何劲松

0 引言

受电弓的设计和特性对运行质量具有举足轻重的作用。如果高速接触网配置了不适合高速的受电弓，就不会产生所期望的结果。相反，也不可能通过采用适合高速的受电弓将普通接触网的最高速度提高到更大程度。为实现对高速列车的理想供电质量，必须有适合的接触网和相应的高速受电弓的相互配合。

1 与接触线磨损相关的基本概念

（1）接触线磨损面积。

式中，S为接触线磨损部分面积，mm2；R为接触线横截面的园半径，mm；A为新接触线厚度，mm；h为接触线残留厚度，mm。

（2）接触线张力调整。

式中，S0为接触线横截面积，mm2；Tmax为新接触线允许的最大张力，kN；T为接触线磨损后可承受的最大张力，kN。

（3）接触线磨耗标准。当全锚段接触线平均磨耗超过接触线截面积的 25%时应整锚段更换接触线；接触线局部磨耗达30%时应局部补强；接触线局部磨耗达 40%时应将其切除并用接触线接头线夹连接，应保证接头处过渡平滑。

2 受电弓用滑板材料

（1）弓网受流模式对滑板材料的技术要求。

a.为防止接触线与滑板间的接触电阻过大，引起发热烧损接触线和滑板，滑板的材料必须具有良好的导电性能。

b.由于接触线和滑板处于高速滑动状态，二者间必须具有良好的磨擦性和互润性，以减少维修量、延长设备寿命。

c.滑板对接触线或接触线对滑板二者间不能造成损伤。

d.滑板应具有良好的韧性、耐冲击性好，不会因冲击而发生缺损或破裂，也不会因工作原因而产生大量粉性物质。

e.为减小受电弓的归算质量，提高受电弓的跟随特性，降低受电弓引起的冲击和离线率，适合高速运行，滑板的质量要轻。

f.滑板为易耗品，为节约经费，其价格应低。

（2）磨损分为以下几类：粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、微动磨损、冲蚀和气蚀。磨损形式见表1。对接触线而言，最主要磨损有以下2种：

a.粘着磨损。粘着磨损分为轻微磨损和严重磨损。前者为氧化型磨损，没有明显粘着现象，后者为摩擦面出现金属与金属的接触。

影响粘着磨损的因素与摩擦表面的洁净度有关。越洁净越易发生粘着磨损，其与表面成分和组织有关；同种金属易发生粘着磨损，因此一对摩擦副应当选用不同晶体结构的材料。

b.腐蚀磨损。腐蚀磨损现象是在一定的环境条件下，摩擦表面上便发生与环境介质的反应并形成反应产物。这些产物在反复磨损过程中被磨去。

影响腐蚀磨损的因素有摩擦材料表面性质、环境组成和温度。

表1 磨损形式特征表

（3）影响弓网磨耗的主要因素。滑板与接触线的材质及其匹配、列车运行速度与电流、接触压力、悬挂类型与接触线的平滑性、线路（主要是钢轨）的平顺性、环境条件。

在高速情况下（通常指300 km/h以上），机械磨耗比低速情况要小好几倍。在高速情况下，即使发生 0.001 s的离线，也会产生 3 000 ℃～6 000℃的高温，导致滑板熔化、蒸发和消耗。因此，高速滑板重点需解决电磨耗和寿命问题。

（4）滑板应用注意事项。同一线路应采用同种材质的滑板，否则，金属滑板会使接触线粗糙，从而缩短石墨滑板的寿命。

在混用情况下，如遇下雨，其寿命会更短。这是因为附着在接触线上的石墨随雨水流失的缘故。

全部列车采用石墨滑板，在和接触线磨合后，雨水的影响不会像混用时那样大。石墨滑板曾采用金属喷涂法（将细铜丝屑和粉末等混合）来降低电阻和提高韧性。

铝系滑板如用陶瓷强化，在干燥情况下，具有与铁系滑板相同的耐磨性。因其电阻小、质量也小，因而能减小受电弓滑板体的悬挂质量，适合高速应用。但下雨时，因产生电弧会使磨损剧增。

3 受电弓滑板应用情况及分析

国内目前一般有以下5类受电弓滑板：金属滑板、碳滑板、铁基粉末冶金滑板、铜基粉末冶金滑板、浸金属碳滑板。

（1）金属滑板。20世纪六七十年代电力机车均采用钢或铜滑板。优点是机械强度高，取材方便，使用寿命长，成本低，引发弓网故障的几率小；缺点是接触线磨耗大，特别是对铜接触线的磨耗严重。该滑板只能在采取润滑措施条件下，在钢铝线区段使用，不得在混架区段和铜接触线区段使用。

（2）碳滑板。优点是比较理想的取流元件，对降低接触线磨耗，延长接触线使用寿命有利；缺点是机械强度较低，在冲击力作用下，易出现断裂、掉块的现象，引发弓网故障的几率较大，同时还存在滑板的不均匀磨耗现象，如果整形不及时，会使受电弓离线率增大，加剧滑板与接触线的电气磨损。使用寿命较短，因损伤更换数量极多，使用范围受到限制。

目前，国内京津、武广、郑西客运专线上运行的CRH系列动车组的受电弓滑板采用碳滑板，利用碳滑板良好的自润性及耐电弧性，满足高速弓网的动态需求，延长接触网系统的使用寿命。为避免损坏后的受电弓继续运行，高速列车的受电弓均安装了自动降弓装置，一旦滑板严重受损，受电弓可快速降下，避免损坏后的受电弓刮伤接触网。

（3）铁基粉末冶金滑板。该类滑板在钢铝接触线区段得到广泛应用，效果较好。优点是滑板机械强度较好，表面硬度稍高，不易出现断裂、不均匀磨损等现象，而且自身含有润滑材料，能减轻对接触线的磨耗；缺点是表面硬度远高于铜线硬度，即使在润滑作用较好的前提下，对铜接触线的磨耗也比较大。

（4）铜基粉末冶金滑板。运用结果表明：该类滑板用于铜接触线区段，因其机械强度较好，表面硬度适中，滑板和接触线的磨损比较合理（在采取润滑措施条件下滑板的磨耗率为 0.9～1.1 mm/万km）。

（5）浸金属碳滑板。国外采用的是整体式滑板，国内为组装式滑板，两者各有优点。一般而言，整体式优于组装式。组装式尽管可以更换其受损滑板块，但必须整形后才能使用，同时电气连接性能受到损害；整体式除局部损坏严重须报废外，局部小损坏可以通过整形恢复性能，电气性能好，但成本较高，制造要求高。

基本解决了碳滑板机械强度低的问题，耐磨性大为提高，能够达到3万km左右的运用基本要求，同时能根本解决接触线磨耗过快的问题。

缺点是抗冲击能力不足，出现掉块，运用过程中需进行1～2次整形，以保证滑板的表面平滑性，控制受电弓离线率和电气磨损，价格过高，维护成本高，给机务段带来较大的经济压力。

浸金属碳滑板既具有粉末冶金滑板机械强度高、电阻率小的特点，又具有纯碳滑板对接触线磨耗小、在接触线摩擦表面易形成润滑膜和熄弧性强的优良性能，是目前被认为对线适应能力较强的滑板类型。

经每万弓次统计，浸金属碳滑板对铜接触线的磨耗比碳滑板的高10%～20%，仅为粉末冶金滑板的1/6～1/4；滑板自身磨耗量是粉末冶金滑板的2.2倍，是纯碳滑板的1/4～1/3。该滑板是铜接触线区段较为理想的受电弓滑板。

4 结论

随着列车速度的提高，弓网相互作用变得越来越重要，受电弓和接触网设备是2个独立接触点上相互震荡和耦合的系统，所以接触线与滑板材料及其关系是保证弓网良好受流的基础。