陳朝 朱家奇 吳明洲

摘 要：隨著大量新增線路和已有線路增購(gòu)項(xiàng)目的推進(jìn)，投用的受電弓品牌和型號(hào)不斷增加，碳滑板種類也不相同。調(diào)研了上海地鐵所有受電弓線路信息，并對(duì)各種影響統(tǒng)型的因素進(jìn)行了研究分析，設(shè)計(jì)出兩款通用性較強(qiáng)的碳滑板。并對(duì)碳滑板進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與裝車測(cè)試。同時(shí)對(duì)必要的相關(guān)羊角結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改。

關(guān)鍵詞：受電弓;碳滑板;碳材料;羊角;統(tǒng)型

中圖分類號(hào)：U264.34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）18-0090-02

0 引言

碳滑板作為列車供電系統(tǒng)中的重要部件，與弓網(wǎng)狀態(tài)密切相關(guān)，如出現(xiàn)故障，可能會(huì)引發(fā)弓網(wǎng)事故。碳滑板的管理對(duì)于弓網(wǎng)配合至關(guān)重要，隨著軌道交通的快速發(fā)展，碳滑板型號(hào)的增加給管理帶來(lái)難度。

本文通過(guò)對(duì)受電弓碳滑板材料、受流性能、結(jié)構(gòu)、尺寸等方面進(jìn)行研究，將目前上海地鐵在用的碳滑板型號(hào)進(jìn)行統(tǒng)型，在提高管理和工作效率的同時(shí)，統(tǒng)型碳滑板對(duì)于弓網(wǎng)磨耗研究具有極大的價(jià)值。

1 地鐵線路現(xiàn)有受電弓調(diào)研

目前上海地鐵受電弓根據(jù)驅(qū)動(dòng)形式可區(qū)分為電動(dòng)弓和氣動(dòng)弓，根據(jù)升弓機(jī)構(gòu)可區(qū)分為彈簧弓和氣囊弓，弓頭懸掛構(gòu)造可區(qū)分為彈簧盒、彈簧片、橡膠結(jié)構(gòu)件等懸掛方式，共有十四種型號(hào)受電弓，使用受電弓碳滑板型號(hào)多達(dá)十二種。

2 碳滑板統(tǒng)型研究

2.1 碳滑板統(tǒng)型設(shè)計(jì)流程

（1）根據(jù)工況進(jìn)行材料選型;（2）計(jì)算碳滑板的載流能力;（3）根據(jù)需求設(shè)計(jì)碳滑板結(jié)構(gòu);（4）評(píng)估碳滑板的重量及尺寸;（5）后期試驗(yàn)驗(yàn)證碳滑板的性能。

2.2 碳滑板材料研究

受電弓碳滑板的材料發(fā)展至今，經(jīng)歷了很多的階段，所用材料不斷更新，對(duì)各類碳滑板材料的優(yōu)劣進(jìn)行分析并選型：

（1）純金屬材料。以純銅材料為主，相對(duì)于硬銅的接觸導(dǎo)線，親和力大，易引起粘著磨損。（2）粉末冶金材料。強(qiáng)度高，導(dǎo)線性能良好，耐電弧損傷性能差，即使使用添加潤(rùn)滑劑，也會(huì)嚴(yán)重磨耗觸網(wǎng)。（3）純碳材料。具有良好的自潤(rùn)滑性和減摩性能，且耐電弧性能優(yōu)良。但機(jī)械強(qiáng)度低，耐沖擊性能差，運(yùn)行時(shí)遇到硬點(diǎn)容易造成滑板折斷和破裂。（4）浸金屬碳材料。浸金屬材料取長(zhǎng)補(bǔ)短，兼具了碳材料的高潤(rùn)滑效果高穩(wěn)定性與金屬材料的高導(dǎo)電性能和高機(jī)械強(qiáng)度。（5）碳銅復(fù)合材料。碳滑板前沿材料，由于會(huì)發(fā)生濕氣電化腐蝕，使得其在下雨天的應(yīng)用表現(xiàn)不及預(yù)期，無(wú)法滿足運(yùn)營(yíng)需要。

綜上，針對(duì)上海的應(yīng)用工況與氣候條件，目前浸金屬材料統(tǒng)型碳滑板是更為合理、可靠。

2.3 碳滑板碳條統(tǒng)型尺寸及材料選型研究

目前根據(jù)上海地鐵在用受電弓碳滑板的形式，可劃分為雙滑板和四滑板兩大類。雙滑板受電弓要求單根碳滑板載流性能高，只有60mm一種寬度。四滑板受電弓碳滑板數(shù)量多對(duì)于單根碳滑板載流性能要求較低，有42mm、50mm、60mm三種寬度見圖1。

碳滑板的統(tǒng)型設(shè)計(jì)，根據(jù)碳滑板材料的受流性能與滑板寬度綜合計(jì)算碳滑板的載流能力，計(jì)算公式：

碳滑板的載流能力=材料的電流密度╳碳滑板的寬度。

以高強(qiáng)度浸金屬和高導(dǎo)流浸金屬的兩種目前成熟的浸金屬材料作為統(tǒng)型材料進(jìn)行受流能力計(jì)算參數(shù)見表1。

2.3.1 碳滑板材料、尺寸綜合統(tǒng)型研究

因雙碳滑板和四碳滑受電弓使用的碳滑板數(shù)量不同，需根據(jù)兩種材料性能分別計(jì)算載流能力。雙滑板、四滑板受電弓載流計(jì)算參數(shù)見表2、表3。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，60mm寬度的高導(dǎo)流浸金屬材料碳條可;所有寬度碳滑板都能滿足四滑板受電弓載流性能要求。

2.3.2 碳滑板統(tǒng)型重量、尺寸綜合研究

雙滑板受電弓碳滑板統(tǒng)型寬度保持60mm寬度不變，統(tǒng)型選用高導(dǎo)流浸金屬材料，與原碳滑板重量重量相近。

四滑板受電弓統(tǒng)型為保持原使用42mm、50mm、60mm寬度碳滑板的三種受電弓弓頭在統(tǒng)型后力學(xué)性能相近，使用50mm作為統(tǒng)型寬度，該尺寸的碳滑板重量及載流性能居中，選用高強(qiáng)度浸金屬其抗折性能更好、密度較低，單位體積重量更輕，保證原受電弓的弓頭懸掛性能，統(tǒng)型后的單根碳滑板受流參數(shù)見表4。

2.4 碳滑板結(jié)構(gòu)統(tǒng)型研究

2.4.1 導(dǎo)電螺栓安裝結(jié)構(gòu)、尺寸統(tǒng)型

導(dǎo)電螺栓規(guī)格統(tǒng)一采用M8螺栓，為避免導(dǎo)電螺栓安裝位置與不同型號(hào)受電弓上框架干涉，采用碳滑板安裝螺栓固定分流導(dǎo)線，并使用銅鋁墊片增加設(shè)計(jì)可靠性見圖2。

2.4.2 安裝螺栓安裝結(jié)構(gòu)統(tǒng)型

為避免與不同型號(hào)受電弓上框架構(gòu)造干涉，安裝螺栓采用一螺釘螺母、一螺栓的方式。螺釘位置可設(shè)置橡膠緩沖件，滿足緩沖、固定等基本功能見圖3。

2.4.3 碳滑板底座、羊角結(jié)構(gòu)統(tǒng)型

受電弓碳滑板一般安裝于羊角安裝座，為達(dá)到便于更換、無(wú)法錯(cuò)裝其他品牌碳滑板等要求。各型號(hào)受電弓碳滑板及其安裝的結(jié)構(gòu)略有區(qū)別。因此統(tǒng)型碳滑板的同時(shí)羊角安裝結(jié)構(gòu)也需一并統(tǒng)一。

按照《TB-T 3271-2011軌道交通受流系統(tǒng)受電弓與接觸網(wǎng)相互作用準(zhǔn)則》對(duì)羊角長(zhǎng)度和角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)通過(guò)對(duì)羊角重量的微調(diào)減小碳滑板統(tǒng)型前后弓頭重量變化，調(diào)整羊角安裝座形狀使之與羊角緊密貼合。

2.5 有效長(zhǎng)度統(tǒng)型研究

上海地鐵接觸網(wǎng)的拉出值是±200mm，在用碳滑板的有效長(zhǎng)度在645～680mm之間。按照《TB-T 3271-2011軌道交通受流系統(tǒng)受電弓與接觸網(wǎng)相互作用準(zhǔn)則》設(shè)計(jì)受電弓弓頭，統(tǒng)型使用標(biāo)準(zhǔn)碳滑板的長(zhǎng)度為1050mm，有效長(zhǎng)度為650mm。

2.6 碳滑板重量驗(yàn)證

受電弓的跟隨性與離線率主要受弓頭重量的影響，重量越重，則跟隨性越差，離線率越高。碳滑板統(tǒng)型以保持原受電弓弓頭力學(xué)性能為目標(biāo)，不超出原弓頭設(shè)計(jì)重量為底線，通過(guò)統(tǒng)型后羊角與碳滑板重量進(jìn)行配比與原受電弓保持一致。四碳滑板受電弓碳滑板與雙碳滑板受電弓碳滑板重量均值與統(tǒng)型碳滑板樣品重量進(jìn)行比較見表5。

由于統(tǒng)型前后碳滑板材質(zhì)物理及化學(xué)性質(zhì)相近，最終統(tǒng)型前后碳滑板重量無(wú)明顯變化。

2.7 碳滑板統(tǒng)型參數(shù)

根據(jù)統(tǒng)型結(jié)果對(duì)雙滑板、四滑板受電弓的統(tǒng)型碳滑板尺寸按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，統(tǒng)型參數(shù)見表6。

2.8 統(tǒng)型碳滑板的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。測(cè)試結(jié)果見表7。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上海地鐵碳滑板進(jìn)行匯總與研究，得出兩款統(tǒng)型碳滑板原型，不僅僅為研究現(xiàn)有受電弓改造做出了指導(dǎo)，同時(shí)也為今后新車型受電弓碳滑板的選型給出了方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 摩根新材料（上海）有限公司.上海地鐵高強(qiáng)度浸金屬統(tǒng)型碳滑板測(cè)試報(bào)告[R].上海：摩根新材料（上海）有限公司，2018.

[2] 摩根新材料（上海）有限公司.上海地鐵高導(dǎo)流浸金屬統(tǒng)型碳滑板測(cè)試報(bào)告[R].上海：摩根新材料（上海）有限公司，2018.