鄭州地鐵3號(hào)線弓網(wǎng)異常磨耗情況淺析

宋相宇 李耕 高志良 李亞 劉立

摘 要：弓網(wǎng)關(guān)系本質(zhì)為滑動(dòng)摩擦，滑動(dòng)摩擦存在相互磨耗行為。在正常的磨耗范圍內(nèi)，可根據(jù)檢修規(guī)程進(jìn)行修整和更換。當(dāng)發(fā)生異常磨耗情況時(shí)，磨耗量遠(yuǎn)超正常磨耗范圍，弓網(wǎng)關(guān)系在一定時(shí)間內(nèi)存在持續(xù)惡化的情況。本文針對(duì)鄭州地鐵3號(hào)線出現(xiàn)的異常磨耗情況進(jìn)行分析，并提出相關(guān)改善措施。

關(guān)鍵詞：弓網(wǎng)關(guān)系;異常磨耗;滑動(dòng)摩擦;接觸網(wǎng);導(dǎo)流

中圖分類號(hào)：U231.8 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2021）36-0077-03

Analysis on Abnormal Wear of Pantograph and Catenary of Zhengzhou Metro Line 3

SONG Xiangyu ? ?LI Geng ? ?GAO Zhiliang ? ?LI Ya ? ?LIU Li

（Zhengzhou CSCEC Shenzhen Rail Transit Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract：The relationship between Pantograph and catenary is essentially sliding friction，and sliding friction has mutual wear behavior.In the normal wear range，it can be repaired and replaced according to the maintenance regulations，the relationship between pantograph and catenary is deteriorating in a certain period of time.This paper analyzes the abnormal wear and tear of Zhengzhou Metro Line 3 and the relevant improvement measures.

Keywords：pantograph-catenary relationship;abnormal wear;sliding friction;catenary;diversion

2020年12月初，鄭州地鐵3號(hào)線均衡修時(shí)發(fā)現(xiàn)碳滑板出現(xiàn)磨耗不均的情況。于2020年12月中旬對(duì)接觸線線面進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)43處接觸線局部磨耗較大位置，磨耗寬度為3～6 mm。后續(xù)車輛部進(jìn)行均衡修及受電弓檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)碳滑板磨耗量增大，并極速上升，平均磨耗量在35 mm/10 000 km左右時(shí)趨于穩(wěn)定。2021年1月初接觸網(wǎng)專業(yè)進(jìn)行線面排查，接觸線局部磨耗位置增大到93處，磨耗寬度為3～7 mm，并且磨耗位置也由點(diǎn)漸變?yōu)榫€。2021年1月9日開始，碳滑板磨耗量逐步減小，截至2021年1月25日平均磨耗量約為5 mm/10 000 km，接觸線的磨耗也穩(wěn)定在6 mm左右。

1 異常磨耗情況

1.1 異常磨耗初期

2020年12月中旬，在對(duì)鄭州地鐵3號(hào)線0311車、0314車進(jìn)行均衡修作業(yè)、檢查受電弓時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩列車的2車碳滑板均存在溝壑狀異常磨耗現(xiàn)象。其中拉出值左160 mm—左260 mm出現(xiàn)1條溝壑、右160 mm—右260 mm出現(xiàn)3條溝壑，同時(shí)在受電弓平臺(tái)發(fā)現(xiàn)少量銅粉。發(fā)現(xiàn)碳滑板異常磨耗情況后及時(shí)更換了滑板。

根據(jù)碳滑板測(cè)量數(shù)據(jù)繪制滑板輪廓曲線，如圖1所示。

接觸網(wǎng)專業(yè)于2020年12月中旬對(duì)正線接觸線線面進(jìn)行第一次排查，發(fā)現(xiàn)磨耗大于3 mm的位置有43處（如表1所示）。并開始進(jìn)行導(dǎo)高及拉出值的調(diào)整，以改善碳滑板磨耗面溝壑狀的現(xiàn)狀。

1.2 極速上升期

因試運(yùn)行結(jié)束后未跑車，在12月底均衡修及受電弓檢查的列車碳滑板磨耗量最大為10 mm/10 000 km。之后碳滑板磨耗量極速上升，12月30日碳滑板磨耗量達(dá)30 mm/10 000 km。同時(shí)，在受電弓平臺(tái)以及相鄰的空調(diào)機(jī)組內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量銅粉和絲狀銅屑。

2021年1月4日，接觸網(wǎng)專業(yè)對(duì)全線接觸網(wǎng)線面進(jìn)行第二次排查，發(fā)現(xiàn)磨耗大于3 mm的位置有93處（如表2所示）。接觸線磨耗位置數(shù)量不僅增加了，而且原來的磨耗點(diǎn)已變成沿接觸線整體磨耗。

1.3 穩(wěn)定高磨耗期

2020年12月30日對(duì)0315車進(jìn)行受電弓檢查，發(fā)現(xiàn)原溝壑狀磨耗已轉(zhuǎn)變?yōu)閁型均勻磨耗，碳滑板磨耗量逐步增大并趨于穩(wěn)定，磨耗量最大達(dá)35 mm/10 000 km。后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)，所有列車的磨耗形狀皆變?yōu)閁型磨耗。

根據(jù)碳滑板測(cè)量數(shù)據(jù)繪制該階段滑板輪廓曲線，如圖2所示。

1.4 磨耗下降期

自2021年1月14日開始，受電弓檢查發(fā)現(xiàn)碳滑板磨耗量開始減小，截至2021年1月25日，碳滑板磨耗量最小為4.21 mm/10 000 km。

期間接觸網(wǎng)持續(xù)調(diào)整接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)，并于2021年1月18日完成正線行車區(qū)段接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)的調(diào)整工作，同時(shí)對(duì)調(diào)整區(qū)段接觸線進(jìn)行排查，線面較為穩(wěn)定。

2 影響弓網(wǎng)關(guān)系異常因素

2.1 受電弓方面

2.1.1 受電弓抬升裝置目前在市場(chǎng)主流上分為彈簧式和氣囊式。目前，裝車形式為氣囊式，彈簧式受電弓正在進(jìn)行裝車前技術(shù)論證;針對(duì)氣囊在高低溫下剛度的變化進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比，未發(fā)現(xiàn)明顯的變化。

2.1.2 受電弓弓頭減震方式有彈簧盒和板簧。板簧相較于彈簧盒剛度更大，已對(duì)彈簧盒和板簧式減震裝置進(jìn)行了磨耗試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)得知，板簧式弓頭較彈簧盒弓頭磨耗量高。

2.1.3 碳滑板材質(zhì)可分為浸金屬碳和純碳兩種。目前，使用的為浸金屬碳材質(zhì)，純碳材質(zhì)經(jīng)論證滿足地鐵車輛受流要求后進(jìn)行裝車驗(yàn)證。經(jīng)試驗(yàn)得知，在異常磨耗期間純碳滑板磨耗量相較于浸金屬碳滑板高30%左右。

2.1.4 為探究不同廠家生產(chǎn)的碳滑板對(duì)磨耗量的影響，列車裝車東南佳碳滑板，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)東南佳碳滑板與摩根碳滑板同時(shí)期磨耗量基本持平。

2.1.5 為探究受電弓靜態(tài)接觸壓力對(duì)磨耗量的影響，目前將接觸壓力分別在不同列車上進(jìn)行了調(diào)整，在130 N、110 N、100 N、90 N、80 N壓力下進(jìn)行磨耗試驗(yàn)。其中，接觸壓力調(diào)整為130 N后磨耗量突增，接觸壓力下調(diào)的列車磨耗量基本與未做調(diào)整列車持平。具體試驗(yàn)情況見表3。

2.2 燃弧方面

通過弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，正線上下行皆有燃弧現(xiàn)象出現(xiàn)。其中下行燃弧率遠(yuǎn)超上行燃弧率，經(jīng)過接觸網(wǎng)的導(dǎo)高及拉出值調(diào)整，燃弧率仍未出現(xiàn)明顯下降。

2.3 接觸網(wǎng)方面

2.3.1 正線接觸網(wǎng)導(dǎo)高值、拉出值與設(shè)計(jì)值存在偏差。在完成導(dǎo)高值、拉出值的調(diào)整工作后，解決了碳滑板表面的溝壑狀磨耗問題，使板面形成均勻的磨耗。

2.3.2 正線對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行排查時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸線有幾處輕微脫槽現(xiàn)象，脫槽產(chǎn)生后形成的硬點(diǎn)對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系產(chǎn)生影響，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重拉弧現(xiàn)象。

2.3.3 錨段關(guān)節(jié)接觸線間距和高差存在偏差。錨段關(guān)節(jié)接觸線拉出值在±150 mm左右。根據(jù)前期碳滑板磨耗位置在±240 mm附近，判斷該因素對(duì)磨耗沒有實(shí)質(zhì)影響，并且始觸位置均有抬高，不會(huì)造成打弓引起的碳滑板磨耗。

2.4 溫濕度方面

根據(jù)碳滑板的磨耗趨勢(shì)、鄭州市的溫濕度變化以及統(tǒng)計(jì)的磨耗量趨勢(shì)，初步判斷出在異常磨耗期間磨耗量和溫濕度有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，在進(jìn)入春季弓網(wǎng)正常磨耗期后，溫濕度的變化未對(duì)磨耗量造成影響。

3 弓網(wǎng)異常磨耗期間的應(yīng)對(duì)措施

3.1 加大碳滑板檢查頻度

為應(yīng)對(duì)碳滑板異常磨耗，受電弓檢查由日常的雙周檢調(diào)整為周檢。根據(jù)碳滑板磨耗情況，受電弓檢查可調(diào)整為5 d一次[1]。同時(shí)結(jié)合車輛段受電弓檢測(cè)棚檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整計(jì)劃，確保碳滑板厚度滿足正線運(yùn)營(yíng)，有效防止碳滑板磨耗到限的情況發(fā)生。

3.2 提高碳滑板檢查標(biāo)準(zhǔn)

受電弓檢查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，碳滑板數(shù)據(jù)測(cè)量由測(cè)量最低點(diǎn)調(diào)整為以中心點(diǎn)為基準(zhǔn)，兩側(cè)每間隔20 mm為一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量31個(gè)數(shù)據(jù);更換標(biāo)準(zhǔn)由碳滑板剩余厚度大于4 mm調(diào)整為剩余厚度大于6 mm。

3.3 排查調(diào)整接觸線狀態(tài)

接觸網(wǎng)檢查自2020年12月17日開始進(jìn)行第一遍全線排查，于2020年12月27日完成數(shù)據(jù)測(cè)量，檢查發(fā)現(xiàn)存在部分導(dǎo)高、拉出值實(shí)際值與設(shè)計(jì)值不符。接觸網(wǎng)專業(yè)隨即對(duì)接觸網(wǎng)導(dǎo)高、拉出值有偏差的部位進(jìn)行調(diào)整，考慮異常磨耗情況，接觸網(wǎng)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)由導(dǎo)高偏差±5 mm、拉出值偏差±20 mm調(diào)整為導(dǎo)高偏差±3 mm、拉出值偏差±10 mm。

4 結(jié)語

①在線路運(yùn)營(yíng)初期，碳滑板表面的溝壑狀摩擦面由接觸線的導(dǎo)高及拉出值施工偏差較大造成。按照標(biāo)準(zhǔn)將導(dǎo)高及拉出值調(diào)整后，將改善碳滑板溝壑狀的摩擦面[2]。

②在應(yīng)對(duì)已出現(xiàn)的弓網(wǎng)異常磨耗情況時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備充足的備件，應(yīng)用車載弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、弓網(wǎng)檢測(cè)棚，對(duì)正線弓網(wǎng)關(guān)系配合及碳滑板厚度情況及時(shí)掌握。

③針對(duì)碳滑板表面的氧化膜進(jìn)行深入研究，分析其生成原因，可將濕度列為重點(diǎn)因素進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]李峰，葛飛，關(guān)瓊浩，等.弓網(wǎng)關(guān)系惡化時(shí)車輛方面的應(yīng)對(duì)措施[J].電力機(jī)車與城規(guī)車輛，2020（2）：78-80，83.

[2]陳昌進(jìn)，張立軍.鄭州地鐵1號(hào)線弓網(wǎng)異常磨耗原因分析及整改[J].電氣化鐵道，2020（6）：77-79.