接觸線磨耗問題的研究

摘 要：隨著電氣化鐵道列車運(yùn)行速度的提高，弓網(wǎng)間接觸力會發(fā)生變化，系統(tǒng)會產(chǎn)生自激振動，振動幅度過大會造成受電弓滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線分離，出現(xiàn)離線現(xiàn)象。離線對電力機(jī)車牽引供電是非常有害的，不僅會引起機(jī)車受流不良，造成機(jī)車運(yùn)行不穩(wěn)定，加速接觸網(wǎng)和受電弓滑板的磨耗，產(chǎn)生無線電信號干擾，損壞機(jī)車電氣設(shè)備，嚴(yán)重時還會造成弓網(wǎng)故障引起列車停運(yùn)，給國家造成巨大的損失。本文就接觸線和受電弓的磨損問題從理論和實(shí)際的兩方面進(jìn)行研究以期找出能夠減少磨耗的方法，更好地服務(wù)鐵路運(yùn)營。

關(guān)鍵詞：接觸線 磨耗

中圖分類號：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0102-01

1 接觸線和受電弓的相互磨損和作用機(jī)理

接觸網(wǎng)設(shè)備必須能可靠地將電流傳輸給牽引車輛，機(jī)械設(shè)計(jì)尺寸一定要特別適合于運(yùn)行速度。接觸線是接觸網(wǎng)的重要成份。

1.1 接觸線的特性

受電弓沿其行走的預(yù)張力線稱為接觸線，剛性接觸網(wǎng)的接觸線由于匯流排的作用，幾乎無張力。

接觸線是被滑過的受電弓磨損的。此外，用于受電弓和接觸線接觸的材料的組合也對這些部件的磨損率有影響。銅接觸線與碳滑板的組合使磨損率達(dá)到最低。鋼和銅滑板會導(dǎo)致相當(dāng)高的磨損率。由于磨損使接觸線截面積減小，從而使載流量下降，并使導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度下降。確定是否達(dá)到磨損限度的標(biāo)準(zhǔn)是在磨損最嚴(yán)重的點(diǎn)上測量其截面積。若接觸線磨損均勻則使用壽命較長，其基本要求取決于架空接觸網(wǎng)和受電弓之間最良好的相互作用，而它是由設(shè)計(jì)、運(yùn)行速度以及精確安裝和充分維護(hù)來決定的。

1.2 受電弓和接觸網(wǎng)的接觸壓力

受電弓與接觸網(wǎng)接觸，當(dāng)兩者相對不動時，兩者間的接觸力表現(xiàn)為受電弓對接觸網(wǎng)的靜態(tài)抬升力，方向垂直向上。當(dāng)兩者相對運(yùn)動時，水平方向出現(xiàn)摩擦力，垂直方向除受電弓的靜態(tài)抬升力外，還有空氣對受電弓滑板的空氣動力，以及受電弓弓頭上下振動引起的慣性力。靜態(tài)接觸壓力，空氣動力接觸壓力，動態(tài)接觸壓力。

1.3 受電弓與接觸網(wǎng)的相互作用

接觸網(wǎng)與受電弓的相互作用決定供電可靠性和供電質(zhì)量，其相互作用依賴于受電弓和接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案及大量參數(shù)。

接觸網(wǎng)—— 受電弓系統(tǒng)要求通過連續(xù)的，即不中斷的電氣和機(jī)械接觸給牽引車輛供電，與此同時要使接觸線和滑板的磨耗保持盡可能低的程度。

連續(xù)送電時沒有電壓降或電流損失。這就意味著必須一直保持機(jī)械接觸。如果失去機(jī)械接觸，就會發(fā)生燃弧。相反，接觸壓力也不可能過大，因?yàn)檫@會導(dǎo)致接觸網(wǎng)抬升過高并帶來無法接受的磨耗。

1.4 受電弓滑板和接觸線的材料

接觸線和滑板的使用壽命基本取決于：受電弓作用在接觸線上的接觸壓力；制作受電弓和滑板的材料；滑板的數(shù)量和制作尺寸；通過接觸點(diǎn)的電流量牽引車輛的速度；線路處于隧道或區(qū)間的環(huán)境系數(shù)。純銅和銅合金（純銅、銀銅合金、鎂銅合金等）已成為接觸線的主要材料。

2 接觸線非正常磨損的主要原因

通過上述分析可知接觸網(wǎng)的接觸線是電力機(jī)車受電弓的取流途徑，兩者通過不斷接觸摩擦取得電流。在長期的不斷摩擦接觸當(dāng)中正常的磨損不可避免。而在非正常磨損中，弓網(wǎng)關(guān)系的良好與否直接關(guān)系著受電弓取流時對接觸網(wǎng)的壓力從而是非正常磨損程度的主要因素。

2.1 受電弓磨耗不規(guī)則導(dǎo)致接觸線非正常磨損

國內(nèi)的電力機(jī)車都是通過機(jī)車頂上的受電弓來取電的。受電弓的最上部是碳滑條，通過碳滑條與接觸網(wǎng)接觸實(shí)現(xiàn)受流，從而把電網(wǎng)的電能源源不斷地提供給機(jī)車。正常情況下，受電弓在接觸網(wǎng)滑行時對碳滑板會造成有機(jī)械磨損。

由于受電弓磨耗的不規(guī)則，破壞了弓網(wǎng)之間的正常磨耗關(guān)系，造成了接觸線的磨耗不均勻，受電弓兩端磨出的凹槽使錨段中部接觸線產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象。接觸線磨耗不均勻，即接觸線工作面不平滑，也會加速受電弓磨耗不規(guī)則，形成惡性循環(huán)。這樣造成的影響就是弓網(wǎng)關(guān)系惡化，弓網(wǎng)之間容易離線、打火和拉弧，嚴(yán)重時可能燒損接觸線、受電弓碳滑板或者其他接觸網(wǎng)設(shè)備（如分段絕緣器），影響變電所的供電質(zhì)量和機(jī)車的受流質(zhì)量。

2.2 接觸網(wǎng)的布置方式的缺陷導(dǎo)致弓網(wǎng)接觸較差

一般在在接觸網(wǎng)中，在接觸網(wǎng)的“之”字形布置情況下，當(dāng)受電弓以某一速度滑過時，碳滑板不同點(diǎn)被磨損的程度是相同的。而當(dāng)接觸網(wǎng)的布置方式不太妥當(dāng)?shù)臅r候，碳滑板的磨耗程度不盡相同。在這種情況下，經(jīng)過多次磨耗后，受電弓碳滑板的形狀將會出現(xiàn)中間磨損較小，兩端磨耗較大的情況。

2.3 接觸線的材料質(zhì)量

在整個區(qū)段或區(qū)間當(dāng)中，相關(guān)接觸線的材質(zhì)也是導(dǎo)致非正常磨損的一個原因?？紤]到與受電弓進(jìn)行著長期摩擦和接觸，接觸線的材料一定要相當(dāng)可靠并在較長的距離范圍內(nèi)的材質(zhì)盡量相同以便和更好達(dá)到和受電弓壓力的一種平衡。

3 如何避免接觸線非正常磨損的方法

3.1 改善弓網(wǎng)關(guān)系建立良好受流措施

通過上述論述我們知道電力機(jī)車是通過受電弓滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線間的滑動接觸而獲取電能的。當(dāng)運(yùn)動的受電弓通過相對靜止的接觸網(wǎng)時，接觸網(wǎng)受到外力干擾，于是在受電弓和接觸網(wǎng)兩個系統(tǒng)間產(chǎn)生動態(tài)的相互作用，弓網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生特定形態(tài)的振動。當(dāng)振動劇烈時，可以造成受電弓滑板與接觸導(dǎo)線脫離接觸，形成離線，產(chǎn)生電弧和火花，加速電器的絕緣損傷，對通信產(chǎn)生電磁干擾，更嚴(yán)重的是直接影響受流，甚至?xí)斐晒╇娝矔r中斷，使列車喪失牽引力和制動力。而弓網(wǎng)之間接觸力過大時，雖可大大降低離線率，但接觸導(dǎo)線與受電弓滑板磨耗增大，使用壽命縮短。因此，良好的弓網(wǎng)關(guān)系是確保列車穩(wěn)定可靠地受流的基本前提，也是避免接觸線非正常磨損的主要方法。

3.2 優(yōu)化接觸網(wǎng)布置方式

優(yōu)化接觸網(wǎng)跨距，理論計(jì)算和模擬實(shí)驗(yàn)表明，跨距取大值受流情況較好。特別在機(jī)車高速運(yùn)行時，接觸網(wǎng)和受電弓可以取得更為理想的受流關(guān)系。加大線索張力，尤其是加大線索張力，改善受流較明顯。理論上，在接觸線截面積相同的前提下，提高接觸線的張力可以降低接觸網(wǎng)的彈性、提高接觸線的波動傳播速度、提高多普勒洗漱、降低放大系數(shù)、降低最大解除壓力、降低接觸力的標(biāo)準(zhǔn)偏差及接觸線的抬升量?？梢哉f接觸線張力對受流質(zhì)量起著關(guān)鍵作用，提高接觸線的張力可以改善接觸網(wǎng)的所有受流特性參數(shù)。從而減小接觸線的磨耗壓力。減小接觸網(wǎng)的線密度，減小振動時的關(guān)系。隨著接觸線線密度的增大，解除壓力的最大值、均方根值和變化幅值均增大，最小值減少。不均勻洗漱隨接觸線線密度的增大而增大?？梢姡瑴p小接觸線線密度有利于受流和減小磨耗。

3.3 采取較為可靠地接觸線材料

由于受電弓和接觸線長期接觸摩擦，采取可靠地接觸線材質(zhì)也是重要的減小磨耗的方法。且選取的接觸線應(yīng)該在特定較長區(qū)段保持材質(zhì)相同，達(dá)到和受電弓進(jìn)行摩擦的平衡。

4 結(jié)語

在大準(zhǔn)鐵路生產(chǎn)運(yùn)量日益攀升的今天，我們要越發(fā)重視接觸線和受電弓的磨耗問題，尋找能夠更加改善弓網(wǎng)關(guān)系的方法，以更好地服務(wù)生產(chǎn)，保證運(yùn)量保證安全。