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車或動車的車頂上。當(dāng)受電弓升起時，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，加上故障時有扯斷接觸線的風(fēng)險，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)成了一對機械與電氣耦合的特殊摩擦副，其主要特點是滑板高速滑動，從接觸網(wǎng)受取強電流(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，滑板一旦失效，將嚴(yán)重危及行車安全。
[0004]高速運動的受電弓滑過靜止的接觸網(wǎng)時，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，當(dāng)振動達到一定程度時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中斷使列車喪失牽引力和制動力。而弓網(wǎng)之間接觸力過大時，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?；迮c接觸線的磨耗除了機械摩擦損耗外，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)重時則導(dǎo)致接觸線斷裂，造成機車運行事故。電弧的另外一個危害是，在某些情況下產(chǎn)生過電壓，過電壓在接觸網(wǎng)上傳播，會給整個牽引網(wǎng)的絕緣帶來威脅；過電壓沿著受電弓進入機車內(nèi)部，可能對機車電氣設(shè)備、電子器件等造成損壞，對電力機車的安全運行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響.電弧的第三個危害是產(chǎn)生高頻噪聲，對機車沿線的通訊信號和無線電信號造成很大的干擾，嚴(yán)重時會導(dǎo)致通訊間斷和無線電信號失效等現(xiàn)象。高頻噪聲還對機車的控制信號有影響，是機車安全運行的隱患。
[0005]高速列車的運行實踐表明，電力機車的速度越高，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日在膠濟線上的弓網(wǎng)受流試驗顯示，當(dāng)列車運行時速達到200km時，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行數(shù)據(jù)顯示，機車在過分相時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)接觸處會出現(xiàn)大火球，情況非常嚴(yán)重。隨著我國高鐵運行速度的不斷提高，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，但最終都歸結(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、傳動氣缸、緩沖閥等幾十個部件以及其中的軸承、鉸鏈；其中任何一個部件出現(xiàn)問題，都可能會造成弓網(wǎng)故障，引發(fā)嚴(yán)重的后果。近年來，動車及高鐵發(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)于受電弓在超強臺風(fēng)中穿行，一個數(shù)百千克的彈性結(jié)構(gòu)體在如此強的風(fēng)暴中行進，受到的沖擊無疑是非常嚴(yán)重的，所引起的振動也是非常復(fù)雜的，試驗表明，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，有時可以相差3倍左右，這說明，受電弓的空氣動力學(xué)性能對弓網(wǎng)有顯著的影響，風(fēng)洞試驗也證實了這一點，另外的試驗也表明，僅僅是受電弓沿行進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。列車上下行運行試驗對比結(jié)果如下:動車組上行運行時，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的點數(shù)約5?6個。當(dāng)試驗速度超過210km/h時，弓網(wǎng)發(fā)生連續(xù)的離線火花，火花拉得較大，上行試驗區(qū)段限速220km/h;動車組下行運行時，被測受電弓處于閉口方向，200km/h以下時弓網(wǎng)離線火花為斷續(xù)火花，單程火花次數(shù)最高達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力學(xué)特性的重要作用。
[0008]大量實踐表明，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，改變受電弓的振動頻率。試驗表明，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，例如用高強度合金鋁代替。然而，為保證整個受電弓結(jié)構(gòu)的強度，即使采用輕質(zhì)材料，重量的減輕也有限度，而增加活動部件的剛性有可能增加裝置受沖擊損壞的風(fēng)險，所以，這些年來在受電弓結(jié)構(gòu)方面的改進一直沒有突破性進展。
[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、振動頻繁、壽命過短及維護保養(yǎng)繁重的缺陷，本發(fā)明設(shè)計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)合傳動氣囊即實現(xiàn)了受電弓的升弓與降弓操作，同時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，電磁閥得電，壓縮空氣進入氣囊3，使氣囊3膨脹抬升，并帶動鋼絲繩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，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