陳朝 朱家奇 吳明洲

摘 要：隨著大量新增線路和已有線路增購項目的推進，投用的受電弓品牌和型號不斷增加，碳滑板種類也不相同。調(diào)研了上海地鐵所有受電弓線路信息，并對各種影響統(tǒng)型的因素進行了研究分析，設(shè)計出兩款通用性較強的碳滑板。并對碳滑板進行了實驗室測試與裝車測試。同時對必要的相關(guān)羊角結(jié)構(gòu)進行了修改。

關(guān)鍵詞：受電弓;碳滑板;碳材料;羊角;統(tǒng)型

中圖分類號：U264.34 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0090-02

0 引言

碳滑板作為列車供電系統(tǒng)中的重要部件，與弓網(wǎng)狀態(tài)密切相關(guān)，如出現(xiàn)故障，可能會引發(fā)弓網(wǎng)事故。碳滑板的管理對于弓網(wǎng)配合至關(guān)重要，隨著軌道交通的快速發(fā)展，碳滑板型號的增加給管理帶來難度。

本文通過對受電弓碳滑板材料、受流性能、結(jié)構(gòu)、尺寸等方面進行研究，將目前上海地鐵在用的碳滑板型號進行統(tǒng)型，在提高管理和工作效率的同時，統(tǒng)型碳滑板對于弓網(wǎng)磨耗研究具有極大的價值。

1 地鐵線路現(xiàn)有受電弓調(diào)研

目前上海地鐵受電弓根據(jù)驅(qū)動形式可區(qū)分為電動弓和氣動弓，根據(jù)升弓機構(gòu)可區(qū)分為彈簧弓和氣囊弓，弓頭懸掛構(gòu)造可區(qū)分為彈簧盒、彈簧片、橡膠結(jié)構(gòu)件等懸掛方式，共有十四種型號受電弓，使用受電弓碳滑板型號多達十二種。

2 碳滑板統(tǒng)型研究

2.1 碳滑板統(tǒng)型設(shè)計流程

（1）根據(jù)工況進行材料選型;（2）計算碳滑板的載流能力;（3）根據(jù)需求設(shè)計碳滑板結(jié)構(gòu);（4）評估碳滑板的重量及尺寸;（5）后期試驗驗證碳滑板的性能。

2.2 碳滑板材料研究

受電弓碳滑板的材料發(fā)展至今，經(jīng)歷了很多的階段，所用材料不斷更新，對各類碳滑板材料的優(yōu)劣進行分析并選型：

（1）純金屬材料。以純銅材料為主，相對于硬銅的接觸導(dǎo)線，親和力大，易引起粘著磨損。（2）粉末冶金材料。強度高，導(dǎo)線性能良好，耐電弧損傷性能差，即使使用添加潤滑劑，也會嚴重磨耗觸網(wǎng)。（3）純碳材料。具有良好的自潤滑性和減摩性能，且耐電弧性能優(yōu)良。但機械強度低，耐沖擊性能差，運行時遇到硬點容易造成滑板折斷和破裂。（4）浸金屬碳材料。浸金屬材料取長補短，兼具了碳材料的高潤滑效果高穩(wěn)定性與金屬材料的高導(dǎo)電性能和高機械強度。（5）碳銅復(fù)合材料。碳滑板前沿材料，由于會發(fā)生濕氣電化腐蝕，使得其在下雨天的應(yīng)用表現(xiàn)不及預(yù)期，無法滿足運營需要。

綜上，針對上海的應(yīng)用工況與氣候條件，目前浸金屬材料統(tǒng)型碳滑板是更為合理、可靠。

2.3 碳滑板碳條統(tǒng)型尺寸及材料選型研究

目前根據(jù)上海地鐵在用受電弓碳滑板的形式，可劃分為雙滑板和四滑板兩大類。雙滑板受電弓要求單根碳滑板載流性能高，只有60mm一種寬度。四滑板受電弓碳滑板數(shù)量多對于單根碳滑板載流性能要求較低，有42mm、50mm、60mm三種寬度見圖1。

碳滑板的統(tǒng)型設(shè)計，根據(jù)碳滑板材料的受流性能與滑板寬度綜合計算碳滑板的載流能力，計算公式：

碳滑板的載流能力=材料的電流密度╳碳滑板的寬度。

以高強度浸金屬和高導(dǎo)流浸金屬的兩種目前成熟的浸金屬材料作為統(tǒng)型材料進行受流能力計算參數(shù)見表1。

2.3.1 碳滑板材料、尺寸綜合統(tǒng)型研究

因雙碳滑板和四碳滑受電弓使用的碳滑板數(shù)量不同，需根據(jù)兩種材料性能分別計算載流能力。雙滑板、四滑板受電弓載流計算參數(shù)見表2、表3。

根據(jù)計算結(jié)果，60mm寬度的高導(dǎo)流浸金屬材料碳條可;所有寬度碳滑板都能滿足四滑板受電弓載流性能要求。

2.3.2 碳滑板統(tǒng)型重量、尺寸綜合研究

雙滑板受電弓碳滑板統(tǒng)型寬度保持60mm寬度不變，統(tǒng)型選用高導(dǎo)流浸金屬材料，與原碳滑板重量重量相近。

四滑板受電弓統(tǒng)型為保持原使用42mm、50mm、60mm寬度碳滑板的三種受電弓弓頭在統(tǒng)型后力學(xué)性能相近，使用50mm作為統(tǒng)型寬度，該尺寸的碳滑板重量及載流性能居中，選用高強度浸金屬其抗折性能更好、密度較低，單位體積重量更輕，保證原受電弓的弓頭懸掛性能，統(tǒng)型后的單根碳滑板受流參數(shù)見表4。

2.4 碳滑板結(jié)構(gòu)統(tǒng)型研究

2.4.1 導(dǎo)電螺栓安裝結(jié)構(gòu)、尺寸統(tǒng)型

導(dǎo)電螺栓規(guī)格統(tǒng)一采用M8螺栓，為避免導(dǎo)電螺栓安裝位置與不同型號受電弓上框架干涉，采用碳滑板安裝螺栓固定分流導(dǎo)線，并使用銅鋁墊片增加設(shè)計可靠性見圖2。

2.4.2 安裝螺栓安裝結(jié)構(gòu)統(tǒng)型

為避免與不同型號受電弓上框架構(gòu)造干涉，安裝螺栓采用一螺釘螺母、一螺栓的方式。螺釘位置可設(shè)置橡膠緩沖件，滿足緩沖、固定等基本功能見圖3。

2.4.3 碳滑板底座、羊角結(jié)構(gòu)統(tǒng)型

受電弓碳滑板一般安裝于羊角安裝座，為達到便于更換、無法錯裝其他品牌碳滑板等要求。各型號受電弓碳滑板及其安裝的結(jié)構(gòu)略有區(qū)別。因此統(tǒng)型碳滑板的同時羊角安裝結(jié)構(gòu)也需一并統(tǒng)一。

按照《TB-T 3271-2011軌道交通受流系統(tǒng)受電弓與接觸網(wǎng)相互作用準則》對羊角長度和角度進行設(shè)計，同時通過對羊角重量的微調(diào)減小碳滑板統(tǒng)型前后弓頭重量變化，調(diào)整羊角安裝座形狀使之與羊角緊密貼合。

2.5 有效長度統(tǒng)型研究

上海地鐵接觸網(wǎng)的拉出值是±200mm，在用碳滑板的有效長度在645～680mm之間。按照《TB-T 3271-2011軌道交通受流系統(tǒng)受電弓與接觸網(wǎng)相互作用準則》設(shè)計受電弓弓頭，統(tǒng)型使用標準碳滑板的長度為1050mm，有效長度為650mm。

2.6 碳滑板重量驗證

受電弓的跟隨性與離線率主要受弓頭重量的影響，重量越重，則跟隨性越差，離線率越高。碳滑板統(tǒng)型以保持原受電弓弓頭力學(xué)性能為目標，不超出原弓頭設(shè)計重量為底線，通過統(tǒng)型后羊角與碳滑板重量進行配比與原受電弓保持一致。四碳滑板受電弓碳滑板與雙碳滑板受電弓碳滑板重量均值與統(tǒng)型碳滑板樣品重量進行比較見表5。

由于統(tǒng)型前后碳滑板材質(zhì)物理及化學(xué)性質(zhì)相近，最終統(tǒng)型前后碳滑板重量無明顯變化。

2.7 碳滑板統(tǒng)型參數(shù)

根據(jù)統(tǒng)型結(jié)果對雙滑板、四滑板受電弓的統(tǒng)型碳滑板尺寸按照相關(guān)技術(shù)標準進行統(tǒng)一，統(tǒng)型參數(shù)見表6。

2.8 統(tǒng)型碳滑板的實驗室測試

根據(jù)實驗室測試，各項指標符合標準要求。測試結(jié)果見表7。

3 結(jié)語

通過對上海地鐵碳滑板進行匯總與研究，得出兩款統(tǒng)型碳滑板原型，不僅僅為研究現(xiàn)有受電弓改造做出了指導(dǎo)，同時也為今后新車型受電弓碳滑板的選型給出了方向。

參考文獻

[1] 摩根新材料（上海）有限公司.上海地鐵高強度浸金屬統(tǒng)型碳滑板測試報告[R].上海：摩根新材料（上海）有限公司，2018.

[2] 摩根新材料（上海）有限公司.上海地鐵高導(dǎo)流浸金屬統(tǒng)型碳滑板測試報告[R].上海：摩根新材料（上海）有限公司，2018.