中国铁路济南局集团有限公司青岛动车段山东青岛266071
摘要：随着人们的生活条件不断提高，同时交通拥堵问题越来越突出、人们生活节奏不断加快，我国高速铁路事业得到快速发展，而电气化铁路因其环保、高效、节能的特点得到普遍的应用。受电弓作为高速列车关键电气部件之一，承担着将接触网提供的单相交流输送给车载用电设备的作用，并保证传送电压的稳定性。由于长期暴露在没有保护设备的室外环境中和长期受电弧、电磁干扰等因素的滋扰，受电弓的工作性能和使用寿命会极大程度地降低。因此，采用有效的方法尽早检测到受电弓裂纹故障并进行处理，对保障列车安全、可靠和舒适地运行具有显著意义。
关键词：受电弓裂纹；故障检测现状；改进措施
引言
我国人口迅速增多，各种交通供需矛盾十分尖锐，出现了严重的交通堵塞情况。面对这样的交通情况，高铁作为一种低能耗、低污染、占地面积少、运输速度快、舒适、全天候、运能大等特点的交通工具应运而生。
1受电弓上框架裂纹故障
某受电弓的主要功能是从额定电压25000V接触网上获取电源，供高铁车辆电力系统使用，同时在电制动时通过机车的再生系统将机车的动能转换为电能并反馈给接触网供给其它在线列车运营使用，起到双向传递枢纽的作用。如图1、图2所示，受电弓上框架是由顶管、阶梯铝管和肘接处的连接管组焊而成的铝合金框架结构，同时安装有对角线杆来增加上框架的刚度。上框架通过轴承分别与拉杆、下臂杆及弓头联接。上框架的此种设计减轻了受电弓的整体质量，提高受电弓的弓网跟随性。
图1上框架肘接图
图2上框架顶管焊缝处
某正线供电网线采用刚性接触形式，车辆最高运行速度达到200km/h，极大地考验了受电弓的结构强度。检修人员在受电弓例行检查中发现在上框架肘接处有开裂现象，裂缝主要集中在焊缝一侧；除此之外，在顶管焊缝处和底部加强筋位置也有开裂现象，如图3、图4所示。在运营的第一年发现有多处存在开裂现象的受电弓弓架，都位于上框架肘接处。经过统计分析发现，上框架顶管焊缝处和底部加强筋的开裂是可以避免的偶然事件，而上框架肘接处裂纹则具有一定的普遍性。
图3顶管焊缝处开裂
图4薄弱部位出现断裂
2受电弓常见故障
（1）上框架裂纹。上框架主要由拉杆、上臂杆和弓头通过轴承连接而成，这种设计不仅有助于提高电弓网的跟随性，又可减少受电弓质量。高铁车辆高速运行的过程中，受电弓承受了巨大的压力，实践证明，高铁受电弓上框架经常出现裂缝，而裂缝的位置主要集中在上框架肘接处，而且多见于焊缝一侧，顶管焊缝出和底部加固处则很少出现裂缝。由此可以看出，上框架裂缝主要集中于肘接和焊缝位，其中，肘接裂缝一方面与材料的焊接质量，另外在车辆的持续运行过程中，弓网受到持续的冲击，导致肘接裂缝；通过对焊接位的裂缝进行分析，其裂缝一方面与焊接参数计算错误有关，另外，与动态的交变负荷的冲击下，应力过于集中，导致薄弱处出现开裂现象。（2）碳滑板磨损。高铁车辆正常运行的情况下，受电弓碳滑板磨损相对均匀，当磨损严重时即可进行更换，但由于碳滑板与接触网工作环境不同，导致碳滑板经常下呼吸断裂、磨损度不一致、裂缝等，影响了碳滑板的正常使用。碳滑板出现偏磨的主要是由于运行过程中的机械作用，使得碳滑板两侧受力不一致，进而形成偏磨；碳滑板出现掉块的主要由于是由于弓网撞击形成的，而掉块经常出现于滑板薄弱处，因此，掉块的滑板后期很容易出现断裂；导致滑板纵向裂缝的主要原因是由于断裂后的碳条在运行过程中，需要承担原先整个碳条的冲击；导致碳滑板拉弧异常损伤的主要由于是由于持续大电流作用下，稳定升高，进而导致粘结层烧损，严重时，甚至出现碳滑板薄弱位置被电击穿。（3）受电弓位置指示器故障。受电弓位置指示器主要为后续车辆提供升降弓信号。实践研究发现，受电弓位置指示器出现的故障主要包括：升降弓信号无法显示，网线掉闸等。其中导致升降弓无法显示的主要原因与启动件的卡滞后有关，由于启动件脆性大、硬度小，而受电弓降到位时，启动件在单边力的持续作用下，很容易出现磨损，使得启动件与安装架之间空间增大，极易出现卡滞；而网线掉闸主要与阴雨天气下，指示器上的绝缘子表面的烧伤有关。
3受电弓裂纹故障检测方法及改进措施
随着列车运行速度的不断提高，受电弓所承受的阻力也越来越突兀，其发生裂纹的概率也急剧增加，为了保证受电弓的良好状态，需对其进行监测避免裂纹的发生，影响行车安全。目前检测受电弓裂纹故障的方法有很多，本文通过分析这些检测方法的优缺点，并提出改进措施。
3.1传统人工检测法
传统的人工检测法需要将高速列车停放在检修库里，需要断电和降弓，检修作业人员上车顶对受电弓状态进行观察和分析，并进行检修和维护。人工检测法作业环境比较单一，需多人协同操作，检测结果受人为因素的影响比较大，效率低，作业流程繁琐，不能对受电弓的状态进行在线、实时监测，因此单一采用此方法准确性和快速性都得不到保障，并且存在一定的安全隐患。因此，此方法己不能适应电气化铁路的高速发展，但可以与其他智能检测法结合使用来发挥其特长。
3.2传统图像处理检测法
传统图像处理检测法是通过摄像机对受电弓运行状态进行图像采集，通过对图像进行分析来判断受电弓的状态。由于传统的图像检测法是采用灰度特征提取、边缘检测等图像处理技术来分析图像，并没有采用基于数字信号处理方法来分析和判断图像，因此采用此方法的得到的检测结果的准确性和全面性都不高，由于其检测结果也受人为因素的干扰，而且对监测设备的抗干扰性能和分辨率都有很高的要求，因此不适应高速铁路的发展。
3.3超声波检测法
超声波检测法是通过安装一个超声波检测仪，通过超声波传感器发射超声波信号，超声波在到达被检测物体的表面时发生反射。通过超声波发送和接收的时间，来判断碳滑板的磨损程度。超声检测法由于其简便、成本低等优点，在钢轨内部损伤检测、绝缘子裂纹测等领域得到广泛应用，但是对于受电弓故障检测的检测研究尚未具体展开，需要进行受电弓裂纹检测试验来确定其有效性。
3.4在线图像处理检测法
此检测方法是采用图像处理及三点云重构原理进行受电弓故障的检测。高清相机一定的角度俯拍受电弓前表面。激光位移传感器垂直安装在受电弓的正上方，当列车到达检测系统时，激光位移传感器高速扫描受电弓上表面获取整个受电弓上表面的三维图像，通过三维图像来检测滑板表面是否存在裂纹。此方法设备成本昂贵，激光易受光照影响。因此使用时应注意激光传感器的保护。
结语
受电弓是列车唯一的受流设备，其状态是否良好关系到列车能否正常运行。因此，预防受电弓故障的发生对保证列车的正常运行有重大的意义。本文首先介绍受电弓的结构和工作原理，接着阐述受电弓裂纹故障产生的原因，最后通过分析受电弓裂纹故障的检测方法并提出改进措施。通过对受电弓采用智能检测方法能够保证受电弓的状态，减少检查次数和降低故障，确保弓网的良好接触，从而保证铁路高速、安全、可靠的运行。
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