广州地铁八号线和广佛线弓网关系现状、 成因及对策分析

蔡 莉

（广州地铁运营事业总部，广州 510310）

0 引言

广州地铁八号线A2型车使用Stemman 品牌Fb700.58型受电弓，A5型车使用株洲电气分公司生产的TSG18D型受电弓。广佛线B3型车使用Schunk品牌的SBF920型受电弓。八号线、广佛线地下区段全部线路采用刚性架空接触网，车辆段采用柔性架空接触网。从开通运营至今，八号线弓网关系恶劣，一直存在着碳滑板磨耗不均匀、碳滑板磨耗率大、碳滑板拉弧打火等问题。广佛线运营至今，弓网关系良好。弓网关系恶劣增加了运营风险，同时也使人力、物力成本上升，本文从受电弓、接触网、列车运行状态等方面分析两条线路弓网关系差异较大的原因。

1 弓网关系现状

由于八号线2019年新开延长线，部分影响弓网关系的条件不统一，不便于对比分析，因此本文弓网关系统计的时间段为2016-2018年，八号线、广佛线弓网关系现状如表1所示。

表1 八号线广佛线弓网关系现状

2 成因分析

广佛线B3型车碳滑板磨耗远小于八号线，造成该差异的原因主要为受电弓结构、接触网布置情况、接触线面积、列车运用情况。针对八号线与广佛线弓网关系的差异，从下面几个方面进行比较分析。

2.1 受电弓结构

3种车型的受电弓均采用类似的四杆结构，对比情况如表2所示。

表2 八号线和广佛线受电弓结构对比

2.1.1 受电弓归算质量

受电弓归算质量越小，受流质量越好［1]。弓头在整个受电弓归算质量中的贡献值等于弓头质量，而影响受电弓框架归算质量的主要部件是上臂杆，它在整个归算质量中所占份额接近80%［2-3]。

已有学者得出研究结论：当弓头质量在10 ～30 kg范围内时，弓头质量每增加10 kg，接触力均方根值增加2 ～3 N［4]。八号线、广佛线运行速度最高不超过80 km/h，当受电弓接触力相同的情况下，上臂杆设计差异可以弥补一定弓头质量的差异［5]。所以A5、B3车弓头质量虽大于A2 车的，但不足以造成碳滑板磨耗明显不同。

2.1.2 碳滑板联动方式

A2型车受电弓的碳滑板为4根联动，即4 条碳滑板必须同时进行转动，A5、B3型受电弓为2根联动，即4 条碳滑板可以每2条各自转动。4 根联动结构不能保证在碳滑板磨耗不均时4 根碳滑板都能与接触网同时接触，因此2 根联动的弓结构弓网保持性良好，有利于弓网关系。

根据理论分析，A2型车的碳滑板磨耗率应比A5、B3 车的大，且磨耗均匀性较差，这也和实际情况基本相符。

2.1.3 弓头减震装置

A2型车采用金属簧片只能缓和弓头的垂向冲击，而A5型车使用的橡胶弹性元件和B3型车使用的叶片弹簧可有效减少弓头垂向、横向、纵向的冲击，因此A5型车、B3型车的受电弓跟随性优于A2车，因此A5、B3型车的受电弓燃弧率低于A2型车。

2.1.4 受电弓减震装置

B3型车受电弓在上支架、下支架之间安装了一个液压减震器，如图1所示，用于衰减列车正线运行时由于线路不平整等因素造成的车体振荡，保证弓网之间良好接触特性。这也是广佛线弓网关系良好的原因之一。

图1 B3型车受电弓液压减振器

2.2 接触网拉出值布置

拉出值布置不合理将导致碳滑板磨耗不均匀，出现“凹坑”，从而缩短碳滑板使用寿命［6]。另外，碳滑板磨耗出现“凹坑”后，碳滑板表面无法平滑过渡，引起弓网接触不顺畅，从而导致弓网离线、打火，进一步恶化弓网关系［7]。八号线接触网“半个正弦波”布置方式占全线的73%，其余位置为正弦波布置方式，广佛线接触网全线采用正弦波布置方式。通过对八号线弓网平台接触网拉出值检测数据分析，上、下行接触网拉出值布置不合理，部分拉出值出现频率高的位置将导致碳滑板磨耗过大，这与碳滑板实际磨耗形状基本一致，如图2所示。由此可知八号线接触网布置不合理是导致弓网关系恶劣的原因。

图2 八号线上、下行拉出值分布与碳滑板磨耗形状对比

2.3 接触线截面积

八号线、广佛线接触线按截面积大小分别为120 mm2和150 mm2。两种接触线的截面如图3所示。

图3 八号线、广佛线接触线截面图

八号线使用的120 mm2接触线，其燕尾槽以下部分为直径13.2 mm的半圆，广佛线使用的150 mm2接触线与碳滑板接触部分为椭圆，因此增加了弓线间的接触面积。同样大的接触压力下，八号线弓线间的机械磨耗量较广佛线的大，且列车取流时，由于八号线弓线接触截流面积小，更易引起拉弧打火现象。从实际运行情况来看，150 mm2接触线有利于弓网关系的改善。

2.4 受电弓受流情况

碳滑板与接触线的磨损主要体现在机械磨损和电磨损，其中电磨损占整个磨损的70%以上［8]。不同的车型碳滑板电流负荷的不同也导致碳滑板电磨耗的不同。广佛线车辆为4节动车编组，八号线列车为6 节4 动2 拖编组，日常载重及日均客流量明显比八号线小，需要的牵引功耗相对较低。

3种车型的单个受电弓受流大小对比如表3 所示，可知八号线A2、A5车受电弓受流大于广佛线B3型车，因此八号线碳滑板的电磨耗量大。除此之外，广佛线B3型车碳滑板宽度（60 mm）大于八号线碳滑板宽度（35 mm），在同样载流的情况下，八号线的碳滑板磨耗量将高于广佛线。

表3 A2、A5、B3型车受电弓受流比较

2.5 列车平稳性

列车运行时受垂向、横向、纵向冲击，由车体传递至受电弓，若列车平稳性差，也可能导致受电弓与接触线接触不稳定，弓网关系恶化。对比2019年八号线、广佛线平稳性测试的结果，广佛线B3型车在上下行各区间的平稳指标普遍小于八号线A2、A5型车的，3种车型的平稳性情况也与碳滑板实际磨耗情况、弓网关系表现一致，如表4所示。

表4 A2、A5、B3型车平稳性指标比较

3 结束语

通过对八号线、广佛线弓网关系的现状对比和原因分析，可以得出广佛线弓网关系良好的原因主要有受电弓结构设计合理、接触网拉出值布置合理、接触线截面积大、受电弓受流小、列车平稳性好。

为改善八号线弓网关系，后续可参考以下几点进行弓网关系优化：

（1）日常检修时注重受电弓拉力值的测量与调整，严格使用拉力测量工装进行日常拉力测量，降低受电弓离线率；

（2）受电弓日常检修注重弓头减振元件的检查，制定变形、破损的更换标准，对超标件及时更换；

（3）注重优化轮轨关系，合理安排镟轮修正轮对尺寸，日常检修注重转向架、轮对、一系簧、二系簧的检查；

（4）对接触线拉出值进行优化调整、接触线换型。

新线建设时要求充分考虑接触网拉出值对弓网关系的影响；新车受电弓选型时要求考虑受电弓设计对弓网关系的影响。