深圳市地铁集团有限公司运营总部
摘要：深圳地铁11号线最高运行速度120km/h，地下区段采用刚性接触网结构；列车试运营以来，正线燃弧情况严重，碳滑板磨耗速率较既有线高出许多。为了解弓网燃弧的原因，从列车速度、加速度及原边电流等列车运行数据进行统计分析，找出其中的相关性规律。
关键词：弓网燃弧运行数据统计分析
1、概述
TSG18A型气囊式地铁受电弓是南车株洲电力机车有限公司电气设备分公司为深圳地铁1号线续建项目配套生产的受电弓。
TSG18A型受电弓是国产化原西门子MWW公司气囊式地铁受电弓，并根据国内运营条件和运行情况进行了一系列优化改进的产品。
2、受电弓的故障
2.1、弓角裂纹
深圳TSG18A受电弓在使用一定时期后，出现开裂的现象，如图1所示。
图1.弓角开裂示意
改进原有受电弓弓角的结构形式，弓角薄弱处为一块连接板，由于受电弓弓角是一个空间的框架架构，受到自身的焊接变形内应力的同时，也受到碳滑板安装后的安装内应力，在长期的振动冲击的作用下，弓角连接板出现疲劳、裂纹、逐渐延展断裂。
2.2、裂纹原因分析
受电弓在车辆正常行驶过程中，弓网之间存在冲击振动，原有柔性网条件下，弓网之间的冲击能量被受电弓弓头与接触网线同时吸收；刚性接触网条件下，受电弓弓头与刚性接触网线之间的冲击力大，根据线路试验，受电弓在刚性接触网条件下，弓头最大的加速度达到10g，由于接触网线是刚性，在弓网之间的冲击力作用下，难以出现振动对弓网冲击力进行耗散，如此巨大的冲击力基本上被受电弓弓头等部件吸收，因此大大加速了弓角等弓头部件的疲劳。诱发了弓角裂纹的产生和延展，出现开裂。
3、弓角裂纹出现的改进措施
为消除弓角裂纹的现象，从两方面着手解决此问题：
提高弓角强度，延长受电弓弓头在弓网冲击力作用下的疲劳寿命；
改进弓头悬挂方式，降低弓网之间冲击力。
3.1、组合式样弓角
对原有弓角进行改进，改进成为组合式弓角，以提高弓角强度。其中弓角受力部件为不锈钢板焊接而成（图2所示），弓角导向部分由铝材焊接（图3所示），两者之间采用螺栓进行连接紧固（图4所示）。
图2.托架组焊
图3.弓角组焊
图4.弓角组装
3.2、采用四橡胶弹簧元件悬挂
现有TSG1A受电弓采用两个橡胶弹簧元件布置，在新弓头改进措施为：采用弹簧盒进行悬挂。弓头悬挂是受电弓的重要部件，向上连接弓角，向下连接上框架，起到的作用为：对受电弓弓头受到网线的振动冲击起到缓冲吸能作用，如图5所示。
图5.弓头悬挂示意
改进弓头悬挂，为四个橡胶弹簧元件，对称布置（图6），有利于降低橡胶弹簧元件上的作用力，延长橡胶弹簧元件的疲劳寿命。
图6.新弓头悬挂示意
3.3、采用金属弹簧筒悬挂
主要是将原有TSG18受电弓的橡胶弹簧元件悬挂，变更为弹簧筒悬挂（图7）。弓头每一侧，都有两个弹簧筒进行悬挂，弹簧筒内部为弹簧和直线轴承。变更为弹簧筒，目的在于降低弓网之间的作用力、以及提高受电弓的跟随性。
图7.弹簧筒弓头悬挂示意
弓头悬挂备用方案采用四个弹簧盒，在弓头左右布置，对弓头进行悬挂。弓头悬挂的弹簧盒内有一组弹簧，在受电弓升起与网线接触后，弹簧受到120N的静态接触力处于压缩状态，受电弓在运行过程中受到的冲击力被弹簧缓解，避免了弓网之间很大的冲击力（最大10g左右）直接作用在上框架等结构件上，提高受电弓结构件的疲劳寿命。
相较于板簧和橡胶弹簧元件，此方案采用的弹簧是一种线性弹性元件，根据受电弓运行中出现的情况，便于分析原因及作出相应改进；并且弹簧盒的结构有利于后续弓头的升级改造。
4、降弓位置指示器改进
现有TSG18A受电弓机械式降弓位置指示器在使用过程中先后发生位置指示器与受电弓底架放电的事故，为解决此问题，现对原有降弓位置指示器做出改进：
对机械式降弓位置指示器信号线连接方式进行改进；
将机械式降弓位置指示器改进为电感应式位置指示器。
4.1、械式降弓位置指示器改进
现有装车的位置指示器的信号线从接线盒的侧部引出，并且将波纹管采用扎带绑扎在受电弓底架的高压区域，由于受电弓运行过程中的碳粉及雨水侵蚀，存在爬电等隐患。
为了增强受电弓在恶劣情况下的安全性，经过分析，建议将现有位置指示器信号线接线，原有从侧部引出，改进为从下部引出。这样避免了信号线与受电弓高压部分底架放电的可能。
由图8所示，现有的信号线位于受电弓底架组焊上方，距离受电弓底架较近，距离为6mm左右，由于电感应器接线有三个接口，为增大信号线与受电弓底架的电器间隙，建议将信号线与位置指示器接线方式由原有的侧部安装，变更为下部安装，这样增大了信号线与受电弓底架的电气间隙，避免了信号线与底架距离较近，可能引起的爬电击穿的事故。
图8.机械式降弓位置指示器电气间隙
4.2、电感式降弓位置指示器
图9.电感式降弓位置指示器
将现有受电弓机械式降弓位置指示器改进为电感应式降弓位置指示器，因为现有受电弓为机械式降弓位置指示器接口，电感应式降弓位置指示器利用现有受电弓的安装接口，增加一块绝缘板，在绝缘板上安装降弓位置指示器，如图红线所示。