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[摘 要]我国地铁上运行的电力机车，其受电弓滑板普遍存在“新月凹形痕”和“多波凹条形痕”两类特殊严重不均匀磨耗；根据弓网关系、弓网系统的动态检测及研究和摩擦副等理论，笔者通过分析指出其滑板均匀性合理磨耗与特殊严重不均匀磨耗各自形成的机理；并进一步研究提出“对车站上坡道停车启动提速处接触线之字值统筹分段设置”、“车站上坡道停车启动提速处特殊大截面接触线小锚段”、“老月凸形滑板”等系列改善其特殊严重不均匀磨耗的相关技术。
[关键词]改善地铁接触网；受电弓滑板；磨耗
中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0068-02
据我国地铁供电系统接触网业内人士普遍反映，地铁刚性悬挂接触网运行条件下或高架段柔性悬挂接触网运行条件下的受电弓滑板存在一类现象，即受电弓在运行约3个月的短时间（比受电弓均匀磨耗下的合理使用寿命成倍缩短）后，普遍出现其滑板磨耗严重不均问题。
一、地铁受电弓滑板严重不均匀磨耗的技术特征
（一）受电弓滑板接触面约400mm中心段磨耗多，越往两外端各约150mm外端段磨耗越少，甚至两端头各有约100mm尾端接触面部位基本不发生磨耗，其接触表面总磨耗形状呈新月形趋势。
（二）受电弓滑板接触表面出现有限的几条深凹痕迹，其大趋势呈多波形，简称“多波凹条形痕”磨耗。
二、 地铁受电弓滑板严重不均匀磨耗的危害
（一）受电弓滑板新月凹形痕磨耗的危害
新月凹形痕磨耗，是一种严重的不均匀性磨耗。往往是其局部凹形槽的最大深度决定了其滑板的使用寿命，这种严重不均匀性磨耗将成倍降低滑板的合理使用寿命，也成倍加大滑板的运营成本。
（二）受电弓滑板多波凹条形痕磨耗的危害
多波凹条形痕磨耗，也是一种严重的不均匀性磨耗，当多波凹条形痕达到一定深度，约一个月左右，其滑板顶接触面就出现许多条2mm以上深度的明显磨损凹条形痕，在一定条件下，如电客车启动瞬间，其接触线正好严重卡滞在凹条形痕槽底部时，将会成为受电弓滑板横向顺利滑行的安全隐患，特别严重时还可能引起弓网故障。同时，多波凹条形痕的最大凹条形痕深度也决定了滑板的使用寿命，将成倍降低滑板的合理使用壽命，也将成倍加大其滑板的运营成本。
三、地铁受电弓滑板产生均匀性磨耗的一般机理
1.运动的受电弓滑板与接触线构成一对机械与电气的特殊摩擦副，其特殊摩擦副产生后述四类基本磨耗效果。
第一类基本磨耗：在一定弓压下，运动的滑板与接触线之间接触，产生一个机械性质的滑动摩擦磨耗，称其为主要机械磨耗。
第二类基本磨耗：在一定弓压下，运动的滑板与接触线之间接触，又产生一个接触电阻，当电流从接触线上通过其接触电阻流向受电弓时，必然会引起其接触点温度升高，随之，会加剧滑板与接触线间的热粘结磨耗，称其为次要机械磨耗。
第三类基本磨耗：在一定弓压下，运动的滑板与接触线之间接触，因其间存在电流流动而产生微量慢性电腐蚀与化学环境腐蚀，因此，又加剧了上述磨耗，称其为一般份量的电化磨耗。
第四类基本磨耗：在一定弓压下，运动的滑板与接触线之间接触，因其间存在电流流动带来的微量电离子转移与微量电弧，带来微量的损耗和熔损，称其为一般份量的电气磨耗。
2.影响四类基本磨耗值大小的物理要素有滑板与接触线相互接触的压力大小，相互接触的时间长短、材质、接触网电气参数等。基本规律为：接触的压力越大其相应磨耗越严重，接触时间越长其相应的磨耗越严重。
四、地铁受电弓滑板严重不均匀磨损的机理及其有关改善技术理论
（一）滑板产生新月凹形痕不均匀磨耗的机理及其有关改善技术理论
1.受电弓滑板产生新月凹形不均匀磨耗的机理
在铁路线路横向即左右方向上，运行的受电弓滑板一般随电力机车头左右随机性摆动不超过±200mm。传统的接触线平面布置设计理论要求，在铁路线运行的左右方向上，接触线一般以静态的受电弓中心线对称轴呈“之字值a”左右对称均匀布置，a为悬挂点位处接触线的中心距静态受电弓滑板中心的水平距离。
根据弓网关系理论，接触线与运动的受电弓滑板接触面上的各个点位接触的时间是不相同的，受电弓滑板上约400mm长的中心段某个点位与受电弓滑板外端段的某个点位比，其与接触线接触的时间可能长成百上千倍，而且，在滑板约400mm长的中心段的范围内，越靠近滑板中心其接触时间越长。故滑板约400mm长的中心段的磨耗比其两外端段的磨耗大，且越靠近其滑板中心其磨耗越大，总体趋势就必然呈新月凹形磨耗。这是新月凹形磨耗形成的主要机理。
根据弓网动态试验数据显示，在传统设计施工的接触网系统中，接触线越远离受电弓滑板的中心，弓网动态接触压力越小，反之亦然，接触线越接近受电弓滑板的中心，弓网动态接触压力越大，即形成滑板越中心其相应的磨耗越大，总体趋势也必然呈新月凹形磨耗，这是新月凹形磨耗形成的次要机理。
2.新月凹形不均匀磨耗的有关改善技术理论
在地铁接触网传统设计中，已有设计人员开始关注此类不均匀磨耗现象，并进行改善接触线平面布置的设计技术研究，如天津电化院提出的将接触线呈“正玄波”布置，铁二院提出的将接触线呈“等边多边形波”布置。无论接触线呈“正玄波”布置还是呈“等边多边形波”布置，对新月凹形不均匀磨耗均有一定的抑制效果，但仍不能完全使滑板的磨耗基本均衡，滑板仍然存在新月凹形不均匀磨耗现象，滑板的使用寿命仍还是“以新月凹形的最大磨损深度”来作为判断更换滑板的技术参数。
前述这些对接触线平面布置的改善设计技术，应该都是基于国家现行常速（160km/h及以下的时速）条件下的“电力机车受电弓运行摆动理论”与“接触线风偏理论”，即受电弓最大横向摆动范围±200mm，接触线最大横向摆动范围±100mm。但实际上，地铁因其行车最大速度一般不大于100km/h、且处于基本无横向风速运行条件下，故与国铁比，地铁的电客车受电弓运行摆动与接触线风偏还是有较大区别的，若完全比照国铁“电力机车受电弓运行摆动理论”与“接触线风偏理论”设计地铁接触网悬挂点的最大拉出值与其平面布置，则其运动中的受电弓取流的主要部位（大概率）应该就着落在以受电弓中心为对称轴的两边约±200mm范围内，越靠近受电弓中心，其接触的时间越长相应的磨耗就越严重，故其磨耗整体呈“新月凹形”。这是一个不能靠接触线的平面布置而根本改变的现象。但是，笔者认为，可以采用“适当加大悬挂点的最大拉出值”和同时对接触线的平面布置采用“非等边多边形波”设计改变磨耗。 滑板的接触面形状改进技术理论，正如前述，其磨耗整体呈“新月形”是一个不能靠接触线的平面布置而根本改变的现象，故笔者从纯理论上提出后述设想：若经过深入试验研究，科学得出其滑板“新月凹形接触面的曲面形状”相关技术参数及磨耗速度规律后，采用其预制造出老月凸形滑板，以期在运行后的合理使用寿命内，基本抵平新月凹形性的不均匀磨耗，使之其滑板的使用寿命以其基本均匀磨耗的程度来决定。
（二）受电弓滑板产生多波凹条形痕磨耗的机理与其有关改善技术理论
1.受电弓滑板产生多波凹条形痕磨耗的机理在地铁中运行的受电弓滑板接触面约两个月左右就可能出现许多条明显磨耗性凹条形痕，而且其凹条形痕深度、上部宽度会随运行时间延长而加大，如一般凹条形痕的上部宽度约2-4倍接触线横截面的最大宽度不等，其凹条形痕的底部宽约0.5倍以下的接触线横截面的最大宽度不等，深度2mm到最大高度2倍的接触线横截面不等。据了解，像武广、广深等高铁、客专上，其受电弓滑板也出现类似许多条明显磨耗性凹条形痕。
不均匀磨耗性条形痕出现的机理无非有两类，第一类是接触线的接触面上存在凸性硬点，第二类是有限的某些固定位置上的接触线与滑板摩擦副的作用效果大。根据运行的受电弓呈随机性作左右摆动的理论，显然可以排除第一类即接触线的接触面上存在凸性硬点的可能。那么，究竟有哪些有限的固定位置上的接触线与滑板摩擦副的作用效果大呢？根据地铁电客车运行规律可以判断，应该是电客车“在每个停靠站从刹车停靠起，至其发车启动运行出发前止”的特殊位置上。正是这种刹车启动位置基本是固定的，且每个上下客只有上、下行各一处，正常情况下，其停靠时间约1分钟以上不等，即其摩擦副作用时间比其他任何点位上的摩擦副作用时间都长数倍，仅凭次因素影响该点位的磨耗也自然比其他点位上的磨耗大数百倍，若是位于上坡道的刹车启动点位，因其电客车在上坡道启动提速的电流大，其上坡启动时的受电弓与接触线温升均大大高于其他点位，这样还会加剧其凹条形痕磨耗。笔者认为，应该正是位于上坡道的车站左线或右线上电客车刹车启动点位处的摩擦副的特殊突出作用，决定了其多波凹条形痕磨耗的凹条形痕特征，这就是滑板产生多波凹条形痕磨耗的机理。
2.受电弓滑板多波凹条形痕磨耗的有关改善技术理论
对全线位于其上坡道的左线或右线线路上方的电客车的刹车启动点位处的接触线的平面位置，进行“综合分段、统筹优化设置”。在其刹车启动点位处±100mm内，设置刚性悬挂点，将其全线车站停车启动提速点位处的接触线依次设置在其受电弓滑板的两尾端段部位，将在车站正常停车时间最长的刹车启动点位处悬挂点的之字值设置成最大，将在车站正常停车时间次之的刹车启动点位处悬挂点的之字值设置成次之，大小相近的之字值之间的差值从大往小递减。即将其全线车站停车启动提速点位处的接触线之字值按照停车时间从长到短，依次对应设置成±420mm、±406mm、±383mm、±371mm、±360mm、±350mm……，并统一精确设计、精确施工、精确检测验收，允许偏差控制在5mm以内。
将每个车站上坡道左线或右线上方其刹车启动提速点位处的接触线的之字值设置不同，并均设置在受点弓滑板的两尾端段部位（非约400mm的中心段范围），并依次排列、精确设计、严格施工、认真检测验收与运营维护，使其滑板上可能出现多波凹条形痕的部位有序、有效控制在两尾端段（即使其凹条形痕不发生在约400mm的中心段范围），避免其滑板的使用寿命由“多波凹条形痕的深度”与“新月凹形痕的深度”这两种磨耗的叠加恶性效果决定，以科学提高滑板的使用寿命。
3.还可以对全线上坡道车站左线或右线线路上刹车启动点位处的接触线，进行独立小锚段设置，并采用独特的大截面接触线，以适当抑制电客车启动提速时其大电流对其接触线的温升作用，应该可以起到一定的抑制多波凹条形痕不均匀磨耗的效果。
五、结语
地铁电客车在运营运行较短时间后，其受电弓滑板即出现“新月凹形痕”和“多波凹条形痕”两类严重不均匀性磨耗，在电客车长期的运行中，受电弓滑板的这类不均匀磨耗造成的经济损失不容忽视，同时，其磨耗程度严重后，还可能造成弓网关系方面的安全隐患。因此，如何有效的改善受电弓不均匀磨耗值得我们大家深入研究探讨。
参考文献
[1] 谭冬华.架空刚性接触悬挂弓网磨耗异常的原因分析與解决办法[J].电气化铁道.2007.
[2] 庞波.刚性接触网布置方式和受电弓磨耗分析[J].电气化铁道.2009.
[关键词]改善地铁接触网；受电弓滑板；磨耗
中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0068-02
据我国地铁供电系统接触网业内人士普遍反映，地铁刚性悬挂接触网运行条件下或高架段柔性悬挂接触网运行条件下的受电弓滑板存在一类现象，即受电弓在运行约3个月的短时间（比受电弓均匀磨耗下的合理使用寿命成倍缩短）后，普遍出现其滑板磨耗严重不均问题。
一、地铁受电弓滑板严重不均匀磨耗的技术特征
（一）受电弓滑板接触面约400mm中心段磨耗多，越往两外端各约150mm外端段磨耗越少，甚至两端头各有约100mm尾端接触面部位基本不发生磨耗，其接触表面总磨耗形状呈新月形趋势。
（二）受电弓滑板接触表面出现有限的几条深凹痕迹，其大趋势呈多波形，简称“多波凹条形痕”磨耗。
二、 地铁受电弓滑板严重不均匀磨耗的危害
（一）受电弓滑板新月凹形痕磨耗的危害
新月凹形痕磨耗，是一种严重的不均匀性磨耗。往往是其局部凹形槽的最大深度决定了其滑板的使用寿命，这种严重不均匀性磨耗将成倍降低滑板的合理使用寿命，也成倍加大滑板的运营成本。
（二）受电弓滑板多波凹条形痕磨耗的危害
多波凹条形痕磨耗，也是一种严重的不均匀性磨耗，当多波凹条形痕达到一定深度，约一个月左右，其滑板顶接触面就出现许多条2mm以上深度的明显磨损凹条形痕，在一定条件下，如电客车启动瞬间，其接触线正好严重卡滞在凹条形痕槽底部时，将会成为受电弓滑板横向顺利滑行的安全隐患，特别严重时还可能引起弓网故障。同时，多波凹条形痕的最大凹条形痕深度也决定了滑板的使用寿命，将成倍降低滑板的合理使用壽命，也将成倍加大其滑板的运营成本。
三、地铁受电弓滑板产生均匀性磨耗的一般机理
1.运动的受电弓滑板与接触线构成一对机械与电气的特殊摩擦副，其特殊摩擦副产生后述四类基本磨耗效果。
第一类基本磨耗：在一定弓压下，运动的滑板与接触线之间接触，产生一个机械性质的滑动摩擦磨耗，称其为主要机械磨耗。
第二类基本磨耗：在一定弓压下，运动的滑板与接触线之间接触，又产生一个接触电阻，当电流从接触线上通过其接触电阻流向受电弓时，必然会引起其接触点温度升高，随之，会加剧滑板与接触线间的热粘结磨耗，称其为次要机械磨耗。
第三类基本磨耗：在一定弓压下，运动的滑板与接触线之间接触，因其间存在电流流动而产生微量慢性电腐蚀与化学环境腐蚀，因此，又加剧了上述磨耗，称其为一般份量的电化磨耗。
第四类基本磨耗：在一定弓压下，运动的滑板与接触线之间接触，因其间存在电流流动带来的微量电离子转移与微量电弧，带来微量的损耗和熔损，称其为一般份量的电气磨耗。
2.影响四类基本磨耗值大小的物理要素有滑板与接触线相互接触的压力大小，相互接触的时间长短、材质、接触网电气参数等。基本规律为：接触的压力越大其相应磨耗越严重，接触时间越长其相应的磨耗越严重。
四、地铁受电弓滑板严重不均匀磨损的机理及其有关改善技术理论
（一）滑板产生新月凹形痕不均匀磨耗的机理及其有关改善技术理论
1.受电弓滑板产生新月凹形不均匀磨耗的机理
在铁路线路横向即左右方向上，运行的受电弓滑板一般随电力机车头左右随机性摆动不超过±200mm。传统的接触线平面布置设计理论要求，在铁路线运行的左右方向上，接触线一般以静态的受电弓中心线对称轴呈“之字值a”左右对称均匀布置，a为悬挂点位处接触线的中心距静态受电弓滑板中心的水平距离。
根据弓网关系理论，接触线与运动的受电弓滑板接触面上的各个点位接触的时间是不相同的，受电弓滑板上约400mm长的中心段某个点位与受电弓滑板外端段的某个点位比，其与接触线接触的时间可能长成百上千倍，而且，在滑板约400mm长的中心段的范围内，越靠近滑板中心其接触时间越长。故滑板约400mm长的中心段的磨耗比其两外端段的磨耗大，且越靠近其滑板中心其磨耗越大，总体趋势就必然呈新月凹形磨耗。这是新月凹形磨耗形成的主要机理。
根据弓网动态试验数据显示，在传统设计施工的接触网系统中，接触线越远离受电弓滑板的中心，弓网动态接触压力越小，反之亦然，接触线越接近受电弓滑板的中心，弓网动态接触压力越大，即形成滑板越中心其相应的磨耗越大，总体趋势也必然呈新月凹形磨耗，这是新月凹形磨耗形成的次要机理。
2.新月凹形不均匀磨耗的有关改善技术理论
在地铁接触网传统设计中，已有设计人员开始关注此类不均匀磨耗现象，并进行改善接触线平面布置的设计技术研究，如天津电化院提出的将接触线呈“正玄波”布置，铁二院提出的将接触线呈“等边多边形波”布置。无论接触线呈“正玄波”布置还是呈“等边多边形波”布置，对新月凹形不均匀磨耗均有一定的抑制效果，但仍不能完全使滑板的磨耗基本均衡，滑板仍然存在新月凹形不均匀磨耗现象，滑板的使用寿命仍还是“以新月凹形的最大磨损深度”来作为判断更换滑板的技术参数。
前述这些对接触线平面布置的改善设计技术，应该都是基于国家现行常速（160km/h及以下的时速）条件下的“电力机车受电弓运行摆动理论”与“接触线风偏理论”，即受电弓最大横向摆动范围±200mm，接触线最大横向摆动范围±100mm。但实际上，地铁因其行车最大速度一般不大于100km/h、且处于基本无横向风速运行条件下，故与国铁比，地铁的电客车受电弓运行摆动与接触线风偏还是有较大区别的，若完全比照国铁“电力机车受电弓运行摆动理论”与“接触线风偏理论”设计地铁接触网悬挂点的最大拉出值与其平面布置，则其运动中的受电弓取流的主要部位（大概率）应该就着落在以受电弓中心为对称轴的两边约±200mm范围内，越靠近受电弓中心，其接触的时间越长相应的磨耗就越严重，故其磨耗整体呈“新月凹形”。这是一个不能靠接触线的平面布置而根本改变的现象。但是，笔者认为，可以采用“适当加大悬挂点的最大拉出值”和同时对接触线的平面布置采用“非等边多边形波”设计改变磨耗。 滑板的接触面形状改进技术理论，正如前述，其磨耗整体呈“新月形”是一个不能靠接触线的平面布置而根本改变的现象，故笔者从纯理论上提出后述设想：若经过深入试验研究，科学得出其滑板“新月凹形接触面的曲面形状”相关技术参数及磨耗速度规律后，采用其预制造出老月凸形滑板，以期在运行后的合理使用寿命内，基本抵平新月凹形性的不均匀磨耗，使之其滑板的使用寿命以其基本均匀磨耗的程度来决定。
（二）受电弓滑板产生多波凹条形痕磨耗的机理与其有关改善技术理论
1.受电弓滑板产生多波凹条形痕磨耗的机理在地铁中运行的受电弓滑板接触面约两个月左右就可能出现许多条明显磨耗性凹条形痕，而且其凹条形痕深度、上部宽度会随运行时间延长而加大，如一般凹条形痕的上部宽度约2-4倍接触线横截面的最大宽度不等，其凹条形痕的底部宽约0.5倍以下的接触线横截面的最大宽度不等，深度2mm到最大高度2倍的接触线横截面不等。据了解，像武广、广深等高铁、客专上，其受电弓滑板也出现类似许多条明显磨耗性凹条形痕。
不均匀磨耗性条形痕出现的机理无非有两类，第一类是接触线的接触面上存在凸性硬点，第二类是有限的某些固定位置上的接触线与滑板摩擦副的作用效果大。根据运行的受电弓呈随机性作左右摆动的理论，显然可以排除第一类即接触线的接触面上存在凸性硬点的可能。那么，究竟有哪些有限的固定位置上的接触线与滑板摩擦副的作用效果大呢？根据地铁电客车运行规律可以判断，应该是电客车“在每个停靠站从刹车停靠起，至其发车启动运行出发前止”的特殊位置上。正是这种刹车启动位置基本是固定的，且每个上下客只有上、下行各一处，正常情况下，其停靠时间约1分钟以上不等，即其摩擦副作用时间比其他任何点位上的摩擦副作用时间都长数倍，仅凭次因素影响该点位的磨耗也自然比其他点位上的磨耗大数百倍，若是位于上坡道的刹车启动点位，因其电客车在上坡道启动提速的电流大，其上坡启动时的受电弓与接触线温升均大大高于其他点位，这样还会加剧其凹条形痕磨耗。笔者认为，应该正是位于上坡道的车站左线或右线上电客车刹车启动点位处的摩擦副的特殊突出作用，决定了其多波凹条形痕磨耗的凹条形痕特征，这就是滑板产生多波凹条形痕磨耗的机理。
2.受电弓滑板多波凹条形痕磨耗的有关改善技术理论
对全线位于其上坡道的左线或右线线路上方的电客车的刹车启动点位处的接触线的平面位置，进行“综合分段、统筹优化设置”。在其刹车启动点位处±100mm内，设置刚性悬挂点，将其全线车站停车启动提速点位处的接触线依次设置在其受电弓滑板的两尾端段部位，将在车站正常停车时间最长的刹车启动点位处悬挂点的之字值设置成最大，将在车站正常停车时间次之的刹车启动点位处悬挂点的之字值设置成次之，大小相近的之字值之间的差值从大往小递减。即将其全线车站停车启动提速点位处的接触线之字值按照停车时间从长到短，依次对应设置成±420mm、±406mm、±383mm、±371mm、±360mm、±350mm……，并统一精确设计、精确施工、精确检测验收，允许偏差控制在5mm以内。
将每个车站上坡道左线或右线上方其刹车启动提速点位处的接触线的之字值设置不同，并均设置在受点弓滑板的两尾端段部位（非约400mm的中心段范围），并依次排列、精确设计、严格施工、认真检测验收与运营维护，使其滑板上可能出现多波凹条形痕的部位有序、有效控制在两尾端段（即使其凹条形痕不发生在约400mm的中心段范围），避免其滑板的使用寿命由“多波凹条形痕的深度”与“新月凹形痕的深度”这两种磨耗的叠加恶性效果决定，以科学提高滑板的使用寿命。
3.还可以对全线上坡道车站左线或右线线路上刹车启动点位处的接触线，进行独立小锚段设置，并采用独特的大截面接触线，以适当抑制电客车启动提速时其大电流对其接触线的温升作用，应该可以起到一定的抑制多波凹条形痕不均匀磨耗的效果。
五、结语
地铁电客车在运营运行较短时间后，其受电弓滑板即出现“新月凹形痕”和“多波凹条形痕”两类严重不均匀性磨耗，在电客车长期的运行中，受电弓滑板的这类不均匀磨耗造成的经济损失不容忽视，同时，其磨耗程度严重后，还可能造成弓网关系方面的安全隐患。因此，如何有效的改善受电弓不均匀磨耗值得我们大家深入研究探讨。
参考文献
[1] 谭冬华.架空刚性接触悬挂弓网磨耗异常的原因分析與解决办法[J].电气化铁道.2007.
[2] 庞波.刚性接触网布置方式和受电弓磨耗分析[J].电气化铁道.2009.