愛華網(wǎng)高速鐵路設(shè)備系列介紹之十四——如何保持電力接觸網(wǎng)與受電弓親密接觸：
在列車運(yùn)行過程中，總希望受電弓與接觸線能夠始終保持親密接觸。從原理上來說，弓網(wǎng)關(guān)系最好的情況莫過于讓電流從接觸網(wǎng)可靠穩(wěn)定的“漏”到受電弓上，所以受電弓升起的時候“電弓與電網(wǎng)的接觸位置發(fā)生漏電”的擔(dān)心是不必要的。而應(yīng)該避免的是受電弓和機(jī)車連接的支撐絕緣子漏電，一般是由于絕緣子污濁導(dǎo)致，俗稱車頂“放炮”，會影響機(jī)車的正常運(yùn)用。受電弓是靠一定的抬升力讓滑板與接觸線保持接觸的。列車高速運(yùn)行時受電弓的滑板就像一個小小的飛機(jī)機(jī)翼似的，受氣流的作用也會產(chǎn)生一個動態(tài)的抬升力，抬升力隨列車運(yùn)行速度升高而增大。在列車運(yùn)行時，接觸線在受電弓抬升力的作用下發(fā)生上下振動，振動波向前傳播，這就給受電弓和接觸線保持良好的接觸帶來了困難。受電弓前進(jìn)的速度和接觸線波動的傳播速度越接近，受電弓和接觸線就越容易失去接觸。受電弓與接觸線脫離失去接觸的現(xiàn)象稱作“離線”。離線是絕對不受歡迎的。由于高速列車的受電弓從接觸線獲取的電流值很大，離線時產(chǎn)生的電弧(就像我們在家中拔出電線插頭時會產(chǎn)生電火花一樣)會加快受電弓滑板和接觸線的磨耗，引起電磁干擾，同時還伴隨著噪聲污染。離線發(fā)生的次數(shù)越多，時間越長，表明受流質(zhì)量越差。所以，一般用“離線率”來評價(jià)列車受流質(zhì)量的好壞。離線率用離線時間占列車區(qū)間運(yùn)行時間的百分比來表示。例如，京津城際鐵路要求離線率低于0.14%，離線時間小于100毫秒。
如何才能降低離線率呢？在接觸懸掛方式已定的情況下，要從接觸線和受電弓兩方面進(jìn)行努力。接觸線的波動傳播速度和列車速度越接近就越容易發(fā)生離線。因此，我們可以提高接觸線的波動傳播速度，盡量讓它遠(yuǎn)遠(yuǎn)地“躲開”列車速度，就可以大幅度降低離線率了。波動傳播速度要“躲”得多遠(yuǎn)才好呢？經(jīng)驗(yàn)表明，列車速度與波動傳播速度的比值在0.6～0.7之間，就可以保證良好的受流質(zhì)量。例如，京津城際鐵路的列車時速為350公里時，接觸線波動傳播速度為569公里/小時，兩者的比值為0.62，滿足受流質(zhì)量的要求。在保障良好受流的前提下要提高列車速度，采取提高波動傳播速度是一種有力手段，其措施有兩個：一是增大接觸線的張力；二是降低單位長度的接觸線質(zhì)量，也就是接觸線最好采用輕質(zhì)材料。
增大受電弓的抬升力和減輕受電弓質(zhì)量也可以提高受流質(zhì)量。但增大受電弓抬升力有一定的限度，增大抬升力雖然可以讓受電弓更好地密貼接觸線，但同時也加快受電弓滑板和接觸線的磨耗，容易增加接觸線金屬疲勞，縮短其壽命。因此，受電弓抬升力需要綜合考慮，合理選取，才能得到最佳效果。
高速弓與普通弓的最大區(qū)別在于高速時的離線率較小，受流較穩(wěn)定。主要是靠較輕的弓頭質(zhì)量和較好的弓網(wǎng)接觸性能來保證的。當(dāng)電力機(jī)車在常速下運(yùn)行時,受電弓與接觸網(wǎng)之間可以保持可靠的接觸,因而能夠保證受電弓與接觸網(wǎng)間良好的動態(tài)受流。然而，隨著高速電力機(jī)車運(yùn)行速度的提高，將使受電弓的振動加劇，出現(xiàn)頻繁的離線現(xiàn)象，惡化受電弓的受流質(zhì)量,使機(jī)車速度受到限制。為改善電力機(jī)車受電弓的動力特性，降低振動，減少受電弓與接觸網(wǎng)間離線率，受受弓頭懸掛采用具有滯后非線性特性的鋼絲繩減振器，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的減振效果。針對高速列車受電弓與接觸網(wǎng)受流系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合相應(yīng)的評判標(biāo)準(zhǔn)（離線率、接觸壓力、彈性等），不少專家較詳細(xì)地探討、分析了我國高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛中線索、吊弦、定位裝置、電分相裝置、張力補(bǔ)償裝置及錨段關(guān)節(jié)等若干技術(shù)問題。為了適應(yīng)鐵路高速化發(fā)展,減少對接觸網(wǎng)導(dǎo)線的磨耗, 受電弓滑板受電弓滑板的工作條件有載荷隨機(jī)變化，接觸時有強(qiáng)電流通過，高滑動速度，環(huán)境條件復(fù)雜多變等顯著特點(diǎn)。因此，對其選材有十分苛刻的要求。隨著新材料不斷研發(fā)成功和開發(fā)應(yīng)用，我們可相信不久將來，現(xiàn)用受電弓滑板的采用材料主要有碳滑板、銅基粉末冶金滑板和浸金屬碳滑板等,必將逐步向碳纖維、金屬纖維、帶有潤滑功能的金屬基和無機(jī)非金屬基復(fù)合材料發(fā)展。目前廣泛使用的接觸網(wǎng)導(dǎo)線有銅銀、銅錫、銅鎂接觸線,將向銅合金化和復(fù)合金屬化方向發(fā)展。在接觸網(wǎng)一定的前提下, 受電弓滑板一般應(yīng)滿足良好的導(dǎo)電性，抑制離線電弧的產(chǎn)生和抗電弧燒傷性，良好的減摩耐磨性，足夠的強(qiáng)度和對自然環(huán)境強(qiáng)的適應(yīng)性等性能要求。
當(dāng)前我國有關(guān)專家通過分析電力機(jī)車受電弓滑板存在的各種問題,已用粉末冶金法研制出一種新型的受電弓滑板。銅一石墨復(fù)合材料是一種理想的自潤滑、導(dǎo)電材料，是制備電力機(jī)車受電弓滑板等電接觸元件的理想材料。該滑板由銅、碳纖維和石墨等構(gòu)成。分析了成形壓力、燒結(jié)溫度對滑板性能的影響,對其導(dǎo)電性、摩擦、磨損性能及沖擊韌性進(jìn)行了檢測,并與當(dāng)前正在使用的受電弓滑板進(jìn)行了對比。結(jié)果表明:該新型滑板的最佳制備工藝條件為(含量)銅78%,碳纖維2%,石墨15%,添加劑5%,成形壓力為200MPa,燒結(jié)溫度為880℃。該滑板不僅電阻率低,而且其摩擦、磨損及沖擊韌性等性能也優(yōu)越于當(dāng)前正在使用的受電弓滑板。與國外浸金屬碳滑板Rh82Mb 相比,其摩擦系數(shù)降低20%,磨損量減少1.3%,沖擊韌性提高1.7倍,導(dǎo)電性增強(qiáng)65倍。
