CRH380BL 高速動車組受電弓自動降弓系統(tǒng)?

王 敏，王俊勇

（西南交通大學 機械工程學院，四川 成都 610031）

0 引言

受電弓自動降弓系統(tǒng)（ADD：Automatic Dropping Device），又稱快速降弓系統(tǒng)，其主要作用是當受電弓碳滑板磨耗到限或遭外力破壞、控制氣路發(fā)生漏氣以及控制模塊發(fā)生嚴重故障時將受電弓自動快速降下，以保護受電弓和接觸網(wǎng)不遭到進一步破壞。

CRH380BL高速動車組是中國北車集團唐山軌道客車有限責任公司和長春軌道客車股份有限公司研制的新一代長編組高速電動車組，主要運用在京滬高鐵、京廣高鐵及武廣高鐵。受電弓選用由青島四方法維萊軌道制動有限公司生產(chǎn)的CX－PG型主動控制高速受電弓，該受電弓的主要特點是可根據(jù)列車運行速度及受電弓的位置參數(shù)實時調(diào)節(jié)氣囊壓力，進而保證穩(wěn)定良好的弓網(wǎng)接觸及受流，同時受電弓碳滑板具有自動降弓檢測功能。CRH380BL動車組采用16輛編組，分為4個牽引單元，車頂安裝有4架受電弓，分別位于2、7、10、15車，列車運行時升起相隔位置的兩架受電弓受流，當一架受電弓發(fā)生自動降弓時，列車會通過總線控制將另一架受電弓同時降下，并斷開相應的主斷路器。

1 自動降弓的常見原因

動車組在運行過程中，有多種原因可能觸發(fā)自動降弓系統(tǒng)，將受電弓自動降下，常見原因可歸納為以下兩類：①受電弓碳滑板磨耗到限或受外力破壞，導致自動降弓閥（ADD閥）排氣，觸發(fā)自動降弓；②受電弓控制模塊元器件故障或列車與受電弓控制模塊之間的MVB通信錯誤，受電弓控制模塊報嚴重故障，觸發(fā)自動降弓。

2 受電弓控制及自動降弓原理

法維萊CX－PG型受電弓控制分為電氣控制和氣動控制兩部分，其中氣囊、ADD閥、碳滑板安裝在車頂受電弓上，其余部分集成為控制模塊安裝在受電弓下方的車內(nèi)頂板上。CX－PG型受電弓控制原理示意圖如圖1所示。

圖1 CX－PG型受電弓控制原理示意圖

2．1 氣動控制原理

受電弓升弓過程可主要分為以下幾個階段：

（1）升弓初期排風階段：司機室發(fā)出升弓指令，升弓電磁閥得電，使壓力空氣經(jīng)升弓電磁閥、調(diào)壓閥后到達氣囊，驅動受電弓升起。同時壓力空氣到達ADD閥下閥體，并通過ADD閥膜板上的節(jié)流孔（Φ0．8mm）向ADD閥上閥體和碳滑板ADD檢測氣路供風。由于膜板節(jié)流孔橫截面積很小，此時，ADD閥下閥體內(nèi)空氣壓力大于上閥體，壓力空氣會推動ADD閥模板上移（膜板上方彈簧被向上壓縮）并脫離ADD閥排風口，壓力空氣與ADD閥排風口聯(lián)通，在升弓初期會出現(xiàn)ADD閥對外短暫排風的現(xiàn)象。

（2）壓力平衡階段：當壓力空氣繼續(xù)給ADD上閥體和碳滑板ADD檢測氣路供風至一定壓力時，在上閥體壓力空氣與膜板上方彈簧的共同作用下，模板兩側壓力達到平衡，此時模板下移并且上方彈簧恢復，將排風口密閉，ADD閥停止排風。

（3）持續(xù)供風階段：當ADD閥達到平衡后，壓力空氣繼續(xù)通過節(jié)流孔向ADD閥上閥體及碳滑板ADD檢測氣路供風，直至上閥體和碳滑板內(nèi)壓力空氣與氣囊壓力一致時為止，此時整個升弓過程結束。

在受電弓升弓過程中，控制模塊中壓力開關的狀態(tài)是判斷受電弓升弓是否正常的重要判斷依據(jù)，壓力開關有一個常開回路和一個常閉回路，通過總線插頭與列車相連，其氣動回路與碳滑板ADD檢測氣路相連通，CX－PG型受電弓選用的壓力開關動作范圍為250kPa～300kPa。當碳滑板ADD檢測氣路的壓力達到250kPa時，壓力開關常開回路閉合，常閉回路斷開，列車接收到常開回路的閉合信號，若15s之內(nèi)此信號不變，則認為受電弓正常升起，此時氣囊和碳滑板內(nèi)的壓力為（325±10）kPa（此壓力由受電弓的機械性能決定，不同受電弓之間略有差異）。司機室發(fā)出降弓指令即升弓電磁閥失電后，壓力空氣排出，當壓力小于300kPa時，壓力開關兩個回路恢復初始狀態(tài)，受電弓正常降弓。

如果列車運行過程中碳滑板磨耗到限或遭到外力破壞，將會導致碳滑板ADD檢測氣路漏氣，當壓力降至300kPa以下時，壓力開關動作，升弓指令被強制取消，同時在壓力下降過程中，ADD閥下閥體內(nèi)的壓力空氣會推動膜板上移并壓縮膜板上方彈簧，ADD閥排風口打開，氣囊內(nèi)的壓力空氣會通過ADD閥排風口排向大氣，受電弓隨即自動降弓，由于此時司機室并未主動發(fā)出降弓指令，即認為受電弓自動降弓系統(tǒng)被觸發(fā)。

2．2 電氣控制原理

通常列車運行速度越高，保證穩(wěn)定良好受流所需要的弓網(wǎng)接觸力越大，反之亦然。

法維萊CX－PG型受電弓為主動控制型受電弓，可根據(jù)列車運行速度及受電弓位置參數(shù)實時調(diào)節(jié)氣囊壓力以達到調(diào)節(jié)弓網(wǎng)接觸力的目的。其主要的控制思路為先根據(jù)線路、接觸網(wǎng)參數(shù)和以往的運營經(jīng)驗，在受電弓控制單元內(nèi)預先設置列車速度與受電弓氣囊壓力曲線，然后進行多種工況下的受電弓線路試驗，再根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對預先設置的曲線進行調(diào)整和改良。

受電弓在列車靜止狀態(tài)下完全升起時，氣囊壓力為（325±10）kPa，當列車加速至200km／h時，假設控制單元內(nèi)設置的速度壓力曲線對應氣囊壓力為360 kPa，則這一加速過程中需要增大氣囊壓力。具體工作過程為：首先由壓力傳感器（其中一個傳感器監(jiān)測氣囊壓力，另一個傳感器校驗監(jiān)測壓力）向控制單元反饋氣囊實時壓力，然后增壓精密電磁閥動作將氣囊內(nèi)的壓力空氣抽取一小部分通往調(diào)壓閥的預控腔（由于調(diào)壓閥預控腔體積與氣囊體積相比非常微小，故抽取的此部分壓力空氣對于氣囊壓力的影響可忽略不計），將調(diào)壓閥預控腔的壓力逐漸調(diào)節(jié)至360kPa，在此過程中，調(diào)壓閥也在實時調(diào)節(jié)氣囊壓力，當壓力傳感器檢測到氣囊壓力達到360kPa時，增壓精密電磁閥停止動作，氣囊增壓過程結束。

如果列車運行速度由200km／h降至0，則這一減速過程中需要減小氣囊壓力，工作過程與增壓過程類似，只是由減壓精密電磁閥通過排氣將調(diào)壓閥預控腔內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)至初始狀態(tài)，同時調(diào)壓閥將氣囊內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)至初始狀態(tài)。

由此可見，在整個壓力調(diào)節(jié)過程中，調(diào)壓閥、壓力傳感器、精密電磁閥的作用均非常重要，這些元器件中任何一個出現(xiàn)故障，都可能向控制單元報出嚴重故障并觸發(fā)自動降弓系統(tǒng)。常見的受電弓嚴重故障有以下幾種：①列車與受電弓控制單元之間的MVB通信錯誤；②兩個壓力傳感器讀數(shù)差值超過40kPa達0．5s；③傳感器讀數(shù)與設定值差別大于40kPa達1s；④傳感器校驗與設定值差別大于40kPa達1s；⑤調(diào)壓閥無法調(diào)節(jié)壓力；⑥觸發(fā)ADD電磁閥。當受電弓控制單元檢測到上述嚴重故障時，會向列車報出嚴重故障及相應故障代碼，并觸發(fā)自動降弓系統(tǒng)。具體過程為：控制單元內(nèi)部常閉狀態(tài)的嚴重故障繼電器斷開，同時其內(nèi)部電路使常失電的ADD電磁閥得電（將電源負極與總線插頭中的ADD接口相連也能使該電磁閥得電，通過此方法可模擬自動降弓工況，通常使用在系統(tǒng)功能調(diào)試階段），將碳滑板ADD檢測氣路內(nèi)的壓力空氣排向大氣，隨即觸發(fā)自動降弓系統(tǒng)，觸發(fā)原理與碳滑板磨耗到限或遭到外力破壞時相同。

3 結語

近年來，我國的高速鐵路運營里程快速增長，運營速度及密度不斷增大，受電弓系統(tǒng)作為動車組的關鍵系統(tǒng)之一，對列車甚至整條線路運營的穩(wěn)定、安全、精確等方面發(fā)揮著重要的作用；受電弓在運行過程中發(fā)生自動降弓對線路的正常運營將會造成嚴重的影響，甚至會導致線路大面積晚點，應當在動車組日常檢修中加強對受電弓的檢查，盡量減小由于受電弓或列車的原因導致自動降弓的可能性。

［1］ 韓利超．CRH2E型動車組自動降弓故障原因分析及措施［J］．上海鐵道科技，2012（1）：68－69．

［2］ 向前．動車組受電弓自動降弓故障分析及對策措施［J］．上海鐵道科技，2011（2）：51．