高速动车组轴端接地装置碳刷磨耗故障问题分析

石贤庆（青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司，山东 青岛 266111）

高速动车组轴端接地装置碳刷磨耗故障问题分析

石贤庆
（青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司，山东 青岛 266111）

本文主要介绍动车组上轴端接地装置的工作原理从而分析碳刷出现磨耗故障的原因。

动车组；接地装置；接地碳刷；接触盘；恒力弹簧

1　引言

轴端接地装置是动车电力回路的重要组成部分，担负着动车电流通过车轴及车轮导回轨道的功能。动车转向架的每根车轴上中有一个轴端接地装置，网侧高压经主变压器后通过接地线装置流过车轴车轮接入钢轨，形成一个回路，能有效的改善动车导电性能和防止滚动轴承电蚀，提高车辆的可靠性。碳刷是轴端接地装置的重要组成部分，在动车的行驶过程中，碳刷将车体的接地电流汇入车轴的同时，还与安装在车轴端部的接触盘存在相对摩擦。本文针对碳刷在实际应用过程中的磨损问题做出的分析和探讨。

2　轴端接地装置的结构及工作原理

图1　轴端接地装置结构爆炸图

轴端接地装置主要由：端盖、恒力弹簧、碳刷、刷架、绝缘壳体、接触盘组成。其中，接触盘固定在车轴上，刷架与绝缘壳体连接后和转向架的轴箱盖固定，碳刷在刷架内通过恒力弹簧压紧在接触盘上。工作时电流通过轴端接地装置的刷架、碳刷、接触盘接入车轴。轴端接地装置结构爆炸图如图1所示。

图2　轴端接地装置安装图

轴端接地装置安装在转向架的轴箱盖上，如图2所示，并通过接地电缆与车体连接，能为轴承提供有效的保护作用。其工作原理是：由接地电缆将车体上的电流通过轴端接地装置的碳刷直接传递至车轴，再通过车轮与钢轨形成接地回路。

3　轴端接地装置碳刷磨损的原因分析

由于碳刷与安装在车轴端部的接触盘存在相对摩擦，因而碳刷在使用过程中比较容易磨损。造成碳刷磨损的原因有以下几个方面：

（1）产生的火花。碳刷在轴端接地装置中的主要作用是对金属摩擦的同时导电。由于碳刷中含有石墨，因而大大减少了碳刷摩擦导电产生的火花，但实际应用中仍然会产生微弱的火花，产生的火花加快了碳刷的磨损。

（2）碳刷电流的影响。碳刷电流越大，工作时产生的火花可能会越大，碳刷的磨损越快。需增加碳刷与接触盘的接触面积，保证其可靠的过电流能力。

（3）表面的光洁度。接触盘和碳刷摩擦表面的光洁度越高，其摩擦系数越小，碳刷的磨损率就越低。

（4）压簧压力的影响。压簧压力过大，会造成碳刷的机械磨损增大；同时压簧压力过小，虽然碳刷与接触盘间摩擦小了，但接触不良容易产生火花，同样会加快碳刷磨损。轴端接地装置应选用的压簧，在其工作伸长范围内压力应均衡，即选用恒力弹簧。恒力弹簧与伸长量的关系如图3所示：

图3　恒力弹簧与伸长量

4　碳刷与恒力弹簧作用力分析

根据三维模型，碳刷在恒力弹簧的压紧作用下与接触盘接触，碳刷的运动受到安装条件的限制，可以在车轴的轴向方向上来回移动，碳刷压紧在接触盘上的作用力是由恒力弹簧提供的。建立碳刷恒力弹簧的简化物理模型如图4所示：

图4　受力分析示意图

碳刷在如上图所示的四个力的作用下处于平衡状态，那么仅就水平方向上进行受力分析可以得到：

由以上条件可得：

从上面的分析计算结果来看，并考虑到碳刷安装条件，在机车的横向（碳刷伸缩移动方向）出现10g的加速度时，弹簧能压紧碳刷在接触盘上，保证碳刷和接触盘的接触。

5　结论与建议

通过以上分析，增加碳刷与接触盘的接触面积、保证其可靠的过电流能力、保证接触盘和碳刷摩擦表面的光洁度、保证恒力弹簧在其工作伸长范围内压力应均衡，且压力值不应过大或过小、保证碳刷的材质，可以减小碳刷的磨损率的。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.181