广州地铁二号线列车受电弓碳滑板异常磨耗分析
概述：分析了可能造成广州地铁二号线列车受电弓碳滑板出现异常磨耗问题的原因，确定造成碳滑板异常磨耗的因素主要包括：接触网布置的均匀性及受电弓弓头结构、升弓保持力等。
1、问题的提出
广州地铁二号线列车投入运营以来，其受电弓碳滑板一直存在异常磨耗问题。磨耗后的碳滑板在其两侧各出现两个凹槽，而广州地铁一号线列车运行10年以来，其磨耗后的碳滑板表面都未曾出现过凹槽现象。为确定二号线车辆受电弓碳滑板磨耗后出现凹槽的原因，我们对该问题进行了一系列的分析和试验。 2、原因分析与相关试验
2.1 正线接触网布置均匀性的影响
结合Bombardier公司在广州地铁二号线列车受电弓接触网测试报告可以看出，磨耗后的碳滑板表面4个凹槽与接触网在正线的布置存在联系。从图1可以看出，二号线接触网与碳滑板主要接触区域为碳滑板上的4个点，这4个点基本与磨耗后的二号线列车受电弓碳滑板上的4个凹槽相对应。因此可得出正线“之”字形布置的均匀性与碳滑板的异常磨耗是存在联系的，碳滑板与接触网接触时间最长的区段上更易形成凹槽。
图1 接触网“之”字排列分布y柱状图
2.2 受电弓的升弓保持力存在问题
由于二号线采用刚性接触网，而一号线采用柔性接触网，对比两种接触网，在受电弓升起后刚性接触网的抬升值非常小，而柔性接触网的抬升值相对较大，这样就会造成与柔性接触网的碳滑板表面压强小于与刚性接触网接触的碳滑板表面压强。因此我们最初怀疑造成二号线受电弓碳滑板的异常磨耗主要为物理磨理，为验证这一分析在2006年3月将一列二号线列车的受电弓升弓保持力调整为100N（正常为（120±10N）），并进行运行跟踪，试验结果证明将受电弓升弓保持力降低后的碳滑板平均每万km磨耗率还高于调整之前的磨耗率。因此确定二号线列车受电弓碳滑板异常磨耗的原因并不时由于刚性接触的抬升值小造成的物理磨耗。
但在对受电弓检查过程中发现，二号线列车受电弓的升弓保持力在升弓高度改变时变化较大，比如，在车库接触网高度的升弓保持力调整到120N，而当受电弓升弓高度降低到隧道内接触网高度4040mm时，升弓保持力降低为100N左右。当受电弓升弓保持力降低时，碳滑板与接触网将无法完好配合，有可能在运行过程中出现碳滑板与接触网脱离从而造成接弧的问题，当出现此情况时，碳滑板和接触网都将产生电磨耗。而且从供电部门了解到现在二号线接触线的磨耗也比较严重，有部分区段的接触线已接近极限。 2.3 二号线列车受电弓的弓关结构存在问题
一号线列车受电弓有弓头是2根碳滑板联动的结构。而二号线列车受电弓的弓头是4根碳滑板联动的结构，这种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，有可能存在只有2根碳滑板与接触网接触的情况，而在这种情况下，与接触网接触的这2根碳滑板上的电流值上升，碳滑板表面温度升高造成电磨耗。一、二号线列车受电弓弓头对比见图2与图3。
图2 一号线列车受电弓的弓头结构 图3 二号线列车受电弓的弓头结构
2.4 对比试验
基于以上分析，我们在核对一号线列车受电弓尺寸和完成相关工装的制作后，在一列二号线列车上安装一号线列车受电弓进行了对比试验。现试验已进行了接近3个月，并得到如下表1所示的碳滑板测量数据。
表1 2007年广州地铁二号线列车安装两种受电弓的碳滑板测量数据
统计测量数据后计算出原二号线列车受电弓碳滑板的磨耗率为6.8169mm/万km，换为一号线列车受电弓后其碳滑板的磨耗率为2.8937 mm/万km。从换弓试验的结果可以确定，碳滑板异常磨耗与受电弓的弓头结构和升弓保持力是存在较大的关系的。 3、结论
综合以上的分析和试验结果，为保证受电弓碳滑板与接触网两者之间的良好配合，需从以下方面着手：1）保证正线接触网“之”字布置的均匀性；2）在受电弓处于不同的升弓高度时确保升弓保持力不变；3）受电弓设计时应注意弓头结构设计，需保证其上的碳滑板在磨耗不均的情况下都能与接触网接触良好。
18 受电弓故障案例一
