摘要：刚性接触网主要应用于我国城市轨道交通电气系统的隧道段，其本质为沿着轨道架设在隧道顶部的特殊供电线路。电客车车顶处受电弓滑板与接触网的接触线直接滑动摩擦取流，从而获得前进的动力。受电弓滑板与接触线滑动摩擦取流的过程中，在力与电的双重作用下导致受电弓滑板与接触网均产生磨损消耗，称为弓网磨耗，这种传输模式必然产生弓网磨耗。
在理想情况下，受电弓滑板与接触线平滑摩擦接触，磨耗较为均匀地分散在全线接触线及受电弓滑板上。弓网磨耗无可避免，但弓网的异常磨耗是可以避免或减缓的，对待弓网的异常磨耗是理应结合“预防为主，防治结合，综合处理”的思想去采取有效措施去预防及减缓异常磨耗。
本文从设计、选型配对以及维护工作等方面出发，结合理论与实际提出减缓异常磨耗建议，优化轨道交通刚性接触网的弓网关系，延长设备使用寿命，改善供电质量，对轨道交通设备维护工作给出合理的建议。
关键词：轨道电气；磨耗异常；建议；分析
一、弓网异常磨耗的主要表现形式
1.1接触网常见的磨耗异常表现形式
接触网磨耗异常常见的表现形式为“重灾区”型磨耗以及“毛刺型”磨耗。“重灾区”型磨耗主要体现在线路中存在容易形成接触线异常磨耗的“重灾”区域。由于设计、施工以及线路条件等原因，在线路上如电客车出入站位置、刚柔过渡、汇流排中间接头、分段绝缘器、膨胀元件、锚段关节、列车上坡处等位置，由于接触悬挂高度或受力结构导致的运行条件变化较大，导致受电弓离线或撞击接触网使得部分区域磨耗远大于其他区域，从而引起线路中的异常磨耗。“毛刺型”磨耗主要是接触线表面有凹凸不平较难用肉眼看见的金属缺口，且遍布接触线表面，触摸起来有点刺手的感觉，固形象地称为“毛刺型”磨耗。“毛刺型”磨耗主要来源于弓网关系不良时造成的机械摩擦刮损导致，如受电弓表面不平整或者由于接触线未能水平地与受电弓摩擦导致接触线表面磨耗不均匀，与理想状态下平滑的表面相比，在微观上形成凹凸不平的缺口。
１.2 受电弓常见的磨耗异常表现形式
受电弓碳滑板常见的异常磨耗表现形式有“锯齿刀型”磨耗以及“缺块型”磨耗。“锯齿刀型”是指磨耗不均匀地分布在受电弓滑板上，且具有随机性，导致滑板表面凹凸不平，形状有如锯齿刀，固形象地称为“锯齿刀”型磨耗。由于列车速度、不同区域的弓网关系、接触网拉出值设置以及平面布置形式影响，受电弓滑板各点与接触线接触的时间、次数以及频率不同导致此类型磨耗。而“缺块型”磨耗主要是刚性接触网结构紧凑，在受电弓的垂直方向的弓网作用力下几乎无抬升量缺块型磨损主要是接触悬挂的导高变化，导致弓网间的机械连接状态发生突变，高速运行的受电弓滑板直接承受机械冲击，导致受电弓滑板上由于磨损严重出现裂纹，严重时本体受力结构受到破坏，甚至导致部分滑板成块状从滑板处脱落。
二、磨耗异常原因综合分析
弓网间的磨耗是相互影响、相互产生的。因此，多种类型的异常磨耗经常会同时出现在设备使用的过程中，下面对弓网磨耗异常原因进行综合原因分析。
2.1 线路部分区域易产生弓网不良接触
在接触网线路中的部分固定位置，容易出现，而这些位置由于系统缺陷、设计原因或等其他原因难以进行优化，形成了线路固定的弓网不良接触区域。以电客车出站位置为例，出站处列车在此地段处于加速阶段，车辆晃动较大，加速了受电弓的振动，且弓网间流过的电流很大，加之受电弓的凹凸不平，在列车运行中接触压力发生变化，容易产生火花和电弧，接触线容易被电弧拉伤，加剧接触线和受电弓电弧烧损及温升熔焊方面的磨耗，因弓网磨耗速度会加快，且易出现接触线工作面的凹凸不平的现象，这也形成了了接触网磨耗的“重灾区”之一以及导致出入站拉出值对应的受电弓位置容易形成凹陷。
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2.2 刚性接触网无“弹性”结构
刚性接触网的悬挂类型构成中，刚性接触网以其安装净空低、无断线隐患等特点而应用于隧道内的接触网系统中，但同时存在弹性小的缺陷。刚性接触网主要采用化学锚栓安装在隧道顶，从纵向依次通过悬吊角钢、绝缘子、定位线夹、汇流排、接触线连接起来，几乎没有弹性连接件，所以接触网距离轨平面的垂直距离（俗称导高）的数量级别达到毫米，导高的参数变化稍微不符合标准就会产生上存在凸性硬点，而硬点的随机出现接触网的导高出现突变导致受电弓“颠簸”，造成受电弓被迫撞击抬升接触网或离线诱发电气烧损，加剧磨耗。
2.3 弓网维护难度大
地铁行业是运输行业，其主要任务是保证运营，所以弓网大部分时间处于运行状态，只有凌晨约有3个小时留给设备维护人员进行维护，以人工测量检查的方式去发现全线接触网硬点或者打磨所有车辆的受电弓的任务量巨大且效果较差。而对于磨耗严重的接触线以及受电弓滑板，只能更换全锚段更换接触线以及受电弓滑板，涉及地铁运营成本及物资申报。从运营成本及工作量的角度而言，这种方式耗费巨大的人力及物资，而弓网磨耗就进入一个“磨耗严重的受电弓继续投入刮损全线的接触线，全线接触线磨耗加重又反作用于其他受电弓滑板”的恶性循环。
三、架空刚性接触网弓网磨耗异常预防及减缓措施
3.1弓网选型合理化
在弓网相互摩擦取流过程中，弓网材质组合直接影响了弓网的电接触特性、机械摩擦性以及受电弓的跟随性。因此合理的材质配对选型有助于减缓弓网异常磨耗。由于接触线是沿着线路架设，更换工作非常繁琐及艰巨，所以一般先选好接触线材质，再选用受电弓滑板材质。
地铁的地铁接触线主要是铜或银铜合金材料，如东莞地铁2号线采用的是银铜接触线。制作受电弓滑板的材料通常为钢、铜合金、纯碳和浸金属碳。碳具有光滑的表面，自润滑性能及耐电弧性能较好，但导电性能差、硬度低。铜和钢形成的粗糙表面类似于一把细锉，这会使滑板和接触线出现快速磨损。
由于地铁列车采用直流供电，电压较低，通过弓网接触点的电流较大，这就造成高电阻率的纯碳滑板无法适用于地铁列车的受电弓。在碳滑板的基础上，将铅、锡、铜等金属按照一定比例熔化成熔融态合金经过加压等工艺融进碳滑板空气间隙的浸金属碳滑板，既具有粉末冶金滑板机械强度高、电阻率小的特点，又具有纯碳滑板对接线磨耗小、在接触线摩擦表面易形成润滑莫和燃弧性能强的优良性能，在地铁中与银铜合金导线的组合是一个较为科学的选型。
3.2、优化接触网结构特性
架空刚性接触网弓网磨耗异常常受到刚性接触网自身缺乏“弹性”的缺陷影响，因此改善刚性接触网的弹性是一个有效措施。目前不同设备厂家设计研发处弹性定位线夹，通过在定位线夹内部加装弹簧，利用弹簧承受汇流排的自重，从而有效地提升刚性接触网的弹性。通过实验发现，刚性悬挂弹性定位架主要适用在设计最高速度为100~120 km/h的线路中，受电弓在高速行驶遇到导高突然变化时，弓网接触力得以缓冲，不至于迫使受电弓撞击基础网或离线导致电弧烧损。改善接触网的结构弹性，既不影响刚性接触网系统的结构稳定性，同时也具备一定的弹性，减少拉弧与弓网设备之间的磨损。
3.3、检测措施科学化
对于弓网设备维护量大，时间紧迫的特性，主要是通过接触网及受电弓的检测监控手段来提高检测效率，及时发现异常磨耗并进行针对性处理，避免造成更严重的磨耗。接触网检测监控，主要是希望能及时发现接触网的硬点，避免硬点造成更多的异常磨耗。对于接触网，运营维护人员可以采取在电客车车顶受电弓旁安装摄像头的方式，实时监测弓网接触，及时记录弓网关系不良的区域，再进行针对性地检修，又或者使用现在技术较为成熟的接触网检测车，通过受电弓上装有特殊功能的检测装置（传感器等）及设备，检查装置能在接触网正常运行的情况下检测接触网的拉出值、导线高度、供电电压、弓网接触力、接触悬挂硬点、离线情况、接触网瞬时温度、磨耗等物理参数，并将数据传输至车厢内的软件系统进行记录保存，维护人员可以调取进行分析及针对性处理。
受电弓检测系统，一般以图像采集器拍摄的受电弓图片为基础，利用灰度线性变换等数字图像预处理技术分离出受电弓实体，并与系统设定标准参数进行比较，记录滑板磨耗、断裂、缺损、部件缺失等状态，及时发现及记录受电弓磨耗异常情况，待电客车收车后由车辆维护人员进行针对性打磨。
结束语
轨道电气系统中，弓网直接摩擦取流产生机械磨耗和电气磨耗，这种工作模式决定了弓网磨耗是不可避免的，但对于弓网磨耗异常，我们应采取“预防为主，防修结合”的方针进行处理，预防和减缓弓网异常磨耗，确保供电质量的同时节约资源，延长设备使用寿命。
参考文献：
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论文作者:郭思远
论文发表刊物:《基层建设》2016年14期
论文发表时间:2016/11/1
标签：磨耗论文; 滑板论文; 刚性论文; 异常论文; 弹性论文; 摩擦论文; 地铁论文; 《基层建设》2016年14期论文;