地鐵車輛受電弓故障分析及維修措施

王東陽　車暢

摘 要：地鐵是現代城市發展的重要交通工具之一，為城市的發展帶來了極大的便利，同時也解決了城市的交通問題。而在地鐵車輛運行過程中，受電弓作為連接接觸網和電力機車的重要部件，其運行狀態直接影響著地鐵車輛的安全運行?；诖?，本文針對地鐵車輛受電弓常見故障進行分析，并針對常見故障提出相應的維修措施，以期降低地鐵車輛受電弓故障發生概率，保障地鐵車輛運行安全。

關鍵詞：地鐵車輛；受電弓故障；維修措施

1 引言

地鐵在現代城市交通體系中扮演著不可或缺的角色，成為數百萬市民的首選出行方式。其中受電弓作為地鐵車輛的關鍵部件，其穩定性直接關系到地鐵的高效與安全運行。隨著運營時長的增加，受電弓可能面臨各種故障問題，這不僅可能影響列車的正常運營，更有可能對乘客的安全帶來隱患。因此，對受電弓的常見故障和相應的維修措施進行深入研究和探討，是確保地鐵持續、安全運行的關鍵。

2 地鐵車輛受電弓的工作原理

2.1 受電弓的電氣系統的原理

受電弓作為地鐵車輛的關鍵部件，其電氣系統原理涉及多個方面。其中受電弓電氣系統的核心是確保與架空接觸網的穩定接觸，從而獲得穩定的電力供應。當受電弓接觸到接觸網時，通過其上的碳滑板，電流被導入車輛的電氣系統，為車輛提供動力和驅動其他電氣設備。為確保與接觸網的穩定接觸，受電弓電氣系統還配備有多種傳感器和控制設備，如位置傳感器、壓力傳感器等，它們可以實時檢測受電弓的工作狀態和與接觸網的接觸質量。同時，受電弓電氣系統中的控制模塊會根據這些傳感器的反饋，調整受電弓的位置或壓力，確保其與接觸網始終保持良好的接觸狀態。為了防止受電弓在工作過程中出現電弧或短路，電氣系統還配備有多重保護措施，如電流限制器和短路保護裝置，確保地鐵車輛和乘客的安全。

2.2 受電弓的氣路系統原理

受電弓在地鐵車輛中扮演關鍵角色，而其氣路系統原理則為其正常工作提供了重要保障。氣路系統主要負責受電弓的升降運動，使其與接觸網保持或斷開接觸。當需要將受電弓升起與接觸網接觸時，氣壓會被導入到受電弓的氣動執行機構，推動受電弓上升；而當需要降下受電弓時，通過氣路系統的放氣功能，快速釋放氣體，使受電弓迅速降下。為了保證系統的穩定運行，還有相應的氣源設備、氣壓調節器和多種氣路閥門，它們確保氣體在系統中流動的穩定性和安全性。同時，受電弓的氣路系統還設有壓力傳感器和安全閥，監測氣壓并在壓力超出安全范圍時自動釋放，以確保受電弓氣路系統的安全穩定運行。在整個受電弓工作過程中，氣路系統與電氣系統緊密配合，實現受電弓的自動化控制，確保地鐵車輛穩定運行。

3 地鐵車輛受電弓的常見故障

3.1 上框架裂紋

上框架作為受電弓的主要結構部件，直接影響其與接觸網的接觸穩定性。一旦出現裂紋，就可能導致受電弓的變形，進一步影響受電弓的工作效率。裂紋的產生常常與多種因素相關。長時間的機械疲勞、車輛運行中的沖擊以及材料的老化等都可能導致上框架出現裂紋。另外，地鐵車輛在行駛過程中，由于不同的速度、制動或啟動等動作，受電弓會承受一系列的動態負荷，這也為上框架的裂紋產生提供了條件。在實際運營中，一旦檢測到上框架有裂紋，可能會引發一系列的連鎖反應，如電弧產生、碳滑板與接觸網的不穩定接觸，乃至車輛的電氣系統故障，這都對地鐵的安全運行構成潛在威脅。上框架裂紋不僅會影響地鐵車輛的正常運行，更可能引發安全事故，增加運營成本，降低地鐵系統的運行效率和可靠性。

3.2 碳滑板磨損

碳滑板位于受電弓的最前端，直接與接觸網接觸，其主要作用是保持與接觸網之間的穩定電氣連接并傳導電流至地鐵車輛。由于長時間與接觸網的摩擦，碳滑板自然地會產生磨損。過度的磨損會導致受電弓與接觸網之間的接觸面積減少，從而影響電流傳導的效率和穩定性。當碳滑板磨損嚴重時，可能會出現電弧或者火花，這不僅會損傷接觸網，還可能導致電氣短路或其他相關的電氣問題。碳滑板的磨損速度與多種因素有關，如受電弓的工作頻率、車輛的運行速度、接觸網的材質和結構以及氣候條件等。濕潤的天氣條件可能會導致碳滑板與接觸網之間的摩擦系數增加，從而加速磨損。而在高速行駛中，摩擦力的作用時間減少，但摩擦的沖擊力增加，也可能導致碳滑板的快速磨損。

3.3 受電弓位置指示器故障

受電弓位置指示器是一個關鍵的傳感器，其主要作用是實時監測受電弓的位置狀態，確保受電弓與接觸網之間的穩定接觸。這一指示器能夠提供受電弓當前是否處于升起或降下狀態的信息，從而為駕駛員或自動控制系統提供關鍵的反饋信息。當受電弓位置指示器出現故障時，可能會導致實際的受電弓位置與指示器所顯示的位置不符，這種情況下，車輛可能會因為受電弓未完全升起而失去動力，或者在不應該降下的情況下降下受電弓，增加與接觸網的摩擦，引起其他潛在問題。由于指示器故障，車輛控制系統可能會收到錯誤的反饋，導致系統采取不適當的操作，如頻繁地升降受電弓。這種頻繁的動作不僅會增加機械部件的磨損，還可能對電氣系統造成不必要的壓力，從而對車輛的正常運行造成嚴重的影響。

3.4 受電弓無法正常升起

受電弓的主要任務是與接觸網接觸，從接觸網中取電供給地鐵車輛。當受電弓無法正常升起，車輛即會失去電源，導致行車中斷。受電弓的升起機制通常涉及到復雜的電氣和機械部分，而升起過程受到多種因素的影響。例如，氣動系統的失效、電磁閥的故障或是受電弓的結構問題都可能導致其無法升起。受電弓在升起過程中，需要克服重力以及其他可能的阻力，如受電弓與車體間的摩擦。如果受電弓存在機械卡滯或變形，都可能導致其升起困難。另外，長時間的運營和惡劣的環境因素，如寒冷、濕潤或污染，都可能加劇受電弓部件的磨損，增加升起過程中的障礙。這種故障不僅影響地鐵車輛的正常行駛，更會對整個地鐵線路的運營調度帶來挑戰，可能引發乘客滯留、班次延誤等連鎖反應，對地鐵的正常運營和乘客的出行帶來很大的不便。

3.5 受電弓漏氣

受電弓漏氣是地鐵運營中的一種常見但又容易被忽視的故障。氣動系統為受電弓提供所需的升起和降下動力，確保其與接觸網保持良好的接觸。然而，隨著地鐵車輛的長時間運營，受電弓的氣動系統中的密封圈、氣管、連接件等部分可能會出現老化、磨損或損傷，從而導致氣體的泄漏。漏氣不僅會影響受電弓的升降速度和穩定性，還可能導致受電弓不能維持在所需的高度，進而影響到電能的傳輸效率。漏氣過程中，壓縮空氣的流失會增加車輛的能耗，為地鐵車輛的運行帶來額外的負擔。此外，長期的漏氣可能導致氣動系統的壓力不足，使得受電弓在緊急情況下無法迅速升起或降下，增加了運營風險。受電弓漏氣雖然表面上看似小問題，但實際上對地鐵車輛的安全和效率都帶來了不小的威脅。

4 基于地鐵車輛受電弓故障的維修措施

4.1 上框架裂紋的維修措施

在地鐵車輛受電弓故障的維修措施中，對于框架裂紋這一故障，維修的關鍵在于確保受電弓的安全性和穩定性。對于裂紋的檢測，高精度的非破壞性檢測手段如超聲波探傷、磁粉探傷或滲透探傷技術都可以被應用，以確定裂紋的準確位置、方向和深度。接下來，根據裂紋的深度和位置，可以選擇焊接修復或部件更換。對于表面裂紋或小裂紋，焊接修復是一種有效的方法。選擇合適的焊接材料和技術，可以確保焊縫的質量和強度，從而使受電弓回復到接近原始狀態。而對于較深或涉及關鍵位置的裂紋，往往需要更換整個受電弓或相關部件，以確保安全。無論是焊接還是更換部件，都必須確保受電弓的強度和穩定性。這就需要對焊接區或新部件進行強度測試。通過各種物理方法，如拉伸測試、沖擊測試等，可以準確評估焊接部位或新部件的強度是否達到標準，以及是否能夠承受實際運行中的各種壓力。這一步驟不僅確保了維修的質量，也為地鐵車輛的安全運營提供了堅實保障。

4.2 碳滑板磨損的維修措施

碳滑板直接與供電線路接觸，確保電力從線路傳遞到地鐵車輛，因此其健康狀態直接關系到地鐵的正常運行。首先，定期檢查碳滑板的磨損程度是至關重要的。工程師和技術人員需要使用專業的檢測設備，如測量規、顯微鏡或數字化檢測工具，觀察碳滑板的物理磨損，同時也需要檢查電性能，如電阻、電流等，確保碳滑板在良好的工作狀態。其次，根據磨損的程度進行更換是必要的。一般來說，當碳滑板的磨損達到一定標準，或者其電性能開始出現下降時，就需要進行更換。選擇高質量的碳滑板材料可以確保更長的使用壽命，同時也能夠提供更好的電性能。最后，優化受電弓的工作角度是一個提高碳滑板使用壽命的方法。受電弓與供電線路的接觸角度過大或過小都會導致碳滑板的過度磨損。通過調整受電弓的安裝角度，使其與供電線路保持適當的接觸，不僅可以延長碳滑板的使用壽命，還可以確保電力傳輸的穩定性。在實踐中，技術人員需要根據不同的線路條件、車輛速度和其他因素，對受電弓的工作角度進行微調，達到最佳的工作狀態。

4.3 受電弓位置指示器故障的維修措施

位置指示器作為受電弓工作狀態的直接反映，它的正常工作對于操作員和維修人員都至關重要，能夠實時了解受電弓的位置和狀態。首先，檢測指示器電路與傳感器是解決該問題的首要任務。技術人員需使用電路測試儀器，如萬用表、示波器等，對位置指示器的電路進行全面檢查，確保電路的完整性和功能性。同時，對傳感器的工作狀態進行評估也是必要的。傳感器是位置指示器系統中的關鍵部件，其性能直接影響到位置信息的準確性。通過對傳感器的響應速度、靈敏度等進行測試，可以判斷其是否工作正常。接下來，對于檢測出的故障部件，進行清理或更換是非常關鍵的。有時位置指示器的故障可能僅僅是由于部件的污染或輕微損傷引起的。如果部件的損傷較為嚴重，或者電路存在明顯的斷裂、短路等問題，那么更換新的部件是最佳選擇。最后，校準位置指示系統是確保其長時間穩定工作的重要環節。通過專業的校準設備和軟件，技術人員可以對位置指示系統進行精確的調整，確保其讀數與實際受電弓的位置完全一致，從而為地鐵車輛的安全和穩定運行提供保障。

4.4 受電弓無法正常升起的維修措施

地鐵車輛受電弓故障的維修措施中，受電弓無法正常升起是地鐵車輛運營中的一大問題，影響其正常供電并可能導致列車運行中斷。要解決此問題，需從以下幾個方面著手。第一，針對電氣控制及驅動部件進行全面檢查是判斷故障原因的基礎。使用專業的電路檢測工具，對受電弓的控制電路、驅動器以及相關的電氣元件進行仔細檢測，以確保電路的連通性和各電氣元件的功能完整性。同時，對于可能出現的開關、繼電器、或斷路器的故障也要進行深入的檢查和測試。第二，清理與潤滑升降機構是恢復受電弓正常工作的關鍵步驟之一。由于地鐵車輛在行駛過程中，受電弓的升降機構可能會受到塵土、污物等異物的侵入，導致升降不暢或者卡滯。技術團隊需要對升降機構進行徹底清理，并使用合適的潤滑油對各摩擦部位進行潤滑，確保其升降動作的流暢性。第三，如果上述方法不能解決問題，可能是電磁閥或傳感器存在故障。電磁閥是控制受電弓升降的關鍵元件，其故障會直接導致受電弓無法正常升降。而傳感器則負責檢測受電弓的位置和狀態，向控制系統提供反饋。當這兩部分任何一個出現故障時，都需要及時替換。在更換之后，技術團隊還需對新部件進行測試和調試，確保其與系統完美融合。

4.5 受電弓漏氣的維修措施

在地鐵車輛受電弓故障中，受電弓漏氣問題是需要緊急關注的故障之一。氣體泄露不僅影響受電弓的正常工作，還可能影響到列車的運行安全。因此，對于這一問題，維修團隊應當從以下幾個關鍵方面進行處理。其一，確定漏氣部位。利用專業的氣密性檢測設備，如氣體探測儀或聽音檢漏儀，可以精確地定位到泄漏點，為后續的維修工作提供明確的方向。對于被檢測出的泄露點，維修團隊需要立即對其進行封堵，避免進一步的氣體流失。其二，更換破損的氣密密封圈是確保受電弓氣密性的重要措施。在多數情況下，氣密性的喪失往往是由于氣密密封圈老化、損壞導致的。維修團隊需對所有可疑的密封圈進行仔細的檢查，并更換任何發現有磨損、裂縫或變形的密封圈。選擇合適的材料和型號，確保新密封圈與受電弓的結構相匹配，可以有效提高其氣密性。其三，完成上述工作后，必須進行氣密性測試以確保問題已經完全得到解決。通過向受電弓注入氣體并監測其壓力變化，可以判斷其氣密性是否達到標準。同時，利用高頻聽音設備也可以幫助確認是否還存在微小的泄漏點。當所有測試都確認受電弓的氣密性完全恢復時，維修工作才算完成?？傊?，對于受電弓漏氣問題，每一個步驟都要求維修人員具備高超的技能和豐富的經驗，以確保受電弓能夠恢復到最佳的工作狀態，并為地鐵車輛的安全運行提供保障。

5 結語

綜上所述，受電弓的穩定工作對地鐵車輛的正常運行至關重要，但長時間的使用和外部環境因素都可能導致其出現各種故障。因此，及時、準確地識別故障并采取適當的維修措施是每一位維修人員的重要職責。通過對受電弓的故障分析及維修措施的探討，不僅能夠確保地鐵車輛的穩定供電，還可以延長設備的使用壽命，為地鐵的高效、安全運行提供堅實保障。

陜西省教育廳科學研究計劃項目資助（項目編號：22JK0286）。

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