張璐

摘 要：廣州地鐵二號線是國內第一條采用剛性接觸網的地鐵線路，從2002年12月29日首通段開通至今近十幾年時間，出現的最嚴重的問題還是接觸線磨耗問題。本文以廣州地鐵二號線為范例通過分析磨耗產生的原因，并通過數據說明了2013年磨耗的變大，對如何減小磨耗以及出現磨耗后該如何處理提出建議。

關鍵詞：廣州地鐵；剛性接觸網；拉?。蝗×?/p>

中圖分類號：U225 文獻標志碼：A

1 剛性接觸網磨耗概述

剛性接觸網磨耗主要分為機械磨耗和電氣磨耗。機械磨耗是碳滑板和接觸線因機械摩擦產生的磨耗。電氣磨耗則是因為碳滑板與接觸線傳導電流a時，因弓網接觸不好，弓網發(fā)生離線，導致接觸線和碳滑板之間產生高溫火花，對接觸線產生的燒損。在運行中，電氣磨耗一定程度上加快了機械磨耗。

1.1 剛性接觸網磨耗檢查方法

接觸線磨耗實際測量中，無法直接測量接觸線的磨耗面積，因此，常使用游標卡尺測量接觸線的Y值，從而間接求出接觸線的磨損程度。

廣州地鐵二號線使用的接觸線為Ris120銅銀接觸線，線材直徑為13.2mm。圖1為接觸線截面磨耗示意圖，陰影部分即為所求的磨耗面積。

剛性接觸網用游標卡尺測量接觸線的y值，線材半徑R=6.6，則

因此，磨耗面積就為

其中，θ可由R，h值求得。

根據《廣州地鐵剛性接觸網大修規(guī)程》，當整錨段接觸線的磨耗高度達到總高度的一半，接觸線出現損傷、銹蝕、裂紋、扭曲及其他缺陷，局部磨耗嚴重時，需要整錨段或者局部更換接觸線。通常情況下，當接觸線的Y值大于12mm時，磨耗面積已達到接觸線截面積的27.67%，此時，需要對接觸線進行更換。

1.2 二號線剛性接觸網磨耗現狀

廣州地鐵二號線接觸懸掛采用П型剛性架空接觸網，根據檢修過程中對接觸線磨耗測量統(tǒng)計發(fā)現，磨耗嚴重區(qū)段主要集中在錨段關節(jié)、線岔，列車加速區(qū)段、彈性道床區(qū)段。此外，匯流排中間接頭處也普遍存在磨耗過大的現象。

經數據統(tǒng)計，二號線至2013年為止進行過換線的區(qū)域，大部分集中在出站加速錨段，有23處，其中在出站錨段關節(jié)處4個；另外減震道床、站臺段占6個，區(qū)間加速段3個。同時可見更換前接觸線磨耗Y值均達到11mm以上。

由表1看出2013年作為轉折點，二號線異常磨耗有明顯的增大趨勢，該問題可從表1及圖2中看出，無論換線次數還是更換接觸線數量及磨耗嚴重程度都遠遠高出往年的平均值。

表1 二號線歷年換線數量

年度 二號線換線次數 更換接觸線數量

2007年 5 427

2008年 0 0

2009年 7 629

2010年 5 667

2011年 3 370

2012年 3 1014

2013年 12 2643

從圖2可知，接觸線異常磨耗加劇后對匯流排的損傷是很明顯的，很有可能造成嚴重的硬點，導致短線。

1.3 2013年二號線磨耗增加原因分析

從表2可知，二號線通過每萬弓架次的磨耗率有增長趨勢。并從表1中得出的2013年二號線共進行12次接觸網換線，其中GZ52、GZ34、GZ46、GZ38、Z95錨之前未進行過接觸網換線，13年監(jiān)測中發(fā)現磨耗增大，達到換線標準。

GZ51、GZ65、GZ62、GY48錨是第二次換線，表2為兩次換線周期的長度及每萬弓架次接觸線磨耗率，從圖3可以看出，進行第二次換線的幾個錨段，兩次換線周期普遍有所縮短。從圖4可以看出，比較兩個換線周期內，每萬弓架次接觸線的磨耗率可以看出，其磨耗率普遍有所增大。

針對2013年二號線磨耗異常增加，可從行車密度角度加以分析，從2號線運營方式的調整上看，自2013年1月起啟動早高峰三元里——江泰路小交路運行以來，老二號線區(qū)段接觸網經過的電客車弓架次有所增加，加劇了接觸線磨耗。

2 二號線剛性接觸網磨耗分析

在剛性懸掛中，匯流排沒有彈性，受電弓抬升產生的力無法得到緩解，全部施加在接觸線上，因此弓網之間沖擊力遠大于柔性接觸網。弓網摩擦與弓網壓力以及接觸線線面、受電弓滑板之間接觸面的情況有關，受電弓對剛性懸掛的靜態(tài)抬升力一定時，動態(tài)情況下柔性接觸懸掛由于彈性的存在其弓網壓力要比剛性小，所產生的機械摩擦也相應小一些，接觸線和碳滑板產生的磨耗自然也就小了。

2.1 受電弓碳滑板對剛性接觸網磨耗的影響

在剛性接觸網中碳滑板的自身磨耗比柔性接觸網磨耗大。二號線當前使用的碳滑板已由進口設備改用國產設備，其更換周期較之前縮短。以國產碳滑板為例，剛投入使用時，碳滑板厚度為19mm，經過3個月的磨耗，碳滑板剩余厚度多在8mm左右，接近更換標準。

碳滑板在實際運營中，受拉出值的影響，在碳滑板兩側離中心約100mm～200mm，會產生兩個磨耗最大的凹槽。在列車加速段時，此現象更加突出，從而加速接觸網和受電弓之間的電氣磨耗，燒損接觸線和受電弓。

由于碳滑板的凹凸不平，接觸線的磨耗也同樣不均勻，尤其在凹槽處，接觸線會產生嚴重的偏磨現象。通過分段絕緣器時，凹槽也會使得分段導流板產生嚴重的偏磨，從而存在嚴重的接觸網運行風險。

在實際運行過程中，受電弓振動非常劇烈，尤其是在彈性道床區(qū)段。受電弓振動劇烈，而剛性接觸網無彈性，受電弓與接觸網之間不存在動態(tài)耦合，因此弓網壓力變化就比較大，受電弓會對接觸線產生變化量較大的沖擊力，使接觸線線面出現硬點，硬點的出現又進一步加劇了受電弓通過該處時的振動，形成惡性循環(huán)。與此同時，劇烈變化的弓網壓力使得受電弓無法保持與接觸線的良好接觸，當弓網壓力變?yōu)榱銜r會出現離線，導致拉弧，燒傷接觸線，使線面出現麻點，影響接觸線線面質量。機械和電氣雙重作用，加劇了接觸線磨耗的擴大。碳滑板導致接觸線磨耗的地方大致還有以下兩點：

（1）受電弓通過分段絕緣器時，受電弓碳滑板不能同時接觸分段絕緣器的導滑板，不能同時良好地接觸分段絕緣器連接兩側供電分區(qū)的導滑板，出現拉弧現象，燒損導滑板和分段絕緣棒和其他零部件。

（2）受電弓從側線通過線岔進入正線時，碳滑板凹槽與下部的正線刮蹭，可能導致正線出現磨耗異常增大甚至偏磨。

2.2 受電弓的抬升力對剛性接觸網磨耗的影響

二號線列車靜態(tài)升弓保持力為（120±10）N；處于正線時，受電弓高度降為4040mm，其抬升力穩(wěn)定保持為120N。由于剛性接觸線無彈性，因此當受電弓抬升保持一定值時，碳滑板和接觸線將出現較大的機械磨耗，并進一步加大接觸線的電氣磨耗。

2.3 接觸網布置方式對弓網關系與剛性接觸網磨耗的影響

廣州地鐵二號線架空接觸網采用正弦波形布置方式，在剛性接觸網的正弦波形布置情況下，經過多次磨耗后，受電弓碳滑板的形狀將會出現中間磨損較小，兩端磨耗較大的情況，而柔性接觸網的“之”字形布置情況下，受電弓碳滑板的形狀較容易保持原來的平滑程度。需要提出的是，剛性接觸網正弦波布置的周期越大，距離受電弓中心一定距離處碳滑板與接觸線的作用時間就越長；隨著剛性接觸網接觸線工作面的磨耗增大，距離受電弓中心一定距離處碳滑板與接觸線的作用時間就越長，對碳滑板的磨耗程度就越大，從而對弓網關系產生不良影響，導致接觸網異常磨耗進一步加大。

3 對于剛性接觸導線異常磨耗問題的解決

從上面的分析可知，架空剛性接觸懸掛接觸線的異常磨耗對運營有較大風險，同時，接觸線不均勻磨耗和碳滑板還存在著惡性循環(huán)的關系，即接觸線相對于受電弓中心的磨耗不均會造成碳滑板的凹凸不平，碳滑板凹凸不平會進一步加劇接觸線的不均勻磨耗，隨著時間的推移，接觸線的異常磨耗也會導致匯流排受損，導致更嚴重的接觸網事故。對于設備維護部門來說，這種問題必須得到解決，所以，在實際維修中，一般采用接觸網換線來解決磨耗過大的問題。

3.1 接觸網專業(yè)應對磨耗的解決措施

接觸線磨耗的應對主要為日常檢修調整和局部（整錨段）更換接觸線。

3.1.1 檢修調整

檢修參數調整作為應對磨耗的主要措施，在日常生產作業(yè)中有較強的可操作性。對于這些未明顯影響弓網運行的磨耗位置，可通過調整接觸線導高或拉出值，以改善接觸線運行情況，緩解磨耗加大的速度。對此，每月一次的網軌檢測中出現的超限定位點整改是發(fā)現和改善磨耗的重要機會，一級超限點應盡可能做優(yōu)化調整，二級超限點則務必安排作業(yè)和人員進行嚴格整改。調整的原則為保證隧道內接觸線4040mm、誤差正負5mm的基礎上。

此外，在對接觸網其他零部件進行日常檢修時，對于錨段關節(jié)、線岔、分段絕緣器、剛柔過渡等處，要重點檢查，保證受電弓的過渡平滑，接觸線工作面應平行于兩軌面連線，按規(guī)定力矩要求進行螺栓緊固等。同時應重點加強對緊固件的檢查，特別是對匯流排中間接頭、匯流排定位線夾與絕緣子連接的檢查，對于錨段關節(jié)和線岔轉換處接觸線的磨耗情況，分段絕緣器接頭平滑過渡狀況，以及有無電氣燒傷痕跡，都需特別留意。

3.1.2 局部換線

剛性接觸網局部換線的前提條件是對一個錨段內個別點接觸線磨耗Y值大于12mm的進行局部更換，或一個錨段內接觸線有多處磨耗的，其中有一個點Y值是12mm的。

拆除局部磨耗超限的接觸導線并更換新線。首先，緊固中錨的調節(jié)螺桿，清除匯流排上的雜物。確定接觸線需做接頭的斷線點位置。之后，安裝放線小車，對接觸線從錨段終端開始卸除。最后，用鋼鋸切割，截面處理好后可將新接觸線與原有接觸線用斷線線夾接好觀察其接頭處是否符合要求。

裝線時，調整好原有接觸線，將新導線從線盤放出，確定線面方向，新導線穿過放線小車與原接觸線對接，通過放線小車將距端頭約1000mm處的新接觸線鑲嵌入匯流排后向接頭方向放線，放至距接頭處約100mm段用橡膠錘將接觸線敲入匯流排。由車輛帶動前進，牽引支架可進行調整使牽引方向始終位于匯流排正下方，并注意相關細節(jié)問題。

3.2 其他專業(yè)設備上應采取的措施

加強與軌道專業(yè)、車輛專業(yè)溝通協作。由于接觸線的磨耗問題與車輛受電弓有關，因此在做好自身設備維護的同時，也必須加強受電弓的檢查。例如：當碳滑板凹凸超過1mm～2mm時，建議車輛專業(yè)部門人員對碳滑板進行打磨，使其工作面平滑。調整碳滑板凹槽較深處所對應點接觸懸線的偏移值，減少此處碳滑板被磨耗的概率，使碳滑板盡可能地受到均勻的磨耗等。

結論

廣州地鐵2號線運行十余年的經驗表明，接觸網接觸線磨耗問題的解決程度對接觸網正常運行起著至關重要的作用，本文通過分析接觸線磨耗的原因，從理論上探討解決磨耗問題的方法。同時考慮到接觸網是服務于行車，接觸網的磨耗問題應該和車輛受電弓磨耗問題結合起來加以解決。二者作為軌道交通系統(tǒng)中供電系統(tǒng)與車輛系統(tǒng)這兩個重要部分，應密切配合，對接觸網接觸設備以及車輛受電弓設備等參數的選擇應盡可能進行共同商討，以達到兩個系統(tǒng)協調運行的目的，保證運營質量。

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