铁路机车受电弓碳滑板应用

受电弓碳滑板是电力机车从供电接触网获取电能的关键部件, 安装在受电弓的最上部,直接与接触网导线接触。受电弓滑板在自然环境中工作,并且在运行中与接触网导线不断产生摩擦和冲击。受电弓滑板与接触网导线的关系构成一对机械与电气耦合的特殊摩擦副作用,因此对选用材料的综合性能有严格的要求:良好的导电性、耐磨性和冲击韧性等性能,同时对接触网导线磨耗少。受电弓滑板是机车供电系统重要集电元件,通常有碳滑板、金属滑板、浸金属碳滑板和粉末冶金滑板,国际上多采用碳滑板,如德国ICE和法国TGV。浸金属碳滑板既有碳材料的自润滑性,又兼具金属材料集电、强度和抗冲击力高的特点。但是碳纤维-金属复合材料滑板与之相比,优势则更加明显,碳纤维-金属复合材料滑板在集电、润滑、抗撞击性能方面都超过现有的金属滑板、碳滑板、浸金属碳滑板和粉末冶金滑板,其应用前景十分广阔。

受电弓碳滑板的发展历程

电力机车使用的第一代滑板为金属滑板,由软钢制成,由于对导线磨损严重,后改用第二代滑板-碳滑板,但碳滑板冲击韧性差,易断裂。在此期间又研制了第三代滑板-粉末冶金滑板,它是用金属粉末为基体,加入多种金属和非金属材料,通过成形、烧结等工艺制成,但对接触导线磨耗十分严重。在前几代滑板的基础上研制了第四代滑板-浸金属碳滑板,浸金属碳滑板集中了碳材料和金属材料的优点,基本解决了碳滑板机械强度低的问题,耐磨性大大提高,但抗冲击能力不足,易掉块。为有效增强浸金属碳滑板的整体抗冲击性,用合金铝框与整根碳条粘接在一起,以增加碳条强度,虽然滑板的强度有所提高,但是它对导线磨损仍然较大。

目前,在西北铁路网运行的机车大部分使用的还是粉末冶金滑板,主要有铜基滑板和铁基滑板。它是以铜和铁等金属的粉末为基体,并加入多种金属和非金属材料,通过成形,烧结等工艺加工制成。这种滑板有良好的导电性,并且有一定的耐磨性和冲击韧性,但润滑性太差,对接触网磨耗十分严重。在实际运用中,一般使用润滑条,配合金属粉末滑板共同使用,可以缓解磨耗。这种滑板最突出的缺陷是在与带电的接触网接触时容易产生电弧,导致滑板表面被烧出很多坑洼不平小坑,增加磨耗程度,降低滑板使用寿命。特别是遇有雨,雪,霜,雾等不良天气状况时,这种现象更严重。有时候由于电弧过大,飞溅的金属火花会击穿受电弓自动降弓空气管路,导致自动降弓动作;甚至有时因为摩擦过大,电弧过大等原因,导致发生刮弓或烧断接触网线等更严重的后果。

近期上线试用的浸金属碳滑板,能够有效的防止电弧产生,并且有很好的润滑性。这种碳滑板是用合金铝框与整根碳条粘接在一起,其整体结构增加了碳滑板抗冲击强度,延长了滑板的使用寿命。同时碳滑板能有效的防止电弧产生,减少不良后果。

在日常的检查过程中,除了要准确测量滑板厚度之外,更应该对碳滑板进行认真检查。观察有无裂痕,有无掉块,有无严重的偏磨现象。如有较大裂痕,较大掉块,偏磨严重应该及时更换良好的碳滑板。

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