姚正斌 韓慶軍 周曉江 王芳 姚春山

摘要：本文闡述了基于青島城陽低地板車輛研制開發(fā)的一種接地裝置，主要對接地裝置的結(jié)構(gòu)及運用情況進行了說明；并通過對比以往客車用接地裝置及地鐵用接地裝置闡述接地裝置工作原理；還通過組成部分的詳細說明、各項功能試驗及實際運行情況強調(diào)說明，本國產(chǎn)化接地裝置能夠保證防止系統(tǒng)工作電流或系統(tǒng)故障電流、雷擊電流流經(jīng)軸承，防止造成軸承軸瓦與滾珠接觸面電蝕損傷軸承，同時能夠阻擋碳刷磨耗產(chǎn)生的碳粉等雜質(zhì)進入軸承室，防止造成軸承異常磨損；文章結(jié)尾著重介紹接地裝置碳刷磨損差異的形成原因及接地裝置的部分運行注意事項。

關(guān)鍵詞：接地裝置；結(jié)構(gòu)；運用；低地板。

中圖分類號：U26 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

1 引言

青島城陽低地板車此前裝用的軸端接地裝置是一款進口產(chǎn)品，因其在接地裝置與軸橋軸承之間未設(shè)密封裝置，極有可能在車輛運行中因碳刷磨耗產(chǎn)生的碳粉等雜質(zhì)進入軸承室，造成軸承異常磨損，因此增加軸承的分解檢修頻度甚至造成軸承報廢，產(chǎn)生不必要的浪費，并存在一定的安全風險。按照國產(chǎn)化低地板車輛轉(zhuǎn)向架的機械接口和電氣系統(tǒng)技術(shù)要求，研制低地板車輛用接地裝置，裝車試用。在滿足車輛回流性能需求的前提下，需要滿足沖擊振動、IP防護、便于檢修、長壽命要求。

2 接地裝置結(jié)構(gòu)

接地裝置能為軸承提供必要的保護，防止系統(tǒng)工作電流或系統(tǒng)故障電流、雷擊電流流經(jīng)軸承，造成軸承軸瓦與滾珠接觸面電蝕損傷軸承。其工作原理是，來自供電電纜電流經(jīng)受電弓（受流器）、用電器匯總至車體接地電纜總線，再由車體接地電纜總線上的電流通過接地裝置直接傳導至車輪，通過車輪與鋼軌的接觸形成接地回路，如圖1所示。

圖1 車輛用電系統(tǒng)

1-供電電纜 2-受電弓（受流器） 3-用電器 4-接地裝置及車輪 5-鋼軌

目前軌道車輛常用的接地裝置如圖2、圖3所示，接地體為軸承電流提供旁通電路并實現(xiàn)與軸箱的絕緣，軸箱蓋實現(xiàn)接地體與軸箱的安裝，摩擦盤與位于接地體上的碳刷配合為軸承電流提供旁路導通電路，軸承壓板實現(xiàn)軸承定位及摩擦盤安裝。

圖2一種客車用接地裝置 圖3一種地鐵用接地裝置

對比圖2、圖3可以看出，地鐵接地裝置和客車接地裝置，其軸箱蓋均設(shè)有迷宮密封結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)接地裝置與外部環(huán)境的密封，避免外部異物進入接地裝置內(nèi)部，但由于接地裝置出于絕緣和裝配公差的考慮，“迷宮”間畢竟存在間隙，由于車輛運行中碳刷與摩擦盤在磨耗過程中產(chǎn)生的碳粉和金屬顆粒雜質(zhì)非常細微，受車輛運行產(chǎn)生的振動及溫差變化等因素的影響，雖然現(xiàn)車輛大多采用自密封軸承，但碳粉和金屬顆粒雜質(zhì)侵入軸承室并非不可避免，《軸承》2012年 第10期《地鐵車輛輪對軸承的檢修》一文中指出，“在未達到額定壽命期的失效軸承中，有超過 90% 的失效是由于潤滑不當、密封失效、雜質(zhì)侵入、安裝缺陷、腐蝕、不當載荷和軸承表面加工缺陷等因素所致”，因此，接地裝置考慮對軸承室的密封結(jié)構(gòu)是十分必要的。

在研制青島城陽低地板車過程中，對進口接地裝置國產(chǎn)化提出對軸承室增加密封結(jié)構(gòu)的要求，經(jīng)過論證，研制的國產(chǎn)化接地裝置結(jié)構(gòu)見圖4、圖5

圖4 國產(chǎn)化接地裝置結(jié)構(gòu)圖 圖5密封環(huán)處局部放大圖

國產(chǎn)化接地裝置由4部分組成：

1、刷架

刷架用于固定碳刷，并為碳刷提供一個恒定壓力，使碳刷與摩擦盤可靠接觸，刷架也是接地電纜的連接部件。見圖6，為便于維護更換碳刷，刷架設(shè)計為上開蓋結(jié)構(gòu)，不拆卸接地裝置打開上蓋即可更換碳刷。

圖6 刷架組件圖

2、碳刷

碳刷可在刷架槽內(nèi)軸向移動，它在卷簧部件的恒壓力下與隨車輪旋轉(zhuǎn)的摩擦盤保持接觸。碳刷采用百分之八十銅粉加百分之二十石墨經(jīng)燒結(jié)制成，確保碳刷和摩擦盤具有較低的接觸電阻、較低的磨耗量，因此接地裝置可以保證車輛在一個架修期內(nèi)不必更換碳刷。

3、接地盤上蓋

接地盤上蓋安裝在轉(zhuǎn)向架軸橋上，為刷架提供固定安裝，并與接地盤配合為接地裝置提供內(nèi)部防護，為防止電流經(jīng)軸橋流經(jīng)軸承，刷架與接地盤間采用絕緣隔離安裝。

4、接地盤

接地盤安裝在輪對上，通過安裝在接地盤上的摩擦盤與碳刷保持持續(xù)接觸，通過車輪與鋼軌的接觸形成接地回路，同時接地盤與接地盤上蓋配合為接地裝置提供內(nèi)部防護。

在接地盤與接地盤上蓋間，裝設(shè)有三道絕緣密封環(huán)，其中密封環(huán)3起到了對軸承室的密封作用，可防止碳刷與摩擦盤在磨耗過程中產(chǎn)生的碳粉和金屬顆粒雜質(zhì)進入軸承室。

3 試運行前準備

本接地裝置現(xiàn)已通過包括溫升試驗、振動、沖擊試驗、耐腐蝕試驗、IP65防護等級試驗、絕緣、耐壓等性能試驗，滿足相關(guān)文件規(guī)定。并通過了相關(guān)鑒定，準予裝車試運行。

4 試運行情況

現(xiàn)車運用6個月后對接地裝置進行了全面檢查，并拆卸了相關(guān)部件以作測量，內(nèi)容包括碳刷檢查外觀、接線及安裝狀態(tài)；刷架內(nèi)部結(jié)構(gòu)；將碳刷從支架中取出，對碳刷的磨耗量級剩余長度進行檢查；為確定接地裝置磨耗下的碳粉對軸承的影響，拆下輪對及軸承，檢查軸承室內(nèi)及軸承情況。檢查結(jié)果如下：

1、接地裝置的刷架、接地盤、接地盤上蓋、碳刷的外觀及安裝狀態(tài)良好。

2、接地盤及接地盤上蓋收集碳粉部位有少量碳粉。

3、碳刷從刷架中取出，對碳刷磨耗量級剩余長度進行檢查。

4、軸承及軸承室內(nèi)情況檢查未見碳粉進入。

通過運用6個月后的檢查，可以看出該接地裝置狀態(tài)良好。防止碳粉進入軸承室的措施有效。

5結(jié)束語

由于此型接地裝置摩擦盤直徑較大（中經(jīng)為296mm），相對線速度較大，當車速80Km/h時，其線速度約為10.5m/s，因此特別考慮了碳刷磨耗問題，由于碳刷的磨耗原因與接地回路設(shè)計、車輛運行狀況、運行線路狀況、碳刷個體質(zhì)量等因素有著直接關(guān)系，碳刷的磨耗量也不盡相同，根據(jù)經(jīng)驗確定碳刷的磨耗量在1～2mm/10萬Km，設(shè)計碳刷可用磨耗長度為20mm，滿足車輛運行100萬km更換碳刷的要求，碳刷的實際磨耗情況還須在實際運用中驗證。

運行中應注意的事項：在維修維護接地裝置時，應注意保護摩擦盤與碳刷之間的摩擦面，不允許有任何油漬和指紋。經(jīng)過長期運行后，摩擦盤摩擦面會出現(xiàn)輕微的圓周狀劃痕，一般不會影響運用，摩擦盤摩擦面顏色變深，呈現(xiàn)類似“銅銹”狀膜，此膜狀物質(zhì)是碳刷與摩擦盤接觸經(jīng)電蝕作用產(chǎn)生的，硬度較高，它能改善摩擦，減少碳刷磨耗，因此不能打磨。車輛運用過程中無論出現(xiàn)何種涉及接地裝置的短路故障，必須對接地裝置進行全面檢查，特別是摩擦盤與碳刷的接觸面如出現(xiàn)燒蝕，可能造成嚴重的磨損，這種情況下必須更換摩擦盤和碳刷。

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