1、城市轨道交通翼2023年北京地铁6 号线西延线受电弓碳滑板异常磨耗原因及其解决方法王红艳（北京市地铁运营有限公司运营四分公司，10 0 10 2，北京高级工程师）摘要受电弓碳滑板是影响列车安全运行的关键设备。针对北京地铁6 号线（以下简称“6 号线”）西延线开通后出现的受电弓碳滑板异常磨耗问题，从碳滑板材质特性、接触网拉出值斜率、弓网接触压力等方面分析了可能造成6 号线碳滑板出现异常磨耗问题的原因,并针对性地给出了解决碳滑板异常磨耗的有效方法，包括定期打磨和更换碳滑板、选择导电率较低的碳滑板、调整交错式锚段关节处地接触线间距、安装弓网压力检测装置等，使弓网关系的匹配值达到最优，从而达到减少碳滑
2、板异常磨耗的目的。关键词城市轨道交通；受电弓碳滑板；异常磨耗中图分类号TM922.6D0I:10.16037/j.1007-869x.2023.06.008Causes and Solutions of Pantograph CarbonStrip Abnormal Wear on Beijing Metro Line 6West ExtensionWANG HongyanAbstract Pantograph carbon strip is the key component af-fecting train operation safety.Aiming at the pantograph
3、 carbonstrip abnormal wear problem appeared after the launch of Bei-jing Metro Line 6 west extension(hereinafter refer to as Line6),the possible causes of Line 6 carbon strip abnormal wearare analyzed from aspects such as carbon strip material proper-ties,slope of catenary stagger value,and pantogra
4、ph-catenarycontact pressure.To solve these problems accordingly,effec-tive solutions are given such as regular grinding and carbonstrip replacement,choosing carbon strip with low conductivity,adjusting the contact line spacing at the staggered anchor joint,and installing pantograph-catenary pressure
5、 detection device,sothat pantograph-catenary matching degree is optimized,achie-ving the goal of carbon strip abnormal wear reduction.Key wordsurban rail transit;pantograph carbon strip;ab-normal wearAuthors addressThe 4th Operation Branch of BeijingSubway Co.,Ltd.,100102,Beijing,China.44北京地铁6 号线（以下
6、简称“6 号线”）全长53km。其中,6 号线一期于2 0 12 年12 月3 0 日开通运营，列车编号为0 0 10 41；二期于2 0 14年12 月2 8日开通运营,列车编号为0 42 一0 6 4。一期和二期均配置天海牌受电弓。西延线于2 0 18 年12 月3 0 日开通运营，配置东洋牌受电弓。6 号线全线共有8 4列动车组,采用接触网供电方式，每列列车第2、4、7节车辆的车顶布置受电弓设备。受电弓碳滑板是列车从接触网上获取电能的设备，通过碳滑板与接触网滑动摩擦取电。车辆运行过程中，碳滑板承受着接触网压力、车辆振动等载荷，是影响车辆安全运行的关键设备。碳滑板在车辆运行过程中会出现拉弧
7、、振动、裂纹及网压异常等现象，若碳滑板出现的轻微损伤未被及时发现,将会使损伤范围不断扩大，最终导致弓网关系劣化,影响行车安全 16号线西延线自开通运营以来，碳滑板异常磨耗问题严重，造成车辆在修程以外频繁更换碳滑板,增加了车辆维修成本和检修工作量。根据西延线开通后碳滑板的异常磨耗情况以及日常检修过程中碳滑板磨耗跟踪统计情况，本文分析了可能造成6 号线碳滑板异常磨耗的原因。结合6 号线运营实际情况，提出了减少碳滑板异常磨耗的有效解决方法，为今后出现的受电弓碳滑板异常磨耗问题提供参考。16号线受电弓碳滑板异常磨耗情况介绍1.1石碳滑板更换2018年11月6 号线全线试运营，12 月中旬开始受电弓接触
8、网关系恶化,碳滑板出现了异常磨耗问题,主要表现在以下两个方面：碳滑板偏磨严重；碳滑板磨耗速率急剧加快，一般57 d就需更换。西延线开通后碳滑板异常磨耗的最终形态第6 期呈中间凸起、两侧凹陷形状，且碳滑板表面粗糙，如图1 所示。研宏技告车12 根碳滑板的日磨耗量，对4列车碳滑板H1、H、H,位置（见图2）的平均磨耗率进行对比分析，如表2 所示。Ha）天海牌受电弓b）东洋牌受电弓图1碳滑板异常磨耗情况Fig.1Abnormal wear of carbon strip碳滑板作为耗材部件，需要不断更新替换。根据各年度6 号线碳滑板更换情况（见表1）可以看出：西延线开通运营之前，碳滑板每年更换数量在1
9、00012 0 0 根。而自西延线开通以来，仅2 0 18 年12月碳滑板更换数量就达1150 根，其中2 0 19 年1月1日一2 0 19年1月8 日就更换了3 6 6 根。碳滑板更换数量较多的原因，除了列车数量增加引起的碳滑板正常磨耗外，主要是因为碳滑板出现了异常磨耗问题：西延线开通前碳滑板磨耗率约为2 mm/万km,开通后碳滑板磨耗率约为2 3 mm/万km,可见磨耗率增加了近10 倍。表16 号线更换碳滑板统计表Tab.1 Statistics of carbon strip replacement on Line 6线路走行磨耗率/车组碳滑板更换日期车公里/数/列(车km)2015
10、年642016年642017年642018年1月一642018年11月2018年12 月11日一2 0 18 年12 月31日2019年1月1日2 0 19年1月8日1.2碳滑板磨耗跟踪6号线一、二期的线路长度分别为2 8.3 km、14.5km,西延线的线路长度为10.6 km。为了对比西延线和一、二期正线对碳滑板磨耗异常的影响，制定了6 d的测试方案,即总共设置4列车,其中,2列车（编号为0 2 5和0 7 1）每天只跑1次西延线，2 列车（编号为0 7 2 和0 0 9)尽量多跑西延线。统计每列H2图2 碳滑板磨耗量跟踪位置Fig.2 Tracking position of carbo
11、n strip wear amount 表2 每组车HI、H 2、H，位置的平均磨耗率Tab.2Average wear rate at positions Hi,H,and H,ofeach vehicle set不同列车碳滑板的平均磨耗率/（mm/万km）位置025车（天海071车（东洋072车（东洋009车（天海牌碳滑板）牌碳滑板）H1.93H20.39H1.82从表2 可以看出：1）天海牌和东洋牌受电弓碳滑板H、H，位置的磨耗率依旧保持很高，因此减少西延线运行并未改善磨耗。2）通过对比0 2 5车和0 0 9 车以及0 7 1车和0 7 2车发现，西延线运行较少车辆的碳滑板磨耗率高于西
12、延线运行较多车辆的碳滑板磨耗率。(mm/数量/根(万km)6 768 96012087 111 1651 0747353.7181 0867 207 7871 03163670 666924(天海牌）23.7121226(东洋牌）63238（天海牌）223.83721128(东洋牌）H3牌碳滑板）牌碳滑板）1.811.230.430.391.811.623）通过对比0 2 5车和0 7 1车以及0 0 9 车和0 7 22.68车发现,相近运行区间列车，天海牌碳滑板磨耗率2.27略高于东洋牌碳滑板磨耗率。1.90由于本测试方案涉及的车次较少、测量时间较短，仅从目前碳滑板磨耗跟踪结果来看，6 号
13、线西延1.90线的开通对碳滑板异常磨耗影响较大。2碳滑板异常磨耗原因分析7.902.1碳滑板材质特性22.54碳滑板的磨耗率与其材质特性和电气参数匹16.10配存在直接关系 2 。弓网接触使碳滑板承受较大电流时,其产生的高温会导致碳滑板与金属托架出现剥离甚至掉块。当掉块尺寸较大且超过碳滑板截面宽度时，如果碳滑板的强度和硬度较低，在其薄弱处经常会发生碰撞，造成碳滑板出现凹槽、裂纹及断裂等异常磨耗现象。表3 给出了6 号线配置的两种不同品牌受电弓碳滑板的特性。6号线配置的是天海牌和东洋牌碳滑板。为了.451.480.201.63Q城市轨道交通翼表3 6 号线不同品牌受电弓碳滑板特性对比Tab.3C
14、omparison of Line 6 pantograph carbon stripproperties of different brands密度/硬度/电绝缘率/弯曲强铜的质量电导率/品牌(mg/m)HR(Q2m)度/MPa分数/%(S/m)东洋牌2.9天海牌2.3比较这两种材质磨耗情况，每旬检修时对碳滑板磨耗进行采集测量。图3 是2 0 19 年1月一2 0 19 年6月两种品牌受电弓碳滑板磨耗率的统计数据对比。从图3 可以看出：更换后前期,东洋牌碳滑板磨耗率明显比天海牌磨耗率低；随着磨耗时间增加，东洋牌碳滑板磨耗率较天海牌碳滑板磨耗率也稍低；6月4日东洋牌碳滑板磨耗率约为0.99mm
15、/万km，天海牌碳滑板磨耗率约为1.3 8 mm/万km。(uy/wu)/率302010011-10-6100图3 两种品牌受电弓碳滑板磨耗率统计Fig.3Statistics of carbon strip wear rate of two brands图4是碳滑板磨耗区域统计表。其中,Wi是接触网拉出值约2 0 0 mm的位置，W，是接触网中间位置;磨耗比例为W处碳滑板磨耗率与W.处碳滑板磨耗率的比值，该值越高，说明碳滑板磨耗一天海牌碳滑板Wi区域一天海牌碳滑板W2区域-东洋牌碳滑板Wi区域-东洋牌碳滑板W2区域天海牌碳滑板磨耗比例-东洋牌碳滑板磨耗比例1471.012(uy/u)/幸业1
16、0806209-03-03-0-610920201图4两种品牌受电弓碳滑板不同区域磨耗率统计Fig.4 Wear rate statistics of pantograph carbon stripat different positions of two brands.462023年越均匀。从图4中可以看出：磨耗最严重的区域出现在W，位置；东洋牌碳滑板比天海牌碳滑板的磨耗更加均匀。由此可见，碳滑板材质特性对于其磨耗率和磨耗均匀程度都有很大影响。951.810816.170-610-612020-610219-2019-0201日期11074天海牌东洋牌0-61日期-2492019-02019-042 5418 203012 160.80.40.2.0%159-05-2019-02.2接触网拉出值斜率6号线一期接触网设计为正弦波布置，二期与西延线接触网采用“之”字形布置。其中，接触网正弦波概率分布呈两端高、中间低的趋势，接触网“之”字形布置呈均匀分布趋势。因此，从全线接触网拉出值布置角度分析，“之”字形布置优于正弦波布置。接触网正弦波布置在其最大拉出值处缓慢过渡，而“之”字形布置在其最
