溫度與碳滑板磨耗關(guān)系探討

郭春偉，鄧偉強，王 振，李 峰

(鄭州地鐵集團有限公司，河南 鄭州 450000)

鄭州地鐵1號線電客車采用6節(jié)編組配置，4動2拖[1]，雙弓運行方式，地下段全部采用架空剛性接觸網(wǎng)形式。架空剛性接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少，可有效降低建設(shè)成本,因接觸線沒有水平張力，無斷線塌網(wǎng)之憂，運營維護簡單[2]，但架空剛性接觸網(wǎng)與柔性接觸網(wǎng)相比彈性差，弓網(wǎng)出現(xiàn)異常關(guān)系期間，受電弓碳滑板和接觸線的磨耗速率比柔性懸掛接觸網(wǎng)要高很多，與自身弓網(wǎng)關(guān)系正常時相比也出現(xiàn)較大增加。鄭州地鐵1號線自運營以來出現(xiàn)了幾次弓網(wǎng)異常磨耗，受電弓碳滑板日均磨耗速率比接觸線日均磨耗速率大，且均明顯高于正常磨耗值。影響弓網(wǎng)關(guān)系的因素較多且比較復雜，本研究主要探討溫度與碳滑板日均磨耗速率之間的關(guān)系。

1 弓網(wǎng)關(guān)系異常的危害

當接觸線和受電弓之間關(guān)系出現(xiàn)異常時，接觸線線面和受電弓碳滑板之間會產(chǎn)生明顯的打火現(xiàn)象[3]，持續(xù)性的打火會造成接觸線、碳滑板表面燒蝕和溫度升高，降低接觸線硬度，在接觸線的下表面和側(cè)面產(chǎn)生瘤點造成接觸線麻面。打火時會在受電弓碳滑板上留下燒傷痕跡。接觸線麻面會加快碳滑板磨耗，導致其表面粗糙度增加，作用于接觸線上時會破壞正常接觸線接觸面的碳膜，加劇接觸線線面惡化，造成接觸線線面粗糙，增大接觸線磨耗。粗糙的接觸線線面又反作用于受電弓碳滑板，增大碳滑板磨耗，如此惡性循環(huán)會加劇接觸線和受電弓碳滑板磨耗，造成接觸線線面碳膜消失，出現(xiàn)側(cè)楞、拉絲等異常情況,并且還會造成碳滑板表面部分區(qū)域凹槽加深、綢緞面消失等異常情況。碳滑板繼續(xù)運行時，與粗糙的接觸線線面相互作用還會發(fā)出沉悶的嗡嗡聲。因此，弓網(wǎng)關(guān)系異常時，對接觸線和受電弓碳滑板均有遠超正常磨耗值的損耗，而且對碳滑板損耗最大。

2 數(shù)據(jù)采集

采集弓網(wǎng)異常磨耗期間每日受電弓碳滑板磨耗值、溫度值，計算當日碳滑板的磨耗速率及溫差。

(1)溫度值的采集方式。分別在風亭下方、隧道區(qū)間中部加裝溫、濕度記錄儀，每隔500秒記錄一次監(jiān)控地點當時的溫、濕度數(shù)據(jù)，每天24小時不間斷測量。

(2)碳滑板磨耗值的采集方式。每天登上車頂，利用游標卡尺每隔50 mm測量一處碳滑板的殘余厚度，每根碳滑板測量13個點位，每列車共計測量52個點位，每天測量1列跟蹤車輛和6列隨機車輛。

3 分析方法

為簡化數(shù)據(jù)分析方法，主要采用最值分析法和溫差分析法。

(1)最值分析法。以日期為時間軸線，分別篩選出每天區(qū)間、風亭、氣象的最大溫度值和最小溫度值，分別與碳滑板的日均磨耗速率進行對比分析，尋找規(guī)律，為后續(xù)的弓網(wǎng)異常關(guān)系預防工作提供數(shù)據(jù)支持。

(2)溫差分析法。以日期為時間軸線，分別將區(qū)間、 風亭、氣象當日溫差曲線，以及區(qū)間風亭、區(qū)間氣象、風亭氣象最大溫差曲線和最小溫差曲線分別與碳滑板日均磨耗速率曲線進行對比分析并尋找規(guī)律，為后續(xù)的弓網(wǎng)異常關(guān)系預防工作提供數(shù)據(jù)支持。

4 溫度與碳滑板磨耗關(guān)系

通過鄭州地鐵1號線采集的數(shù)據(jù)，分析溫度與碳滑板磨耗關(guān)系。數(shù)據(jù)采集時段為2020年12月1日至2021年3月31日，其中2021年1月11日以前弓網(wǎng)關(guān)系為正常狀態(tài)。

4.1 最值分析法

(1)區(qū)間處最大溫度、最小溫度與碳滑板日均磨耗速率的關(guān)系。2020年12月1日至2021年1月10日碳滑板日均磨耗速率正常，區(qū)間最大溫度、最小溫度與碳滑板日均磨耗速率沒有對應關(guān)系。2021年1月11日至2021年3月31日期間碳滑板日均磨耗速率異常，區(qū)間內(nèi)最大溫度的平均值為18.19℃，最小溫度的平均值為17.48℃，最大溫度和最小溫度相差不大且溫度變化也不大，區(qū)間最大溫度、最小溫度與碳滑板日均磨耗速率沒有明顯的對應關(guān)系。

(2)風亭處最大溫度、最小溫度與碳滑板日均磨耗速率關(guān)系。2020年12月1日至2021年1月10日碳滑板日均磨耗速率正常，風亭處最大溫度、最小溫度與碳滑板日均磨耗速率沒有對應關(guān)系。2021年1月11日至2021年3月31日碳滑板日均磨耗速率異常，風亭處最大溫度的平均值為16.64℃，最小溫度的平均值為13.67℃，風亭處最大溫度、最小溫度與碳滑板日均磨耗速率沒有明顯的對應關(guān)系。

(3)氣象最大溫度、最小溫度與碳滑板日均磨耗速率關(guān)系。2020年12月1日至2021年1月10日碳滑板日均磨耗速率正常，氣象最大溫度、最小溫度與碳滑板日均磨耗速率沒有對應關(guān)系。2021年1月11日至2021年3月31日碳滑板日均磨耗速率異常，氣象最大溫度的平均值為13.93℃，最小溫度的平均值為3.71℃，氣象最大溫度、最小溫度與碳滑板日均磨耗速率沒有明顯的對應關(guān)系。

4.2 溫差分析法

(1)區(qū)間當日溫差與碳滑板日均磨耗速率關(guān)系。2020年12月1日至2021年1月10日碳滑板日均磨耗速率正常，區(qū)間當日溫差與碳滑板日均磨耗速率沒有對應關(guān)系。2021年1月11日至2021年3月31日碳滑板日均磨耗速率異常，區(qū)間當日溫差的平均值為0.71℃，最大溫度和最小溫度相差不大，區(qū)間當日溫差與碳滑板日均磨耗速率沒有明顯的對應關(guān)系。

(2)風亭當日溫差與碳滑板日均磨耗速率關(guān)系。2020年12月1日至2021年1月10日碳滑板日均磨耗速率正常，風亭當日溫差與碳滑板日均磨耗速率沒有對應關(guān)系。2021年1月11日至2021年3月31日碳滑板日均磨耗速率異常，風亭處當日溫差的平均值為2.97℃，風亭當日溫差與碳滑板日均磨耗速率沒有明顯的對應關(guān)系。

(3)氣象當日溫差與碳滑板日均磨耗速率關(guān)系。2020年12月1日至2021年1月10日碳滑板日均磨耗速率正常，氣象當日溫差與碳滑板日均磨耗速率沒有對應關(guān)系。2021年1月11日至2021年3月31日碳滑板日均磨耗速率異常，氣象當日溫差的平均值為8.82℃，氣象當日溫差大于15℃時，碳滑板日均磨耗速率一直比較大。

(4)區(qū)間風亭溫差與碳滑板日均磨耗速率關(guān)系。2020年12月1日至2021年1月10日碳滑板日均磨耗速率正常，區(qū)間風亭的最大溫差和最小溫差與碳滑板日均磨耗速率沒有對應關(guān)系。2021年1月11日至2021年3月31日碳滑板日均磨耗速率異常，區(qū)間風亭的最大溫差的平均值為1.55℃，最小溫差的平均值為3.81℃，區(qū)間風亭處的最小溫度變化較大，區(qū)間風亭的最大溫差和最小溫差與碳滑板日均磨耗速率均沒有明顯的對應關(guān)系。

(5)區(qū)間氣象溫差與碳滑板日均磨耗速率關(guān)系。2020年12月1日至2021年1月10日碳滑板日均磨耗速率正常，區(qū)間氣象的最大溫差和最小溫差與碳滑板日均磨耗速率沒有對應關(guān)系。2021年1月11日至2021年3月31日碳滑板日均磨耗速率異常，區(qū)間氣象最大溫差的平均值為4.27℃，最小溫差的平均值為13.77℃，區(qū)間和氣象的最小溫度變化較大，區(qū)間氣象的最大溫差和最小溫差與碳滑板日均磨耗速率均沒有明顯的對應關(guān)系。

(6)風亭氣象溫差與碳滑板日均磨耗速率關(guān)系。2020年12月1日至2021年1月10日碳滑板日均磨耗速率正常，風亭氣象的最大溫差和最小溫差與碳滑板日均磨耗速率沒有對應關(guān)系。2021年1月11日至2021年3月31日碳滑板日均磨耗速率異常，風亭氣象最大溫度差的平均溫差為2.71℃，最小溫差的平均值為9.96℃，風亭和氣象的最小溫度變化較大，風亭氣象的最大溫差和最小溫差與碳滑板日均磨耗速率均沒有明顯的對應關(guān)系。

5 結(jié)語

由上述分析可知，弓網(wǎng)關(guān)系正常期間，接觸網(wǎng)剛性懸掛區(qū)段溫差與碳滑板的日均磨耗速率無明顯的對應關(guān)系。弓網(wǎng)關(guān)系異常期間，接觸網(wǎng)剛性懸掛區(qū)段最大溫度和最小溫度、風亭下方最大溫度和最小溫度、氣象最大溫度和最小溫度與碳滑板日均磨耗速率均無明顯的對應關(guān)系；區(qū)間當日溫差、風亭當日溫差、區(qū)間風亭的最大溫差和最小溫差、區(qū)間氣象的最大溫差和最小溫差、風亭氣象的最大溫差和最小溫差與碳滑板的日均磨耗速率均無明顯的對應關(guān)系。

進入冬季后，當日氣象溫差大于15℃時，從采集到的碳滑板日均磨耗速率來看，數(shù)值一直比較大，建議相關(guān)部門在冬季當日氣象溫差大于15℃時加大巡視檢查頻次，重點關(guān)注接觸線線面變化情況、碳滑板表面變化情況，如果出現(xiàn)接觸線線面和碳滑板表面狀態(tài)變差，應及時采取預防措施，人工干預弓網(wǎng)關(guān)系，確保不發(fā)生弓網(wǎng)異常關(guān)系。

弓網(wǎng)關(guān)系尤其是剛性接觸網(wǎng)弓網(wǎng)關(guān)系的經(jīng)驗較少、缺乏理論支持，是一項世界難題。鄭州地鐵1號線弓網(wǎng)異常關(guān)系均發(fā)生在冬季，持續(xù)時間一般為100天左右，從弓網(wǎng)異常磨耗發(fā)生的時段來看，與冬季氣溫降低有一定關(guān)系，但還需要綜合其他因素一起進行研究、分析。