B3型車受電弓液壓減振器

2.2 接觸網(wǎng)拉出值布置

拉出值布置不合理將導(dǎo)致碳滑板磨耗不均勻，出現(xiàn)“凹坑”，從而縮短碳滑板使用壽命［6]。另外，碳滑板磨耗出現(xiàn)“凹坑”后，碳滑板表面無法平滑過渡，引起弓網(wǎng)接觸不順暢，從而導(dǎo)致弓網(wǎng)離線、打火，進一步惡化弓網(wǎng)關(guān)系［7]。八號線接觸網(wǎng)“半個正弦波”布置方式占全線的73%，其余位置為正弦波布置方式，廣佛線接觸網(wǎng)全線采用正弦波布置方式。通過對八號線弓網(wǎng)平臺接觸網(wǎng)拉出值檢測數(shù)據(jù)分析，上、下行接觸網(wǎng)拉出值布置不合理，部分拉出值出現(xiàn)頻率高的位置將導(dǎo)致碳滑板磨耗過大，這與碳滑板實際磨耗形狀基本一致，如圖2所示。由此可知八號線接觸網(wǎng)布置不合理是導(dǎo)致弓網(wǎng)關(guān)系惡劣的原因。

圖2 八號線上、下行拉出值分布與碳滑板磨耗形狀對比

2.3 接觸線截面積

八號線、廣佛線接觸線按截面積大小分別為120 mm2和150 mm2。兩種接觸線的截面如圖3所示。

圖3 八號線、廣佛線接觸線截面圖

八號線使用的120 mm2接觸線，其燕尾槽以下部分為直徑13.2 mm的半圓，廣佛線使用的150 mm2接觸線與碳滑板接觸部分為橢圓，因此增加了弓線間的接觸面積。同樣大的接觸壓力下，八號線弓線間的機械磨耗量較廣佛線的大，且列車取流時，由于八號線弓線接觸截流面積小，更易引起拉弧打火現(xiàn)象。從實際運行情況來看，150 mm2接觸線有利于弓網(wǎng)關(guān)系的改善。

2.4 受電弓受流情況

碳滑板與接觸線的磨損主要體現(xiàn)在機械磨損和電磨損，其中電磨損占整個磨損的70%以上［8]。不同的車型碳滑板電流負荷的不同也導(dǎo)致碳滑板電磨耗的不同。廣佛線車輛為4節(jié)動車編組，八號線列車為6 節(jié)4 動2 拖編組，日常載重及日均客流量明顯比八號線小，需要的牽引功耗相對較低。

3種車型的單個受電弓受流大小對比如表3 所示，可知八號線A2、A5車受電弓受流大于廣佛線B3型車，因此八號線碳滑板的電磨耗量大。除此之外，廣佛線B3型車碳滑板寬度（60 mm）大于八號線碳滑板寬度（35 mm），在同樣載流的情況下，八號線的碳滑板磨耗量將高于廣佛線。

表3 A2、A5、B3型車受電弓受流比較

2.5 列車平穩(wěn)性

列車運行時受垂向、橫向、縱向沖擊，由車體傳遞至受電弓，若列車平穩(wěn)性差，也可能導(dǎo)致受電弓與接觸線接觸不穩(wěn)定，弓網(wǎng)關(guān)系惡化。對比2019年八號線、廣佛線平穩(wěn)性測試的結(jié)果，廣佛線B3型車在上下行各區(qū)間的平穩(wěn)指標普遍小于八號線A2、A5型車的，3種車型的平穩(wěn)性情況也與碳滑板實際磨耗情況、弓網(wǎng)關(guān)系表現(xiàn)一致，如表4所示。