南京河西有軌電車受電弓碳滑板異常磨耗分析

李雪香,倪海寧

（南京新城現(xiàn)代有軌電車有限公司,江蘇 南京 210000）

0 引言

近年來，隨著城市軌道交通的蓬勃發(fā)展，我國現(xiàn)代有軌電車行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，現(xiàn)代有軌電車以其安全、可靠、環(huán)保、景觀等優(yōu)點(diǎn)，成為更多城市的軌道交通首選。目前，國內(nèi)北京、南京、蘇州、淮安、上海、青島、沈陽、大連、廣州、武漢、深圳、佛山、天水、三亞、嘉興等20個(gè)城市的有軌電車已投入運(yùn)營，共計(jì)36條線路，總運(yùn)營里程504 km。

南京河西有軌電車于2014年8月1日開通運(yùn)營，線路全長7.76 km，設(shè)13個(gè)站。站與站之間無接觸網(wǎng)，是中國首個(gè)“進(jìn)站充電”的有軌電車，也是世界第一條區(qū)間無接觸網(wǎng)有軌電車。

南京河西有軌電車自開通運(yùn)營至今已近8年，近期站臺(tái)工作人員多次報(bào)車輛進(jìn)站有弓網(wǎng)打火現(xiàn)象，通過回庫檢查發(fā)現(xiàn)受電弓碳滑板存在凹槽狀異常磨耗問題，以下將針對受電弓碳滑板異常磨耗問題進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 碳滑板異常磨耗的原因分析

1.1 對受電弓碳滑板及升弓保持力的分析

南京河西有軌電車配屬的列車為中車浦鎮(zhèn)車輛有限公司制造生產(chǎn)，車輛采用模塊化組裝，包含5個(gè)基本模塊（圖1），車輛長度32.23 m。

圖1 車輛編組

采用的受電弓是由Stemmann公司生產(chǎn)制造的氣囊受電弓。受電弓安裝在BM3（中間3模塊）車上接受接觸網(wǎng)的DC750 V電源。

每臺(tái)受電弓使用2個(gè)浸金屬碳滑板[尺寸為（800±1）mm*60 mm*21.5 mm]。經(jīng)查閱受電弓維護(hù)手冊，其基本技術(shù)參數(shù)如下（表1）。

表1 受電弓基本技術(shù)參數(shù)

針對接報(bào)的弓網(wǎng)打火及碳滑板磨耗后出現(xiàn)的凹槽原因開展了試驗(yàn)和分析。

經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)，碳滑板的磨耗主要為機(jī)械磨耗，有少量電氣磨耗（集中于波浪處），碳滑板接觸面有凹槽，表面呈不平滑的波浪形異?，F(xiàn)象，且磨損嚴(yán)重的區(qū)域較為集中，可以判定為碳滑板磨耗不均勻（圖2）。而異常磨耗的范圍集中于受電弓中心線±100 mm（B-C）內(nèi)，且主要嚴(yán)重磨耗區(qū)域位于-50～50 mm之間，基本可排除碳滑板本身問題[1]。

圖2 磨耗不均勻碳滑板

為進(jìn)一步分析造成物理磨耗的原因，又對升弓壓力方面進(jìn)行一次驗(yàn)證，自2020年1月份開始，對更換后的車輛的受電弓碳滑板狀態(tài)及部分車輛受電弓升弓壓力的調(diào)整（80 N）進(jìn)行跟蹤，在過程中根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況更換了部分碳滑板。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)碳滑板的異常磨耗區(qū)域未改變，仍位于B-C區(qū)間內(nèi)，且嚴(yán)重磨耗區(qū)域h1位于-50～50 mm之間，同時(shí)摘取了部分車輛進(jìn)行磨耗分析，以h1點(diǎn)為例，結(jié)果如下（表2）。

表2 碳滑板磨耗量

由此分析，碳滑板的磨耗率與升弓壓力的改變有一定關(guān)系，但是異常磨耗的區(qū)域未改變，從而可排除此因素。

1.2 對接觸網(wǎng)布局及拉出值的分析

根據(jù)對碳滑板的異常磨耗分布情況，同步對接觸網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行了分析。南京河西有軌電車接觸網(wǎng)采用的是剛性接觸網(wǎng)懸掛形式（圖3）[2]，接觸線截面積150 mm2，額定載流量3 500 A，接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)最大拉出值為±200 mm，設(shè)計(jì)導(dǎo)高值（4 000±2）mm。

圖3 河西線剛性接觸網(wǎng)懸掛形式

13個(gè)站臺(tái)中，其中奧體中心東門站接觸線長度57 m、保雙街東站接觸線長度80 m、秦新路站（不含坡道）接觸線長度54 m，其他10個(gè)站接觸網(wǎng)長度為90 m，每站臺(tái)上、下行接觸網(wǎng)呈線、田布局（圖4）。

圖4 站臺(tái)接觸網(wǎng)布局

為驗(yàn)證碳滑板異常物理磨耗與接觸網(wǎng)拉出值的關(guān)系，對2019年11月的接觸網(wǎng)拉出值狀態(tài)進(jìn)行了分析，結(jié)果如下（圖5）。

圖5 2019年11月全線接觸網(wǎng)拉出值狀態(tài)

可以看出河西線上、下行接觸網(wǎng)整體狀態(tài)符合拉出值±200 mm的范圍內(nèi)，但接觸網(wǎng)拉出值范圍主要集中于±100 mm以內(nèi)。由此對比車輛碳滑板異常磨耗區(qū)域位于中心線±100 mm范圍內(nèi)的結(jié)果，初步判定，此為造成碳滑板異常磨耗的原因所在，同時(shí)安排供電專業(yè)人員對接觸網(wǎng)進(jìn)行部分站臺(tái)的調(diào)整，結(jié)果如下（圖6）。

圖6 2020年8月全線接觸網(wǎng)拉出值狀態(tài)

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，同步對車輛進(jìn)站的取流范圍進(jìn)行測量，如圖7所示。

圖7 車輛進(jìn)出站示意圖

以圖7保雙街站為例，上行升弓位置位于定位點(diǎn)S12～S11間，降弓位置位于定位點(diǎn)S02處，取流范圍76 m；下行升弓位置位于定位點(diǎn)S03處，降弓位置位于定位點(diǎn)S12處左右，取流范圍72 m。

綜上所述，根據(jù)車輛取流范圍的定位點(diǎn)對比接觸網(wǎng)拉出值及受電弓碳滑板磨耗區(qū)域，可以判定，造成碳滑板異常磨耗的原因?yàn)榻佑|網(wǎng)拉出值布局不合理導(dǎo)致。

2 優(yōu)化方案及措施

通過上述的原因分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為改善弓網(wǎng)關(guān)系，保證碳滑板的正常均勻磨耗，制定了以下措施：

2.1 對接觸網(wǎng)拉出值進(jìn)行調(diào)整

依據(jù)設(shè)計(jì)要求，接觸網(wǎng)線田拉出值在±200 mm以內(nèi)，且線田重合段間距應(yīng)≤300 mm。根據(jù)河西有軌電車在用車碳滑板磨耗不均勻（-50～50 mm）的實(shí)際情況，對富春江西街站—保雙街站的10個(gè)站臺(tái)上、下行接觸網(wǎng)拉出值進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，分2個(gè)階段實(shí)施[3]。

第一階段：如圖8所示，以上10個(gè)站臺(tái)接觸網(wǎng)拉出值調(diào)整范圍設(shè)3個(gè)位段，分別為：（0～150）mm位段、（50～200）mm位段、（-50～-200）mm位段，調(diào)整拉出值將已偏磨的異常磨耗區(qū)域（±50 mm）避開，使弓網(wǎng)接觸范圍控制在-200～-50 mm和50～200 mm之間，并對碳滑板的磨耗情況進(jìn)行定期檢測，在上述3個(gè)位段的碳滑板磨耗與偏磨碳滑板區(qū)域臨近或相近時(shí)，開始實(shí)施第二階段。

圖8 第一階段上行接觸網(wǎng)拉出值狀態(tài)

第二階段：如圖9所示，對全線接觸網(wǎng)拉出值進(jìn)行重新調(diào)整優(yōu)化，將拉出值±200 mm分解為每50 mm的8個(gè)區(qū)域。通過對接觸網(wǎng)拉出值的優(yōu)化，使弓網(wǎng)關(guān)系得到改善，讓碳滑板可以均勻磨耗。

圖9 第二階段下行接觸網(wǎng)拉出值狀態(tài)

2.2 對碳滑板進(jìn)行調(diào)整或局部打磨

為防止碳滑板異常磨耗區(qū)域的凸面在取流時(shí)受到影響，將碳滑板1和碳滑板2進(jìn)行了互換并調(diào)整了方向（圖10）。

圖10 碳滑板1、2調(diào)整示意圖

同時(shí)為防止碳滑板異常磨耗區(qū)域的凸面在取流時(shí)發(fā)生拉弧打火等問題，結(jié)合接觸線狀態(tài)（圖11），現(xiàn)站臺(tái)接觸線磨耗在3～5 mm左右，以h1（約-50 mm）最低點(diǎn)處為基點(diǎn)，對在用車碳滑板進(jìn)行測量，每50 mm內(nèi)磨耗高低落差＞3 mm的用銼刀進(jìn)行打磨處理，將偏磨區(qū)域控制在≤2 mm以內(nèi)。

圖11 接觸線未磨損狀態(tài)

3 經(jīng)濟(jì)效益

通過對接觸網(wǎng)拉出值的優(yōu)化及碳滑板的調(diào)整和打磨，主要經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）每列車碳滑板（2根）使用壽命較之前可延長3倍，單列車可節(jié)約成本約7.5萬元左右。

（2）可為公司其他線路提供參考依據(jù)，并對后期新線的籌備提供支持。

4 結(jié)論

通過以上分析，經(jīng)過對受電弓升弓保持力、碳滑板磨耗的打磨和接觸網(wǎng)拉出值的優(yōu)化改善，解決了受電弓碳滑板異常磨耗問題，并延長了碳滑板的使用壽命，為南京河西有軌電車的運(yùn)營安全穩(wěn)定提供了保障，為生產(chǎn)降低了成本。通過近兩年來定期對車輛升弓壓力和接觸網(wǎng)拉出值的調(diào)整，并對碳滑板進(jìn)行同步檢測，從而保障受電弓碳滑板與剛性接觸網(wǎng)之間的良好匹配關(guān)系。