軌道交通車輛受電弓維修策略探討

吳佩瓊

0 引言

隨著我國軌道交通技術(shù)的不斷進步，軌道交通運行車輛從蒸汽機車向內(nèi)燃機車、電力機車牽引的發(fā)展格外引人注目。電氣化鐵路在中國的軌道交通里程中占據(jù)了很大部分，針對軌道車輛的日常及故障檢修尤為重要。在已有的電氣化鐵路運營線路中，根據(jù)歷年的各類事故統(tǒng)計，由受電弓引起的車輛設(shè)備故障的占比較大。受電弓是車輛的重要部件，同時也是與接觸網(wǎng)直接接觸的部分，在車輛高速行駛中受磨損較大，具有較高的失效概率。

軌道交通車輛供電和運行中斷嚴(yán)重影響線路運輸秩序，是軌道交通車輛面臨的一個非常突出的問題。因此，對受電弓常見故障的分析和處理，對于軌道交通的安全可靠運行具有十分重要的意義。

1 受電弓概述

1.1 受電弓的結(jié)構(gòu)

受電弓結(jié)構(gòu)種類繁多，按其傳動方式可分為彈出式和充氣式；按臂形可分為單臂受電弓和雙臂受電弓；按使用速度可分為高速受電弓和普速受電弓；按受電弓架的數(shù)量可分為單受電弓、雙受電弓等。目前，單臂受電弓在我國軌道交通車輛上應(yīng)用最多。受電弓主要由弓頭、機架、底盤和驅(qū)動機構(gòu)等部分組成。底盤支撐架經(jīng)絕緣體安裝在車輛上部，支撐架通過提升弓簧支撐弓頭。從結(jié)構(gòu)角度分析，整個機架由2個四桿機構(gòu)組成，傳動裝置安裝在機架的下臂，實現(xiàn)受電弓的上下運動。

受電弓弓頭工作時會伴隨接觸網(wǎng)高度的起伏，作用位置改變的同時需維持弓頭的基本水平。弓頭若不能保持水平方向運動，接觸線與滑板之間產(chǎn)生的接觸面就不可能連續(xù)，可能引起弓頭磨損進而導(dǎo)致接觸線離線。圖1所示為單臂受電弓結(jié)構(gòu)。

圖1 單臂受電弓結(jié)構(gòu)

1.2 受電弓主要部件

車輛運行過程中，經(jīng)受電弓從接觸網(wǎng)取流。根據(jù)單臂受電弓的設(shè)計，其結(jié)構(gòu)主要由滑板機構(gòu)、機架和滾輪驅(qū)動機構(gòu)三部分組成。

（1）滑板機構(gòu)主要由滑板和支架組成，一般采用鋁制材料，其直線長度可達(dá)1 200 mm，前后兩端成彎角，可以有效阻止線岔處接觸線竄入滑板底部?；逋ㄟ^支架安裝在上機架上，支架由薄鋼板制成，并配有小圓柱螺旋彈簧。車輛在行駛過程中，整個滑板隨著接觸導(dǎo)線松弛度的起伏進行往復(fù)運動，有利于受流處于最佳狀態(tài)。為了改善滑板磨損狀況，接觸線與軌道中心線之間采用“之”字形布置。

（2）機架由上機架、平衡桿、下臂、推桿和底盤等部分組成。底盤由槽鋼和球墨鑄鐵支架組裝而成，采用3個支撐絕緣子安裝在列車車頂上。受電弓受流運動部件安裝在底盤上。下臂轉(zhuǎn)軸由無縫鋼管組成，安裝在底盤上。下臂通過鑄鐵制成的中間鉸鏈座與上機架和推桿連接。推桿由34 mm×4 mm無縫鋼管制成，前后兩端分別通過正負(fù)按鈕與推桿鉸鏈連接，有利于改善弓頭的下降位置和最大抬升量。

2 受電弓常見故障原因分析及處理

2.1 弓頭不能升高或自動降低

出現(xiàn)該類故障可能是由于受電弓故障開關(guān)SDK處在故障位置或按鍵接觸不良，受電弓氣動閥故障或連接松動，門未關(guān)閉或門聯(lián)鎖頂桿不到位，風(fēng)塞關(guān)閉或風(fēng)壓偏低，彈簧斷裂或其他故障。

處理措施：（1）查看各電氣開關(guān)狀態(tài)并確認(rèn)控制電氣柜上的開關(guān)位置是否正確；（2）查看升弓氣路風(fēng)壓的數(shù)值是否正常，在低于正常值時采用輔助壓縮機泵風(fēng)；（3）車輛停止運行并自動降弓，仔細(xì)查看受電弓損壞程度，記錄受損的位置。

2.2 弓升起后出現(xiàn)電弧現(xiàn)象

出現(xiàn)該類故障可能是由于非絕緣物質(zhì)附著在車輛頂部、表面污臟或雨水引起的瓷瓶爬電，雷擊時導(dǎo)致的電壓擊穿放電，并引起車頂瓷瓶裂開。

處理措施：需立即停車進行降弓檢測，在斷電并做好相應(yīng)絕緣防護后進行仔細(xì)檢查，如果結(jié)構(gòu)未破損，處理完畢后可繼續(xù)運行；若檢查出結(jié)構(gòu)破損，如瓷瓶損壞，可將損壞處的導(dǎo)電桿軟連接完全斷開，利用另一端受電弓繼續(xù)運行。

2.3 受電弓受流時拉弧

受電弓受流時拉弧的可能原因：（1）受電弓與接觸線的接觸磨損已達(dá)極限；（2）升弓彈簧中的其中一根發(fā)生斷裂或彈簧壓力不足；（3）調(diào)壓閥調(diào)整發(fā)生故障；（4）受電弓鉸鏈座潤滑油不足；（5）接觸網(wǎng)產(chǎn)生的故障，非受電弓問題。

出現(xiàn)上述（1）、（2）、（4）情況時，應(yīng)立即停止使用故障受電弓，并將另一端完好的受電弓升起，維持車輛運行。出現(xiàn)（3）情況時，可在規(guī)定值的范圍內(nèi)改變壓力值，或直接使用總風(fēng)系統(tǒng)維持車輛運行。出現(xiàn)（5）情況時，可先收回受電弓，行駛一段距離后再嘗試升弓，并及時向運控中心報告情況。

3 軌道交通車輛受電弓的維護維修管理

3.1 受電弓維護策略

軌道交通車輛每行駛4 000～5 000 km，根據(jù)車輛類型的不同進行一級修理。一級修理的主要內(nèi)容是對車輛進行全面檢查和試驗。指定項目的二級修理以每月或運行一定的公里數(shù)（如30 000或100 000 km）進行。二級修理的內(nèi)容是對特殊零件或系統(tǒng)進行檢查、測量和試驗。一級修理和二級修理統(tǒng)稱為作業(yè)修理。在運行維護中，應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)安全隱患并加以解決，避免軌道交通車輛在線運行時出現(xiàn)故障。受電弓是軌道交通車輛的關(guān)鍵部件，也是日常維護的重點部件。受電弓的維護應(yīng)注意以下問題：

（1）提升關(guān)鍵設(shè)備質(zhì)量水平，特別是金屬件與橡膠件，在設(shè)計和制造環(huán)節(jié)保證一定強度，能承受軌道車輛在高速運行過程中產(chǎn)生的高頻振動及空氣流動形成的壓力，抗磨損且不輕易斷裂。

（2）保持受電弓及車頂周圍的清潔，每天需對受電弓的關(guān)鍵位置進行清理并及時掃除表面的臟污，如遇極端的雨雪天氣，可增加頂部絕緣子的擦拭頻率。

由受電弓引起的故障對線路的運行將產(chǎn)生重大影響，當(dāng)運行中的車輛發(fā)生受電弓故障時，列車工作人員或隨車工程師需及時進行故障診斷并完成排除。如受電弓故障不能及時排除，應(yīng)立即停止車輛運行，并降下故障受電弓，引導(dǎo)車輛返回車庫后進行修復(fù)與問題排查。如果受電弓的故障可以及時排除，且排除后不影響車輛的正常行駛，可繼續(xù)車輛行駛。

鑒于線路運行環(huán)境復(fù)雜，為及時發(fā)現(xiàn)線路的隱患，可在車頂添加輔助設(shè)備，如添加攝像頭記錄受電弓和接觸網(wǎng)狀態(tài)，或增設(shè)防飛行類動物裝置以防止受電弓受到?jīng)_擊。通過在車頂上安裝監(jiān)控攝像頭，可為技術(shù)人員提供受電弓和接觸網(wǎng)影像資料，為診斷、排除故障提供可靠手段。飛行類動物驅(qū)散技術(shù)在民航系統(tǒng)中的研究和應(yīng)用較多，但動車組與民用客機不同，不適合安裝固定驅(qū)散設(shè)備，可以考慮在頭車的車頂上安裝干擾裝置，以驅(qū)散飛行類動物，減少對受電弓的影響。

3.2 受電弓檢修指導(dǎo)

受電弓日常檢修包括性能檢查、外觀檢查和表面清理三部分，并制定受電弓檢修作業(yè)指導(dǎo)書，檢修質(zhì)量應(yīng)參考相關(guān)的維護操作標(biāo)準(zhǔn)。檢修過程中的攀爬作業(yè)必須在其未與接觸網(wǎng)接觸的情況下進行，并需及時清除車頂?shù)漠愇铩?/p>

3.2.1 受電弓性能檢查

（1）受電弓靜態(tài)接觸力測量。受電弓的壓縮空氣壓力應(yīng)在額定范圍內(nèi)（340～420 kPa）。駕駛室發(fā)出升弓指令后，車頂操作員應(yīng)目視確認(rèn)升弓。使用輕彈簧秤連接頂管弓形件的中部，將弓形件漸漸向下拉動時測量接觸壓力，最大下降速度不大于0.l m/s；提升弓的高度從0.5 m緩慢向上升至2.4 m時測量接觸壓力，最大上升速度不大于0.1 m/s；向下移動時的接觸力范圍為（90+5）N，向上移動時的接觸力范圍為（70+5）N。假如靜態(tài)接觸力超出了規(guī)定的范圍，則需要通過受電弓閥板上的安全閥重新對靜態(tài)接觸力進行調(diào)整。

（2）升弓提升試驗。受電弓靜態(tài)壓力試驗合格后，司機室發(fā)出受電弓升弓指令，車頂人員觀察受電弓升弓是否平穩(wěn)，并記錄升弓時間。受電弓從平臺位置上升到絕對位移0.9 m，用時應(yīng)小于4 s，在升弓過程中不允許反彈。司機室發(fā)出降弓命令，車頂工作人員觀察受電弓是否平穩(wěn)降弓，并記錄降弓時間。受電弓從絕對位移0.9 m下降到受電弓平臺位置的用時應(yīng)小于4 s，降弓時注意觀察，頂架頂管應(yīng)落在橡膠減震器上。

3.2.2 受電弓外觀檢查

受電弓的外觀檢查主要確認(rèn)是否需要更換易損部件（如碳滑板），以及受電弓的零部件是否存在破損與開裂現(xiàn)象。

目視檢查碳滑板的外觀，并計算出碳帶的剩余厚度。當(dāng)受電弓的碳滑板厚度超過規(guī)定的極限或磨損至規(guī)定的極限時，需要對其進行更換。檢查完成后，在鋁支架上標(biāo)記出碳滑板的厚度，然后進行拍照。

4 結(jié)語

受電弓是軌道交通車輛的取流裝置，在車輛運行過程中其與接觸線接觸，獲取車輛的牽引動力。受電弓的狀態(tài)直接影響車輛的安全可靠運行，受電弓故障甚至可能導(dǎo)致車輛運行中斷。由于車輛運行中受電弓處于高速運動狀態(tài)，在運行過程中受其結(jié)構(gòu)的影響容易發(fā)生各類問題。通過對受電弓的實時監(jiān)控以及日常維護維修，可以及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并采取措施排除故障，保障車輛的運行安全。