高铁是国民经济大动脉，列车通过车顶受电弓滑板与接触网导线（弓网）的滑动摩擦传递电能（滑动电接触），是获取能量的唯一途径。随着列车速度大幅提高，弓网出现冲击振动加剧，电弧频发，滑板异常磨耗、断裂，造成列车意外突发停运。弓网故障已成为威胁高铁供电安全的首要因素。日本新干线统计的155起供电事故中，弓网滑动电接触故障高达118起，占比76.13%；2011年7至9月,京沪高铁干线连续出现5起弓网故障导致的供电中断事故，数千人受困车厢，部分乘客晕厥，30余趟列车停运或晚点，损失和影响巨大。 弓网滑动电接触可靠性已经成为制约高铁发展的瓶颈，国内外尚无有效解决方法，存在三大难题：1)受电弓滑板采用碳复合材料，含炭黑、鳞片石墨、浸渍铜等多元组分，组分间相容性差、界面结合弱，车速提升后大量出现开裂、掉块。增强材料界面结合、提高抗冲击强度十分困难。2)弓网匹配直接影响服役寿命，需考虑接触载荷、载流密度、燃弧率等多因素的动态平衡。高速弓网出现撞击、弹跳新形式，该工况下弓网动态平衡关系尚属空白，高速弓网匹配难度极大。3)弓网检测是保障滑动电接触可靠性的必要手段。列车低速时损伤以滑板表面摩擦磨损为主，检测参数为磨耗量和放电火花数；提速后，电弧侵蚀与内部微裂纹扩展成为新损伤形式，尚无有效表征参量及其检测方法。团队历经10余年科研攻关，攻克高速可靠滑动电接触的难题，发明具有自主知识产权的全新技术： 1)发明碳滑板材料新结构和新方法。创造性提出石墨烯化学成键取代物理结合新方法，发明增强多组分界面结合力的根系网络新结构，提出三维正交碳纤维与超细铜混合编织新技术，制备适合多种工况的谱系复合材料，攻克滑板电碳材料抗冲击性能差，无法适应高速工况的难题，抗冲击性能提高到国外同类产品的1.5倍。 2)发明高速弓网匹配新方法。发明刚柔结合/平直/线接触的滑动电接触试验装备，揭示撞击、弹跳工况下接触载荷、载流密度、燃弧率等的动态平衡关系，发明接触载荷自适应调控、材料差异化匹配方法，攻克高速弓网匹配的难题，弓网滑动电接触系统服役寿命提高近一倍。 3)发明电接触状态检测新技术。揭示电弧能量积聚、弧根驻留转移对滑板内部微裂纹应力集中、缺陷萌生发展的诱导机理；提出损伤形式的新表征指标体系；发明外部电弧能流与内部微裂纹相结合的检测与分析方法，攻克高速滑动电接触状态检测与准确评估的难题。弓网故障年发生次数降低至原来的28%，节约检修时间75%。 项目技术成熟，通过国家铁路产品质量监督检验中心，并规模生产，在高速、重载线路及复兴号动车组广泛应用。打破国外技术垄断，研制的滑板服役寿命比国外产品提高近一倍，使进口滑板单价由12000元降至4000元；填补国内外技术空白，发明的弓网高速滑动电接触匹配与状态检测技术使弓网故障显著减少，并在国际著名出版社Springer出版首部轨道交通高速滑动电接触专著。随着国家"一带一路"倡议和高铁"走出去"战略稳步推进，发展前景广阔。入选国家重点领域创新团队。项目技术独特，创新性突出，核心成果鉴定为国际领先水平。

哈尔滨电碳厂

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