基于全尺寸高速弓网关系试验台的弓网系统受流和载流磨耗特性

Current Collection and Current-Carrying Wear Characteristics of Pantograph-Catenary System Based on a Full-Scale High-Speed Pantograph-Catenary Test Rig

摘要

为突破现有研究手段的局限，研制全尺寸高速弓网关系试验台，并依托其在高速弓网系统受流和载流磨耗试验方面的技术，在进行试验台准确性验证的基础上，研究弓网系统受流过程中离线放电特性和离线电弧电磁辐射特性、电弧对弓网摩擦副烧蚀特性、载流磨耗特性、弓网摩擦副选型。结果表明：该试验台的最高试验速度为530 km · h^-1、最大电流为1 000 A，具备主盘3个自由度的运动和受电弓激振功能，可真实模拟弓网动态刚柔接触过程；弓网系统受流过程中离线放电高频谐波集中于0~30 MHz，电磁辐射能量频率主要分布于0~100 MHz；升弓和降弓过程中受电弓滑板电弧烧蚀分别形成“深窄型”与“浅宽型”熔池，其中“深窄型”熔池会增加材料损失风险；250~350 km · h^-1速度下与纯碳滑板载流磨耗时，CTS150型接触线在300 km · h^-1速度时存在磨耗量谷值现象；400~500 km · h^-1速度下纯碳滑板载流磨耗后的接触线面积磨耗比和滑板重量磨耗比均低于浸金属碳滑板。研究成果为弓网系统的接触线和碳滑板材料选型、参数优化及电磁兼容性设计提供了关键数据和理论依据。基于该试验台，构建覆盖高速铁路和城轨交通的高速弓网载流磨耗试验方法，并纳入多项国际及中国行业标准。

Abstract

To overcome the limitations of existing research methods, a full-scale high-speed pantograph-catenary test rig was developed. Leveraging its technologies for conducting tests on current collection and current-carrying wear of high-speed pantograph-catenary systems, and on the basis of verifying the test rig's accuracy, research were carried out into the off-line discharge characteristics and off-line arc electromagnetic radiation characteristics during the current collection process of the pantograph-catenary system, the ablation characteristics of the pantograph-catenary friction pair by arc, the current-carrying wear characteristics, and the selection of pantograph-catenary friction pair materials. The results show that the test rig achieves a maximum test speed of 530 km · h^-1 and a maximum current of 1 000 A, with a 3-degree-of-freedom motion function for the main disc and an excitation function for the pantograph, enabling the realistic simulation of the dynamic rigid-flexible contact process between the pantograph and catenary. The high-frequency harmonics of off-line discharge during the current collection process of the pantograph-catenary system are concentrated in the range of 0 - 30 MHz, and the frequency of electromagnetic radiation energy is mainly distributed in 0 - 100 MHz. Arc ablation on the pantograph strip forms "deep and narrow" molten pools during pantograph raising and "shallow and wide" molten pools during pantograph lowering, among which the "deep and narrow" molten pools increase the risk of material loss. During the current-carrying wear of CTS150 contact wire paired with pure carbon strip at 250 - 350 km · h^-1, the wear loss of CTS150 contact wire exhibits a valley value at a speed of 300 km · h^-1. At 400 - 500 km · h^-1, both the contact wire area wear ratio and the strip weight wear ratio after current-carrying wear of pure carbon strip are lower than those of metal-impregnated carbon strip. The research results provide key data and theoretical support for the material selection and parameter optimization of contact wires and carbon strips, as well as the electromagnetic compatibility design of pantograph-catenary systems. Based on this test rig, a test method for current-carrying wear of high-speed pantograph-catenary systems covering high-speed railways and urban rail transit was established, which incorporates a number of international and Chinese industrial standards.

Graphical abstract

关键词

高速铁路 / 弓网关系 / 试验台 / 受流 / 载流磨耗 / 弓网摩擦副

Key words

High-speed railway / Pantograph-catenary relationship / Test rig / Current collection / Current-carrying wear / Pantograph-catenary friction pair

弓网系统作为高速列车获取电能的唯一通道，是保障铁路安全高效运行的核心，其动态性能的稳定性不仅直接决定受流质量，更是限制列车向更高速度迈进的关键瓶颈。随列车运行速度的不断提高，弓网间的电接触性能、动态相互作用及材料磨耗等问题愈发凸显^［1］。当弓网配合失当时，易产生电弧放电，引发接触网导线过热及受电弓滑板烧蚀和异常磨耗等故障，严重威胁高速铁路的安全性和可靠性^［1］。因此，国内外学者主要在弓网系统受流和载流磨耗性能等方面开展了相关研究。

在弓网系统受流特性分析方面，数值仿真和缩小比例试验已成为重要的研究手段^［2-6］。研究者运用多体动力学、有限元法及磁流体力学等方法，对受电弓在升降、振动及离线过程中的电流传导、电弧动态特性及温度场分布进行计算和预测^［7-11］。然而，当前仿真模型的有效性受限于若干理想化假设。一方面，多数数值仿真模型未充分考虑轨道不平顺、气动扰动和燃弧等非稳态因素的强非线性影响，且输入参数也缺乏与试验数据的实时耦合和校验，仿真模型在反映弓网高频振动、电弧能量瞬态释放以及局部温度剧变等关键现象方面精度不足。另一方面，缩小比例试验虽能在一定程度上降低研究成本，但其结论的外推有效性受到尺寸效应的严重制约，例如弓网电弧放电具有显著的非线性特征，电弧电压波形在起弧和熄弧阶段将发生剧烈畸变，叠加高速列车通过隧道时引发的气动载荷突变，将直接导致弓网接触力剧烈波动，进而恶化受流质量，这些高度非线性和尺寸敏感的现象，难以在缩小比例试验中得到准确复现。因此，针对现有研究手段的局限性，需要构建1个融合气动激励、振动反馈和电弧放电的多物理场耦合模型，并以全尺寸高速试验平台获取的真实数据为基础进行校核和验证，从而更全面、精确地揭示弓网系统的受流特性和载流磨耗特性。

载流磨耗即滑板与接触线间的弓网磨耗，是决定弓网系统服役寿命和运行安全的关键。载流磨耗过程是一个典型的热-电-力多场耦合作用下的复杂现象，载流磨耗特性受弓网材料特性、电流密度、弓网接触力及受电弓的滑动速度和温度场等多重因素的协同影响^［12-18］。为探究载流磨耗的内在特性，意大利米兰理工大学、日本铁道综合技术研究所等机构构建了可模拟200~500 km · h^-1速度工况的试验平台，聚焦于不同材料组合和工况参数下的载流磨耗特性研究^［19］。国内研究机构亦开发了系列弓网试验系统，能够在实验室复现接触线振动、车体激励等关键动态过程，通过与现场数据的比对，验证了试验台在速度、弓网接触力和电流匹配上的高保真度。尽管上述研究为理解弓网载流磨耗特性奠定了基础，但是现有试验手段仍存在显著局限性，难以完全复现真实高速工况的极端环境，其共性挑战主要体现在：①电-热耦合场景模拟不足，试验电流普遍偏低且稳定性欠佳，难以模拟较大电流持续通流下的温升效应和电弧烧蚀；②动态模拟能力有限，弓网相对滑动速度受限，且难以有效引入高速气流扰动等关键环境因素；③研究深度有待深化，多数研究仍停留在磨损量、摩擦系数等宏观经验性分析层面，对载流磨耗过程中多场耦合的微观机制和动态演化规律的认识尚不充分。这些挑战导致现有试验结果与真实弓网界面行为存在差距，制约了高性能弓网系统的研发。

为突破现有研究手段的局限，填补高速弓网研究技术上的空白，中国铁道科学研究院集团有限公司（简称铁科院）集成了高精度动态监测、智能控制和仿真模拟等前沿技术，成功研制出世界领先的全尺寸高速弓网关系试验台。

本文对比分析国内外高速弓网关系试验台研制关键技术、高速弓网受流与载流磨耗试验技术、高速弓网系统受流与磨耗特性等，揭示了高速条件下弓网系统的受流机理、载流磨耗演化规律及多物理场耦合作用，为研发更安全、更可靠、适应更高速度等级的新一代弓网系统奠定试验基础。

1 高速弓网关系试验台研制

为突破现有弓网试验技术在模拟高速、大电流及复杂动态工况方面的瓶颈，满足我国高速铁路向更高速度等级和更复杂运营环境发展的迫切需求，在深度剖析国际前沿技术架构的基础上，铁科院自主研制了1套国际领先的全尺寸高速弓网关系试验台，其主要技术性能指标见表1，主盘和受电弓激振台如图1所示^［20］。

该试验台的核心创新在于其动态模拟能力和多物理场耦合测试能力，具体如下。

（1）在高速弓网匹配过程动态模拟方面，试验台采用旋转的主盘模拟接触线，最高试验速度可达530 km · h^-1；并通过多自由度液压伺服系统驱动主盘垂直上下运动、底座水平往复运动，复现接触网的弹性振动、拉出值变化以及气动扰动等复杂空间运动。

（2）在弓网系统受流模拟方面，试验台具备高达1 000 A的交/直流电流输出能力，可真实再现高速列车大负荷运行工况下的电-热效应。

（3）在弓网载流磨耗评价指标监测方面，试验台集成了先进的多参数同步采集和闭环控制系统，能够实时、高精度地监测弓网接触力、离线率、燃弧率、接触区瞬态温度场分布以及材料磨耗量等关键性能指标。

（4）在技术性能方面，该试验台多项核心指标在国内外同类设备中展现出显著优势^［10］，具体见表2。

由表1和表2可以看出：较现有平台，铁科院高速弓网关系试验台除最高试验速度领先外，还独创了主盘与受电弓激振台的同步可调垂直振动功能，能够精确复现弓网系统在实际线路中复杂的双向动态耦合过程，克服了传统试验台仅能进行单向激励的局限，使试验结果更接近真实工况，为保障更高速度等级和复杂环境下的弓网动态行为研究提供了关键条件；同时，该试验台不仅能输出交流电流，以满足高速铁路工频供电制式的试验需求，还能输出直流电流，从而无缝拓展至城市轨道交通领域直流供电制式的试验研究；该试验台通过将真实尺寸的受电弓与高动态响应的接触网模拟环境相结合，构建了一个功能全面、模块化程度高的研究平台，它不仅填补了国内外在真实工况下弓网系统性研究的技术空白，更为深入揭示高速弓网系统的动态匹配机理、载流磨耗演化规律及电磁兼容特性提供了不可替代的试验手段，为支撑我国高速铁路技术的持续创新奠定了坚实的硬件基础。

2 高速弓网系统受流和载流磨耗试验技术

2.1　受流

弓网系统受流性能的优劣取决于动态运动下受电弓与接触线接触的稳定性。为精确模拟这一过程，铁科院试验台采用了双激励源协同控制方案，主盘可模拟接触线的振动，受电弓激振台可模拟车体振动传递至受电弓的动态响应。通过这2个系统的独立或同步控制，可实现对接触网动态弹性与受电弓动态跟随行为的解耦和耦合。

具体试验实施中，为验证主盘对接触网振动特性的复现能力，将现场实测的接触线弹性振动位移数据作为输入指令信号，对比分析接触线弹性振动位移与主盘垂向运动位移的时间历程如图2所示。从图2可以看出：主盘垂向运动位移较实测接触线弹性振动位移在时间上延迟小于0.05 s，且波形形态具有高度的一致性和良好的重复性。这一结果表明，该试验台能够较好地复现实际线路中接触网的动态特性^［20-21］，为深入分析弓网燃弧机理、弓网系统受流和载流磨耗特性提供了可靠的试验环境。

弓网动态接触力和硬点是表征弓网动态受流特性的2个核心指标。弓网动态接触力的稳定性直接关系电流传输的连续性，而硬点则反映了接触网局部的不平顺状态，可能引发接触力的瞬时突变和电弧。为对这些关键参数进行精确测量，根据受电弓的结构特点和动力学响应，开发了集成化的力和加速度传感器^［22］，其安装位置如图3所示。从图3可以看出：该传感器被直接安装于每条滑板支撑结构的下方，位于弓网接触力传递的最短路径上，从而最大限度地减少了信号失真。在动态受流试验过程中，该传感器阵列能够实时采集并输出弓网接触力的连续变化数据以及硬点冲击的瞬态响应数据，为定量评估弓网系统的动态匹配关系提供了数据基础。

2.2　载流磨耗

载流磨耗是弓网系统服役过程中的材料退化现象，其过程涉及机械摩擦、电流热效应及电弧侵蚀等多重因素的复杂耦合。基于高速弓网关系试验台，建立了一套能够模拟实际服役工况下的弓网系统载流磨耗试验方法如图4所示。从图4可以看出：该载流磨耗试验方法的运动学模拟通过3个维度的运动实现，一是主盘的高速旋转运动模拟了列车与接触网之间的相对线速度，二是主盘的垂直上下运动模拟了接触网的弹性振动，三是底座的水平往复运动模拟了接触线在滑板工作面上的“之字形”滑动轨迹，即接触线的拉出值。这种复合运动确保了接触线在滑板表面的均匀接触和滑动，更贴近真实工况。

试验中，实际的受电弓被安装在激振台上，而待测的接触线样品则固定于主盘周缘。在试验过程中根据预设的工况，向接触线中通入与实际服役等级相符的大电流，从而在受电弓与接触线样品高速滑动摩擦的条件下真实复现弓网界面的载流磨耗过程^［20-22］。通过该试验方法，还可以对不同材料组合（如浸金属碳滑板与铜合金接触线）、不同弓网动态接触力、不同电流密度及不同运行速度等参数组合下的载流磨耗特性进行系统性研究。该方法解决了传统室内试验因速度、电流不足而无法模拟现场真实工况的局限性，为揭示高速弓网系统载流磨耗特性、评估材料匹配性能以及预测部件使用寿命提供了有效的技术手段。目前，依据该试验方法确立的载流磨耗试验流程和参数体系已被多项国内外标准采纳，包括国际电工委员会（IEC）的标准IEC 62499-2021^［23-24］和IEC 62917-2016^［25］以及我国的国家标准GB/T 34572—2017^［26］、GB/T 38955—2020^［27］、铁路行业标准TB/T 2809—2017^［28-29］、TB/T 1842.2—2016^［30］、TB/T 1842.3—2016^［31-32］多个相关标准，这表明该试验方法在工程科学性和工程适用性上获得了行业的认可。

3 高速弓网系统受流和载流磨耗特性

3.1　试验台准确性验证

为验证高速弓网关系试验台在模拟真实工况方面的准确性，开展其与京沪高铁现场数据的对比验证试验。试验台模拟工况为列车300 km · h^-1运行速度、接触线±200 mm拉出值以及384 A电流，试验台的振动设置为振幅±5 mm、频率1 Hz的正弦波，弓网平均接触力为157 N。试验台准确性验证结果见表3。从表3可以看出，在该试验条件下获得的载流磨耗数据与京沪高铁CTMH150型接触线的实际磨耗监测数据高度吻合^［20］。这一结果证实了高速弓网关系试验台能够有效复现高速铁路弓网受流的关键过程，采用的试验方法具备可靠的工程准确性。

3.2　弓网系统受流过程中离线放电特性

结合高速弓网关系试验台的物理测试，对受电弓滑板在滑动过程中的离线放电现象进行研究。100 A电流、450 km · h^-1速度条件下，弓网离线放电过程经历了起弧、燃弧和熄弧阶段，电压波形在起弧和熄弧阶段表现出显著的非线性畸变，尤其在熄弧过程中负极性尖峰脉冲的幅值和出现频率更为突出^［33］。高速弓网系统受流过程中电流、电压及电场强度分布如图5所示。从图5可以看出：弓网离线放电的起弧和熄弧阶段，等离子体运动剧烈，电气特性不稳定，对电压波形进行傅里叶变化（FFT）分析表明，离线放电产生的高频谐波能量主要分布在0~30 MHz频段。该研究系统地揭示了实际工况下弓网离线放电的动态电气行为，为识别弓网电气特征、分析电磁兼容性提供了理论参考。

3.3　高速弓网系统受流过程中离线电弧电磁辐射特性

通过在试验台上模拟弓网离线电弧，采集500 A电流和150~450 km · h^-1速度范围内的电磁辐射时域波形，并进行了频谱分析^［4］，弓网系统起弧和熄弧阶段的辐射频率、辐射频谱峰值及对应频率随行车速度变化曲线分别如图6和图7所示。从图6和图7可以看出：弓网离线电弧的电磁辐射能量主要分布在0~100 MHz频段，其中45~55 MHz为能量最密集区间，起弧阶段的辐射强度显著高于熄弧阶段；随着行车速度的提高，频域峰值频率从53 MHz降至41 MHz，该频段可能与列车BTM（Balise Transmission Module）通信系统的工作频率产生交集。该研究明确了弓网电弧电磁辐射的频域特征及其随运行参数的演化规律，为列车运行时弓网参数匹配提供了数据支撑。

3.4　高速弓网系统受流过程中电弧对弓网摩擦副烧蚀特性

基于磁流体动力学理论、熔化凝固理论，并结合高速弓网关系试验台500 A电流、450 km · h^-1速度、70 N接触力工况下的试验数据，对比研究升降弓过程中离线电弧对摩擦副的热烧蚀行为^［34］。高速弓网离线过程中接触线和滑板熔池直径和深度的试验结果分别如图8和图9所示。从图8和图9可以看出：受电弓升弓与降弓过程中，受电弓滑板熔池呈现出明显差异，升弓过程中滑板熔池深度为1.71 mm，较降弓过程高出80%，而宽度则减少了17.48%，表现为“深窄型”熔池特征。相较于降弓过程形成的“浅宽型”熔池，“深窄型”熔池会增加材料损伤风险。这是因为升弓时弓网间隙逐渐减小，电弧弧柱收缩且能量高度集中，导致局部区域过热并产生集中的热应力，因此该类熔池形态可能对弓网材料造成更严重的损伤。这些发现阐明了升降弓过程中电弧烧蚀的动态差异及其物理机制。

3.5　高速弓网系统载流磨耗特性

依托高速弓网关系试验台，系统探究250~500 km · h^-1速度范围内多因素耦合作用下弓网系统载流磨耗特性。开展250，300及350 km · h^-1这3个速度下CTS150型接触线与纯碳滑板匹配试验，得到250~350 km · h^-1速度下磨耗里程与接触线磨耗截面积关系曲线如图10所示。从图10可以看出：300 km · h^-1速度下CTS150型接触线的磨耗量达到最小值，而250与350 km · h^-1速度下接触线的磨耗水平相近^［35-37］。

在400~500 km · h^-1更高速度区间，对比CTS150和CTMH150型2种铜合金接触线分别与CTS150-C，CTMH150-C型（简称C型）纯碳滑板和CTS150-M，CTMH150-M型（简称M型）浸金属碳滑板的匹配性^［38］。不同型号接触线与受电弓滑板载流磨耗特性曲线如图11所示。图中：接触线面积磨耗比和滑板重量磨耗比采用无量纲值，分别为500 km · h^-1速度下接触线面积磨耗比、滑板重量磨耗比与400 km · h^-1速度下的比值。从图11可以看出：纯碳滑板载流磨耗后的接触线面积磨耗比和滑板重量磨耗比均低于浸金属碳滑板，这些数据揭示了不同材料在更高速条件下的性能差异，为弓网系统的参数优化和寿命预测提供了量化依据。

3.6　弓网摩擦副选型

针对400 km · h^-1高速列车的应用需求，研究CTS150，CTMH150和CTCZ150型3种接触线分别与浸金属碳滑板和纯碳滑板的载流磨耗规律^［37］，不同型号接触线和碳滑板对磨后的接触线高度磨耗比曲线如图12所示。从图12可以看出：不同型号接触线的磨耗比在初始载流磨耗阶段处于较高水平，随着磨耗里程的增加逐步平稳下降至稳定水平，接触线载流磨耗过程经历快速磨耗、慢速磨耗和稳定磨耗3个阶段；接触线与纯碳滑板对磨时的磨耗比低于它与浸金属滑板对磨，但磨耗比数值比较接近，尤其在稳定磨耗阶段基本趋于一致；3种型号接触线与纯碳滑板载流磨耗时的接触线磨耗比比较接近，与浸金属碳滑板对磨时，CTS150型接触线具有最低的磨耗比。这表明浸金属碳滑板组合的性能对接触线类型更为敏感，而纯碳滑板组合表现出更好的均衡性。这些数据为400 km · h^-1及以上速度等级的弓网系统材料选型提供了试验依据。

4 结论及展望

4.1　结论

（1）研制的最高试验速度为530 km · h^-1、最大交直流电流为1 000 A的全尺寸高速弓网关系试验台，具备主盘3个自由度的运动和受电弓激振功能，能够真实模拟实际线路中弓网动态刚柔耦合接触过程，为系统性开展高速弓网关系研究提供了试验条件。

（2）基于全尺寸试验台，构建覆盖高速铁路和城轨交通的弓网载流磨耗试验体系，并将试验结果被纳入多项IEC国际标准和中国国家标准和行业标准，完善了弓网摩擦副标准体系，为弓网相关产品的研发和测试提供了统一规范。

（3）揭示了受电弓滑板在滑动过程中的弓网系统受流动态电气行为，弓网离线放电过程包括起弧、燃弧和熄弧3个阶段，电压波形在起弧和熄弧阶段表现出显著的非线性畸变，高频谐波频率主要集中于0~30 MHz；弓网离线电弧的电磁辐射能量主要集中在0~100 MHz，其中45~55 MHz为能量最密集区间，随着行车速度的提高，频域峰值频率从53 MHz降至41 MHz。这些发现为揭示弓网系统受流过程中的电磁兼容性问题提供了理论依据。

（4）阐明了弓网系统受流过程中电弧烧蚀机理，发现升弓与降弓过程中的接触线和滑板熔池形态存在显著差异，升弓时易形成“深窄型”熔池，而降弓时则呈“浅宽型”，其中“深窄型”熔池会增加材料损失风险，为评估材料损伤、优化滑板与接触线设计提供了技术支撑。

（5）揭示了250~500 km · h^-1速度范围内多因素耦合作用下的弓网载流磨耗规律。250~350 km · h^-1速度下CTS150型接触线与纯碳滑板载流磨耗时，CTS150型接触线的磨耗量在300 km · h^-1达到谷值，400 km · h^-1及更高速下纯碳滑板载流磨耗后的接触线面积磨耗比和滑板重量磨耗比均低于浸金属碳滑板，载流磨耗包括快速磨耗、慢速磨耗与稳定磨耗3个阶段，纯碳滑板与不同接触线匹配的接触线磨耗比均衡性更优。研究成果为超高速弓网系统参数优化、材料选型及寿命预测提供量化依据。

4.2　展望

尽管高速弓网关系研究已取得显著进展，但面向更高速度、更复杂运营环境的需求，未来研究可在以下方向进一步深化。

（1）仿真与试验的深度融合。推动数值仿真模型与试验台数据的实时交互与双向验证。构建一个集“多物理场仿真-台架试验-实车线路测试”于一体的闭环研究体系，以实现弓网系统在复杂场景下动态行为的全尺度、高精度预测与分析。

（2）多环境因素耦合效应研究。拓展试验台的环境模拟能力，集成风、雨、雪、冰及温度湿度等环境模拟单元。系统研究极端气候条件对弓网动态接触、载流磨耗、电弧特性及电磁辐射的耦合影响机制，为保障高速铁路在全天候环境下的安全可靠运行提供技术储备。

（3）超高速边界下的基础科学问题探索。持续向更高速度（如500 km · h^-1以上）的边界推进研究。重点探索超高速条件下弓网系统的气体动力学效应、流固耦合振动、电弧等离子体动态演化以及新型材料的摩擦学行为等前沿科学问题，为未来超高速铁路弓网系统的设计理论与技术迭代奠定基础。

参考文献

[1] 钱清泉，高仕斌，何正友，等.中国高速铁路牵引供电关键技术［J］.中国工程科学，2015，17（4）：9-20.

[2] QIAN Qingquan， GAO Shibin， HE Zhengyou， et al. Study of China High-Speed Railway Traction Power Supply Key Technology ［J］. Strategic Study of CAE， 2015， 17 （4）： 9-20. in Chinese

[3] 吴积钦，钱清泉.受电弓与接触网系统电接触特性［J］.中国铁道科学，2008，29（3）：106-109.

[4] WU Jiqin， QIAN Qingquan. Characteristics of the Electrical Contact between Pantograph and Overhead Contact Line ［J］. China Railway Science， 2008， 29 （3）： 106-109. in Chinese

[5] 雷栋，张婷婷，段绪伟，等.列车运行速度对弓网电弧电气特性的影响研究［J］.铁道学报，2019，41（7）：50-56.

[6] LEI Dong， ZHANG Tingting， DUAN Xuwei， et al. Study on Influence of Train Speed on Electrical Characteristics of Pantograph-Catenary Arc ［J］. Journal of the China Railway Society， 2019， 41 （7）： 50-56. in Chinese

[7] 金梦哲，刘尚合，邢彤，等.高速铁路弓网离线电弧电磁辐射特性的试验研究［J］.电力自动化设备，2022，42（12）：177-183.

[8] JIN Mengzhe， LIU Shanghe， XING Tong， et al. Experimental Study of Electromagnetic Radiation Characteristics of Pantograph-Catenary Off-Line Arcs in High-Speed Railway ［J］. Electric Power Automation Equipment， 2022， 42 （12）： 177-183. in Chinese

[9] 丁涛，陈光雄，卜俊，等.载流摩擦磨损中不同放电现象的机理研究［J］.中国铁道科学，2009，30（5）：83-87.

[10] DING Tao， CHEN Guangxiong， BU Jun， et al. Study on the Mechanisms of Different Discharge Phenomena in the Process of Friction and Wear with Electric Current ［J］. China Railway Science， 2009， 30 （5）： 83-87. in Chinese

[11] 周宁，支兴帅，张静，等.电气化铁路弓网系统摩擦磨损性能研究进展［J］.西南交通大学学报，2024，59（5）：990-1005.

[12] ZHOU Ning， ZHI Xingshuai， ZHANG Jing， et al. Friction and Wear Performance of Pantograph-Catenary System in Electrified Railways： State of the Art ［J］. Journal of Southwest Jiaotong University， 2024， 59 （5）： 990-1005. in Chinese

[13] CHEN L M， PAN L K， XU Y， et al. Study on the Length of the Effective Vibration Area of the Catenary in a Pantograph-Catenary Interaction System ［J］. Applied Sciences， 2024， 14 （15）： 1-13.

[14] 袁远，纪占玲，陈立明，等.400 km/h高速列车通过隧道对弓网动态性能的影响［J］.中国铁路，2025（5）：15-21.

[15] YUAN Yuan， JI Zhanling， CHEN Liming， et al. Influence of 400 km/h High Speed Train Passing through Tunnel on Pantograph-Catenary Dynamic Performance ［J］. China Railway， 2025 （5）： 15-21. in Chinese

[16] PAN L K， XIE B H， CHEN L M， et al. Study on the Influencing Factors of Electrical Characteristics of Articulated Split-Zone Insulator Arc ［J］. Energies， 2024， 17 （1）： 21-30.

[17] PAN L K， WANG H C， YU Z Q， et al. Electrical Characterization of Pantograph and Catenary Offline under Train Operating Conditions Based on Improved Habedank Model and AT Power Supply Network ［J］. IEEE Access， 2024， 12： 1-24.

[18] YANG Z F， HUANG Z W， PAN L K， et al. Analysis and Prediction of Uneven Wear in Metro Pantograph-Rigid Catenary System ［J］. Tribology International， 2024， 198： 109925.

[19] 曲春利，陈忠华，任仁，等.波动载荷下弓网摩擦振动特性分析与建模［J］.电工电能新技术，2021，40（9）：29-38.

[20] QU Chunli， CHEN Zhonghua， REN Ren， et al. Analysis and Modeling of Pantograph Catenary Friction Vibration under Wave Load ［J］. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy， 2021， 40 （9）： 29-38. in Chinese

[21] WANG Z， ZHAO J， LI S. Effect of Electric Current on Sliding Wear of Cu-Cr-Zr Alloy for Overhead Contact Wire ［J］. IEEE Transactions on Components， Packaging and Manufacturing Technology， 2022， 12 （8）： 1321-1328.

[22] 徐吉华，陈光雄，邓江龙，等.浸金属碳滑板振动与载流摩擦磨损特性［J］.润滑与密封，2025，50（12）：50-58.

[23] XU Jihua， CHEN Guangxiong， DENG Jianglong， et al. Vibration and Current-Carrying Friction and Wear Characteristics of Metal-Impregnated Carbon Strips ［J］. Lubrication Engineering， 2025， 50 （12）： 50-58. in Chinese

[24] 杨红娟.振动对弓网电滑动摩擦磨损性能影响的试验研究［D］.成都：西南交通大学，2014.

[25] YANG Hongjuan. Experimental Study on the Influence of Strip Vibration on Friction and Wear of a High-Speed Pantagragh and Cantanary System with Electric Current ［D］. Chengdu： Southwest Jiaotong University， 2014. in Chinese

[26] LIU Z， WU G， GAO G. Electrical Contact Resistance and Wear of Copper-Copper Pairs under High Current Sliding ［J］. IEEE Transactions on Components， Packaging and Manufacturing Technology， 2020， 10 （8）： 1321-1328.

[27] PERRY S S， SAWYER W G. Electrochemical Wear of Copper Sliding Electrical Contacts for Railway Pantographs［J］. Wear， 2007， 263 （1/2/3/4）： 386-393.

[28] 陈伟，陈光雄，胡艳，等.平均离线距离对弓网电弧特性及碳滑板载流摩擦磨损性能的影响［J］.机械工程材料，2016，40（3）：74-77，92.

[29] CHEN Wei， CHEN Guangxiong， HU Yan， et al. Effects of Average Offline Distance on Characteristics of Pantograph-Catenary Arc and Friction and Wear Performance with Electric Current of Carbon Strip ［J］. Materials for Mechanical Engineering， 2016， 40 （3）： 74-77， 92. in Chinese

[30] 任兴堂，杨广英.国外高速铁路弓网关系及磨耗试验台介绍［J］.铁道技术监督，2009，37（9）：10-13.

[31] REN Xingtang， YANG Guangying. Introduction of the Foreign Test Platform of High-Speed Railway Catenary Pantograph Relation and Wear ［J］. Railway Quality Control， 2009， 37 （9）： 10-13. in Chinese

[32] 王亚春，陈立明，杨才智.高速铁路弓网关系模拟试验研究［J］.中国铁道科学，2018，39（3）：79-85.

[33] WANG Yachun， CHEN Liming， YANG Caizhi. Simulation Test Study on Pantograph Catenary Relationship of High Speed Railway ［J］. China Railway Science， 2018， 39 （3）： 79-85. in Chinese

[34] 杨广英，陈立明，邢彤，等.高速铁路接触网振动的初步研究［J］.铁道技术监督，2013，41（12）：28-30.

[35] YANG Guangying， CHEN Liming， XING Tong， et al. Preliminary Study of Vibration Catenary System in Electrical Railway ［J］. Railway Quality Control， 2013， 41 （12）： 28-30. in Chinese

[36] 王亚春，徐超，杨才智.弓网动态接触压力测量方法研究［J］.铁道技术监督，2014，42（12）：41-43.

[37] WANG Yachun， XU Chao， YANG Caizhi. Research on Dynamic Contact Force Measurement Method of Pantograph-Catenary System ［J］. Railway Technical Supervision， 2014， 42 （12）： 41-43. in Chinese

[38] International Electrotechnical Commission. IEC 62499—2021 Railway Applications - Current Collection Systems - Pantographs， Testing Methods for Contact Strips ［S］. Geneva： IEC， 2021.

[39] 杨才智，潘利科，袁远，等.IEC 62499：2021《轨道交通受流系统受电弓滑板试验方法》标准要点解析［J］.铁道车辆，2024，62（4）：61-63，113.

[40] YANG Caizhi， PAN Like， YUAN Yuan， et al. Analysis of the Key Points of the Standard IEC 62499：2021 Railway Applications-Current Collection System-Pantographs， Testing Methods for Contact Strips ［J］. Rolling Stock， 2024， 62 （4）： 61-63， 113. in Chinese

[41] International Electrotechnical Commission. IEC 62917—2016 Railway Applications - Fixed Installations - Electric Traction - Copper and Copper Alloy Grooved Contact Wires ［S］. Geneva： IEC， 2016.

[42] 全国牵引电气设备与系统标准化技术委员会. GB/T 34572—2017 轨道交通 受流系统 受电弓碳滑板试验方法 ［S］.北京：中国标准出版社，2017.

[43] National Technical Committee 278 on Electric Equipment and Systems for Railways of Standardization Administration of China. GB/T 34572—2017 Railway Applications—Current Collection System—Pantographs， Testing Methods for Carbon Contact Strips ［S］. Beijing： Standards Press of China， 2017.

[44] in Chinese ）

[45] 全国钢标准化技术委员会. GB/T 38955—2020 城市轨道交通车辆用炭滑板 ［S］.北京：中国标准出版社，2020.

[46] National Technical Committee for Standardization of Steel. GB/T 38955—2020 Carbon Contact Strips for Urban Rail Transit Vehicles ［S］. Beijing： Standards Press of China， 2020. in Chinese ）

[47] 国家铁路局. TB/T 2809—2017 电气化铁路用铜及铜合金接触线 ［S］.北京：中国铁道出版社，2018.

[48] National Railway Administration of the People’s Republic of China. TB/T 2809—2017 Copper and Copper Alloy Contact Wires for Electrified Railway ［S］. Beijing： China Railway Publishing House， 2018. in Chinese ）

[49] 潘利科，陈立明，杨才智，等.高速铁路接触线检测技术研究［C］//京沪高铁运营10周年学术论文集.北京：中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所，2022：261-269.

[50] PAN Like， CHEN Liming， YANG Caizhi， et al. Research on Contact Wire Detection Technology for High-Speed Railway ［C］// Proceedings of the 10th Anniversary of Beijing-Shanghai High-Speed Railway Operation. Beijing： Standards & Metrology Research Institute of China Academy of Railway Sciences Corporation Limited， 2022： 261-269. in Chinese）

[51] 国家铁路局. TB/T 1842.2—2016 受电弓滑板 第2部分：碳基复合材料滑板 ［S］.北京：中国铁道出版社，2017.

[52] National Railway Administration of the People’s Republic of China. TB/T 1842.2—2016 Pantograph Strip—Part 2： Carbon Matrix Composite Materials Strip ［S］. Beijing： China Railway Publishing House， 2017. in Chinese ）

[53] 国家铁路局. TB/T 1842.3—2016 受电弓滑板 第3部分：碳滑板 ［S］.北京：中国铁道出版社，2017.

[54] National Railway Administration of the People’s Republic of China. TB/T 1842.3—2016 Pantograph Strip—Part 3： Carbon Contact Strip ［S］. Beijing： China Railway Publishing House， 2017. in Chinese ）

[55] 潘利科，徐超，杨才智，等.受电弓滑板性能检测研究［J］.铁道机车车辆，2023，43（2）：116-122.

[56] PAN Like， XU Chao， YANG Caizhi， et al. Research on Performance Testing of Pantograph Contact Strips ［J］. Railway Locomotive & Rolling Stock， 2023， 43 （2）： 116-122. in Chinese

[57] PAN L K， XING T， YU Z Q， et al. Electrical Behaviors during Rise and Fall of Pantograph of Electric Locomotive in Traction Power Supply System ［J］. IEEE Access， 2024， 12： 101717-101726.

[58] PAN L K， YI X D， XING T， et al. Arc Erosion Behaviors of Pantograph of High-Speed Train during Its Rise and Fall Processes ［J］. IEEE Access， 2025， 13： 165144-165156.

[59] 杨广英，徐超，张海波，等.京沪高铁CTMH150接触线磨耗性能试验和分析［J］.铁道技术监督，2015，43（5）：17-19.

[60] YANG Guangying， XU Chao， ZHANG Haibo， et al. Test and Analysis of Wear Performance of CTMH150 Contact Wire for Beijing-Shanghai High-Speed Railway ［J］. Railway Quality Control， 2015， 43 （5）： 17-19. in Chinese

[61] 杨广英，徐超，杨才智，等.铜锡合金接触导线高速磨耗性能试验研究［J］.铁道技术监督，2016，44（11）：31-33.

[62] YANG Guangying， XU Chao， YANG Caizhi， et al. Experimental Study on High-Speed Wear Performance of Copper-Tin Alloy Contact Wire ［J］. Railway Quality Control， 2016， 44 （11）： 31-33. in Chinese

[63] 徐超，潘利科，杨才智，等.400 km/h高速列车受电弓滑板与接触线载流摩擦磨损研究［J］.电气化铁道，2018，29（增1）：29-31.

[64] XU Chao， PAN Like， YANG Caizhi， et al. Study on Friction and Wear of Current Collection between Collector Strip of High Speed Train and Contact Wire under Speed of 400 km/h ［J］. Electric Railway， 2018， 29 （）： 29-31. in Chinese

[65] 徐超.高速列车弓网载流磨损匹配性研究［J］.铁道机车车辆，2022，42（5）：106-110.

[66] XU Chao. Research on the Current Wear Matching of Pantograph and Catenary of High-Speed Train ［J］. Railway Locomotive & Car， 2022， 42 （5）： 106-110. in Chinese

基金资助

国家自然科学基金资助项目(U2468229)

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(J2023J010)

中国铁道科学研究院集团有限公司院基金课题(2024YJ289)