王茹玉，张治国
（西安交通工程学院，陕西 西安 710300）
1 研究的目的和意义随着铁道电气化的发展，电力机车的行驶速度大大提升，电气化铁路牵引供电系统中的受电弓和接触网系统就成为一个制约列车运行速度的重要环节。受电弓滑板与接触网导线通过滑动接触获取电能并且将电能传递给电力机车以保证列车的正常运行，良好的受流质量是列车高速、安全可靠运行的前提。接触网导线与受电弓构成的是一个相互接触的弹性系统，在列车高速运行过程中两者的接触压力是时刻变化的。随着列车运行速度的不断提高，这种波动压力载荷现象越来越严重的影响列车受流质量以及摩擦副的使用寿命，从而影响列车的高速运行的速度，研究这种波动接触压力下的滑动接触载流摩擦特性对于列车安全可靠运行以及进一步提高运行速度都有着重要的研究意义。同时，许多不同材质的受电弓滑板和不同型号的接触线相继应用于高速列车的发展上，因此可以在其中找出弓网材料之间摩擦产生磨损最小的改良办法，从而提高弓网系统载流摩擦磨损所损耗的弓网使用寿命[1]。
2 弓网系统受电弓主要就是从接触网上获取电能的设备，为高速列车供电，可以说受电弓直接影响着列车的运行情况。
高速铁路的受电是通过接触网和受电弓紧密接触而实现的，受电弓的受电是否正常是决定弓网关系的重要技术指标。一个工作可靠的受电弓和接触网系统是确保高速动车良好取流的根本条件[2]。
在高速运行下，弓网系统对于受电产生的影响，摩擦方面主要表现在受电弓滑板与接触导线间的接触压力，在受电弓滑板与接触导线相互接触时，受电弓对接处导线有一个抬升力，可以使导线产生抬升量，两者不接触时，接触导线由于自身重力产生一个下垂力进而产生下垂量，静态的时候抬升力就等于接触压力，当列车高速运行时受电弓沿接触导线移动时受电弓的高度就开始迅速变化并且受电弓还受到了高速空气动力的作用。将会引起接触压力的变化，所引起的后果有出现电弧、使受电弓或接触线烧伤，压力变小时会造成受电弓离线，压力变大使接触导线过分升高，当然这些都会使受电弓滑板与接触导线的摩擦增大。
3 载流摩擦磨损载流摩擦磨损是指在电流通过的情况下，摩擦副在电场中的摩擦磨损行为。电力系统是电气化铁路中的，电力传输的质量会直接影响到机车的运行速度和牵引力接触线与受电弓滑板之间的摩擦状态是衡量受流标准的重要指标[3]。
与载流摩擦副相比，普通摩擦副多了一个接触系统，包括电接触系统和摩擦接触系统。这两个系统不是单一的叠加，它们是相互影响、共同作用的，没有一个单一的系统可以相比。
研究计算：以400 km/h 高速列车为例。根据高速列车的服役工况以及经验公式进行计算，以磨合里程定位1 000 km 进行计算，如表1 所示，滑板及其对应接触网类型和数据。
表1 滑板、接触网类型、数据
式中：y0为滑板初始质量，g；y1为滑板磨损后质量，g；h0为初始高度，mm；h1为磨损后高度，mm；s0为初始截面积，mm2；s1为磨耗截面积，mm2；a 为滑板质量磨耗比；b 为接触线高度磨耗量；c 为接触线横截面积磨耗比；d 为万机车公里；e 为万弓架次。
根据数据得到的结论所示，表2 所示为浸金属碳滑板各种接触线型号的质量磨耗比、高度磨耗比以及横截面积磨耗比。表3 所示为纯碳滑板的各种接触线型号的质量磨耗比、高度磨耗比以及横截面积磨耗比。综上所述，纯碳滑板的所有磨耗都比较小，最好的组合就是纯碳滑板和CTS150 型接触线。
表2 浸金属碳滑板
表3 纯碳滑板
4 降低受电弓滑板与接触网载流磨损的措施4.1 受电弓滑板的检修和降低受电弓滑板磨损的方法4.1.1 受电弓滑板的检修[4]
1）滑板有没有磨损和裂痕，如果有磨损和裂痕或者局部的磨损使剩余厚度为2～3 mm 时，我们就需要换掉受电弓滑板。
2）换掉受电弓滑板安装新的滑板时，滑板和弓角必须满足安装条件。
3）在车顶安装时，我们需要对集电头提前装配和调整。
4）在受电弓滑板的检修时，我们还要注意两个问题：集电头部分有没有损坏和弹簧盒的弹性是不是较为良好。
4.1.2 滑板的更换
1）滑板更换时必须两个为一组更换。
2）拆卸滑板上的连接螺母，卸下滑板测量滑板的厚度，如果有磨损和裂痕或者局部的磨损使剩余厚度为2～3 mm 时，受电弓滑板需要及时更换。
3）安装时滑板应对应好位置，调整螺栓的松紧，使其紧固力矩平衡，达到要求。
4.1.3 降低受电弓滑板磨损的方法
1）滑板的磨损形态。接触线上设置了偏移主要是为了防止受电弓滑板在同一个地方滑动摩擦然后磨损。受电弓滑板的磨损行磨损形态与接触线所设置的偏移位置相对应，这样所接触的地方摩擦磨损就会加大。
2）外部润滑。金属系滑板可以防止黏附磨损这样可以有效的可以降低受电弓滑板与接触线的磨损。固体润滑剂和润滑脂对于防止黏附磨损的特别有效的方法。润滑脂从填充点起随着距离的延长这样润滑脂的着附量就会减少，如果从基地算起20 km 左右范围内都是有效的附着量。为了延长使用距离就用了更为有效的固体润滑剂，它是使用在烧结硬质合金滑板缝隙里的。
3）降低磨损的方法。由于现在新型受电弓的研发和动作特性的提高还有削减受电弓的数量使受电的电流容量增加滑板的使用条件也会随之发生改变现在主要研发方向是提高自身润滑和耐电弧性当然，为了降低接触线的损磨滑板，多使用碳系滑板也会解决磨损问题。
4.2 接触网的检修和降低接触线黏附磨损的方法4.2.1 接触网的检修
1）停电检修：列车运行图要预留一定的时间，这段时间内不可以将运行中的轨道线路区间的接触网停电检修。
2）间接的带电检修：列车在运行的期间，我们检修的时候需要选在运行间隙用绝缘工具将接触线拉高，以免出现危险状况。绝缘子需要用处理过的水冲洗，再用测量仪测量出参数。
3）直接的带电检修：隧道、桥梁和其他路段以及绝缘子擦洗等维护工程中，不允许使用绝缘梯车带电作业。
4.2.2 降低接触线黏附磨损
1）两固体间通过膜接触避免直接接触。这种方法主要就是润滑。但是由于受电系统通过非导电性膜接触会影响导电性，所以不能完全采用润滑的方式。在一些低速区段设置了接触线自动涂抹润滑油的装置，这样可以有效降低接触线的磨损；反之，在高速区段设置这样的装置会增加接触线的磨损。所在干净的固体摩擦面直接接触也会产生较大的摩擦[5]。
2）使用硬质材料不使固体内部产生剪切。这样可以减少自身摩擦，但是在黏附比较强的时候也是有可能造成另外一种固体材料的损伤。受电系统也不能完全依靠于润滑，也不能依靠增加机械强度减少磨损。
3）滑动部位材料的组合，应使用相互不易粘附的材料。这种方法对于不全部依靠润滑的受电系统很重要。同种固体材料比较容易产生黏附摩擦，在以往的设计中都会出现，在机械设计中“同质合金”的摩擦处需要回避使用同种金属。
4.3 降低弓网系统摩擦磨损的方法1）需要提高受电弓滑板材料的自润滑性和降低受电弓接触网的滑动摩擦系数。载流摩擦磨损主要就是焦耳热和电孤热，但是现在弓网滑动摩擦大，摩擦系数也会增加，摩擦力所做的功也会增大，产生的摩擦热也会随着增大。这样滑板材料的温度也会升高，这样就会加剧摩擦磨损的产生。除了降低焦耳热和电孤热还需要降低受电弓接触网之间的滑动摩擦系数，从而提高材料的耐磨性。为了降低损耗，现在受电弓滑板主要是使用碳滑板，碳的自润滑性和减磨性比较好，对接触线磨损较小，不容易发生熔焊的现象。还有一种浸金属碳滑板它拥有金属滑板和碳滑板的优良性能。这两种滑板是应用在高速列车上的主要滑板。
2）采用相互符合的受电弓接触网的材料。不同材质的受电弓接触网在高速滑动的情况下摩擦磨损的程度也不同，所以最好选用受电弓接触网的材质相互匹配，这样机械性能和电气性能也能够很好的匹配。匹配度较高的是铜制接触网导线与碳滑板或浸金属滑板。所以要在不同材质的弓网间进行匹配实验，从而选出匹配度最高的。
3）提高弓网工作面上的特性匹配。要从弓网工作面的硬度、轮廓和外貌等参数匹配出能够提高弓网接触的状态和抑制电孤的产生。现在所研究的可以通过改变工作面的接触状态减少弓网滑动摩擦磨损。
4）减轻受电弓滑板的重量。在设计高速列车受电弓的时候，我们对于受电弓滑板的设计一定要尽量做到的是重量尽可能的最小，主要是为了改善受电弓滑板的随动性，减少受电弓滑板的离线情况。
