地鐵車輛整車型式試驗

李畢

摘 要：該文主要是參考工廠以往項目受電弓動態(tài)試驗內(nèi)容，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求和在實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，從車輛整車型式試驗角度闡述了受電弓動態(tài)試驗內(nèi)容，供測試人員參考。利用電弧評價弓網(wǎng)系統(tǒng)的受流質(zhì)量有一定的局限性，但是卻能直觀地表明受電弓在運行過程中滿足車輛設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)的要求。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛 整車試驗 受電弓 動態(tài)接觸力 拉弧 拉弧率 動態(tài)范圍

中圖分類號：TM921 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（b）-0072-02

為了規(guī)范車輛制造廠對受電弓在整車試驗中的測試內(nèi)容和測試方法，保證車輛在實際運行過程中實現(xiàn)良好的受流質(zhì)量，對地鐵車輛整車型式試驗——受電弓動態(tài)試驗進行了初步研究。通過對國內(nèi)外弓網(wǎng)關(guān)系測試內(nèi)容及評價標(biāo)準(zhǔn)的對比和對測試內(nèi)容的描述，總結(jié)出適合車輛制造廠進行的受電弓動態(tài)試驗內(nèi)容。

1 術(shù)語和定義

接觸點：滑板（接觸板）和接觸線的力學(xué)接觸點。弓頭的工作范圍：在正常工作條件下，滑板（接觸板）上可能的接觸點的水平和垂直范圍。接觸力：受電弓施加于接觸網(wǎng)的垂直力。該接觸力是所有接觸點的力之和。拉?。簱舸┗澹ń佑|板）和接觸線之間空氣間隙的電流，通常表現(xiàn)為強烈放光現(xiàn)象。拉弧率：NQ=∑tarc/ttotal×100。tarc為持續(xù)時間超過1 ms的拉弧時間；ttotal為一段測量時間，此時電流超過名義電流30%。動態(tài)范圍：垂向：接觸線不離開受電弓的工作范圍；橫向：至少有一支接觸線在弓頭的工作范圍內(nèi)。

2 測試條件

因為弓網(wǎng)系統(tǒng)是一個整體，研究受電弓離不開接觸網(wǎng)，所以站在整車試驗的角度，在試驗前應(yīng)要求業(yè)主提供運營線路接觸網(wǎng)的驗收證書。表明測試線路接觸網(wǎng)滿足標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)要求。EN 50119—電氣化鐵道接觸網(wǎng)設(shè)計、施工及驗收標(biāo)準(zhǔn)，對接觸網(wǎng)在給定運行速度下是否能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的要求做了相關(guān)規(guī)定，可以作為參照。

3 弓網(wǎng)關(guān)系測試內(nèi)容及評價標(biāo)準(zhǔn)對照

3.1 國內(nèi)測試單位

（1）試驗標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)。GB/T 21561.2-2008/IEC 60494-2：2002《軌道交通機車車輛受電弓特性和試驗第2部分：地鐵與輕軌車輛受電弓》。

（2）測試內(nèi)容及評價標(biāo)準(zhǔn)，試驗速度達到最高速度。

①拉?。x線火花）測定離線火花發(fā)生的地點，統(tǒng)計離線時間和次數(shù)，檢出最大離線時間，離線率。記錄不同車速運行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，考核弓網(wǎng)受流質(zhì)量。評定：離線率不大于5%，一次最大離線時間不大于100 ms。

②硬點（受電弓所受的垂向加速度）測試受電弓運行時所受的垂向加速度，以此來評價受電弓運行的安全性。評定：垂向加速度不大于490 m/s2（50 g）。

③受電弓運行軌跡（動態(tài)高度）測試受電弓弓頭的運行軌跡，即接觸導(dǎo)線動態(tài)振動，以此來評價弓網(wǎng)運行的的振動情況。評定：接觸導(dǎo)線最大垂直振幅2 A不大于150 mm。受電弓運行狀態(tài)圖像監(jiān)視在列車車頂安裝攝像機，監(jiān)視弓網(wǎng)運行狀態(tài)，并與有關(guān)測試數(shù)據(jù)進行圖像合成。

3.2 國外測試單位

（1）試驗標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)。EN50317電氣化鐵道弓網(wǎng)相互作用測量標(biāo)準(zhǔn)。

（2）測試內(nèi)容及評價標(biāo)準(zhǔn)。受流質(zhì)量由實測的平均接觸壓力Fm和接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差σ來標(biāo)定，規(guī)則如下：①最高速度下的接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.2 Fm。②最大接觸壓力峰值Fm+3σ≤350 N，最小接觸壓力Fm-3σ>0。③在不利的空氣動力條件下，定位器最大抬升量必須的空間不小于實際抬升量的兩倍。

4 測試原理和方法

4.1 動態(tài)接觸力測量

（1）當(dāng)受電弓與接觸網(wǎng)接觸并高速運行時，受電弓彈簧系統(tǒng)的振動、車體的振動以及風(fēng)力等因素均參與作用，受電弓弓頭在上下、左右、前后3個方向產(chǎn)生運動。F=F0±FR+FAER±FDYN。弓網(wǎng)接觸壓力F：受電弓與接觸網(wǎng)之間的接觸力。靜態(tài)接觸壓力F0：驅(qū)動機構(gòu)使滑板與接觸線間產(chǎn)生的接觸壓力。磨擦力FR：關(guān)節(jié)間的磨擦力，與弓頭運動方向相反。空氣動力接觸壓力分力FAER：氣流對受電弓的抬升力。動態(tài)接觸壓力分力FDYN：由垂直振動引起的慣性力。注1：慣性修正：由傳感器和接觸點間的質(zhì)量而產(chǎn)生的慣性力應(yīng)予以修正，且應(yīng)在測試結(jié)果中進行說明。注2：空氣動力修正：考慮到作用在傳感器和接觸點間部件產(chǎn)生的空氣動力，應(yīng)予以修正。

（2）對于一個控制區(qū)間來說，至少需要以下的統(tǒng)計值：平均值（Fm）；最大值；最小值；標(biāo)準(zhǔn)方差（σ）；接觸力的柱狀圖或概率曲線。

（3）應(yīng)在兩種情況下進行測試：該力作用于弓頭中心線；如果可能的話，該力應(yīng)作用于距弓頭中心線250 mm處，或盡量接近該值。如果使用其他值，應(yīng)在報告中注明。

4.2 拉弧測量

（1）對于電弧的探測，探測器應(yīng)對銅物質(zhì)發(fā)光的波段靈敏。由于銅及銅合金接觸線的緣故，存在一個220～225 mm或323～329 mm的波段（注：該兩段波段已覆蓋了銅的發(fā)射波長）。該測量系統(tǒng)應(yīng)對于波長超過330 mm的可見光不靈敏。

（2）探測器應(yīng)盡量靠近受電弓以具有足夠高的靈敏度；盡量靠近車輛的縱軸以有足夠高的靈敏度；根據(jù)車輛的運行方向，置于受電弓后方；根據(jù)車輛的運行方向，對準(zhǔn)滑板（接觸板）；在弓頭的整個工作范圍的視界內(nèi)靈敏；靈敏度公差應(yīng)優(yōu)于10%；對于放電開始與結(jié)束的反應(yīng)時間應(yīng)小于100 μs；有一探測極限值，根據(jù)需測的最小電弧能量值確定。

（3）在測控區(qū)間，應(yīng)記錄、計算下列值：車輛速度；電弧次數(shù)；所有電弧持續(xù)時間的總和；最長的電弧持續(xù)時間；每列車每個受電弓，受電電流超過正常電流30%的總時間；控制區(qū)間的總運行時間；拉弧率。

4.3 動態(tài)范圍測量

弓網(wǎng)接觸力連接兩個機械系統(tǒng)（接觸網(wǎng)和受電弓），這兩部分均能振蕩并且具有各種不同的質(zhì)量模塊、彈性系數(shù)、衰減系數(shù)和自然頻率。由于接觸網(wǎng)具有彈性、在受電弓作用到接觸網(wǎng)上時就使接觸線有一定的抬升量。實際上，沿接觸線錨段變化的彈性導(dǎo)致受電弓周期性上下運動，這種運動幅度取決于抬升力本身。EN50119規(guī)定：當(dāng)定位器不帶限位功能時，其自由抬升空間至少應(yīng)為接觸線實際抬升量或模擬抬升量的2倍；當(dāng)帶限位功能時，定位器自由抬升空間至少應(yīng)為接觸線實際抬升量或模擬抬升量的1.5倍。EN50367規(guī)定：受電弓動態(tài)包絡(luò)線的上抬量為接觸線實際抬升量或模擬抬升量的2倍。受電弓動態(tài)包絡(luò)線的左右擺動量與線路、軌道、機車等的性能有關(guān)，實測值較難確定，一般根據(jù)運營經(jīng)驗取值為250～300 mm。

5 分析

通過研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下利用弓網(wǎng)系統(tǒng)電弧的次數(shù)和持續(xù)的時間評價弓網(wǎng)系統(tǒng)的接觸質(zhì)量還是可行的，畢竟由接觸電阻的上升和開始燃弧能夠確定可接受的弓網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)接觸壓力最小值。但是弓網(wǎng)系統(tǒng)的電弧不可能模擬，測量已經(jīng)表明不可能重現(xiàn)反復(fù)試驗運行的結(jié)果。即便在相同線路、相同條件下，重復(fù)試驗也會產(chǎn)生不同的結(jié)果。利用電弧評價弓網(wǎng)系統(tǒng)的受流質(zhì)量有一定的局限性。而受電弓動態(tài)接觸力雖然不能完全反映出弓網(wǎng)關(guān)系的好壞，但是卻能直觀地表明受電弓在運行過程中滿足車輛設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)的要求，受電弓的基本特性適合于規(guī)定的應(yīng)用范圍。

6 結(jié)語

綜上所述，建議車輛制造廠進行的受電弓動態(tài)試驗內(nèi)容應(yīng)包括動態(tài)接觸力的測量和動態(tài)范圍的測量。

參考文獻

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