阿根廷布市薩緬托線的受流裝置設(shè)計

■ 肖嬋娟 張會青

1 概述

受流器是用于為軌道列車供電的設(shè)備。因此受流器要與運行軌道邊上的供電軌進行接觸受電。受流器需要進行可靠設(shè)計，以滿足車輛的安全用電要求。

阿根廷布市薩緬托線的受流器是下部受流，回流由車軸上安裝的接地回流裝置完成。所有受流器都安裝在轉(zhuǎn)向架軸箱之間的橫梁上。受流器通過扭力彈簧提供接觸力支持，使受流靴能與供電軌緊密接觸。該受流器具有非常低的動態(tài)質(zhì)量，適用于導(dǎo)電軌。由于導(dǎo)電軌和受流器的配合很重要，對入口端部彎頭及特性等設(shè)計，以減少接口負荷。如任何具有相同特性的接口一樣，受流器系統(tǒng)的成功與否取決于良好的接口設(shè)計，因此要求在接觸軌的設(shè)計上給予足夠的關(guān)注。

熔斷器是在受流裝置中起保護作用的電器元件。如熔斷器可以避免電機受到車輛電系統(tǒng)短路造成的損壞。選擇熔斷器要非常謹(jǐn)慎，以避免損害到電器系統(tǒng)的安全。

對阿根廷布市薩緬托線的受流器、熔斷器箱及安裝橫梁進行介紹。此受流器額定工作電壓DC 800 V，為三軌下部受流。

2 產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)

2.1 受流器主要技術(shù)參數(shù)

構(gòu)造速度：120 km/h；

最大運營速度：100 km/h；

額定工作電壓：DC 800 V；

電壓范圍：DC 500～1 000 V；

受流器質(zhì)量（包括橫梁，不包含熔斷器）：不大于70 kg；

熔斷器盒質(zhì)量：不超過15 kg；

受流器本體使用壽命：30年；

受流器滑塊：5萬~8萬km；

受流器滑塊最大磨耗量：10~12 mm；

熔斷器額定工作電流：700 A；

接觸壓力：150 N；

工作壓力：120~180 N；

熔斷器箱出線形式：1進2出；

熔斷器箱電纜固定頭適應(yīng)進出線規(guī)格：適應(yīng)線纜外徑范圍φ18～21 mm；

熔斷器箱與受流器主體連接電纜：1根截面積95 mm2的軟電纜，橫梁與構(gòu)架間的預(yù)留長度需滿足構(gòu)架相對于橫梁上下相對運動范圍向上30 mm、向下50 mm要求；

集電靴通過與第三軌的下部接觸集電；

受流器材質(zhì)：鑄鐵；

受流器高度調(diào)節(jié)：手動垂向位移大于48 mm，向上可調(diào)40 mm，向下可調(diào)8 mm，4 mm/齒。

受流器集電靴工作位置要求：受流器初裝狀態(tài)下，即受流器自由狀態(tài)下（過斷電區(qū)位置），受流器集電靴最高點距離軌面86+35=121 mm；保證受流器接觸壓力狀態(tài)下（非斷開位），受流器集電靴自上述最高點向下最大運動行程35+23=58 mm。

電氣間隙、爬電距離符合IEC 60077-1要求：最小電氣間隙27 mm，最小爬電距離72 mm；

沖擊振動條件：受流器主體滿足IEC 61373的要求3類車軸安裝的沖擊振動要求（實際試驗驗證時按國內(nèi)設(shè)備最大允許范圍進行確定）。振動滿足垂向45g、橫向27g、縱向13.5g各5 h；沖擊垂向148g、橫向102g、縱向100g。

熔斷器盒滿足IEC 61373的要求2類轉(zhuǎn)向架安裝的沖擊振動要求，非金屬材料橫梁和防護罩滿足DIN 5510防火要求。橫梁為玻璃纖維復(fù)合材料。

2.2 珩架

珩架為整個受流器的基礎(chǔ)支撐件，采用具有阻燃、耐老化、高電氣絕緣性、高強機械性能的復(fù)合材料模壓成型。

復(fù)合材料作為受流器的兼具絕緣與承載受流器機械負荷的功能結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用在國內(nèi)外的地鐵車輛上，在國內(nèi)的應(yīng)用最早是在2004年，至今連續(xù)使用將近10年，該產(chǎn)品目前性能狀態(tài)正常，未見異常。珩架材料主要典型技術(shù)參數(shù)見表1。

3 受流器結(jié)構(gòu)和工作原理

3.1 受流器結(jié)構(gòu)

受流器由橫梁、高度調(diào)節(jié)裝置、擺動組件裝置、受流滑塊上下擺幅限位調(diào)整裝置及熔斷器盒等組成；熔斷器的配置可實現(xiàn)短路熔斷保護。復(fù)合材料橫梁作為受流器主體的支撐結(jié)構(gòu)，橫梁采用高性能的SMC模塑料制造，具有優(yōu)良的機械性能和電氣絕緣性能，使得受流器受流組件等帶電部位與車輛上支架間具有足夠的爬電距離，保證受流器電氣絕緣的可靠性與結(jié)構(gòu)支撐的可靠性。第三軌下部受流器主體外觀見圖1。

受流器與熔斷器箱分左、右型配對使用，受流器與熔斷器箱（見圖2）均為左右型成鏡像對稱結(jié)構(gòu)。熔斷器箱出線形式為1進2出，與受流器連接端為1個進線孔，與車載電纜連接端為2個出線孔。受流器主體除橫梁外，受流器左右型其他零部件都是通用的；熔斷器箱除外部熔斷器盒體外，左右型熔斷器箱的其他零部件（包括熔斷器盒蓋）都是通用件。

受流器與車輛的裝配見圖3。受流器主體通過橫梁掛接在轉(zhuǎn)向架的兩軸箱處的安裝座上，熔斷器盒安裝在轉(zhuǎn)向架側(cè)梁上。

高度調(diào)節(jié)裝置：由金屬基架與安裝底板等組成，通過金屬基架與安裝底板上的齒槽進行調(diào)節(jié)，向上最大可調(diào)量40 mm（10個齒），向下最大可調(diào)量8 mm（2個齒），單位調(diào)節(jié)量4 mm。

表1 珩架材料主要典型技術(shù)參數(shù)（樣品實測參數(shù)）

圖1 第三軌下部受流器主體外觀（右型）

圖2 受流器左型熔斷器箱

圖3 第三軌下部受流器與車輛的裝配

擺動組件裝置：由擺桿、受流滑塊、芯桿、彈簧、金屬橡膠軸承等組成，適應(yīng)車輛的顛簸及供電軌受流軌面的波動，在彈簧的壓力下，將受流滑塊壓緊貼合供電軌受流軌面進行高速動態(tài)受流，金屬橡膠軸承可減緩受流器與供電軌的沖擊振動。

受流滑塊上下擺幅限位調(diào)整裝置：限制受流滑塊的上下擺動極限，滑塊向上擺動最高點距離三軌接觸面35 mm，向下運動行程最大35+23=58 mm。

前罩、后罩：材料與珩架材料相同，擔(dān)當(dāng)受流器帶電體與周邊轉(zhuǎn)向架金屬構(gòu)架電氣絕緣作用，滿足列車的電氣絕緣要求。

3.2 受流器電氣工作原理

受流器安裝在車輛轉(zhuǎn)向架軸箱上，在機械部分的彈簧壓力下，通過受流器擺桿上的受電靴，接觸于供電軌（第三軌），吸收與傳遞電能，輸送給車輛牽引機車上，驅(qū)動車輛運行和實現(xiàn)供電。電連接及熔斷保護裝置的電路：第三軌→滑靴→擺桿→內(nèi)連電纜→金屬機架→受流器與熔斷器箱連接電纜→熔斷器連接板→熔斷器→熔斷器出線端連接板→車載電纜。受流器電氣原理見圖4。

4 受流器主體結(jié)構(gòu)

受流器主體主要由橫梁、調(diào)節(jié)齒板、橡膠墊、受流組件、后罩組成（見圖5）。

圖4 受流器電氣工作原理

圖5 受流器主體結(jié)構(gòu)

例行試驗主要內(nèi)容：（1）絕緣耐壓測試；（2）靜態(tài)壓力測試。

型式試驗主要內(nèi)容：（1）耐久性試驗；（2）溫升試驗；（3）防火性能試驗；（4）金屬部件鹽霧試驗；（5）振動沖擊試驗；（6）尺寸測量；（7）靜態(tài)壓力測量；（8）受流器動態(tài)性能試驗。

驗收方法：（1）首件鑒定；（2）例行出場試驗；（3）裝車運行試驗。

5 結(jié)論

受流器設(shè)計可靠，能滿足地鐵車輛的安全用電要求。該受流器根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行了例行試驗，并進行了基于IEC 61373標(biāo)準(zhǔn)的沖擊振動測試及耐久性能等測試。在受流器設(shè)計階段還進行了部件有限元計算，以檢測尺寸、質(zhì)量、強度等，滿足了設(shè)計指標(biāo)和試驗要求。