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        城市軌道交通運(yùn)營后期弓網(wǎng)異常磨耗整改及預(yù)防措施

        2022-05-20 05:42:58黃樹智肖敬義賀祖團(tuán)
        現(xiàn)代城市軌道交通 2022年5期
        關(guān)鍵詞:弓網(wǎng)電弓滑板

        黃樹智,肖敬義,賀祖團(tuán)

        (沈陽地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司,遼寧沈陽 110000)

        1 引言

        沈陽地鐵1號線于2010年開通運(yùn)營,2號線于2011年開通運(yùn)營,全部為地下線路,采用接觸線受流,正線段全部采用剛性接觸網(wǎng)DC1500V受流,設(shè)計(jì)最高速度80 km/h。 2018年1月,沈陽地鐵1號線碳滑板磨耗急劇增加;2020年12月,沈陽地鐵2號線碳滑板磨耗急劇增加。弓網(wǎng)異常磨耗現(xiàn)象通常演變較快,給地鐵運(yùn)營公司反應(yīng)和處理的時(shí)間較短,且容易引起突發(fā)事故,甚至導(dǎo)致停運(yùn),對地鐵運(yùn)營影響較大。

        2 弓網(wǎng)異常磨耗情況

        2.1 沈陽地鐵 1 號線

        2018年1月24日到2018年3月4日,沈陽地鐵1號線弓網(wǎng)異常磨耗發(fā)展過程如下:站臺報(bào)打火花現(xiàn)象,車頂無銅屑;車頂開始出現(xiàn)銅屑,碳滑板表面出現(xiàn)異常溝槽,正線出現(xiàn)弓網(wǎng)異響;碳滑板表面出現(xiàn)磕碰、接觸線出現(xiàn)切削;碳滑板溝槽消失,弓網(wǎng)打火嚴(yán)重,碳滑板磨耗加快、表面碳晶層消失,車頂銅屑銅絲增多,接觸線出現(xiàn)毛刺;銅屑、毛刺等現(xiàn)象消失,碳滑板逐漸形成碳晶層,接觸線表面逐漸恢復(fù)光滑。其異常磨耗值變化如圖1所示。

        (1)2018年1月24日到31日,沈陽地鐵1號線碳滑板磨耗急劇增加,2車日平均磨耗量由平穩(wěn)期的1~1.5 mm/萬km增高至41.1 mm/萬km,5車日平均磨耗量由0.6 mm/萬km增高至10.8 mm/萬km。

        (2)2018年2月1日到12日,磨耗量控制在15~25 mm/萬 km。

        (3)2018年2月14日到20日,磨耗量再次急劇增加,2車日平均磨耗量最高達(dá)到46.8 mm/萬km,5車日平均磨耗量最高達(dá)到35.3 mm/萬km。

        (4)2018年2月21日之后,2車日平均磨耗量降至1.0 mm/萬km左右,5車日平均磨耗量降至0.3 mm/萬km左右并趨于穩(wěn)定。

        2.2 沈陽地鐵 2 號線

        2020年12月9日到2021年1月21日,沈陽地鐵2號線弓網(wǎng)異常磨耗發(fā)展過程如下:碳滑板中心位置出現(xiàn)深V型槽,表面碳晶層消失,正線個(gè)別車站出現(xiàn)弓網(wǎng)異響;凹槽消失,碳滑板表面碳晶層消失,碳滑板出現(xiàn)磕碰,接觸線表面粗糙;正線拉弧現(xiàn)象明顯增多,車頂出現(xiàn)銅屑、銅絲;各種異?,F(xiàn)象消失,碳滑板表面逐漸形成碳晶層,接觸線表面逐漸光滑。其異常磨耗值變化如圖2所示。

        (1)2020年12月9日 到14日,沈陽地鐵2號線碳滑板磨耗急劇增加,2車日平均磨耗量由平穩(wěn)期的1~2 mm/萬km增高至139.77 mm/萬km,5車日平均磨耗量增高至121.54 mm/萬km。

        (2)2020年12月15日到24日,2車、5車日平均磨耗量均下降至1.51 mm/萬km并趨于穩(wěn)定。

        (3)2021年1月2日到9日,磨耗再次急劇增加,2車日平均磨耗量最高達(dá)到26.09 mm/萬km,5車日平均磨耗量最高達(dá)到12.14 mm/萬km。

        (4)2021年1月10日后,磨耗量逐漸趨于穩(wěn)定。

        3 弓網(wǎng)異常磨耗原因分析

        沈陽地鐵1號、2號線弓網(wǎng)異常磨耗期間接觸線動(dòng)態(tài)拉出值測試結(jié)果如圖3、圖4所示,由圖可知,接觸線動(dòng)態(tài)拉出值主要分布在-200~+200 mm,其拉出值和導(dǎo)高等數(shù)據(jù)基本在合理區(qū)間,未發(fā)現(xiàn)異常因素。可見,運(yùn)營后期出現(xiàn)的弓網(wǎng)異常磨耗通常不是由拉出值和導(dǎo)高等因素引起的,而是多種因素的積累和疊加到一定程度后,弓網(wǎng)之間的良好摩擦狀態(tài)遭到破壞,弓網(wǎng)系統(tǒng)難以自行磨合和修復(fù),使弓網(wǎng)異常狀態(tài)范圍擴(kuò)大,由單一異常狀態(tài)演變到復(fù)雜的異常狀態(tài)。弓網(wǎng)關(guān)系的影響因素包括基礎(chǔ)因素、人為因素和外部因素。

        3.1 基礎(chǔ)因素

        (1)大截面接觸線的增加。隨著運(yùn)營年限的增加,線路上接觸線磨耗截面寬度(Y值)大于8 mm的大截面導(dǎo)線不斷增加,雖然大截面導(dǎo)線與受電弓碳滑板接觸面積大更有利于受流,但大截面導(dǎo)線的側(cè)棱較為鋒利,可能會切削碳滑板。

        (2)新的碳滑板大批量更換或壽命周期末期碳滑板增加。實(shí)踐證明,新的碳滑板更換后會有1周左右的磨合期,在磨合期內(nèi)弓網(wǎng)之間會產(chǎn)生大量拉弧打火現(xiàn)象。壽命周期末期的碳滑板表面質(zhì)量逐漸惡化,平順度下降,弓網(wǎng)之間的匹配度也會下降。這2種情況對弓網(wǎng)摩擦都會帶來一定影響。

        3.2 人為因素

        由于受電弓和接觸線檢修是由多人作業(yè),作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)不同,作業(yè)條件不同,檢修質(zhì)量方面難免出現(xiàn)差別。在日常檢修方面,對弓網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生影響的因素主要有受電弓抬升壓力、碳滑板表面的平整度、同一受電弓的碳滑板的水平角度,接觸線的參數(shù)測量、錨段關(guān)節(jié)、分段絕緣器、匯流排接頭等。

        3.3 外部環(huán)境因素

        沈陽地鐵1號、2號線的弓網(wǎng)異常磨耗均發(fā)生在冬季,而且異常磨耗期間均有溫度驟降的情況,因此,推斷冬季溫度變化是弓網(wǎng)異常磨耗的誘因之一,其影響機(jī)理還沒得到完全證明,可能是由于冬季溫度降溫導(dǎo)致接觸線角度變化或者出現(xiàn)一些卡滯、硬點(diǎn)等情況。

        從現(xiàn)有數(shù)據(jù)可知,沈陽地鐵1號、2號線弓網(wǎng)異常磨耗均為以上各項(xiàng)因素疊加的結(jié)果,非單一變量導(dǎo)致。

        4 異常磨耗的整改措施

        針對弓網(wǎng)異常磨耗問題,盡早發(fā)現(xiàn)處置能夠有效遏制異常磨耗的進(jìn)一步擴(kuò)大和惡化。早期弓網(wǎng)異常的現(xiàn)象主要有弓網(wǎng)打火花、拉弧增多、碳滑板出現(xiàn)凹槽、弓網(wǎng)間出現(xiàn)異響等。當(dāng)出現(xiàn)弓網(wǎng)異常磨耗現(xiàn)象時(shí),應(yīng)盡快重新構(gòu)建接觸線和碳滑板之間的良好摩擦關(guān)系。

        4.1 研判

        (1)判斷近期受電弓和接觸線是否進(jìn)行改造或接觸線Y值是否超標(biāo)(大于12.5 mm),對受電弓和接觸線進(jìn)行全面的梳理、排查和精調(diào)。

        (2)判斷弓網(wǎng)異常磨耗形式。一般情況下,電氣磨耗和機(jī)械磨耗均同時(shí)存在,應(yīng)針對磨耗現(xiàn)象,研判以哪種磨耗形式為主。磨耗形式不同,其整改的側(cè)重也不同。以機(jī)械磨耗為主的碳滑板表面比較粗糙,少見拉弧灼傷現(xiàn)象(圖5);以電氣磨耗為主的碳滑板表面拉弧灼傷現(xiàn)象較為明顯(圖6)。

        (3)從弓網(wǎng)磨耗現(xiàn)象來看,沈陽地鐵1號線電氣磨耗首先增加,隨后機(jī)械磨耗快速出現(xiàn)并加劇,后期以機(jī)械磨耗為主;沈陽地鐵2號線則以機(jī)械磨耗為主,電氣磨耗為輔。

        4.2 以機(jī)械磨耗為主的整改措施

        以機(jī)械磨耗為主的整改措施重點(diǎn)要調(diào)整受電弓和接觸線之間的硬摩擦狀態(tài)。

        (1)接觸線打磨。大截面接觸線位置的側(cè)棱與碳滑板之間可能出現(xiàn)“鋒刃”現(xiàn)象,互相切削。因此,接觸線專業(yè)應(yīng)對導(dǎo)線側(cè)棱進(jìn)行打磨,將側(cè)棱打磨成圓弧狀,避免導(dǎo)線與碳滑板之間出現(xiàn)“鋒刃”現(xiàn)象;此外,還應(yīng)對曲線的線面和大磨耗位置的線面進(jìn)行打磨,針對波磨區(qū)段進(jìn)行重點(diǎn)打磨,如截面比較大的位置、錨段關(guān)節(jié)、經(jīng)常打火花的位置等。盡量在短時(shí)間內(nèi)將接觸線打磨1 遍,觀察3~4天后再進(jìn)行1遍打磨。

        (2)碳滑板打磨。當(dāng)碳滑板出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象時(shí),弓網(wǎng)之間載流面積小容易產(chǎn)生拉弧,且弓網(wǎng)之間摩擦角度不正常,容易導(dǎo)致碳滑板掉塊,接觸線表面粗糙度增加,磨耗量增大,進(jìn)而導(dǎo)致弓頭卡滯、弓頭不水平;當(dāng)出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象時(shí),崩邊處產(chǎn)生較為鋒利的棱角,易對接觸線產(chǎn)生切削。因此,同一受電弓前后碳滑板之間的高差要滿足標(biāo)準(zhǔn),從弓網(wǎng)異常磨耗出現(xiàn)起就應(yīng)進(jìn)行碳滑板的打磨。

        (3)大截面接觸線更換。接觸線的更換標(biāo)準(zhǔn)為Y值達(dá)到12.5 mm左右,但鑒于較大截面接觸線的鋒刃作用,應(yīng)選擇大截面的接觸線進(jìn)行更換以恢復(fù)弓網(wǎng)狀態(tài)。具體標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)視運(yùn)營實(shí)際情況確定,一般可認(rèn)為10 mm以上的接觸線截面為較大數(shù)值。

        (4)分段絕緣器精調(diào)。弓網(wǎng)異常磨耗期間要時(shí)刻關(guān)注分段絕緣器的狀態(tài),發(fā)現(xiàn)碳滑板與分段絕緣器之間有撞擊的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)要及時(shí)對分段絕緣器進(jìn)行參數(shù)精調(diào),將誤差縮小到最小,同時(shí)打磨導(dǎo)流板端部倒角,使碳滑板能夠更加平滑的過渡。對受溫度變化影響較大的柔性分段絕緣器進(jìn)行技術(shù)改造,以消除溫度變化時(shí)上網(wǎng)電纜對線索伸縮產(chǎn)生的影響。對正線錨段關(guān)節(jié)、線岔設(shè)備進(jìn)行精調(diào),在原有非工作支抬高2~4 mm的基礎(chǔ)上,在特殊區(qū)段,如原有非工作支始觸區(qū)仍存在啃線情況,則將非工作支抬高至碳滑板不撞擊接觸線為宜,最高不超過7 mm,避免硬點(diǎn)的產(chǎn)生。

        4.3 以電氣磨耗為主的整改措施

        以電氣磨耗為主的整改要盡量調(diào)整列車大電流出站的情況,同時(shí)也要調(diào)整受電弓和接觸線之間的硬摩擦狀態(tài)。

        (1)調(diào)整列車運(yùn)行方式。對于以電氣磨耗為主的情況,其現(xiàn)象為碳滑板表面拉弧灼傷嚴(yán)重,拉弧位置一般位于列車出站位置或進(jìn)站位置,而且位置比較集中,容易使接觸線受熱變軟,從而出現(xiàn)掉銅屑、銅絲的現(xiàn)象。這種情況下建議將列車自動(dòng)駕駛(ATO)模式調(diào)整為信號監(jiān)控下的人工駕駛(ATP)模式,也可考慮在個(gè)別區(qū)段限速,這樣可有效減少拉弧打火現(xiàn)象。

        (2)其他整改措施。接觸線打磨、碳滑板打磨、分段絕緣器精調(diào)等與機(jī)械磨耗為主的整改措施基本一致。

        以上是針對弓網(wǎng)異常磨耗的不同形式建議采取的不同措施,但在弓網(wǎng)異常磨耗期間現(xiàn)象多變,應(yīng)及時(shí)研判、及時(shí)采取一些有針對性的措施。

        5 異常磨耗的預(yù)防措施

        5.1 機(jī)制措施

        (1)提高修程標(biāo)準(zhǔn)。受電弓和接觸線的修程應(yīng)達(dá)到精調(diào)標(biāo)準(zhǔn),減小受電弓和接觸線的設(shè)備誤差,降低弓網(wǎng)摩擦不良的風(fēng)險(xiǎn)。

        (2)接觸線更換和打磨。大截面接觸線在入冬前要進(jìn)行更換,沒有更換條件的大截面接觸線應(yīng)進(jìn)行定期打磨,特別是出現(xiàn)側(cè)棱“鋒刃”現(xiàn)象和線面波磨的區(qū)段應(yīng)重點(diǎn)保質(zhì)保量地打磨。

        (3)碳滑板更換。有計(jì)劃性地為全線列車更換新碳滑板,盡量避免大批量集中更換,尤其應(yīng)避免在冬季大批量集中更換。

        (4)建立弓網(wǎng)專業(yè)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。弓網(wǎng)專業(yè)技術(shù)人員對于設(shè)備的改造要互相知曉、互相配合,對于弓網(wǎng)之間的異常苗頭性問題要及時(shí)溝通,高度重視,共同探討、解決弓網(wǎng)之間的問題。

        5.2 技防措施

        建議在列車上全線安裝監(jiān)視弓網(wǎng)打火花等異常狀態(tài)的高清攝像頭,隨時(shí)監(jiān)控弓網(wǎng)之間的異常狀態(tài)。

        5.3 應(yīng)急物資儲備

        為保障弓網(wǎng)異常磨耗期間的物資儲備,建議有弓網(wǎng)異常磨耗風(fēng)險(xiǎn)的線路,儲備1萬m以上的接觸線、 3~4倍于列車在用數(shù)量的碳滑板,防止由于物資供貨緊張問題導(dǎo)致的停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)。

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