城市軌道交通車輛滑板異常磨耗原因淺析

羅海鵬

摘 要：地鐵車輛受電弓與接觸網滑動受流過程中會發生正常磨耗，弓網關系異常將導致受電弓碳滑板和接觸網磨耗異常，直接影響碳滑板、接觸網的使用壽命，文章針對某線路列車在實際運營中出現受電弓滑板異常磨耗，結合弓網系統的實際運行工況，從接觸壓力值、材質、燃弧等角度對滑板異常磨耗情況進行了分析，并提出了改進意見。

關鍵詞：地鐵車輛;碳滑板;磨耗

1 受電弓滑板作用

碳滑板是地鐵車輛重要的受流部件，通過碳滑板的作用將接觸網上的電能源源不斷地“流入”地鐵車輛，經過逆變器的作用將電能轉化為機械能，驅動車輛前進。

2 滑板異常磨耗概況

TY2號線車輛空載試運營期間，車輛計劃修作業中發現T15-5車碳滑板磨耗到限（如圖1），碳滑板呈波浪形，最低值約為22.9 mm，已達到限定值。

2.1 更換情況

檢查發現T15情況后，在兩天內對全部16列車進行碳滑條普查，結果發現T2、T3、T4、T6、T7、T9、T11均存在磨耗到限的，其余列車也存在異常磨耗的情況。

自12月7日至12月15日，完成第一批碳滑板更換，其中12月7日，T4更換8根萬高品牌的新碳滑板，進行跟蹤對比。自12月27日至21年1月15日，完成第二批碳滑板更換，其中T15車在12月24日，更換為大同新型材碳滑板。自1月30日起，開始第三批碳滑板的更換。16列電客車總共更換54次新碳滑板，共計432根。

2.2 碳滑板磨耗情況

由上表可知，16列電客車均存在異常磨耗的現象。自碳滑板開始更換，平均運行公里數為23 673 km。各列車均已更換至少三次碳滑板，平均每萬公里磨耗25.27 mm，每次更換后平均運行里程為6 644 km。結合現有運行圖統計，每日最高車次運行公里數為520 km，16列電客車全部更換新碳滑板后，在最高車次運行條件下，大約可用12天。

在各列電客車中，均存在不同程度的異常磨耗，較好的列車為02009車，僅更換兩次碳滑板，運行里程為19 012 km，

平均每次更換碳滑板后均可運行9 506 km，萬公里磨耗為16.83。略高于平均水平。較差的列車為02015車，更換碳滑板次數為4.5，運行里程卻為17 514 km，平均每次更換碳滑板可運行3 892 km，低于平均水平。雖然16列電客車碳滑板磨耗程度不同，但是均遠低于合同要求和技術規范中要求的碳滑板磨耗公里數為15萬公里的條件。其中試用萬高、大同廠家的碳滑板同摩根比較，結果未有明顯改善。

3 原因調查與分析

3.1 受電弓靜態接觸力

TY2號線電客車采用單臂氣囊式受電弓，可以調整最大升弓高度、升降弓時間、弓網接觸力，以適應使用工況的變化。根據地鐵行業標準，受電弓升起后與接觸網接觸力為120 N±10 N。在受電弓升起后，沿鉛錘方向往下拉上臂的上交叉管，使受電弓以較小速度勻速向下運動，拉力值應在120 N±10 N以內。

受電弓與接觸網接觸力主要是保證受電弓碳滑板與接觸網的緊密銜接，保證受流質量。過高的接觸力會導致碳滑板的異常磨耗，過低的接觸力會導致碳滑板與接觸網接觸不良，在通過錨段等位置產生震動，超過接觸臨界，從而導致拉弧，降低受流質量。在發現異常磨耗的第一時間，受電弓廠家中車賽德經過現場檢查和測量，確認現場作業人員受電弓接觸力測量方法符合工藝要求，且庫內所有電客車接觸力均滿足120 N±10 N，滿足相關標準。同時，通過與其他地鐵線路對比，采用相同受電弓廠家的受電弓接觸力標準均設定在120 N±10 N，而此類地鐵碳滑板磨耗基本無異常。

為進一步排除此因素影響，分別將02015和02013車受電弓接觸力調整為130 N和110 N進行跟蹤測量，經過四天的測量，兩列車在接觸力調整后的碳滑板磨耗情況與調整前無明顯變化。在每一次碳滑板測量的同時，對受電弓接觸力進行測量，保證接觸力為120 N±10 N。

3.2 碳滑板材質

TY2號線電客車采用CED160DA型單臂氣囊式受電弓，弓頭裝置由四滑板組成，每兩根為一組，保證受流面積和受流質量。嚴格按照國家和行業標準和規范設計制造，適用于牽引網壓為1500VDC地鐵車輛。MY258A2型碳滑板屬于浸金屬碳滑板，目前已經被國內地鐵行業廣泛采用。

在碳滑板出現異常磨耗后，聯系受電弓廠家中車賽德，將TY2號線所使用的碳滑板送到第三方檢測機構——國家鐵路產品質量監督檢驗中心進行檢測，檢測碳滑板硬度、粘接電阻、20℃電阻率、沖擊韌性等各項碳滑板性能，結果均符合相關標準，檢測合格。

3.3 燃弧率

燃弧的產生是由于受電弓與接觸網發生接觸不良甚至機械性瞬時脫離的現象，導致弓網動態受流惡化，引起弓網燃弧現象的發生。由于燃弧發生具有相當高的瞬時熱量，會直接燒蝕接觸網或受電弓滑板，長期運行會使得接觸網及受電弓滑板變得不平順，加劇受電弓碳滑板的磨耗，甚至會出現斷線及滑板變得不平順，對列車運行安全造成嚴重影響。

TY2號線電客車采用CED160DA型單臂氣囊式受電弓，弓頭裝置由四滑板組成，每兩根為一組，共有四個羊角。嚴格按照國家和行業標準和規范設計制造，適用于牽引網壓為1500VDC地鐵車輛。

在碳滑板出現異常磨耗后，聯系受電弓廠家中車賽德和碳滑板廠家摩根登頂檢查受電弓的同時，對滑板磨損情況進行判定，發現部分車輛的受電弓碳滑板存在不良磨耗、主要表現為滑板表面存在電弧后的黑點和電擊坑洞。

通過弓網監測的數據采集功能，對兩個高配車（02001、02002）不同時間段的接觸網燃弧情況進行了分析，發現02001-5高配車3月20日一個上行區間的弓網監測數據，疑似發生燃弧154次，共計23.81 s，燃弧率為0.85%（國家標準0.05%）。02002-2高配車3月20日一個上行區間的弓網監測數據，疑似發生燃弧100次，共計31.096 s，燃弧率為1.11%（國家標準0.05%）。

碳滑板磨耗分為機械磨耗和電氣磨耗，電器磨耗占70%，機械磨耗占30%，而燃弧的發生是由于瞬時電擊產生，瞬間產生2 000℃左右的高溫，會直接燒蝕接觸網或受電弓滑板，長期運行會使得接觸網及受電弓滑板變得不平順，從而加劇燃弧。

3.4 原因綜述

綜上所述，受電弓與接觸網接觸力（120 N±10 N）對近期發生的碳滑板異常磨耗基本沒影響，可以基本排除受電弓接觸力這一因素;受電弓碳滑板材質對近期發生的碳滑板異常磨耗基本沒影響，可以基本排除受電弓碳滑板材質這一因素;受電弓接觸網之間燃弧與碳滑板異常磨耗有關。

4 燃弧原因分析

4.1 弓網間接觸壓力的影響

受電弓與接觸網的接觸狀態決定了弓網間是否會發生離線現象。當弓網間接觸壓力過大時，會加劇受電弓碳滑板和接觸線的磨耗;當弓網間接觸壓力過小時，會導致離線，從而引發拉弧打火現象，燒傷受電弓碳滑板和接觸線底面，嚴重時可能燒斷接觸線。

4.2 接觸線動態抬升量的影響

理想狀態下，接觸線導高值應保持恒定不變，以確保受電弓與接觸線的穩定接觸。但在實際運行中，接觸線在受到受電弓的抬升力作用下，會有一定的抬升以及后續跟隨的上下振動。當受電弓經過定位點時，接觸線在定位器的作用下抬升量較小，但在遠離定位點位置時，由于沒有定位器的限制，接觸線在受電弓的作用下抬升量相應升高，經過跨中位置時達到峰值。實踐表明，接觸線的抬升量變化幅度越小，受流質量越好;抬升量變化幅度越大，電客車在高速運行通過時引起的接觸線振動越大，影響弓網間的跟隨性，可能造成離線，產生拉弧打火現象。就接觸網而言，跨距內導高值的劇烈變化、錨段關節過渡處不水平、中錨出現負馳度等都會引起抬升量的突然變化，進而導致因離線產生拉弧打火現象。

5 改進建議

5.1 受電弓

加強受電弓碳滑板的磨耗檢查與維修。當同一根滑板磨耗到限時進行更換，磨耗面出現波浪狀時，波浪高點與最低點高度差超過4 mm時，應對高點進行相應的打磨，保證磨耗面在整個滑板條長度范圍內能夠平滑過渡。當發現相鄰碳滑板高度差超過5 mm時，需對其進行更換。應盡量保證4根碳滑板水平，定期用水平尺檢查并調整高度，使4根碳滑板都與接觸網可靠接觸，減少拉弧。

加強碳滑板及受電弓表面的電腐蝕、硬點及裂紋的檢查，及時發現問題，查找原因。

加強靜態接觸壓力檢測，加強軸承關節、液壓阻尼器等關鍵元件檢查，以防卡滯現象。加強弓頭自由度檢查，保證弓頭能夠繞上臂桿靈活轉動并有一定的旋轉角度。

5.2 接觸網外觀檢查及調整

外觀檢查是發現問題最簡單直接的方式，因線路較長，應將檢查重點放在易出故障的位置，主要包括如下位置：錨段關節、絕緣關節、硬點易發區、剛柔接觸網連接處。通過檢查相關部分的燒蝕和硬點等現象，來判斷該位置是否為拉弧點。根據具體情況進行維修或更換，保證接觸網正常受流。

6 結語

滑板異常磨耗是個復雜的系統接口問題，與接觸網的拉出值、導高、受電弓滑板耐弧性能、壓力值、材料匹配等因素息息相關，多因素疊加效應會打破弓網良性配合的狀態，相反，改善其中任意關鍵因素，弓網配合可能又恢復到一個良性狀態。弓網系統相關接口的技術參數仍需要進行更多的應用研究，不斷總結驗證，最終解決這一系統性問題。

參考文獻：

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