姚正斌 韩庆军 周晓江 王芳 姚春山

摘要：本文阐述了基于青岛城阳低地板车辆研制开发的一种接地装置，主要对接地装置的结构及运用情况进行了说明；并通过对比以往客车用接地装置及地铁用接地装置阐述接地装置工作原理；还通过组成部分的详细说明、各项功能试验及实际运行情况强调说明，本国产化接地装置能够保证防止系统工作电流或系统故障电流、雷击电流流经轴承，防止造成轴承轴瓦与滚珠接触面电蚀损伤轴承，同时能够阻挡碳刷磨耗产生的碳粉等杂质进入轴承室，防止造成轴承异常磨损；文章结尾着重介绍接地装置碳刷磨损差异的形成原因及接地装置的部分运行注意事项。

关键词：接地装置；结构；运用；低地板。

中图分类号：U26 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

1 引言

青岛城阳低地板车此前装用的轴端接地装置是一款进口产品，因其在接地装置与轴桥轴承之间未设密封装置，极有可能在车辆运行中因碳刷磨耗产生的碳粉等杂质进入轴承室，造成轴承异常磨损，因此增加轴承的分解检修频度甚至造成轴承报废，产生不必要的浪费，并存在一定的安全风险。按照国产化低地板车辆转向架的机械接口和电气系统技术要求，研制低地板车辆用接地装置，装车试用。在满足车辆回流性能需求的前提下，需要满足冲击振动、IP防护、便于检修、长寿命要求。

2 接地装置结构

接地装置能为轴承提供必要的保护，防止系统工作电流或系统故障电流、雷击电流流经轴承，造成轴承轴瓦与滚珠接触面电蚀损伤轴承。其工作原理是，来自供电电缆电流经受电弓（受流器）、用电器汇总至车体接地电缆总线，再由车体接地电缆总线上的电流通过接地装置直接传导至车轮，通过车轮与钢轨的接触形成接地回路，如图1所示。

图1 车辆用电系统

1-供电电缆 2-受电弓（受流器） 3-用电器 4-接地装置及车轮 5-钢轨

目前轨道车辆常用的接地装置如图2、图3所示，接地体为轴承电流提供旁通电路并实现与轴箱的绝缘，轴箱盖实现接地体与轴箱的安装，摩擦盘与位于接地体上的碳刷配合为轴承电流提供旁路导通电路，轴承压板实现轴承定位及摩擦盘安装。

图2一种客车用接地装置 图3一种地铁用接地装置

对比图2、图3可以看出，地铁接地装置和客车接地装置，其轴箱盖均设有迷宫密封结构，实现接地装置与外部环境的密封，避免外部异物进入接地装置内部，但由于接地装置出于绝缘和装配公差的考虑，“迷宫”间毕竟存在间隙，由于车辆运行中碳刷与摩擦盘在磨耗过程中产生的碳粉和金属颗粒杂质非常细微，受车辆运行产生的振动及温差变化等因素的影响，虽然现车辆大多采用自密封轴承，但碳粉和金属颗粒杂质侵入轴承室并非不可避免，《轴承》2012年 第10期《地铁车辆轮对轴承的检修》一文中指出，“在未达到额定寿命期的失效轴承中，有超过 90% 的失效是由于润滑不当、密封失效、杂质侵入、安装缺陷、腐蚀、不当载荷和轴承表面加工缺陷等因素所致”，因此，接地装置考虑对轴承室的密封结构是十分必要的。

在研制青岛城阳低地板车过程中，对进口接地装置国产化提出对轴承室增加密封结构的要求，经过论证，研制的国产化接地装置结构见图4、图5

图4 国产化接地装置结构图 图5密封环处局部放大图

国产化接地装置由4部分组成：

1、刷架

刷架用于固定碳刷，并为碳刷提供一个恒定压力，使碳刷与摩擦盘可靠接触，刷架也是接地电缆的连接部件。见图6，为便于维护更换碳刷，刷架设计为上开盖结构，不拆卸接地装置打开上盖即可更换碳刷。

图6 刷架组件图

2、碳刷

碳刷可在刷架槽内轴向移动，它在卷簧部件的恒压力下与随车轮旋转的摩擦盘保持接触。碳刷采用百分之八十铜粉加百分之二十石墨经烧结制成，确保碳刷和摩擦盘具有较低的接触电阻、较低的磨耗量，因此接地装置可以保证车辆在一个架修期内不必更换碳刷。

3、接地盘上盖

接地盘上盖安装在转向架轴桥上，为刷架提供固定安装，并与接地盘配合为接地装置提供内部防护，为防止电流经轴桥流经轴承，刷架与接地盘间采用绝缘隔离安装。

4、接地盘

接地盘安装在轮对上，通过安装在接地盘上的摩擦盘与碳刷保持持续接触，通过车轮与钢轨的接触形成接地回路，同时接地盘与接地盘上盖配合为接地装置提供内部防护。

在接地盘与接地盘上盖间，装设有三道绝缘密封环，其中密封环3起到了对轴承室的密封作用，可防止碳刷与摩擦盘在磨耗过程中产生的碳粉和金属颗粒杂质进入轴承室。

3 试运行前准备

本接地装置现已通过包括温升试验、振动、冲击试验、耐腐蚀试验、IP65防护等级试验、绝缘、耐压等性能试验，满足相关文件规定。并通過了相关鉴定，准予装车试运行。

4 试运行情况

现车运用6个月后对接地装置进行了全面检查，并拆卸了相关部件以作测量，内容包括碳刷检查外观、接线及安装状态；刷架内部结构；将碳刷从支架中取出，对碳刷的磨耗量级剩余长度进行检查；为确定接地装置磨耗下的碳粉对轴承的影响，拆下轮对及轴承，检查轴承室内及轴承情况。检查结果如下：

1、接地装置的刷架、接地盘、接地盘上盖、碳刷的外观及安装状态良好。

2、接地盘及接地盘上盖收集碳粉部位有少量碳粉。

3、碳刷从刷架中取出，对碳刷磨耗量级剩余长度进行检查。

4、轴承及轴承室内情况检查未见碳粉进入。

通过运用6个月后的检查，可以看出该接地装置状态良好。防止碳粉进入轴承室的措施有效。

5结束语

由于此型接地装置摩擦盘直径较大（中经为296mm），相对线速度较大，当车速80Km/h时，其线速度约为10.5m/s，因此特别考虑了碳刷磨耗问题，由于碳刷的磨耗原因与接地回路设计、车辆运行状况、运行线路状况、碳刷个体质量等因素有着直接关系，碳刷的磨耗量也不尽相同，根据经验确定碳刷的磨耗量在1～2mm/10万Km，设计碳刷可用磨耗长度为20mm，满足车辆运行100万km更换碳刷的要求，碳刷的实际磨耗情况还须在实际运用中验证。

运行中应注意的事项：在维修维护接地装置时，应注意保护摩擦盘与碳刷之间的摩擦面，不允许有任何油渍和指纹。经过长期运行后，摩擦盘摩擦面会出现轻微的圆周状划痕，一般不会影响运用，摩擦盘摩擦面颜色变深，呈现类似“铜锈”状膜，此膜状物质是碳刷与摩擦盘接触经电蚀作用产生的，硬度较高，它能改善摩擦，减少碳刷磨耗，因此不能打磨。车辆运用过程中无论出现何种涉及接地装置的短路故障，必须对接地装置进行全面检查，特别是摩擦盘与碳刷的接触面如出现烧蚀，可能造成严重的磨损，这种情况下必须更换摩擦盘和碳刷。

参考文献：

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