烏魯木齊地鐵1號線弓網異常磨耗研究及解決措施

劉 宇，徐 平

（烏魯木齊城市軌道集團有限公司運營分公司，新疆烏魯木齊 830057）

1 基本情況

2 弓網異常磨耗情況

2.1 異常現象

烏魯木齊地鐵1號線自運營以來受電弓碳滑板接連出現右側偏磨、對稱波浪型偏磨、左側偏磨、碳滑板掉塊及掉渣等異常磨耗的情況，接觸線接連出現磨耗異常、掉渣等異常磨耗情況（表1、圖1）。

表1 異?，F象匯總

圖1 電弓碳滑板的故障

2.2 具體問題

2.2.1 機械磨耗的具體表現

（1）接觸網方面。接觸網專業在運維中發現曲線區段、斷裂帶及彈性道床處接觸線磨耗嚴重，不同區間、不同位置接觸線磨耗差異較大：曲線區段最大拉出值處比直線區段磨耗寬度大1～2 mm，磨耗形狀為圓弧形；斷裂帶、彈性道床區間比普通區段平均磨耗寬度大2.5 mm；上、下坡區段比平直區段平均磨耗寬度大約1.5 mm；接觸線拉出值在150～250 mm，是拉出值0～100 mm 寬度的3～5 倍，當磨耗寬度達到7～8 mm 時磨耗趨于平穩。對接觸網布置方式進行綜合統計、分析，全線共有定位點8828 個，拉出值在±137.5 mm 至±162.5 mm 間分布的有2127個，占拉出值分布的24.09%，且拉出值分布于受電弓磨耗形狀正反密貼。對接觸網磨耗處所進行統計，分段絕緣器、匯流排接頭、線岔、錨段關節及最大拉出值處的占比在95%以上。

（2）受電弓方面。在檢修受電弓碳滑板時，運營人員發現碳滑板有凹槽及波浪彎，碳滑板兩側凹陷處的相對高點存在明顯的碰撞和掉塊現象，同時有銅屑粘連在掉塊處、受電弓弓架車頂過渡處遺留有銅屑及碳粉。

2.2.2 電氣磨耗的具體表現

（1）接觸網方面。接觸網專業在運維中發現，出站大電流及加速區段弓網燃弧嚴重、接觸線磨耗寬、磨損距離長，同區間、同錨段接觸線磨耗不均衡：90%的區間在列車出站方向、距車站200 m 的處所，接觸線磨耗寬度在8～10 mm、磨耗長度在20～40 m；其他位置磨耗寬度在0～3.5 mm，對比非常明顯。通過弓網視頻拍攝分析及接觸網參數測量后發現，36 處弓網燃弧嚴重，并且冬季接觸線磨耗寬度的速率略高于非冬季。

（2）受電弓方面。受電弓碳滑板磨耗及取流印記不平衡、不充分，表面涇渭分明，呈現出半邊取流的異常現象。部分電客車碳滑板不水平，與接觸線接觸時存在一定的間隙、碳滑板上有燃弧灼傷的痕跡。

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2.3 試驗跟蹤

（1）電客車取流試驗。通過試驗弓網視頻檢測車的運行方式，來確定大電流是造成燃弧的主要原因。當電客車勻速運行、進出站不停車時，視頻分析弓網匹配良好，基本無燃弧打火情況。但當以正常運行圖行車時，視頻分析出站取流區段燃弧嚴重，表明大電流是造成燃弧的主要原因。

（2）拉出值優化實驗。通過對出站取流區段接觸網拉出值進行試驗，來確定電氣磨耗是異常磨耗的主要原因。在受電弓偏磨出現波浪彎的階段，對宣大一處錨段關節及等12 處定位點的拉出值進行調整，發現波浪彎的磨耗率迅速下降，說明也可以間接降低綜合磨耗率。但通過后續弓網視頻分析，調整后弓網燃弧改善并不明顯，表明大電流是造成燃弧的主要原因。

（3）弓網抬升力試驗。通過試驗電客車受電弓的靜態抬升力，來確定適當的抬升力能減緩磨耗。當受電弓靜態抬升力為110 N 時，磨耗率比120 N 時增大，但當受電弓靜態抬升力為130 N 時，磨耗率比110 N 時減少、比120 N 時略大。升弓高度改變時靜態壓力也相應變化，隧道內受電弓靜態壓力低于運用庫。

（4）斷裂帶限速試驗。通過弓網視頻分析，斷裂帶受電弓上下擺動較大，甚至達到10 cm 左右。針對此情況對小西溝至鐵路局區間進行限速試驗，后續弓網耦合正常。

3 原因分析

3.1 機械磨耗原因

（1）±150 mm 拉出值分布過多，造成碳滑板對應位置機械磨耗較多。在機電磨耗雙重作用下，碳滑板出現凹槽，造成弓網動態耦合關系下降、摩擦取流工況惡化。

（2）加速及機械振動、斷裂帶及彈性道床區間弓網擺動是造成弓網異常的因素。列車處于加速區段時，受電弓與接觸線的水平和垂直方向的振動加劇，受電弓與接觸網之間的動態耦合關系變差，動態接觸壓力變化，沖擊接觸線形成硬點。

（3）曲線及接觸線最大拉出值處與受電弓側端凹槽所對應，在受電弓動態擺動下，與接觸線側面相磨，磨耗形狀和寬度發生變化。

（4）季節變化對軌道、受電弓氣囊有一定的影響，最終將不同時段弓網耦合差的歷史印記留存在接觸線上，而接觸線的磨損不均又造成弓網關系不佳。

3.2 電氣磨耗原因

（1）燃弧及電氣腐蝕是造成出站區段弓網異常磨耗的因素。地鐵一般采用DC 1500 V 電壓供電，為保證牽引功率，在低電壓的先決條件下，出站時電客車需要強大的啟動、加速電流。弓網振動接觸摩擦和較小的取流面積和取流能力造成弓網燃弧，灼傷弓網表面，軟化弓網材質，形成電氣磨耗。

（2）烏魯木齊地鐵南北高差280 余米，造成區間上下坡較多（最大坡度28‰），受電弓擺動和上、下坡取流及制動，造成接觸線磨耗增加。

（3）弓網動態耦合變差，以及機械和電氣的雙重作用，加劇了弓網的異常磨耗。

4 解決措施

4.1 機械磨耗的解決措施

（1）以改善耦合關系為出發點，提升弓網軌的性能：①持續調整接觸網的坡度和連續的平順度，嚴控錨段關節、線岔處的高差，控制接頭處的導高，不斷提升弓網的動態耦合性；②通過檢測手段，定期對接觸網的平順度及硬點、鋼軌的平順度進行檢測，動態的對接觸網、鋼軌進行評價，嚴格控制隱患及缺陷；③安裝“受電弓動態監測系統”，根據監測信息不斷調整弓網接觸壓力到最佳狀態。

（2）以增加弓網彈性為出發點，提升弓網動態彈性：①提升剛性接觸網的彈性，通過優化剛性接觸網的彈性，采用將懸掛螺桿改為彈性螺桿、定位線夾采用彈性線夾等以釋放受電弓壓力，減少受電弓擺動；②保障受電弓彈簧盒的平衡度，通過檢修及拉力測試，確保受電弓弓頭前后、左右平衡，轉動靈活，出庫前的正常。

4.2 電氣磨耗的解決措施

（1）以改善磨耗形狀為出發點，優化接觸網拉出值：①結合運營時線路工況和取流情況，對普通區段、加速取流區段分別計算、分別布置、均勻磨耗；②將接觸網最大拉出值由固定布置變更為范圍性布置，減少多個波峰、波谷長時間將碳滑板磨損出溝槽。

烏魯木齊地鐵1號線接觸網專業從改善磨耗形狀出發，間接降低了磨耗率。供電專業選取出站燃弧最嚴重的區段以負拉出值為調整點，設計并調整4 個區間42 處定位點、改動兩處關節、改變一處波峰，從而優化并改善了磨耗形狀。

（2）以增加取流能力為出發點，提升結合部契合度：①通過調整碳滑板安裝時水平狀態、轉動接觸處潤滑狀態、彈簧盒平衡調整等，解決受電弓碳滑板前后、左右受力不均、不水平、與接觸線不密貼等問題；②調整弓網接觸壓力，降低弓網動態燃弧打火；③采取適當的接觸壓力，降低電氣磨耗對接觸網和碳滑板的影響。

烏魯木齊地鐵1號線通過跟蹤試驗將靜態抬升力保持在125 N 左右，并通過在檢修中保障受電弓的狀態提升動態跟隨性，降低電氣磨耗。

5 改善效果

（1）通過運營多方協作通過優化接觸網拉出值及受電弓弓頭平衡調整，不僅有效改善了碳滑板的磨耗形狀，還徹底解決了之前碳滑板上8 mm 的凹槽問題，間接降低了整體的磨耗率。

（2）通過調整接觸網布置、調整弓網壓力、嚴格控制弓、網、軌技術狀態以及斷裂帶限速等措施，將冬季和非冬季的碳滑板每萬千米的磨耗率分別下降到4 mm 和2 mm。

6 結論

造成受電弓接觸網磨耗的異常狀態，是接觸線布置、弓網動態耦合、弓網材質、受電弓升弓方式、弓網接觸力因素等多個因素綜合疊加導致的。為保證弓網相互關系，應從設計初期開始在接觸網布置、受電弓及滑板選型方面全面評估，后期運營時持續細致檢查及測量，追蹤磨耗情況并根據運營實際進一步優化。