中国的高铁建设被誉为中国经济发展的奇迹,频频刷新世界纪录。从引进技术到领先世界,短短10年间,高铁不仅赢得了中国人的赞誉,也赢得了世界的关注。中国已经拥有世界上最大的高速铁路网。截至2018年底,中国高铁运营里程达到2.9万公里,超过世界高铁总里程的三分之二,成为世界上里程最长、运输密度最高、网络运营场景最复杂的国家。中国高铁动车组累计载客超过90亿人次,成为中国铁路客运的主要通道,中国高铁在安全性、可靠性、运输效率等方面都处于世界领先地位。
高速铁路的电源为高压电,普通民用电的电压为220伏,高速铁路的供电电压为27.5千伏。发电厂发电后,通过输电线路送至铁路牵引变电所,调整到适合高铁的电压,再通过接触网馈线送至接触网导线,再通过接触网给列车供电。
那么,接触网上的高压电是如何“跑”到列车上的呢?只要铁轨在,接触网就会一样长。地面运行的动车组总是从远处面对接触网。为了实现它们之间的紧密联系,受电弓成为汽车和接触网之间的媒介物。受电弓是电力牵引机车从接触网获取电能的电气设备。它安装在机车或动车顶部,主要由碳滑板、上车架、下臂、弓升降机构、绝缘子等部件组成。
一列动车组前后都有受电弓。在正常操作中,只有后撑弓升起,而前撑弓处于折叠状态。受电弓通过与接触网导线的接触将电流引向动车组,从而拉动列车前进。升降时可与接触网导线接触,下降时平放在车顶,而受电弓上升或下降则根据列车运行需要和配置要求决定。
列车高速行驶时,受电弓和接触网不断相互摩擦,为了提供良好的导电性,接触网通常由金属制成。弓丝之间的接触部位有碳滑板。接触材料是特殊的石墨,硬度比金属低很多。在软硬的相互作用下,碳滑板通过自身的磨损来保护接触网的安全。
动车高速行驶,碳滑板作为车体的最高部位,难免会受到鸟类等异物的撞击,因此掉块的情况屡见不鲜。为了防止在以后的运行中间隙面积增大,在动车组的日常维护中,高速动车的维护人员要对间隙进行摩擦,使其平滑。由于运行过程中与电网接触的导线不断摩擦和冲击,该部件是需要经常更换的消耗性部件,通常每6万公里更换一次,平均每年更换6次。每辆标准动车组车厢前后各配备两个受电弓,每个受电弓配备两块碳滑板。
我国铁路高速发展较晚,碳基滑板的开发应用相对滞后。长期以来,国内高速铁路电力机车受电弓滑板主要依赖进口,价格昂贵。主要制造商有德国崇德集团和奥地利霍夫曼公司。福兴高铁CR400BF采用崇德集团碳滑板作为受电弓。
中国一直致力于推动核心零部件国产化。近年来,受电弓碳滑板行业研发进展迅速,以北京王奥众业科技有限公司、大同新城新材料有限公司为代表的国内企业走出了“以进口代理为主、国产制造为辅”的经营模式,升级为“以国产制造为主、进口代理为辅”。其中,北京王奥众业多年来一直在中国代理世界知名碳滑板巨头霍夫曼。与其紧密合作,不断消化其技术,先后研发出适用于高速列车的碳滑板产品,其技术产品在国内已被完全替代。大同新城新材料有限公司已在广州铁路局集团、北京铁路局集团时速250公里以上动车组列车上试运行,效果良好。
电气化铁路的不断发展,必将推动受电弓滑板材料的不断创新。受电弓滑板材料的更新和改进也将为铁路运营带来更快的速度和更安全的保障。正是无数材料研究者的不断努力和奋斗,才让我们的生活变得方便舒适。未来,新材料将使高速列车的翅膀——受电弓滑板更坚固、更安全,从而使我们的出行和交通更快捷、更和谐。