城市轨道交通车辆滑板异常磨耗原因浅析

罗海鹏

摘 要：地铁车辆受电弓与接触网滑动受流过程中会发生正常磨耗，弓网关系异常将导致受电弓碳滑板和接触网磨耗异常，直接影响碳滑板、接触网的使用寿命，文章针对某线路列车在实际运营中出现受电弓滑板异常磨耗，结合弓网系统的实际运行工况，从接触压力值、材质、燃弧等角度对滑板异常磨耗情况进行了分析，并提出了改进意见。

关键词：地铁车辆;碳滑板;磨耗

1 受电弓滑板作用

碳滑板是地铁车辆重要的受流部件，通过碳滑板的作用将接触网上的电能源源不断地“流入”地铁车辆，经过逆变器的作用将电能转化为机械能，驱动车辆前进。

2 滑板异常磨耗概况

TY2号线车辆空载试运营期间，车辆计划修作业中发现T15-5车碳滑板磨耗到限（如图1），碳滑板呈波浪形，最低值约为22.9 mm，已达到限定值。

2.1 更换情况

检查发现T15情况后，在两天内对全部16列车进行碳滑条普查，结果发现T2、T3、T4、T6、T7、T9、T11均存在磨耗到限的，其余列车也存在异常磨耗的情况。

自12月7日至12月15日，完成第一批碳滑板更换，其中12月7日，T4更换8根万高品牌的新碳滑板，进行跟踪对比。自12月27日至21年1月15日，完成第二批碳滑板更换，其中T15车在12月24日，更换为大同新型材碳滑板。自1月30日起，开始第三批碳滑板的更换。16列电客车总共更换54次新碳滑板，共计432根。

2.2 碳滑板磨耗情况

由上表可知，16列电客车均存在异常磨耗的现象。自碳滑板开始更换，平均运行公里数为23 673 km。各列车均已更换至少三次碳滑板，平均每万公里磨耗25.27 mm，每次更换后平均运行里程为6 644 km。结合现有运行图统计，每日最高车次运行公里数为520 km，16列电客车全部更换新碳滑板后，在最高车次运行条件下，大约可用12天。

在各列电客车中，均存在不同程度的异常磨耗，较好的列车为02009车，仅更换两次碳滑板，运行里程为19 012 km，

平均每次更换碳滑板后均可运行9 506 km，万公里磨耗为16.83。略高于平均水平。较差的列车为02015车，更换碳滑板次数为4.5，运行里程却为17 514 km，平均每次更换碳滑板可运行3 892 km，低于平均水平。虽然16列电客车碳滑板磨耗程度不同，但是均远低于合同要求和技术规范中要求的碳滑板磨耗公里数为15万公里的条件。其中试用万高、大同厂家的碳滑板同摩根比较，结果未有明显改善。

3 原因调查与分析

3.1 受电弓静态接触力

TY2号线电客车采用单臂气囊式受电弓，可以调整最大升弓高度、升降弓时间、弓网接触力，以适应使用工况的变化。根据地铁行业标准，受电弓升起后与接触网接触力为120 N±10 N。在受电弓升起后，沿铅锤方向往下拉上臂的上交叉管，使受电弓以较小速度匀速向下运动，拉力值应在120 N±10 N以内。

受电弓与接触网接触力主要是保证受电弓碳滑板与接触网的紧密衔接，保证受流质量。过高的接触力会导致碳滑板的异常磨耗，过低的接触力会导致碳滑板与接触网接触不良，在通过锚段等位置产生震动，超过接触临界，从而导致拉弧，降低受流质量。在发现异常磨耗的第一时间，受电弓厂家中车赛德经过现场检查和测量，确认现场作业人员受电弓接触力测量方法符合工艺要求，且库内所有电客车接触力均满足120 N±10 N，满足相关标准。同时，通过与其他地铁线路对比，采用相同受电弓厂家的受电弓接触力标准均设定在120 N±10 N，而此类地铁碳滑板磨耗基本无异常。

为进一步排除此因素影响，分别将02015和02013车受电弓接触力调整为130 N和110 N进行跟踪测量，经过四天的测量，两列车在接触力调整后的碳滑板磨耗情况与调整前无明显变化。在每一次碳滑板测量的同时，对受电弓接触力进行测量，保证接触力为120 N±10 N。

3.2 碳滑板材质

TY2号线电客车采用CED160DA型单臂气囊式受电弓，弓头装置由四滑板组成，每两根为一组，保证受流面积和受流质量。严格按照国家和行业标准和规范设计制造，适用于牵引网压为1500VDC地铁车辆。MY258A2型碳滑板属于浸金属碳滑板，目前已经被国内地铁行业广泛采用。

在碳滑板出现异常磨耗后，联系受电弓厂家中车赛德，将TY2号线所使用的碳滑板送到第三方检测机构——国家铁路产品质量监督检验中心进行检测，检测碳滑板硬度、粘接电阻、20℃电阻率、冲击韧性等各项碳滑板性能，结果均符合相关标准，检测合格。

3.3 燃弧率

燃弧的产生是由于受电弓与接触网发生接触不良甚至机械性瞬时脱离的现象，导致弓网动态受流恶化，引起弓网燃弧现象的发生。由于燃弧发生具有相当高的瞬时热量，会直接烧蚀接触网或受电弓滑板，长期运行会使得接触网及受电弓滑板变得不平顺，加剧受电弓碳滑板的磨耗，甚至会出现断线及滑板变得不平顺，对列车运行安全造成严重影响。

TY2号线电客车采用CED160DA型单臂气囊式受电弓，弓头装置由四滑板组成，每两根为一组，共有四个羊角。严格按照国家和行业标准和规范设计制造，适用于牵引网压为1500VDC地铁车辆。

在碳滑板出现异常磨耗后，联系受电弓厂家中车赛德和碳滑板厂家摩根登顶检查受电弓的同时，对滑板磨损情况进行判定，發现部分车辆的受电弓碳滑板存在不良磨耗、主要表现为滑板表面存在电弧后的黑点和电击坑洞。

通过弓网监测的数据采集功能，对两个高配车（02001、02002）不同时间段的接触网燃弧情况进行了分析，发现02001-5高配车3月20日一个上行区间的弓网监测数据，疑似发生燃弧154次，共计23.81 s，燃弧率为0.85%（国家标准0.05%）。02002-2高配车3月20日一个上行区间的弓网监测数据，疑似发生燃弧100次，共计31.096 s，燃弧率为1.11%（国家标准0.05%）。

碳滑板磨耗分为机械磨耗和电气磨耗，电器磨耗占70%，机械磨耗占30%，而燃弧的发生是由于瞬时电击产生，瞬间产生2 000℃左右的高温，会直接烧蚀接触网或受电弓滑板，长期运行会使得接触网及受电弓滑板变得不平顺，从而加剧燃弧。

3.4 原因综述

综上所述，受电弓与接触网接触力（120 N±10 N）对近期发生的碳滑板异常磨耗基本没影响，可以基本排除受电弓接触力这一因素;受电弓碳滑板材质对近期发生的碳滑板异常磨耗基本没影响，可以基本排除受电弓碳滑板材质这一因素;受电弓接触网之间燃弧与碳滑板异常磨耗有关。

4 燃弧原因分析

4.1 弓网间接触压力的影响

受电弓与接触网的接触状态决定了弓网间是否会发生离线现象。当弓网间接触压力过大时，会加剧受电弓碳滑板和接触线的磨耗;当弓网间接触压力过小时，会导致离线，从而引发拉弧打火现象，烧伤受电弓碳滑板和接触线底面，严重时可能烧断接触线。

4.2 接触线动态抬升量的影响

理想状态下，接触线导高值应保持恒定不变，以确保受电弓与接触线的稳定接触。但在实际运行中，接触线在受到受电弓的抬升力作用下，会有一定的抬升以及后续跟随的上下振动。当受电弓经过定位点时，接触线在定位器的作用下抬升量较小，但在远离定位点位置时，由于没有定位器的限制，接触线在受电弓的作用下抬升量相应升高，经过跨中位置时达到峰值。实践表明，接触线的抬升量变化幅度越小，受流质量越好;抬升量变化幅度越大，电客车在高速运行通过时引起的接触线振动越大，影响弓网间的跟随性，可能造成离线，产生拉弧打火现象。就接触网而言，跨距内导高值的剧烈变化、锚段关节过渡处不水平、中锚出现负驰度等都会引起抬升量的突然变化，进而导致因离线产生拉弧打火现象。

5 改进建议

5.1 受电弓

加强受电弓碳滑板的磨耗检查与维修。当同一根滑板磨耗到限时进行更换，磨耗面出现波浪状时，波浪高点与最低点高度差超过4 mm时，应对高点进行相应的打磨，保证磨耗面在整个滑板条长度范围内能够平滑过渡。当发现相邻碳滑板高度差超过5 mm时，需对其进行更换。应尽量保证4根碳滑板水平，定期用水平尺检查并调整高度，使4根碳滑板都与接触网可靠接触，减少拉弧。

加强碳滑板及受电弓表面的电腐蚀、硬点及裂纹的检查，及时发现问题，查找原因。

加强静态接触压力检测，加强轴承关节、液压阻尼器等关键元件检查，以防卡滞现象。加强弓头自由度检查，保证弓头能够绕上臂杆灵活转动并有一定的旋转角度。

5.2 接触网外观检查及调整

外观检查是发现问题最简单直接的方式，因线路较长，应将检查重点放在易出故障的位置，主要包括如下位置：锚段关节、绝缘关节、硬点易发区、刚柔接触网连接处。通过检查相关部分的烧蚀和硬点等现象，来判断该位置是否为拉弧点。根据具体情况进行维修或更换，保证接触网正常受流。

6 结语

滑板异常磨耗是个复杂的系统接口问题，与接触网的拉出值、导高、受电弓滑板耐弧性能、压力值、材料匹配等因素息息相关，多因素叠加效应会打破弓网良性配合的状态，相反，改善其中任意关键因素，弓网配合可能又恢复到一个良性状态。弓网系统相关接口的技术参数仍需要进行更多的应用研究，不断总结验证，最终解決这一系统性问题。

参考文献：

[1]李家栋.南京地铁4号线弓网异常磨耗问题探讨[J].交通世界，2020（30）：13-14.

[2]刘秀美，徐崎姝，李亮，等.大连地铁1、2号线受电弓碳滑板异常磨耗研究[J].铁道机车与动车，2020（4）：30-34.