高速動(dòng)車(chē)組軸端接地裝置碳刷磨耗故障問(wèn)題分析

石賢慶（青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司，山東 青島 266111）

高速動(dòng)車(chē)組軸端接地裝置碳刷磨耗故障問(wèn)題分析

石賢慶
（青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司，山東 青島 266111）

本文主要介紹動(dòng)車(chē)組上軸端接地裝置的工作原理從而分析碳刷出現(xiàn)磨耗故障的原因。

動(dòng)車(chē)組；接地裝置；接地碳刷；接觸盤(pán)；恒力彈簧

1　引言

軸端接地裝置是動(dòng)車(chē)電力回路的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著動(dòng)車(chē)電流通過(guò)車(chē)軸及車(chē)輪導(dǎo)回軌道的功能。動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架的每根車(chē)軸上中有一個(gè)軸端接地裝置，網(wǎng)側(cè)高壓經(jīng)主變壓器后通過(guò)接地線裝置流過(guò)車(chē)軸車(chē)輪接入鋼軌，形成一個(gè)回路，能有效的改善動(dòng)車(chē)導(dǎo)電性能和防止?jié)L動(dòng)軸承電蝕，提高車(chē)輛的可靠性。碳刷是軸端接地裝置的重要組成部分，在動(dòng)車(chē)的行駛過(guò)程中，碳刷將車(chē)體的接地電流匯入車(chē)軸的同時(shí)，還與安裝在車(chē)軸端部的接觸盤(pán)存在相對(duì)摩擦。本文針對(duì)碳刷在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的磨損問(wèn)題做出的分析和探討。

2　軸端接地裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1　軸端接地裝置結(jié)構(gòu)爆炸圖

軸端接地裝置主要由：端蓋、恒力彈簧、碳刷、刷架、絕緣殼體、接觸盤(pán)組成。其中，接觸盤(pán)固定在車(chē)軸上，刷架與絕緣殼體連接后和轉(zhuǎn)向架的軸箱蓋固定，碳刷在刷架內(nèi)通過(guò)恒力彈簧壓緊在接觸盤(pán)上。工作時(shí)電流通過(guò)軸端接地裝置的刷架、碳刷、接觸盤(pán)接入車(chē)軸。軸端接地裝置結(jié)構(gòu)爆炸圖如圖1所示。

圖2　軸端接地裝置安裝圖

軸端接地裝置安裝在轉(zhuǎn)向架的軸箱蓋上，如圖2所示，并通過(guò)接地電纜與車(chē)體連接，能為軸承提供有效的保護(hù)作用。其工作原理是：由接地電纜將車(chē)體上的電流通過(guò)軸端接地裝置的碳刷直接傳遞至車(chē)軸，再通過(guò)車(chē)輪與鋼軌形成接地回路。

3　軸端接地裝置碳刷磨損的原因分析

由于碳刷與安裝在車(chē)軸端部的接觸盤(pán)存在相對(duì)摩擦，因而碳刷在使用過(guò)程中比較容易磨損。造成碳刷磨損的原因有以下幾個(gè)方面：

（1）產(chǎn)生的火花。碳刷在軸端接地裝置中的主要作用是對(duì)金屬摩擦的同時(shí)導(dǎo)電。由于碳刷中含有石墨，因而大大減少了碳刷摩擦導(dǎo)電產(chǎn)生的火花，但實(shí)際應(yīng)用中仍然會(huì)產(chǎn)生微弱的火花，產(chǎn)生的火花加快了碳刷的磨損。

（2）碳刷電流的影響。碳刷電流越大，工作時(shí)產(chǎn)生的火花可能會(huì)越大，碳刷的磨損越快。需增加碳刷與接觸盤(pán)的接觸面積，保證其可靠的過(guò)電流能力。

（3）表面的光潔度。接觸盤(pán)和碳刷摩擦表面的光潔度越高，其摩擦系數(shù)越小，碳刷的磨損率就越低。

（4）壓簧壓力的影響。壓簧壓力過(guò)大，會(huì)造成碳刷的機(jī)械磨損增大；同時(shí)壓簧壓力過(guò)小，雖然碳刷與接觸盤(pán)間摩擦小了，但接觸不良容易產(chǎn)生火花，同樣會(huì)加快碳刷磨損。軸端接地裝置應(yīng)選用的壓簧，在其工作伸長(zhǎng)范圍內(nèi)壓力應(yīng)均衡，即選用恒力彈簧。恒力彈簧與伸長(zhǎng)量的關(guān)系如圖3所示：

圖3　恒力彈簧與伸長(zhǎng)量

4　碳刷與恒力彈簧作用力分析

根據(jù)三維模型，碳刷在恒力彈簧的壓緊作用下與接觸盤(pán)接觸，碳刷的運(yùn)動(dòng)受到安裝條件的限制，可以在車(chē)軸的軸向方向上來(lái)回移動(dòng)，碳刷壓緊在接觸盤(pán)上的作用力是由恒力彈簧提供的。建立碳刷恒力彈簧的簡(jiǎn)化物理模型如圖4所示：

圖4　受力分析示意圖

碳刷在如上圖所示的四個(gè)力的作用下處于平衡狀態(tài)，那么僅就水平方向上進(jìn)行受力分析可以得到：

由以上條件可得：

從上面的分析計(jì)算結(jié)果來(lái)看，并考慮到碳刷安裝條件，在機(jī)車(chē)的橫向（碳刷伸縮移動(dòng)方向）出現(xiàn)10g的加速度時(shí)，彈簧能壓緊碳刷在接觸盤(pán)上，保證碳刷和接觸盤(pán)的接觸。

5　結(jié)論與建議

通過(guò)以上分析，增加碳刷與接觸盤(pán)的接觸面積、保證其可靠的過(guò)電流能力、保證接觸盤(pán)和碳刷摩擦表面的光潔度、保證恒力彈簧在其工作伸長(zhǎng)范圍內(nèi)壓力應(yīng)均衡，且壓力值不應(yīng)過(guò)大或過(guò)小、保證碳刷的材質(zhì)，可以減小碳刷的磨損率的。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.181