受电弓统型碳滑板研究

陈朝 朱家奇 吴明洲

摘 要：随着大量新增线路和已有线路增购项目的推进，投用的受电弓品牌和型号不断增加，碳滑板种类也不相同。调研了上海地铁所有受电弓线路信息，并对各种影响统型的因素进行了研究分析，设计出两款通用性较强的碳滑板。并对碳滑板进行了实验室测试与装车测试。同时对必要的相关羊角结构进行了修改。

关键词：受电弓;碳滑板;碳材料;羊角;统型

中图分类号：U264.34 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）18-0090-02

0 引言

碳滑板作为列车供电系统中的重要部件，与弓网状态密切相关，如出现故障，可能会引发弓网事故。碳滑板的管理对于弓网配合至关重要，随着轨道交通的快速发展，碳滑板型号的增加给管理带来难度。

本文通过对受电弓碳滑板材料、受流性能、结构、尺寸等方面进行研究，将目前上海地铁在用的碳滑板型号进行统型，在提高管理和工作效率的同时，统型碳滑板对于弓网磨耗研究具有极大的价值。

1 地铁线路现有受电弓调研

目前上海地铁受电弓根据驱动形式可区分为电动弓和气动弓，根据升弓机构可区分为弹簧弓和气囊弓，弓头悬挂构造可区分为弹簧盒、弹簧片、橡胶结构件等悬挂方式，共有十四种型号受电弓，使用受电弓碳滑板型号多达十二种。

2 碳滑板统型研究

2.1 碳滑板统型设计流程

（1）根据工况进行材料选型;（2）计算碳滑板的载流能力;（3）根据需求设计碳滑板结构;（4）评估碳滑板的重量及尺寸;（5）后期试验验证碳滑板的性能。

2.2 碳滑板材料研究

受电弓碳滑板的材料发展至今，经历了很多的阶段，所用材料不断更新，对各类碳滑板材料的优劣进行分析并选型：

（1）纯金属材料。以纯铜材料为主，相对于硬铜的接触导线，亲和力大，易引起粘着磨损。（2）粉末冶金材料。强度高，导线性能良好，耐电弧损伤性能差，即使使用添加润滑剂，也会严重磨耗触网。（3）纯碳材料。具有良好的自润滑性和减摩性能，且耐电弧性能优良。但机械强度低，耐冲击性能差，运行时遇到硬点容易造成滑板折断和破裂。（4）浸金属碳材料。浸金属材料取长补短，兼具了碳材料的高润滑效果高稳定性与金属材料的高导电性能和高机械强度。（5）碳铜复合材料。碳滑板前沿材料，由于会发生湿气电化腐蚀，使得其在下雨天的应用表现不及预期，无法满足运营需要。

综上，针对上海的应用工况与气候条件，目前浸金属材料统型碳滑板是更为合理、可靠。

2.3 碳滑板碳条统型尺寸及材料选型研究

目前根据上海地铁在用受电弓碳滑板的形式，可划分为双滑板和四滑板两大类。双滑板受电弓要求单根碳滑板载流性能高，只有60mm一种宽度。四滑板受电弓碳滑板数量多对于单根碳滑板载流性能要求较低，有42mm、50mm、60mm三种宽度见图1。

碳滑板的统型设计，根据碳滑板材料的受流性能与滑板宽度综合计算碳滑板的载流能力，计算公式：

碳滑板的载流能力=材料的电流密度╳碳滑板的宽度。

以高强度浸金属和高导流浸金属的两种目前成熟的浸金属材料作为统型材料进行受流能力计算参数见表1。

2.3.1 碳滑板材料、尺寸综合统型研究

因双碳滑板和四碳滑受电弓使用的碳滑板数量不同，需根据两种材料性能分别计算载流能力。双滑板、四滑板受电弓载流计算参数见表2、表3。

根据计算结果，60mm宽度的高导流浸金属材料碳条可;所有宽度碳滑板都能满足四滑板受电弓载流性能要求。

2.3.2 碳滑板统型重量、尺寸综合研究

双滑板受电弓碳滑板统型宽度保持60mm宽度不变，统型选用高导流浸金属材料，与原碳滑板重量重量相近。

四滑板受电弓统型为保持原使用42mm、50mm、60mm宽度碳滑板的三种受电弓弓头在统型后力学性能相近，使用50mm作为统型宽度，该尺寸的碳滑板重量及载流性能居中，选用高强度浸金属其抗折性能更好、密度较低，单位体积重量更轻，保证原受电弓的弓头悬挂性能，统型后的单根碳滑板受流参数见表4。

2.4 碳滑板结构统型研究

2.4.1 导电螺栓安装结构、尺寸统型

导电螺栓规格统一采用M8螺栓，为避免导电螺栓安装位置与不同型号受电弓上框架干涉，采用碳滑板安装螺栓固定分流导线，并使用铜铝垫片增加设计可靠性见图2。

2.4.2 安装螺栓安装结构统型

为避免与不同型号受电弓上框架构造干涉，安装螺栓采用一螺钉螺母、一螺栓的方式。螺钉位置可设置橡胶缓冲件，满足缓冲、固定等基本功能见图3。

2.4.3 碳滑板底座、羊角结构统型

受电弓碳滑板一般安装于羊角安装座，为达到便于更换、无法错装其他品牌碳滑板等要求。各型号受电弓碳滑板及其安装的结构略有区别。因此统型碳滑板的同时羊角安装结构也需一并统一。

按照《TB-T 3271-2011轨道交通受流系统受电弓与接触网相互作用准则》对羊角长度和角度进行设计，同时通过对羊角重量的微调减小碳滑板统型前后弓头重量变化，调整羊角安装座形状使之与羊角紧密贴合。

2.5 有效长度统型研究

上海地铁接触网的拉出值是±200mm，在用碳滑板的有效长度在645～680mm之间。按照《TB-T 3271-2011轨道交通受流系统受电弓与接触网相互作用准则》设计受电弓弓头，统型使用标准碳滑板的长度为1050mm，有效长度为650mm。

2.6 碳滑板重量验证

受电弓的跟随性与离线率主要受弓头重量的影响，重量越重，则跟随性越差，离线率越高。碳滑板统型以保持原受电弓弓头力学性能为目标，不超出原弓头设计重量为底线，通过统型后羊角与碳滑板重量进行配比与原受电弓保持一致。四碳滑板受电弓碳滑板与双碳滑板受电弓碳滑板重量均值与统型碳滑板样品重量进行比较见表5。

由于统型前后碳滑板材质物理及化学性质相近，最终统型前后碳滑板重量无明显变化。

2.7 碳滑板统型参数

根据统型结果对双滑板、四滑板受电弓的统型碳滑板尺寸按照相关技术标准进行统一，统型参数见表6。

2.8 统型碳滑板的实验室测试

根据实验室测试，各项指标符合标准要求。测试结果见表7。

3 结语

通过对上海地铁碳滑板进行汇总与研究，得出两款统型碳滑板原型，不仅仅为研究现有受电弓改造做出了指导，同时也为今后新车型受电弓碳滑板的选型给出了方向。

参考文献

[1] 摩根新材料（上海）有限公司.上海地铁高强度浸金属统型碳滑板测试报告[R].上海：摩根新材料（上海）有限公司，2018.

[2] 摩根新材料（上海）有限公司.上海地铁高导流浸金属统型碳滑板測试报告[R].上海：摩根新材料（上海）有限公司，2018.