剛性懸掛接觸線載流磨損特征分析

盛良，張文軒，汪海瑛，李向東，楊志鵬，劉春浩

（中國鐵道科學(xué)研究院 基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所，北京 100081）

剛性懸掛接觸線載流磨損特征分析

盛良，張文軒，汪海瑛，李向東，楊志鵬，劉春浩

（中國鐵道科學(xué)研究院 基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所，北京 100081）

為節(jié)約隧道凈空，更多地鐵地下隧道內(nèi)采用剛性懸掛接觸網(wǎng)，隨著地鐵向快速、大編組方向發(fā)展，對(duì)導(dǎo)線的強(qiáng)度、耐磨性等提出更高要求。根據(jù)現(xiàn)場觀測和運(yùn)營工區(qū)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從磨損分布和磨損形貌兩方面，總結(jié)某地鐵線路剛性懸掛接觸網(wǎng)的磨損特征，研究載流磨損的機(jī)械磨損和電氣磨損機(jī)理，設(shè)計(jì)并實(shí)施弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)測試，分析剛性懸掛接觸線磨損特征形成的原因，得出接觸線磨損是網(wǎng)流、弓網(wǎng)接觸力和燃弧綜合作用的結(jié)果的結(jié)論。

剛性懸掛；載流磨損；S4300冷場發(fā)射掃描顯微鏡；能譜分析；波浪磨損

為節(jié)約隧道凈空，我國多條地鐵地下隧道內(nèi)均采用剛性懸掛接觸網(wǎng)。地鐵車輛通過受電弓滑板（簡稱滑板）與接觸線之間的滑動(dòng)接觸將電能從接觸網(wǎng)傳輸至車內(nèi)，接觸網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量直接影響地鐵線路的安全運(yùn)營。隨著地鐵向快速、大編組方向發(fā)展，對(duì)滑板與接觸線的導(dǎo)電性、強(qiáng)度和耐磨性等提出了更高的要求。接觸線一方面要保證良好的電導(dǎo)率，以減小電流在傳導(dǎo)過程中產(chǎn)生的熱損耗和電壓降；另一方面要有較高的強(qiáng)度、耐磨、耐腐蝕性能，以延長接觸線的使用壽命[1]。針對(duì)某條運(yùn)營地鐵線路剛性懸掛接觸線的磨損分布特征和形貌特征，設(shè)計(jì)并開展弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，研究接觸線摩擦磨損特征形成的主要原因。

1 接觸線磨損特征

接觸網(wǎng)采用架空“П”形剛性懸掛，為增大受流截面積和載流量、提高耐磨性能，接觸線采用CTA150預(yù)磨耗型銅銀接觸線，其斷面尺寸及材料性能參數(shù)見圖1。地鐵車輛受電弓采用浸金屬碳滑板。

1.1 磨損分布特征

通過現(xiàn)場觀測以及運(yùn)營工區(qū)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)接觸線磨損具有以下特征：

特征1：區(qū)間磨損程度主要與最高運(yùn)行速度相關(guān)，并且隨著高速區(qū)段距離的增大磨損范圍增大。

特征2：磨損較輕區(qū)段主要集中在非加速區(qū)段，該區(qū)段接觸線磨損程度基本一致，磨耗表面光亮平整（見圖2（a））。

特征3：磨損嚴(yán)重區(qū)段主要集中在出站加速區(qū)段，且普遍呈現(xiàn)連續(xù)周期波浪狀磨損（簡稱波磨）形態(tài)（見圖2（b））。

圖1 CTA150接觸線斷面尺寸

1.2 磨損形貌特征

根據(jù)磨損分布特征分析，接觸線磨損包括磨損程度較輕的光亮平整磨損形態(tài)（見圖2（a））和磨損程度較重的波磨形態(tài)（見圖2（b）），但波磨形貌上又由磨損較嚴(yán)重的暗帶和磨損較輕的亮帶交替組成。因此，可以將接觸線磨損形貌主要分為3類：磨損程度較輕的光亮平整磨損形態(tài)、波磨磨損較嚴(yán)重的暗帶和波磨磨損較輕的亮帶。

圖2 典型區(qū)間接觸線磨損

為進(jìn)一步研究3類接觸線磨損的形貌特征，從非加速段輕微磨損接觸線截取小段（編號(hào)A段），從加速區(qū)段波磨接觸線分別截取磨損較輕的亮帶（編號(hào)B段）和磨損嚴(yán)重的暗帶（編號(hào)C段）作為分析樣本（見圖3）。將3段樣本送至鋼鐵研究總院中心實(shí)驗(yàn)室，在S4300冷場發(fā)射掃描顯微鏡上進(jìn)行高倍數(shù)放大觀察，并用配套的EDAX Genesis6.0能譜儀進(jìn)行元素種類和含量的分析。

圖3 樣本磨損表面

圖4 為3段樣本在S4300冷場發(fā)射掃描顯微鏡下觀察到的放大圖像，進(jìn)一步分析如下：

（1）A段樣本表面為大量的縱向相互平行的犁溝痕跡和表面條帶狀剝離，犁溝內(nèi)外元素種類及含量相同，屬于機(jī)械劃痕[2]。

（2）B段樣本表面同A段類似，以縱向相互平行的犁溝痕跡為主，并零散存在著直徑大小不一的黑白小坑，黑色小坑直徑均大于白色小坑。白色小坑（如框選1）坑內(nèi)外元素種類及含量相同，屬于機(jī)械剝離。黑色小坑（如框選2）坑內(nèi)存在黑色顆粒物質(zhì)，組成元素中除碳（C）之外還有氧（O）元素，并且氧（O）元素含量遠(yuǎn)高于銅銀接觸線中氧（O）元素含量，該顆粒物為氧化物，說明坑內(nèi)出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，結(jié)合弓網(wǎng)工作環(huán)境可進(jìn)一步推斷為高溫氧化[2]。B段樣本黑色小坑內(nèi)物質(zhì)能譜分析結(jié)果見圖5。

圖4 3段樣本磨損形貌特征

圖5 B段樣本黑色小坑內(nèi)物質(zhì)能譜分析結(jié)果

（3）C段樣本表面未發(fā)現(xiàn)類似于A段和B段的大量犁溝痕跡，但包含大量并成片的白色坑，坑內(nèi)存在大量白色圓形粒狀物質(zhì)，而坑的邊緣為黑色。發(fā)現(xiàn)坑內(nèi)圓形粒狀物包含元素碳（C）、錫（Sn）和銅（Cu）3種元素，其中銅（Cu）元素含量接近銅銀接觸線中銅（Cu）元素含量，白色圓形顆粒狀物推斷為銅銀合金高溫熔融后重新凝固形成；坑外黑色物質(zhì)與B段樣本坑內(nèi)物質(zhì)元素種類及含量相當(dāng)，同樣推斷為高溫氧化[3-4]。C段樣本白色坑內(nèi)物質(zhì)能譜分析結(jié)果見圖6，C段樣本坑外物質(zhì)能譜分析結(jié)果見圖7。

圖6 C段樣本白色坑內(nèi)物質(zhì)能譜分析結(jié)果

圖7 C段樣本坑外物質(zhì)能譜分析結(jié)果

2 載流磨損機(jī)理

弓網(wǎng)系統(tǒng)的摩擦磨損是在復(fù)雜大氣環(huán)境作用下的多場（復(fù)雜應(yīng)力場—電場—熱場等）耦合作用的極端工況摩擦學(xué)問題。參考相關(guān)研究成果，弓網(wǎng)載流滑動(dòng)磨損包括機(jī)械磨損和電氣磨損。

2.1 機(jī)械磨損

機(jī)械磨損主要分為磨粒磨損、黏著磨損和疲勞磨損。

（1）磨粒磨損，在摩擦磨損初期，接觸表面的硬微凸體相互嚙合，在接觸壓力和摩擦剪切力作用下，硬質(zhì)的微凸物從材料表面脫落，成為摩擦的第三相，對(duì)材料表面進(jìn)行微觀切削，表面上切削出較深溝槽。磨粒磨損與磨粒的硬度、形狀、數(shù)量和法向載荷有關(guān)[5-6]。

（2）黏著磨損，是兩種材料表面之間的固體焊合或局部由于黏著效應(yīng)所形成的黏著節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，即一個(gè)表面上的磨屑永久或暫時(shí)地黏著在另一個(gè)表面上的過程。Rsbinowicz認(rèn)為，當(dāng)兩表面相對(duì)滑動(dòng)并且接觸面的壓力較高造成局部塑形形變時(shí)，就會(huì)發(fā)生黏著。黏著磨損與材料硬度有關(guān)[7-8]。

（3）疲勞磨損，是兩個(gè)相互滑動(dòng)的摩擦表面，在循環(huán)變化的接觸應(yīng)力作用下，由于材料疲勞剝落而形成的凹坑。一般來說，表面疲勞磨損不可避免，疲勞磨損是在循環(huán)載荷作用下的表面失效的一種形式，其主要的過程可以概括為表面裂紋萌生、擴(kuò)展以及斷裂。其典型表面特征為電蝕和剝落。疲勞磨損與材料硬度和摩擦表面摩擦系數(shù)有關(guān)[8]。

2.2 電氣磨損

受電弓滑板與接觸線構(gòu)成了機(jī)械與電氣耦合的特殊摩擦副，在滑動(dòng)摩擦過程中電流通過載流接觸面?zhèn)鬟f至車廂牽引單元。相關(guān)研究表明：載流作用下，弓網(wǎng)電氣磨損包括弓網(wǎng)間導(dǎo)電斑點(diǎn)高溫引起的材料表面氧化燒蝕和離線燃弧引起的高溫熔融燒蝕[7-8]。

載流滑動(dòng)過程中，電流通過弓網(wǎng)導(dǎo)電斑點(diǎn)間的收縮電阻后產(chǎn)生焦耳熱，其瞬時(shí)溫度高達(dá)250～600 ℃，高溫會(huì)導(dǎo)致材料表面氧化燒蝕，產(chǎn)生凹坑；同時(shí)，當(dāng)弓網(wǎng)接觸點(diǎn)間出現(xiàn)分離時(shí)，在電場等作用下接觸面的空氣間隙會(huì)被擊穿并形成等離子體即電弧，放出大量的熱量，最高能夠形成6 000 ℃的高溫，遠(yuǎn)高于接觸線熔點(diǎn)，造成接觸線材料高溫熔融侵蝕[9-10]。

2.3 影響因素

綜合以上分析，在接觸線和受電弓滑板材料一定的前提下，機(jī)械磨損主要受接觸材料的硬度和弓網(wǎng)接觸力影響，弓網(wǎng)接觸力越大，且接觸線材料硬度越低，則接觸線磨損加劇，反之減輕[6，8]。而接觸線硬度的變化直接受溫度影響，隨著溫度的升高，接觸線硬度不斷下降。接觸線溫度升高的熱源主要有電弧熱流和接觸電阻引起的焦耳熱[10]，二者基本又與弓網(wǎng)接觸力和電流密切相關(guān)。

在接觸線和受電弓滑板材料一定的前提下，電氣磨損主要與弓網(wǎng)接觸狀態(tài)即有效接觸面積及流過接觸點(diǎn)的電流有關(guān)[3，9]，而弓網(wǎng)接觸狀態(tài)又主要受弓網(wǎng)接觸力影響[9]。

綜上所述，接觸線載流磨損主要受弓網(wǎng)接觸力、網(wǎng)流和弓網(wǎng)燃弧影響。

3 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置采用中國鐵道科學(xué)研究院自主研制的弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)安裝在線路運(yùn)行車輛受電弓上，系統(tǒng)組成及各項(xiàng)測量指標(biāo)見圖8。

圖8 接觸網(wǎng)檢測系統(tǒng)組成及各項(xiàng)測量指標(biāo)

3.2 試驗(yàn)工況

車輛為空載運(yùn)行（AW0）工況，受電弓靜態(tài)抬升力為100 N，車輛不停車并以50 km/h勻速通過車站，區(qū)間運(yùn)行方式為列車自動(dòng)運(yùn)行（ATO）。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3個(gè)典型區(qū)間及磨損分布統(tǒng)計(jì)見表1。3個(gè)典型區(qū)間的網(wǎng)流（單弓）、弓網(wǎng)接觸力、燃弧、速度行程曲線見圖9。

3.3.1 網(wǎng)流分析

電流是列車運(yùn)動(dòng)的能量源，因此弓網(wǎng)間流過的電流（簡稱網(wǎng)流）是表征列車運(yùn)行工況的直接物理量。分析發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)流與車輛運(yùn)行速度存在顯著對(duì)應(yīng)關(guān)系，出站加速階段網(wǎng)流激增并持續(xù)處于高位狀態(tài)（如區(qū)間2和區(qū)間3持續(xù)處于1 500 A以上高位）；而非加速階段處除個(gè)別因零星瞬時(shí)加速引起的短時(shí)小幅值電流外，其余位置網(wǎng)流均處于低位（均小于40 A）。因此，網(wǎng)流具有突發(fā)性增長的特點(diǎn)，且主要分布在區(qū)間出站加速區(qū)段。

表1 3個(gè)典型區(qū)間及磨損分布統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)網(wǎng)流與車輛運(yùn)行速度存在顯著對(duì)應(yīng)關(guān)系，將區(qū)間劃分為加速區(qū)段和非加速區(qū)段，其中加速區(qū)段為網(wǎng)流持續(xù)增大的區(qū)段，非加速區(qū)段是網(wǎng)流連續(xù)下降或連續(xù)保持較低值的區(qū)段。3個(gè)區(qū)間加速區(qū)段和非加速區(qū)段的劃分見圖9。

圖9 3個(gè)典型區(qū)間的網(wǎng)流（單弓）、弓網(wǎng)接觸力、燃弧、速度行程曲線

分析發(fā)現(xiàn)，區(qū)間3站間距最大，并且最高速度最高，相應(yīng)加速區(qū)段最長，達(dá)到0.484 km，網(wǎng)流峰值達(dá)到最大的1 774 A；區(qū)間1盡管站間距較區(qū)間2長，但區(qū)間1的最高運(yùn)行速度低，加速區(qū)間長度僅為25 m，網(wǎng)流峰值也只有745 A；區(qū)間2與區(qū)間3相比，網(wǎng)流峰值相當(dāng)，但區(qū)間2較區(qū)間3的區(qū)間距離更短，故區(qū)間2的加速區(qū)段距離較區(qū)間3更短，大網(wǎng)流持續(xù)的距離也相對(duì)更短。經(jīng)比較，區(qū)間1與區(qū)間3加速區(qū)段距離分別與各自區(qū)間的接觸線波磨長度基本一致。

3.3.2 弓網(wǎng)接觸力分析

弓網(wǎng)接觸力是反映受電弓滑板與接觸線之間機(jī)械作用關(guān)系的物理量。弓網(wǎng)接觸力過大會(huì)加劇滑板與接觸線磨耗，過小則會(huì)造成弓網(wǎng)間接觸不良，引起接觸電阻增大、接觸點(diǎn)過熱，甚至造成弓網(wǎng)間燃弧[4，9]。對(duì)圖9中3個(gè)區(qū)間以及加速區(qū)段和非加速區(qū)段弓網(wǎng)接觸力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖10。

分析發(fā)現(xiàn)，弓網(wǎng)接觸力的波動(dòng)與速度關(guān)系較大，隨著速度的增加弓網(wǎng)接觸力波動(dòng)不斷加劇，其波動(dòng)顯著區(qū)段與高速區(qū)段基本一致，涵蓋了加速區(qū)段和非加速區(qū)段，并且加速段高速部分與非加速段高速部分的弓網(wǎng)接觸力波動(dòng)程度相當(dāng)。

3.3.3 弓網(wǎng)燃弧分析

弓網(wǎng)燃弧是在弓網(wǎng)之間出現(xiàn)離線并且滑板與接觸線之間存在電壓差時(shí)的一種空氣擊穿并形成高能等離子體現(xiàn)象[11]。弓網(wǎng)燃弧能量受接觸面接觸狀態(tài)、傳輸能量及持續(xù)時(shí)間影響。其中接觸狀態(tài)主要與弓網(wǎng)接觸力有關(guān)，傳輸能量主要與網(wǎng)流有關(guān)[12-13]。

圖10 弓網(wǎng)接觸力統(tǒng)計(jì)結(jié)果

分析發(fā)現(xiàn)，區(qū)間1由于運(yùn)行速度低并且網(wǎng)流在整個(gè)區(qū)間均處在較低水平，故區(qū)間1未出現(xiàn)燃弧。區(qū)間2僅在加速區(qū)段出現(xiàn)燃弧，并且燃弧主要集中在加速區(qū)段的加速開始階段和完成加速階段兩部分，開始加速階段盡管車速低、弓網(wǎng)接觸力穩(wěn)定，但網(wǎng)流迅速激增到1 674 A，弓網(wǎng)能量傳輸密度迅速增大，故引起燃弧，在完成加速階段，盡管電流已下降至低于1 500 A，但速度增加后引起弓網(wǎng)接觸力劇烈波動(dòng)，故引起弓網(wǎng)燃弧。區(qū)間3在加速區(qū)段和加速后的非加速區(qū)段均出現(xiàn)了弓網(wǎng)燃弧，在加速區(qū)段燃弧呈逐漸增大的趨勢，與區(qū)間2加速區(qū)段相比其加速區(qū)段距離長，速度增速慢，故開始燃弧位置較為滯后，之后網(wǎng)流持續(xù)處于高位，速度不斷增加，燃弧出現(xiàn)頻次增加；加速后的非加速區(qū)段距離相對(duì)較長，運(yùn)行過程出現(xiàn)多次瞬時(shí)加速操作，但整體網(wǎng)流處于低位，但由于速度已處于高位，弓網(wǎng)接觸力波動(dòng)嚴(yán)重，故引起燃弧。

3.3.4 磨損分布特征形成原因分析

區(qū)間1代表的是低速運(yùn)行的一類區(qū)間，該類區(qū)間最高運(yùn)行速度低，其牽引電流更小、弓網(wǎng)接觸力更穩(wěn)定，弓網(wǎng)之間通常無燃弧出現(xiàn)。該類區(qū)間主要以機(jī)械磨損為主，并且由于網(wǎng)流較小，弓網(wǎng)接觸電阻引起的焦耳熱效應(yīng)較弱，使得機(jī)械磨損較其他高速區(qū)間也更弱。因此，低速區(qū)間接觸線磨損較輕，高速區(qū)間接觸線相對(duì)磨損更嚴(yán)重。

區(qū)間2和區(qū)間3代表的是高速運(yùn)行的區(qū)間。由于區(qū)間最高運(yùn)行速度高，列車加速區(qū)段距離更長，網(wǎng)流更大，并且弓網(wǎng)接觸力波動(dòng)更加劇烈，增大的電流和劇烈波動(dòng)的弓網(wǎng)接觸力又進(jìn)一步引起燃弧，造成接觸線的機(jī)械磨損和電氣磨損同時(shí)加劇。而在非加速區(qū)段，即使在結(jié)束加速后列車仍需保持較高速的非加速區(qū)段，該區(qū)段弓網(wǎng)接觸力波動(dòng)劇烈（如區(qū)間3），但網(wǎng)流除零星瞬時(shí)加速外，基本保持在較低水準(zhǔn)，并且該區(qū)段出現(xiàn)的燃弧，由于網(wǎng)流較小，燃弧能量也遠(yuǎn)小于加速區(qū)段燃弧能量，故非加速區(qū)段接觸線磨損相對(duì)加速區(qū)段更弱。因此，磨損嚴(yán)重區(qū)段主要分布在出站加速區(qū)段，非加速區(qū)段磨損較輕。

3.3.5 磨損形貌特征形成原因分析

由載流磨損機(jī)理可知，無論弓網(wǎng)接觸力有多大，摩擦副表面凸體間仍零星分布著空氣間隙[6-7]。

在非加速區(qū)段，由于網(wǎng)流持續(xù)處于低位，弓網(wǎng)間能量傳輸密度較低，并且弓網(wǎng)接觸力相對(duì)穩(wěn)定，弓網(wǎng)間有效接觸的導(dǎo)電斑點(diǎn)已能完成當(dāng)前能量傳輸，接觸表面不會(huì)形成燃弧，因此接觸表面無高溫?zé)g點(diǎn)。同時(shí)，由于弓網(wǎng)間流過電流較小，接觸電阻引起的導(dǎo)電斑點(diǎn)焦耳熱量較低[12，14]。因此，接觸表面磨損以機(jī)械磨耗為主，無燃弧燒蝕或高溫氧化斑點(diǎn)，同A段樣本磨損形貌特征一致。

在加速段，網(wǎng)流迅速激增，弓網(wǎng)間能量傳輸密度迅速增大，此階段弓網(wǎng)接觸力波動(dòng)逐漸加劇，當(dāng)接觸力較大時(shí)，弓網(wǎng)間有效接觸面積增大，但由于能量傳輸密度過大，有效接觸面仍無法滿足弓網(wǎng)間能量傳輸，故在接觸表面凸體間未能有效接觸點(diǎn)的空氣間隙間形成燃弧以傳遞剩余電能。但因傳遞能量較低，故該燃弧能量較低，因此接觸面上會(huì)出現(xiàn)零星分布的燒蝕坑[8，12]，同B段樣本表面的黑色小坑。此時(shí)由于弓網(wǎng)間流過電流較大，弓網(wǎng)接觸電阻產(chǎn)生的焦耳熱效應(yīng)顯著，使得接觸線溫度升高，接觸線材料硬度下降，造成機(jī)械磨損加劇，在周期反復(fù)摩擦作用下出現(xiàn)零星疲勞剝離坑[6-7]，同B段樣本的白色小坑一致。因此，加速區(qū)段弓網(wǎng)接觸力較大時(shí)的接觸線磨損形態(tài)是以機(jī)械磨損為主，以零星分布的疲勞剝離坑和輕微電弧燒蝕坑為輔的磨損形態(tài)，同B段樣本的磨損形貌一致。當(dāng)弓網(wǎng)接觸力較小時(shí)，弓網(wǎng)間有效接觸面積減小，摩擦副表面凸體間將出現(xiàn)大量無效接觸點(diǎn)，但弓網(wǎng)間能量傳輸密度仍處于高位，因此，摩擦副表面將形成大量燃弧，以實(shí)現(xiàn)弓網(wǎng)間電能傳輸。此時(shí)，由于傳遞能量高，單個(gè)燃弧的能量也較高，故接觸表面將出現(xiàn)大面積燒蝕坑[3，4，6，8]；同時(shí)，由于弓網(wǎng)接觸力減小，機(jī)械磨損相對(duì)減弱，因此，加速區(qū)段弓網(wǎng)接觸力較小時(shí)的接觸線磨損形態(tài)是以燃弧燒蝕為主的電氣磨損的磨損形貌，同C段樣本的磨損形貌一致。

4 結(jié)束語

由于地鐵車輛牽引功率大、牽引區(qū)段集中，造成出站階段牽引電流持續(xù)高位，弓網(wǎng)間焦耳熱效應(yīng)顯著，弓網(wǎng)接觸線溫度較高，接觸線機(jī)械磨損加?。徊⑶矣捎趧傂詰覓鞆椥孕阅茌^差，隨著車速的增加，弓網(wǎng)間接觸狀態(tài)不斷惡化，在高位牽引電流狀態(tài)下更加容易引起燃弧，燃弧高溫效應(yīng)又進(jìn)一步加劇接觸線機(jī)械磨損和電氣磨損。故剛性懸掛接觸線磨損是網(wǎng)流、弓網(wǎng)接觸力和弓網(wǎng)燃弧綜合作用的結(jié)果，接觸線波浪磨損嚴(yán)重區(qū)段主要分布在出站加速區(qū)段，且接觸線磨損形態(tài)特征主要表現(xiàn)為亮暗帶連續(xù)交替的周期分布。

由于剛性懸掛接觸線波浪磨損的亮帶與暗帶之間磨損量存在差異，故接觸線平順度將會(huì)下降，并成為受電弓新的激振源，惡化弓網(wǎng)關(guān)系。建議運(yùn)營單位緊密觀察波磨發(fā)展規(guī)律，必要時(shí)對(duì)波磨嚴(yán)重區(qū)段進(jìn)行打磨處理。

剛性懸掛接觸線磨損的產(chǎn)生、發(fā)展及影響是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的過程，其研究依賴大量的現(xiàn)場及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。進(jìn)行了剛性懸掛接觸線磨損特征的初步分析及其形成原因的初步鎖定。未來通過大量搜集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，在進(jìn)一步明確接觸線磨損特征的基礎(chǔ)上，研究波浪磨損的產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律，為新線優(yōu)化設(shè)計(jì)及現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)維修提供有效參考依據(jù)。

[1]KIE BLING, PUSCHMANN, SCHMIEDER．電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].北京：中國電力出版社, 2004.

[2]翟文杰，齊毓霖. 干摩擦下金屬表面膜及其磨粒對(duì)摩擦行為及自生電勢的影響[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2001，21(1)：70-72.

[3]郭鳳儀，任志玲，馬同立，等. 滑動(dòng)電接觸磨損過程變化的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，25(10)：24-29.

[4]姜國強(qiáng). 弓網(wǎng)滑動(dòng)電接觸摩擦磨損行為研究[D]. 阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué), 2010.

[5]MATSUYAMA. Electric contact tribological behavior of pantograph[J]. Toyo Denki Review，1995，91：52-60.

[6]吳積欽. 受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社, 2010.

[7]楊紅娟. 振動(dòng)對(duì)弓網(wǎng)電滑動(dòng)摩擦磨損性能影響的試驗(yàn)研究[D]. 成都：西南交通大學(xué), 2014.

[8]章賽丹，陳光雄，楊紅娟. 接觸壓力對(duì)碳滑板/銅接觸線載流摩擦磨損性能的影響[J]. 潤滑與密封, 2012(9)：41-45.

[9]郭鳳儀，陳忠華．電接觸理論及其應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：中國電力出版社, 2008.

[10]戴利民，林吉忠，丁新華. 滑板材料受流摩擦?xí)r接觸點(diǎn)瞬態(tài)溫升對(duì)磨損性能的影響[J]．中國鐵道科學(xué)，2002，23(2)：111-117.

[11]丁濤，陳光雄，卜俊，等. 載流摩擦磨損中不同放電現(xiàn)象的機(jī)理研究[J]. 中國鐵道科學(xué), 2009，30(5)：83-87.

[12]丁濤. 電氣化鐵路受電弓/接觸線摩擦磨損性能及電特性研究[D]．成都：西南交通大學(xué), 2011.

[13]劉寶軒，陳唐龍，于龍，等. 地鐵弓網(wǎng)燃弧能量檢測與牽引電流擾動(dòng)分析[J]．鐵道學(xué)報(bào)，2015(3)：8-13.

[14]戴利民，林吉忠，劉越，等．受電弓滑板受流摩擦中體溫升的模擬計(jì)算分析[J]．鐵道學(xué)報(bào),2002，24(5)：56-61.

Analysis of Current Carrying Wear at Rigid-Suspension Contact Wire

SHENG Liang，ZHANG Wenxuan，WANG Haiying，LI Xiangdong，YANG Zhipeng，LIU Chunhao
（Infrastructure Inspection Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

A growing number of metro systems choose rigid suspension for contact wire to reserve more clearance space in metro tunnel. However, thanks to the latest trend of speed increase and large formation,the contact wire faces the higher requirement for strength and abrasive resistance. The paper looks into the statistics collected directly from site and from operation section, and identifies the wear features of rigidsuspension contact wire from two perspectives – wear distribution and wear appearance. On this basis, it studies the mechanical and the electrified mechanisms for current carrying wear and designs and conducts dynamic inspection on the pantograph and the wire. The cause analysis leads to the conclusions that wire current,pantograph-contact wire interaction and arcing jointly result in the wear.

rigid suspension；current carrying wear；S4300 Cold Field Emission Scanning Electron Microscope；power spectrum analysis；wave wear

U225.6

A

1001-683X（2017）10-0021-07

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.10.021

中國鐵道科學(xué)研究院科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2015YJ093）

盛良（1986—），男，助理研究員。E-mail：shengliang@rails.cn

責(zé)任編輯 楊曉莉

2017-08-07