一種傾斜式直桿受電弓裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬軌道車輛的受電弓技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種傾斜式直桿受電弓裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]受電弓(又稱集電弓)是電力牽引機(jī)車從接觸網(wǎng)取得電能的電氣設(shè)備，通過絕緣子安裝在機(jī)車或動(dòng)車的車頂上。當(dāng)受電弓升起時(shí)，其滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線接觸，從接觸網(wǎng)導(dǎo)線上受流取電供牽引機(jī)車及其它電氣設(shè)備使用。為保證受電弓與接觸網(wǎng)良好接觸，在接觸導(dǎo)線高度允許的范圍內(nèi)，要求受電弓滑板對接觸導(dǎo)線有一定的接觸壓力(一般為70-90N);自發(fā)明電力機(jī)車以來，曾誕生了各種各樣的受電弓，如雙臂弓(菱形受電弓，又稱鉆石受電弓)、單臂受電弓(之字形受電弓)^形受電弓(翼形受電弓或垂直受電弓)、石津式受電弓(岡電式或同軌式受電弓);雙臂式受電弓是最傳統(tǒng)的受電弓，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因保養(yǎng)成本較高，加上故障時(shí)有扯斷接觸線的風(fēng)險(xiǎn)，目前已很少使用；國內(nèi)外現(xiàn)在的電氣鐵路大多采用單臂式受電弓。
[0003]受電弓滑板是受電弓最重要的部件之一，滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線構(gòu)成了一對機(jī)械與電氣耦合的特殊摩擦副，其主要特點(diǎn)是滑板高速滑動(dòng)，從接觸網(wǎng)受取強(qiáng)電流(500-1000A)。由于弓網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜的力學(xué)與電學(xué)特性，導(dǎo)致滑板的工作環(huán)境非常惡劣，在運(yùn)行過程中面臨振蕩、摩擦生熱、電弧燒蝕等很多問題，最主要的是滑板的磨耗失效，對于碳系滑板(包括純碳板、浸金屬碳板等)，還存在掉塊、斷裂、脫落的風(fēng)險(xiǎn)，滑板一旦失效，將嚴(yán)重危及行車安全。
[0004]高速運(yùn)動(dòng)的受電弓滑過靜止的接觸網(wǎng)時(shí)，因受到受電弓滑板接觸壓力的影響，于是在受電弓和接觸網(wǎng)之間產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的相互作用，引發(fā)弓網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生特定形態(tài)的振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)即可造成受電弓滑板與接觸導(dǎo)線的短暫脫離，形成離線，產(chǎn)生火花和電弧，直接影響受流效果甚至造成供電瞬時(shí)中斷使列車喪失牽引力和制動(dòng)力。而弓網(wǎng)之間接觸力過大時(shí)，雖可降低離線率，但接觸導(dǎo)線與受電弓滑板磨耗增大，使用壽命縮短。滑板與接觸線的磨耗除了機(jī)械摩擦損耗外，更主要的是電弧損耗，它是電弧在熱、力作用下發(fā)生的嚴(yán)重的燒蝕行為，導(dǎo)致接觸面的氧化、熔融、蒸發(fā)、噴濺等，電弧侵蝕和機(jī)械磨耗必然影響弓網(wǎng)穩(wěn)定受流，損壞接觸導(dǎo)線和滑板，增加維修工作量，嚴(yán)重時(shí)則導(dǎo)致接觸線斷裂，造成機(jī)車運(yùn)行事故。電弧的另外一個(gè)危害是，在某些情況下產(chǎn)生過電壓，過電壓在接觸網(wǎng)上傳播，會(huì)給整個(gè)牽引網(wǎng)的絕緣帶來威脅；過電壓沿著受電弓進(jìn)入機(jī)車內(nèi)部，可能對機(jī)車電氣設(shè)備、電子器件等造成損壞，對電力機(jī)車的安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響.電弧的第三個(gè)危害是產(chǎn)生高頻噪聲，對機(jī)車沿線的通訊信號和無線電信號造成很大的干擾，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致通訊間斷和無線電信號失效等現(xiàn)象。高頻噪聲還對機(jī)車的控制信號有影響，是機(jī)車安全運(yùn)行的隱患。
[0005]高速列車的運(yùn)行實(shí)踐表明，電力機(jī)車的速度越高，受電弓與接觸導(dǎo)線分離的可能性就越大，弓網(wǎng)電弧越容易產(chǎn)生。國內(nèi)曾于2006年7月4日在膠濟(jì)線上的弓網(wǎng)受流試驗(yàn)顯示，當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)速達(dá)到200km時(shí)，弓網(wǎng)電弧現(xiàn)象已經(jīng)非常嚴(yán)重。洛陽供電段洛陽東變電所和榮陽變電所的運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，機(jī)車在過分相時(shí)由于拉電弧而跳閘事故為2006年為32起，2007年為34起，監(jiān)控錄像顯示在過分相瞬間，弓網(wǎng)接觸處會(huì)出現(xiàn)大火球，情況非常嚴(yán)重。隨著我國高鐵運(yùn)行速度的不斷提高，目前300-350km/h的列車已漸成主流，更高速度如500km/h左右的列車也已列入高鐵發(fā)展規(guī)劃中，如不能有效克服弓網(wǎng)電弧造成的危害，將直接制約我國高速鐵路的發(fā)展。導(dǎo)致電弧產(chǎn)生的因素很多，但最終都?xì)w結(jié)到滑板與接觸網(wǎng)的接觸電阻上面，而接觸電阻過大及劇烈變化是目前單臂受電弓結(jié)構(gòu)及剛性滑板與接觸網(wǎng)滑動(dòng)摩擦受流取電方式天生的缺陷。
[0006]目前使用最普遍的單臂受電弓，因列車速度要求不同而有各種不同的型式，但總體結(jié)構(gòu)是一樣的，均為之字形結(jié)構(gòu)，重量在100-300kg范圍。受電弓的結(jié)構(gòu)包括絕緣子、縱梁、推桿支座、調(diào)整螺栓、下臂桿、弧形調(diào)整板、掛繩、升弓彈簧、弓頭(含滑板托架與滑板)、彈簧盒、升弓彈簧調(diào)整桿、橫梁、轉(zhuǎn)軸、阻尼器、上部框架、推桿、中間鉸鏈座、平衡桿、轉(zhuǎn)臂、U形連桿、拉桿絕緣子、傳動(dòng)氣缸、緩沖閥等幾十個(gè)部件以及其中的軸承、鉸鏈；其中任何一個(gè)部件出現(xiàn)問題，都可能會(huì)造成弓網(wǎng)故障，引發(fā)嚴(yán)重的后果。近年來，動(dòng)車及高鐵發(fā)生的一系列故障及事故中，弓網(wǎng)系統(tǒng)的故障占了最大的比例，而這些故障中，受電弓的問題又占了大頭。
[0007]高速列車在正常行駛中，速度接近100米/秒，相當(dāng)于受電弓在超強(qiáng)臺風(fēng)中穿行，一個(gè)數(shù)百千克的彈性結(jié)構(gòu)體在如此強(qiáng)的風(fēng)暴中行進(jìn)，受到的沖擊無疑是非常嚴(yán)重的，所引起的振動(dòng)也是非常復(fù)雜的，試驗(yàn)表明，在不同的速度及不同的高度下(如隧洞內(nèi)與隧洞外)，受電弓對接觸線的接觸壓力變化是非常大的，有時(shí)可以相差3倍左右，這說明，受電弓的空氣動(dòng)力學(xué)性能對弓網(wǎng)有顯著的影響，風(fēng)洞試驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)，另外的試驗(yàn)也表明，僅僅是受電弓沿行進(jìn)方向的方位即閉口方向與開口方向不同，所產(chǎn)生的接觸壓力及受流性能也有很大的變化。列車上下行運(yùn)行試驗(yàn)對比結(jié)果如下:動(dòng)車組上行運(yùn)行時(shí)，被測受電弓處于開口方向，200km/h以下，弓網(wǎng)離線火花為斷續(xù)火花，單程火花次數(shù)最高達(dá)416次，平均約110米一次，弓網(wǎng)接觸力較小，受電弓滑板所受沖擊加速度超過50g的點(diǎn)數(shù)約5?6個(gè)。當(dāng)試驗(yàn)速度超過210km/h時(shí)，弓網(wǎng)發(fā)生連續(xù)的離線火花，火花拉得較大，上行試驗(yàn)區(qū)段限速220km/h;動(dòng)車組下行運(yùn)行時(shí)，被測受電弓處于閉口方向，200km/h以下時(shí)弓網(wǎng)離線火花為斷續(xù)火花，單程火花次數(shù)最高達(dá)140次，平均約300米一次，弓網(wǎng)受流狀態(tài)正常，200 km/h以上時(shí)弓網(wǎng)火花次數(shù)沒有明顯增加，弓網(wǎng)接觸力比較穩(wěn)定。240km/h以上時(shí)上行方向弓網(wǎng)接觸力平均值分布在50?60N，下行方向弓網(wǎng)接觸力分布在140?150N之間；這是不難理解的，受電弓方向不同，迎風(fēng)結(jié)構(gòu)不同，空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)自然不同，上下行弓網(wǎng)接觸力差異明顯，這同樣說明受電弓的空氣動(dòng)力學(xué)特性的重要作用。
[0008]大量實(shí)踐表明，減少受電弓的歸算質(zhì)量有助于改善弓網(wǎng)的受流性能，減少歸算質(zhì)量有幾個(gè)途徑，除增加接觸壓力外，就是減少受電弓的質(zhì)量，改變受電弓的振動(dòng)頻率。試驗(yàn)表明，影響受電弓框架歸算質(zhì)量的主要部件是上臂桿，它在整個(gè)歸算質(zhì)量中所占份額接近80%，故若要降低受電弓的歸算質(zhì)量，應(yīng)首先減輕上臂桿質(zhì)量，例如用高強(qiáng)度合金鋁代替。然而，為保證整個(gè)受電弓結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，即使采用輕質(zhì)材料，重量的減輕也有限度，而增加活動(dòng)部件的剛性有可能增加裝置受沖擊損壞的風(fēng)險(xiǎn)，所以，這些年來在受電弓結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)一直沒有突破性進(jìn)展。
[0009]針對目前受電弓存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積笨重、滑板與接觸網(wǎng)剛性接觸、離線率高、電弧頻繁、風(fēng)阻過大、振動(dòng)頻繁、壽命過短及維護(hù)保養(yǎng)繁重的缺陷，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一款全新概念的受電弓裝置，它是利用杠桿原理，僅用一根直桿(桿的頂端是弓頭)結(jié)合傳動(dòng)氣囊即實(shí)現(xiàn)了受電弓的升弓與降弓操作，同時(shí)保持恒定的接觸壓力，可以將受電弓的總重減輕到30-50千克，零部件減少80%以上，省去了繁瑣的框架結(jié)構(gòu)及其附屬鉸鏈裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明專利所要解決的技術(shù)問題是提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、壽命長及減少電弧產(chǎn)生的受電弓裝置。
[0011]一種傾斜式直桿受電弓裝置，由如下部分組成:絕緣子1、底架2、氣囊3、鋼絲繩4、扇形調(diào)整板5、轉(zhuǎn)軸6、轉(zhuǎn)臂7、直桿8、Y形支撐頭9、懸掛裝置10、弓頭框架11及管狀滑板12組成；當(dāng)按下升弓按鈕時(shí)，電磁閥得電，壓縮空氣進(jìn)入氣囊3，使氣囊3膨脹抬升，并帶動(dòng)鋼絲繩4拉拽直桿8使受電弓升起，受電弓的管狀滑板12與接觸網(wǎng)接觸而得電；按下降弓按鈕時(shí)，電磁閥失電，壓縮空氣被切斷，氣囊3開始排氣，受電弓靠自重迅速下降，然后使弓頭落在一個(gè)橡膠止擋上，完成一次升降弓操作。
[0012]所述的氣囊3安裝在底架2的氣囊支架上，氣囊3的頂端與鋼絲繩4的一端連接，鋼絲繩4的另一端通過固定在直桿8上的扇形調(diào)整板5與直桿8連接。
[0013]所述的轉(zhuǎn)軸6由耐磨合金鋼制成，通過軸承安裝在有減震措施的支架上；所述的轉(zhuǎn)臂7的一端與轉(zhuǎn)軸6裝配在一起，另一端與直桿8連接。
[0014]所述的直桿8為具有一定璧厚的空心管結(jié)構(gòu)，由鋁合金或其它高強(qiáng)度輕質(zhì)材料制成，長度不超過5米；可以是一根直管，也可由多段管子焊接而成；管中心可放置引流線；直桿8的底端與轉(zhuǎn)臂7連接，另一端與Y形支撐頭9相連。
[001