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摘要：针对宁波轨道交通1、2号线受电弓碳滑板磨耗不一的情况，对影响磨耗的各种因素进行了分析，提出降低碳滑板磨耗的方案。
关键词：轨道交通车辆；受电弓碳滑板；磨耗
引言
受电弓作为轨道交通车辆的受流部件，其碳滑板的磨耗情况一直备受关注。宁波轨道交通1、2号线目前共有三种车型，虽然受电弓及碳滑板的各项参数均一致，但磨耗情况各不相同。本文通过对比车辆的相关参数以及接触网的相关数据，对影响碳滑板磨耗的各项因素进行分析。
1 受流大小对磨耗的影响
电蚀磨耗是一种因碳滑板与接触网之间存在电弧而产生的损耗。电弧能够将碳滑板与接触网之间的微小离线间隙击穿，从而维持受流状态的连续性，因此电弧所造成的电蚀磨耗是碳滑板的主要磨耗来源之一。1号线目前有两种车型的车辆在线路上混跑，通过牵引能耗的对比，可间接获得两种车型的受流大小。对1号线电客车的能耗以及碳滑板磨耗数据统计发现：1号线二期电客车比1号线一期的能耗高出5%～15%（气温的变化对空调功耗有一定影响），而二期碳滑板磨耗较一期高出6%～40%。
通过以上数据可以发现，在线路条件一样的情况下，碳滑板电蚀磨耗的程度与电客车受流大小成正相关。
2 接触网形式对磨耗的影响
宁波轨道交通1、2号线已开通部分的线路条件如表1所示。地下段采用刚性接触网，最大拉出值不超过250mm，其悬挂组成为HL2213汇流排+CTAH120接触线；高架（地面）段采用柔性接触网，直线上最大拉出值一般为200mm，曲线上最大不超过250mm，其接触线组成为2×CTAH120，接触线张力为12KN。
2号线一期电客车能耗较1号线二期车辆高约8%，而2号线一期碳滑板磨耗仅为0.14mm/万公里，远小于1号线二期年平均0.45mm/万公里的磨耗值。
可见，碳滑板在刚性接触网线路上所产生的磨耗值是远小于柔性接触网的。导致这一现象的原因有以下两点：
a）刚性接触网的坡度（不大于1‰）与柔性接触网（坡度不大于3‰，困难地段不大于5‰）相比较小，且硬点相比于高架所使用的简单链形悬挂也较少。这使得碳滑板的受流状态更稳定，产生的电蚀磨耗更小；
b）刚性接触网的拉出值较大，在碳滑板的横向范围内移动更广，使得碳滑板更高效地被利用。
3 气温对磨耗的影响
在对1号线的两种车型进行碳滑板磨耗对比时发现，磨耗值会随着时间的变化而变化。由于碳滑板的碳层为均质结构，因此可以排除碳滑板自身材质原因造成的磨耗速率不一致，那么随时间变化的气温则是导致磨耗变化的一个关键因素。1号线一期、二期车辆的碳滑板磨耗值跟温度的关系如图1所示。
由于空调的运行，电客车在夏季能耗最高（制冷工况），冬季次之（制热工况），春秋两季能耗最小（通风工况）。如果气温仅仅是影响了电客车的能耗，也就是受流大小，那么碳滑板的磨耗应该是8月最高，但是统计结果并非如此，碳滑板磨耗与气温形成明显的负相关性。
对于受电弓来说，弓网跟随性越好，碳滑板与接触网之间所产生的电弧越稳定，碳滑板的电蚀磨耗越低。接触网和受电弓是一个相互震荡的耦合振动系统，任何一方的模态发生变化都会影响到弓网跟随状态。由于宁波轨道交通所使用的全补偿悬挂方式能够将温度对接触网张力的影响降至较低水平，因此低温对磨耗的影响更多地是反映了受电弓弓头悬挂性能的降低。
受电弓弓网跟随性的好坏取决于受电弓弓头的归算质量和悬挂性能。1号线所使用的受电弓为TSG18G型，其弓头悬挂结构如图2所示。通过弓头悬挂的连杆机构，能够将弓头的上下运动转化为橡胶弹簧元件内部橡胶关节的扭转运动（如图3所示）。因此，对于TSG18G型受电弓，其弓头悬挂性能主要取决于橡胶弹簧元件的旋转刚度和阻尼系数。
在不同季节对弓头施以120N的接触压力时可以发现，夏季弓头悬挂装置的压缩量为5～7mm，冬季的悬挂压缩量为2～3mm。这说明当冬季气温降低时，橡胶弹簧元件内的橡胶关节变硬，旋转刚度变大，使得弓网跟随性变差。当弓网跟随性变差时，碳滑板的接触压力浮动范围增大，甚至离线的概率也会增加。这导致弓网之间出现电火花甚至拉弧，大大增加了电蚀磨耗。
4 其它影响因素
柔性接触网的不稳定性无疑会对碳滑板的磨耗产生不良影响，因此大风天气以及前弓对接触网的扰动也会影响磨耗情况。
5 结论
减少碳滑板的磨耗一直是大部分车辆维保部门的期望，在触网条件无法改变的前提下通过调整受电弓的各项参数能够使磨耗发生改变。如改变弓头悬挂的垂向弹性系数、预压行程以及回弹阻尼能够使弓网跟随性能得到改善，从而降低碳滑板的电蚀磨耗。亦可通过调整受电弓的接触压力，寻找机械磨耗与电蚀磨耗的平衡点来使碳滑板的总体磨耗降低。
在受电弓的设计阶段，可通过优化弓头结构与材质，减轻弓头归算质量，从而提高弓网跟随能力，达到受流平稳、磨耗降低的目的。
参考文献：
[1]吴积钦，李岚. 受电弓与接触网相互作用综述[C]. 高速铁路接触网系统新技术研讨会论文集，2010：129-133.
[2]德]Kie?ling， Puschmann， Schmieder.電气化铁道接触网[M]. 中铁电化局集团有限公司译. 北京：中国电力出版社，2004.
[3]艾东兵，熊晶. 地铁隧道内接触网三跨锚段关节拉弧分析[J]. 城市轨道交通研究，2012：69-73.
关键词：轨道交通车辆；受电弓碳滑板；磨耗
引言
受电弓作为轨道交通车辆的受流部件，其碳滑板的磨耗情况一直备受关注。宁波轨道交通1、2号线目前共有三种车型，虽然受电弓及碳滑板的各项参数均一致，但磨耗情况各不相同。本文通过对比车辆的相关参数以及接触网的相关数据，对影响碳滑板磨耗的各项因素进行分析。
1 受流大小对磨耗的影响
电蚀磨耗是一种因碳滑板与接触网之间存在电弧而产生的损耗。电弧能够将碳滑板与接触网之间的微小离线间隙击穿，从而维持受流状态的连续性，因此电弧所造成的电蚀磨耗是碳滑板的主要磨耗来源之一。1号线目前有两种车型的车辆在线路上混跑，通过牵引能耗的对比，可间接获得两种车型的受流大小。对1号线电客车的能耗以及碳滑板磨耗数据统计发现：1号线二期电客车比1号线一期的能耗高出5%～15%（气温的变化对空调功耗有一定影响），而二期碳滑板磨耗较一期高出6%～40%。
通过以上数据可以发现，在线路条件一样的情况下，碳滑板电蚀磨耗的程度与电客车受流大小成正相关。
2 接触网形式对磨耗的影响
宁波轨道交通1、2号线已开通部分的线路条件如表1所示。地下段采用刚性接触网，最大拉出值不超过250mm，其悬挂组成为HL2213汇流排+CTAH120接触线；高架（地面）段采用柔性接触网，直线上最大拉出值一般为200mm，曲线上最大不超过250mm，其接触线组成为2×CTAH120，接触线张力为12KN。
2号线一期电客车能耗较1号线二期车辆高约8%，而2号线一期碳滑板磨耗仅为0.14mm/万公里，远小于1号线二期年平均0.45mm/万公里的磨耗值。
可见，碳滑板在刚性接触网线路上所产生的磨耗值是远小于柔性接触网的。导致这一现象的原因有以下两点：
a）刚性接触网的坡度（不大于1‰）与柔性接触网（坡度不大于3‰，困难地段不大于5‰）相比较小，且硬点相比于高架所使用的简单链形悬挂也较少。这使得碳滑板的受流状态更稳定，产生的电蚀磨耗更小；
b）刚性接触网的拉出值较大，在碳滑板的横向范围内移动更广，使得碳滑板更高效地被利用。
3 气温对磨耗的影响
在对1号线的两种车型进行碳滑板磨耗对比时发现，磨耗值会随着时间的变化而变化。由于碳滑板的碳层为均质结构，因此可以排除碳滑板自身材质原因造成的磨耗速率不一致，那么随时间变化的气温则是导致磨耗变化的一个关键因素。1号线一期、二期车辆的碳滑板磨耗值跟温度的关系如图1所示。
由于空调的运行，电客车在夏季能耗最高（制冷工况），冬季次之（制热工况），春秋两季能耗最小（通风工况）。如果气温仅仅是影响了电客车的能耗，也就是受流大小，那么碳滑板的磨耗应该是8月最高，但是统计结果并非如此，碳滑板磨耗与气温形成明显的负相关性。
对于受电弓来说，弓网跟随性越好，碳滑板与接触网之间所产生的电弧越稳定，碳滑板的电蚀磨耗越低。接触网和受电弓是一个相互震荡的耦合振动系统，任何一方的模态发生变化都会影响到弓网跟随状态。由于宁波轨道交通所使用的全补偿悬挂方式能够将温度对接触网张力的影响降至较低水平，因此低温对磨耗的影响更多地是反映了受电弓弓头悬挂性能的降低。
受电弓弓网跟随性的好坏取决于受电弓弓头的归算质量和悬挂性能。1号线所使用的受电弓为TSG18G型，其弓头悬挂结构如图2所示。通过弓头悬挂的连杆机构，能够将弓头的上下运动转化为橡胶弹簧元件内部橡胶关节的扭转运动（如图3所示）。因此，对于TSG18G型受电弓，其弓头悬挂性能主要取决于橡胶弹簧元件的旋转刚度和阻尼系数。
在不同季节对弓头施以120N的接触压力时可以发现，夏季弓头悬挂装置的压缩量为5～7mm，冬季的悬挂压缩量为2～3mm。这说明当冬季气温降低时，橡胶弹簧元件内的橡胶关节变硬，旋转刚度变大，使得弓网跟随性变差。当弓网跟随性变差时，碳滑板的接触压力浮动范围增大，甚至离线的概率也会增加。这导致弓网之间出现电火花甚至拉弧，大大增加了电蚀磨耗。
4 其它影响因素
柔性接触网的不稳定性无疑会对碳滑板的磨耗产生不良影响，因此大风天气以及前弓对接触网的扰动也会影响磨耗情况。
5 结论
减少碳滑板的磨耗一直是大部分车辆维保部门的期望，在触网条件无法改变的前提下通过调整受电弓的各项参数能够使磨耗发生改变。如改变弓头悬挂的垂向弹性系数、预压行程以及回弹阻尼能够使弓网跟随性能得到改善，从而降低碳滑板的电蚀磨耗。亦可通过调整受电弓的接触压力，寻找机械磨耗与电蚀磨耗的平衡点来使碳滑板的总体磨耗降低。
在受电弓的设计阶段，可通过优化弓头结构与材质，减轻弓头归算质量，从而提高弓网跟随能力，达到受流平稳、磨耗降低的目的。
参考文献：
[1]吴积钦，李岚. 受电弓与接触网相互作用综述[C]. 高速铁路接触网系统新技术研讨会论文集，2010：129-133.
[2]德]Kie?ling， Puschmann， Schmieder.電气化铁道接触网[M]. 中铁电化局集团有限公司译. 北京：中国电力出版社，2004.
[3]艾东兵，熊晶. 地铁隧道内接触网三跨锚段关节拉弧分析[J]. 城市轨道交通研究，2012：69-73.