刚性悬挂接触线异常磨耗浅析

■ 郭东坡

北京市轨道交通运营管理有限公司 北京 102628

摘 要：随着轨道交通事业的快速发展，刚性悬挂接触线异常磨耗问题在运营维护过程中显得尤为突出。本文从多个角度深入分析了刚性悬挂磨耗形成原因，并根据形成原因提出了许多有针对性的整改措施。希望就有关架空刚性接触线异常磨耗问题的解决有所启发。

关键词：轨道交通；刚性悬挂；接触线；磨耗引言

刚性悬挂投入运营后，其弓网受流质量一直受到广泛关注。在运营线路上，受电弓滑板与接触线通过滑动接触形成一种特有的电气连接。由于诸多因素，部分区段接触线逐渐形成异常磨耗。近几年来，随着我国轨道交通事业快速发展，列车速度逐步提高，更增加了接触导线的磨耗速率。这里就造成导线磨耗的原因及对策加以阐述。

1.刚性悬挂磨耗原因分析：

（1）刚性悬挂磨耗与弓网压力即受电弓抬升力大小有关。磨耗或磨损是伴随着摩擦发生的，并没有其他直接原因。摩擦力与施加在摩擦面的垂直负荷成正比，不取决于表面的接触面积。为保证牵引电流的顺利流畅，受电弓和接触线之间必须有一定的接触压力，受电弓静态接触压力一般为7Kg±1Kg（即68.6N±9.8N）。根据受电弓动态包络线得知，由于接触悬挂本身存在弹性，接触线在运行中的受电弓抬升作用下会产生不同程度的上升或左右摆动。但是由于刚性悬挂无弹性，其与受电弓接触面无法产生抬升，同时刚性悬挂会将其承受的抬升力转换为支承反力返还给受电弓，运行中的受电弓为将支承反力化解，会在摩擦面周围形成分解力，从而加剧了受电弓的左右摆动。受电弓受机车运行速度、轨面平整度、受电弓稳固性影响，在运行中会发生惯性的左右摆动，其摆动的大小和频率加剧了刚性悬挂接触线磨耗。

（2）刚性悬挂磨耗与通过列车运行速度有关。当列车低速运行时，受电弓与接触线均能实现良好地接触。由于受电弓与接触线均为球面接触（受电弓为椭圆线形、接触线为带卡槽圆形），而受电弓传动部件（滑板、上框架、下臂杆）又极易受到外力影响，当列车运行速度较高时在地下段、隧道内会产生极大的风阻力，也就更容易发生受电弓与接触线瞬时分离即离线现象。同时，受电弓受风和高速气流及机车传来的振动影响，会加剧接触线水平、垂直方向的摆动。由于刚性接触网无弹性，在弓网相互作用的过程中，可认为刚性接触网在垂直方向保持静止，弓网之间的相对运动主要为受电弓本身的垂直振动。列车运行速度越快造成受电弓的振动越剧烈，弓网接触压力也会随之变化。这就会使弓网关系不正常，无法形成受电弓、接触线良性接触，增加了弓网离线率，进而加剧了接触线磨耗。

（3）刚性悬挂磨耗与受电弓滑板特性（材质、强度、耐磨性、平滑性等）有关。根据磨擦黏附理论，两固体之间发生摩擦，其材质越相近，越容易发生黏附。一种固体材料在与另一种固体材料的摩擦过程中，其表面材料会以微小颗粒形式断裂并分离，而这些颗粒基本都是无法磨损的金属结晶。当接触线/受电弓断裂分离的部分以微小颗粒形式黏附在受电弓/接触线上时，接触线与受电弓的接触更多是与黏附在受电弓、接触线上的微小颗粒接触，接触线、受电弓的滑动面就会形成鱼鳞状的毛刺，进而加剧磨耗的发生。

（4）刚性悬挂磨耗与接触线状态（是否存在变形、硬点等）有关。由于接触线采用铜锡、铜银合金材质，在施工过程中任何细小的失误都可能造成接触线永久性的变形或形成硬点。当接触线出现变形和硬点时，会影响受电弓的正常取流，会非正常地增加接触线局部对受电弓的接触力，接触力的突然增加必定会加剧该处接触线的磨耗，这就是接触线变形、硬点处相对于正常区段磨耗异常的原因。如果变形或硬点处较大，不仅会加剧接触线磨耗，同时也会对运行中的受电弓造成损伤。

250 ·2020年02期

（5）刚性悬挂磨耗与电气影响（电弧、电热等）有关。电气影响主要为运行中的受电弓发生离线产生电弧及电流通过导线、受电弓及受电弓运行时产生的电热。电弧的影响主要为电弧自身对接触线、受电弓的消耗，如：接触线被电弧烧伤产生熔痕、接触线烧熔产生麻点等。一旦在接触线上形成永久性的电损伤，当受电弓通过时，会形成接触线与受电弓不良接触，即受电弓通过时只接触熔痕、麻点凹凸部分的凸部，更容易造成受电弓离线产生电弧。从而形成一种恶性循环，造成接触线部分区段急剧磨损。电弧、电热的影响还表现为接触线滑动面因受电热影响产生局部发热、材质软化现象，受热软化的接触线更容易被磨损。当列车运行密度较大、间隔时间较短，接触线受热软化部分仍未冷却恢复到原有状态时，加剧了该处接触线的磨损。

（6）刚性悬挂磨耗与设备参数（拉出值、导线坡度、轮对状态、轨面平整度等）有关。根据弓网动态试验数据显示，在接触网系统中，接触线越远离受电弓滑板的中心，弓网动态接触压力越小。接触线越接近受电弓滑板的中心，弓网动态接触压力越大，总体趋势呈新月凹形磨耗。一旦受电弓被磨出凹槽而继续上线运行，既容易导致离线拉弧、增加磨耗，又容易挂伤接触线线面甚至汇流排。当受电弓运行到坡度问题区段时，会对接触线产生不断变化的冲击力，除易发生离线拉弧问题外，还会对接触线造成损伤和硬点，这些问题都会加剧接触线的磨耗。再就是轮对状态与轨面平整度直接影响弓网关系，当列车通过轨面问题区段时，列车通常会发生晃动和振动，受电弓也随之受到影响，当发生剧烈晃动和振动时，受电弓也会产生离线拉弧等现象，在机械和电气的双重作用下，久而久之，受电弓、接触线就会出现异常磨耗。

（7）刚性悬挂磨耗与接触线的疲劳程度（通过受电弓架次、热胀冷缩性能等）有关。接触线的疲劳是指接触线被反复施加较小的应力，使线索本分发生龟裂并可能继续发展至断裂的现象。受电弓与接触线接触运行时，就会在接触线上产生应力，因此接触线的疲劳程度与通过受电弓架次成正比，同一时间段内地铁单位接触线磨耗相对于电气化铁路接触线磨耗更为严重的现象也充分证实了这一特性。再就是接触线热胀冷缩性能对其本身的影响，当接触线受温度变化影响时会发生热胀冷缩现象，为保证线索平均拉伸应力（张力），柔性悬挂在锚段两端通过补偿装置将线索拉伸，避免接触线因热障冷缩产生的内应力无法释放，良好地解决了接触线热胀冷缩问题。但刚性悬挂一般不设置张力补偿装置，而是通过汇流排将接触线固定，当接触线发生热胀冷缩现象时，无法通过张力补偿转换应力，当接触线承受过多的应力时，更容易产生疲劳现象，造成接触线更容易被磨损。

（8）刚性悬挂磨耗与现场设备运行环境（湿度、水分、盐分、酸性等）有关。由于刚性悬挂多设置在地下段、隧道内，现场环境对设备运行的影响不容忽视。众所周知，使用磨石打磨金属器具时，在打磨过程中，往磨石、金属器具上喷水或含其他添加剂的液体可以更快速的打磨。受电弓与接触线在某种程度上其磨损机理也同于磨石和金属器具。当地下段、隧道内湿度较大、水、盐成分高或含有某种酸性等，会对地下段、隧道内接触线产生不同程度的影响，如：湿润、腐蚀等。当接触线长期处于湿润、腐蚀状态时，就如同于被喷了水或含其他添加剂的液体，从而加剧了接触线的磨耗。

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精 品JINGPIN（4）除尘口倾斜角。这些参数，主要是衡量除尘系统中气流场的分布状况。因此对这个参数进行合理的设计可以获得流畅的流场分布，进而降低系统中涡流的发生，增强除尘能力及效率并节约能源。

3.结束语

随着社会的不断进步与发展，对于产品的需要不再是对于单纯的扫地车，而是从多功能、经济以及有效等方面给出了更多的需要，市场要求可以满足这些需要的扫地车。本文分析的扫地车，解决了日常生活中地面上的垃圾问题，且对其所进行的研究与分析能够在一定程度为，除尘系统的优化提供一定的理论参考。

作者简介：孟祥猛(1985.02--),男，本科，山东禹城人，研究方向为液压砖机、蒸压加气混凝土砌块设备、蚯蚓养殖设备、环卫扫地机设备的设计研发。2010(08):6-8.

[2]刘喜昂，周志宇.移动机器人的超声模糊避障算法[J].微计算机信息，2014(01):31-32.

[3]魏兵，熊禾根.机械原理[M].武汉:华中科技大学出版社，2017(02):5-30.

[4]李金山，李琳，谭定忠.清洁机器人概述[J].中国科技信息，2015(05):18.

参考文献

[1]马翔，朱世强，吴海彬.智能吸尘器的开发及设计[J].电子技术应用，

图1 除尘系统主要参数

备参数超标数据并处理。由于刚性悬挂基本无高差，其坡度及坡度

变化率又完全取决于汇流排，因此拉出值就作为设备参数造成接触线异常磨耗的主要原因。根据线路实际情况（曲线半径、外轨超高等）合理布置接触线拉出值，使拉出值符合正态分布规律，使受电弓滑板形成有效均匀磨损，避免受电弓被磨出凹槽进而加剧接触线磨耗现象的发生。再就是对轨面状态进行检测、监测，对检测出的轨面凹凸、侧磨等不平整处所及时进行打磨处理，减少列车因轨面问题产生的晃动和振动，避免因轨面问题产生的受电弓、接触线异常磨耗现象。

（7）根据金属疲劳寿命特性，金属会在某一应力振幅下产生疲劳破坏现象。根据科学研究院试验数据，通常将107设定为铜类接（2）增加受电弓滑板顺线路方向宽度，增加受电弓与接触线的

触线的疲劳寿命。因此，合理调整单位时间内受电弓通过次数对接接触面，改善受电弓与接触线球面接触现状。在地下段、隧道内易

触线的疲劳寿命影响显得尤为重要。再就是线索热胀冷缩问题，解产生风阻力的区段设置风洞，改善列车行进时地下段、隧道内形成

决该问题主要手段有两种，一是增加张力补偿装置。刚性悬挂由于的环流风、降低风阻力。再就是在地下段、隧道内适当降低列车运

受困于地形、环境及现场实际因素，多数区段不具备设置张力补偿行速度，减少因风阻力产生弓网离线现象的发生。

（3）根据接触线材质，选择不易与其发生黏附特性的受电弓滑板。装置条件。二是根据实际情况合理布置跨距、锚段长度，研究证明，

当刚性悬挂跨距减小、锚段长度适当缩短时，接触线受到热胀冷缩随着国内轨道交通事业的快速发展，列车运行速度也逐渐提高，受

现象影响也随之减小。再就是尽可能地减小地下段、隧道内温度变化，电弓滑板与接触线磨损的关系也日益突出。根据摩擦黏附理论，两

受利于地形，地下段、隧道内温度变化较之室外长大桥梁、区间有固体之间摩擦，其材质越相近，越容易发生黏附。因此现在受电弓

着明显的优势。若地下段、隧道内长期保持在20°±10°温度环境滑板多采用浸金属碳滑板材料。

下，接触线将基本不再受热胀冷缩现象影响，热障冷缩产生的应力（4）一是充分利用6C系统对接触线状态进行普查，对接触线

将会不复存在。存在硬损伤、变形处所进行处理，避免接触线长期带病运行造成异

3.结束语常磨耗现象的发生。二是利用动态检测车对接触线坡度、冲击力等

刚性悬挂接触网在我国虽然还是属于起步阶段，在国内的运营方面进行检测，再结合人工静态测量、上网调整的方式，对异常处

维护经验还相对缺乏。对于其作为新技术的应用，刚性悬挂接触网所进行测量、复核、调整，避免由于接触线本身不良状态造成异常

相对于柔性悬挂薄弱设备上具有绝对的优势。虽然现阶段出现一些磨耗现象的发生。

问题，但是我相信随着刚性悬挂接触网设计、施工、运营和维护经（5）根据列车运行视频，梳理受电弓在线路中产生电弧处所，

分析电弧产生的原因并制定针对性的整改措施。属于设备参数问题时，验的不断积累，诸多问题也会一一得到解决，从而使刚性悬挂接触对悬挂、线路参数问题及时进行处理。属于受电弓滑板磨损原因时，选能更好地为城市轨道交通服务。

参考文献要对受电弓滑板进行均匀打磨，使其与接触线形成有效接触。若受

电弓滑板磨损较为严重时，应进行更换。再就是加强对产生电弧处[1]上海申通地铁 城市轨道交通接触网技术 北京：中国铁道出版社，所进行检查，发现接触线由熔痕、麻点现场时，要对该处线索进行2011打磨处理，对于熔痕较为严重时，应对接触线补强或更换。[2][日]财团法人 铁道综合技术研究所（著） 接触网与受电弓特性

（6）根据动态检测数据及静态测量数据，及时梳理刚性悬挂设北京：中国铁道出版社，2010（上接第250 页）2.建议措施：

（1）针对刚性悬挂特殊性，在保证接触线与受电弓良好取流条件下，深入、持续开展受电弓与接触线弓网关系科研工作。适当调整受电弓静态接触压力，减少刚性悬挂接触线支承反力及分解力，减轻受电弓受力后的左右摆动。再就是避免受电弓抬升力固定化，针对刚性悬挂与柔性悬挂共用的线路，可开展“自动化受电弓抬升力转换器”研究，在柔性或刚性悬挂区段行驶时，受电弓抬升力会自动调整为适应当前线路运行的数值，有效杜绝线索过量摩擦的现象。

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