宗臻強(qiáng) 張欣 鄭皓天

（重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶 400000）

1.概述

重慶軌道交通2號(hào)線延伸段供電線路自2014年開通，至今已運(yùn)營7年左右，接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行正常。目前在2021年接觸網(wǎng)日常檢修中發(fā)現(xiàn)，2號(hào)線延伸線共計(jì)23個(gè)錨段接觸線磨耗低于單軌接觸網(wǎng)規(guī)程規(guī)定1.7mm，達(dá)到大修更換標(biāo)準(zhǔn)，其中13個(gè)錨段接觸線磨耗低于1mm；整體磨耗20個(gè)錨段，異常偏磨3個(gè)錨段。

2號(hào)線延伸近幾年（2018—2021）接觸線年度磨耗情況，見表1和表2的統(tǒng)計(jì)匯總。

表1 2018年至2021年年度平均磨耗情況統(tǒng)計(jì)表

表2 2018年至2021年磨耗匯總統(tǒng)計(jì)表

2.原因分析

受電弓滑塊與接觸網(wǎng)導(dǎo)線是一對(duì)特殊的摩擦副，是在帶電情況下、且有電流通過條件下的一種特殊摩擦行為，其載流接觸摩擦磨損的形成機(jī)理非常復(fù)雜。目前國內(nèi)外對(duì)受電弓滑塊和接觸導(dǎo)線間載流、接觸摩擦的相關(guān)研究表明：接觸線與受電弓滑塊的磨耗主要來自弓網(wǎng)機(jī)械磨耗、電氣磨耗、黏附磨耗、化學(xué)磨耗。

（1）弓網(wǎng)機(jī)械磨耗：影響弓網(wǎng)機(jī)械磨耗有兩方面因素：磨粒磨損、疲勞磨損。

（2）磨粒磨損：磨粒磨損是因?yàn)殡娏鳟a(chǎn)生電弧，使摩擦副表面產(chǎn)生氧化形成硬質(zhì)點(diǎn)，硬質(zhì)點(diǎn)在摩擦過程中脫落，加之電弧飛濺形成的微小顆粒，成為磨粒，導(dǎo)致磨粒磨損，磨粒磨損主要存在于低溫狀態(tài)下，其磨損量較小。

（3）疲勞磨損：疲勞磨損即是弓網(wǎng)間正常狀態(tài)下的摩擦產(chǎn)生的磨損，其主要影響因素為運(yùn)行弓架次的累計(jì)磨耗。隨著線網(wǎng)延長(zhǎng)運(yùn)營時(shí)間的正式實(shí)施和8列編組上線運(yùn)行，列車運(yùn)行弓架次增加，疲勞磨損程度進(jìn)一步增大，接觸線的磨耗也會(huì)隨之增大。

（4）電氣磨耗：影響弓網(wǎng)電氣磨耗有兩方面因素：電弧熔損、材料轉(zhuǎn)移。

（5）電弧熔損：由于接觸線與受電弓滑板之間的離線產(chǎn)生電弧現(xiàn)象，導(dǎo)致電弧熔損。

（6）材料轉(zhuǎn)移：金屬正離子在電場(chǎng)作用下集聚于陰極表明，同時(shí)電子向陽極運(yùn)動(dòng)，由于電子體積小，可將陽極表面的原子轟擊出表面，形成金屬蒸氣，部分金屬原子沉積在陰極表面發(fā)生材料的轉(zhuǎn)移。

（7）黏附磨損：是指滑動(dòng)摩擦?xí)r摩擦副接觸面局部發(fā)生金屬粘著，在隨后相對(duì)滑動(dòng)中粘著處被破壞，有金屬屑粒從零件表面被拉拽下來或零件表面被擦傷的一種磨損形式。影響?zhàn)じ侥p主要因素有受電弓滑板材質(zhì)及其硬度、弓網(wǎng)接觸壓力等。

（8）化學(xué)磨耗：化學(xué)磨耗主要是腐蝕磨耗及氧化磨耗，主要與環(huán)境有關(guān)。

3.影響其磨耗率的主要因素

影響其磨耗率的主要因素為：速度、滑板形貌、受電弓條件、車輛條件、軌道條件、接觸網(wǎng)線性及彈性、滑板材質(zhì)及硬度、弓網(wǎng)潤滑方式、拉出值分布、接觸電阻、表面附著物、牽引電流，此外還與環(huán)境、氣候等因素有關(guān)[1]。

（1）車輛運(yùn)行速度對(duì)接觸線磨耗的影響：車輛運(yùn)行速度、急停、急起均會(huì)導(dǎo)致弓網(wǎng)接觸壓力發(fā)生變化。高速運(yùn)行增加了離線次數(shù)，增大接觸電阻，產(chǎn)生離線拉弧；增加了滑塊表面摩擦產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致接觸線與滑塊接觸部位升溫；最后加劇接觸線的磨耗。

（2）受電弓特性對(duì)接觸線磨耗的影響：受電弓特性包括受電弓歸算質(zhì)量、接觸壓力的大小、弓臂彈性性能等。由于單軌接觸網(wǎng)采用剛性懸掛安裝，其本身不具備彈性性能，列車受電弓特性的好壞直接影響受電弓接觸壓力和沖擊力，從而影響弓網(wǎng)跟隨性及離線概率。依據(jù)中鐵電化勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)單軌接觸網(wǎng)的研究，受電弓歸算質(zhì)量、受電弓接觸壓力均是影響受電弓沖擊力的重要因數(shù)，而受電弓沖擊力過大必將加劇接觸線和滑塊的磨耗。同時(shí)受電弓接觸壓力過大會(huì)導(dǎo)致弓網(wǎng)摩擦系數(shù)增大，加劇接觸線黏附磨損即機(jī)械磨損。

（3）車輛條件對(duì)接觸線磨耗的影響：車輛轉(zhuǎn)向架及減震效果均會(huì)影響弓網(wǎng)接觸壓力變化。增大接觸電阻，發(fā)熱加劇，嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致滑塊熔化蒸發(fā)，導(dǎo)致電氣磨損[2]。

（4）線路條件對(duì)接觸線磨耗的影響：軌道線路的平直度、尤其是軌道梁銜接的指行板處的平直度，軌道梁振動(dòng)等均會(huì)影響列車平穩(wěn)度，進(jìn)而影響弓網(wǎng)接觸壓力變化；列車在上坡區(qū)段牽引電流增大，導(dǎo)致接觸線與滑塊接觸面溫度升高；導(dǎo)致接觸線磨耗加劇。

（5）接觸網(wǎng)參數(shù)對(duì)接觸線磨耗的影響：?jiǎn)诬壗佑|網(wǎng)以剛性懸掛安裝，其本身無彈性，列車在高速運(yùn)行中主要依靠受電弓的彈性減震功能維持弓網(wǎng)良好的追隨性，但受電弓對(duì)接觸網(wǎng)的沖擊力相對(duì)柔性接觸網(wǎng)較大，是剛性接觸網(wǎng)自身的缺陷。因此，對(duì)剛性接觸網(wǎng)坡度變化率要求較高，一旦當(dāng)接觸網(wǎng)導(dǎo)高坡度不滿足設(shè)計(jì)要求，接觸網(wǎng)出現(xiàn)硬點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致受電弓通過時(shí)接觸壓力變化、甚至出現(xiàn)跳躍式?jīng)_擊接觸網(wǎng)，導(dǎo)致接觸線磨耗增大?？紤]接觸線坡度對(duì)接觸線磨耗的影響較大，針對(duì)此次接觸線整體磨耗嚴(yán)重的13個(gè)錨段，分別對(duì)劉家壩-白居寺上行正極Z207-26～33，大江-魚洞上行正極Y210-30～42錨段定位點(diǎn)、跨中的導(dǎo)高、拉出值進(jìn)行的測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為這2個(gè)錨段接觸線高度均滿足設(shè)計(jì)誤差1‰的要求?？梢源_定整體磨耗嚴(yán)重的接觸線，其原因并非接觸網(wǎng)自身參數(shù)不滿足要求。此次發(fā)現(xiàn)的3個(gè)錨段接觸線為異常偏磨的特殊情況，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查此3個(gè)錨段接觸線均為異常偏磨，有可能是由于受電弓滑塊出現(xiàn)凹槽引起。

（6）受電弓滑塊材質(zhì)及硬度對(duì)接觸線磨耗的影響：滑塊材質(zhì)與接觸線不匹配會(huì)導(dǎo)致黏附磨損加劇，同時(shí)會(huì)增大接觸電阻，加劇電氣磨損。更換不同廠家的滑塊時(shí)，接觸線殘留的舊滑塊的磨粉將成為第三種金屬介質(zhì)，成為黏附磨粒，加速滑塊黏附磨損[3]。

（7）潤滑條方式對(duì)接觸線磨耗的影響：?jiǎn)诬壛熊囀茈姽扇°~基滑塊+潤滑條的形式，而不同材質(zhì)的潤滑條對(duì)滑塊與接觸線的摩擦系數(shù)和接觸電阻的影響不同。而滑塊與接觸線的摩擦系數(shù)直接影響弓網(wǎng)機(jī)械磨耗，接觸電阻則直接影響受電弓取流情況、影響電氣磨耗，兩者均是接觸線磨損加劇的直接原因。

（8）弓架次累計(jì)對(duì)接觸線磨耗的影響：受電弓滑板和接觸線接觸摩擦而取流，其本身存在正常的機(jī)械磨損，通過弓架次積累而產(chǎn)生的正常磨損稱之為疲勞磨損。

（9）表面附著物對(duì)接觸線磨耗的影響：接觸線及滑塊表面附著物會(huì)增加接觸電阻及弓網(wǎng)摩擦系數(shù)：接觸電阻過大會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重，改變受電弓滑塊形貌，增加機(jī)械磨損。嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致滑塊熔化蒸發(fā)，電氣磨損；表面附著物會(huì)增加弓網(wǎng)間摩擦系數(shù)，進(jìn)而加大黏附磨損。

（10）接觸電阻對(duì)接觸線磨耗的影響：接觸電阻過大，會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重；嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致滑塊熔化蒸發(fā)，導(dǎo)致電氣磨損加劇。

（11）牽引電流的大小對(duì)接觸線磨耗的影響：接觸線與滑塊的電氣磨損隨受電電流的增大而增大。受電電流越大接觸線與滑塊接觸表面溫度越高，使滑塊接觸面工況惡化，導(dǎo)致機(jī)械磨耗加?。还W(wǎng)接觸處接觸線升溫會(huì)造成接觸線軟化，加速接觸線的磨耗[4]。

4.改革建議

車輛運(yùn)行速度盡可能保持恒定。目前2號(hào)線列車受電弓已廣泛采用國產(chǎn)受電弓，建議將國產(chǎn)受電弓與進(jìn)口日本的受電弓比對(duì)，進(jìn)一步研究改善國產(chǎn)受電弓的相關(guān)性能，提高弓網(wǎng)追隨性。目前2號(hào)線延伸段列車已基本國產(chǎn)化，建議關(guān)于車輛轉(zhuǎn)向架及減震性能方面與進(jìn)口車輛進(jìn)行對(duì)比研究，提高相關(guān)性能。針對(duì)此類由線路條件引起的接觸線異常偏磨，線路專業(yè)對(duì)軌道梁連接的特殊部位進(jìn)行檢查，當(dāng)接觸線磨耗值為6mm時(shí)，主要造成受電弓滑塊將與接觸線夾板直接摩擦，在接觸線固定夾板銜接處，可能造成刮弓、打弓現(xiàn)象；且接觸線固定夾板磨損后，接觸線夾板會(huì)脫落出槽，均會(huì)造成弓網(wǎng)事故。同時(shí)在拉出值-25mm～+25mm范圍內(nèi)，受電弓滑塊左右晃動(dòng)量一旦超過12mm，將發(fā)生受電弓滑塊與匯流排壓板螺栓碰撞，引發(fā)弓網(wǎng)事故。為確保接觸網(wǎng)狀態(tài)良好、弓網(wǎng)關(guān)系正常，設(shè)定接觸線磨耗臨界值為5mm。當(dāng)接觸線磨耗值達(dá)到5mm時(shí)，接觸線必須進(jìn)行更換，否則存在弓網(wǎng)事故的安全隱患。

目前跨座式單軌列車受電弓滑塊采用銅基粉末冶金滑板，而接觸線采取純銅接觸線，接觸線與滑塊材質(zhì)相近，兩者之間的黏附磨損較大。建議根據(jù)接觸線的材質(zhì)，研究滑塊與接觸線的摩擦匹配關(guān)系，使其達(dá)到最佳效果；對(duì)同一線路運(yùn)行的列車，建議使用同一廠家生產(chǎn)的滑塊。建議綜合考慮潤滑條的對(duì)滑塊與接觸線間摩擦系數(shù)和接觸電阻的影響，進(jìn)一步研究提高潤滑條的性能。供電維保部門、車輛維保部門共同對(duì)各自設(shè)備定期清潔維護(hù)。供電維保部門、車輛維保部門共同研究改善弓網(wǎng)初始接觸電阻。

為了研究重慶2號(hào)線延伸段接觸線磨耗情況，特對(duì)列車牽引電流進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)調(diào)查，其結(jié)果為：6列編列車共計(jì)9個(gè)牽引單元。列車在車站啟動(dòng)加速時(shí)或列車爬坡時(shí)，其牽引電流比一般區(qū)段大，6列編組每個(gè)牽引單元最大牽引電流一般為120A～130A左右，總電流為1080A～1170A左右；3號(hào)線，8輛編組共計(jì)12個(gè)牽引單元，8列編組每各牽引單元最大牽引電流一般在140A左右，總電流為1680A左右；列車在下坡時(shí)，牽引電流最小，每個(gè)牽引單元牽引電流為0A。列車早晚高峰間隔不同，接觸線一次列車通過升溫后未充分散熱、列車二次通過時(shí)又繼續(xù)升溫；同時(shí)目前8輛編組調(diào)試列車運(yùn)行區(qū)段集中在天堂堡至魚洞區(qū)段（即2號(hào)線延伸段段）；依據(jù)熱量計(jì)算公式Q=I2Rt，接觸線在列車啟動(dòng)加速和上坡區(qū)段溫度最高、接觸線軟化相對(duì)較高。因此，從理論分析，在列車啟動(dòng)加速和上坡區(qū)段，接觸線磨耗相對(duì)其他區(qū)段應(yīng)更嚴(yán)重。對(duì)于此次發(fā)現(xiàn)的接觸線磨耗嚴(yán)重23個(gè)錨段中整體磨耗嚴(yán)重的20個(gè)錨段，進(jìn)行了線路條件統(tǒng)計(jì)，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：處于上坡區(qū)段接觸線共計(jì)13個(gè)錨段，處于列車出站啟動(dòng)加速區(qū)段接觸線共計(jì)3個(gè)錨段，處于曲線上坡區(qū)段接觸線共計(jì)4個(gè)錨段。由此，接觸線整體磨耗嚴(yán)重錨段均處于上坡或列車出站的啟動(dòng)加速區(qū)段，其磨耗加劇的原因?yàn)闋恳娏鞔?、接觸線溫升高。牽引電流的大小受線路條件和列車行駛條件決定，為不可控因素，只能在實(shí)踐中改進(jìn)。

5.結(jié)語

根據(jù)以上分析，2號(hào)線延伸段接觸線磨耗的因素很多，且復(fù)雜多變、與接觸網(wǎng)、受電弓、車輛、載流、線路、環(huán)境等均息息相關(guān)。此次發(fā)現(xiàn)的23個(gè)錨段接觸線磨耗嚴(yán)重，其中3個(gè)錨段為異常偏磨，偏磨主要原因?yàn)榫€路條件不平滑和受電弓滑塊凹槽引起；另外20個(gè)錨段接觸線整體磨耗，其主要原因是處于上坡或列車出站的啟動(dòng)加速區(qū)段，牽引電流大，接觸線溫升高。建議在接觸網(wǎng)方面按照設(shè)計(jì)要求精確調(diào)整接觸網(wǎng)參數(shù)，加快接觸網(wǎng)綜合檢測(cè)設(shè)備的引進(jìn)，以先進(jìn)的手段實(shí)現(xiàn)對(duì)弓網(wǎng)壓力、弓網(wǎng)燃弧率、溫度、接觸線磨耗等進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，為消除弓網(wǎng)電氣異常磨耗提供依據(jù)。線路方面，對(duì)于軌道梁銜接部分進(jìn)行精確調(diào)整，以確保車輛運(yùn)行平穩(wěn)。車輛方面對(duì)受電弓滑塊和接觸線的匹配性、追隨性進(jìn)行試驗(yàn)，改善滑塊和潤滑條的成分，降低接觸網(wǎng)磨耗率，致力研究受電弓特性，將國產(chǎn)受電弓與進(jìn)口受電弓對(duì)比，改善受電弓的的彈性，提高弓網(wǎng)追隨性。接觸線磨耗的因素很多，涉及專業(yè)廣泛且復(fù)雜多變，與接觸網(wǎng)、受電弓、車輛、載流、線路、環(huán)境等息息相關(guān)。