一種機車受電弓平衡桿的設(shè)計

馮 葉，李 軍，王秋紅，孫 寧

（中車株洲電力機車有限公司電氣分公司，湖南 株洲 412001）

一種機車受電弓平衡桿的設(shè)計

馮 葉，李 軍，王秋紅，孫 寧

（中車株洲電力機車有限公司電氣分公司，湖南 株洲 412001）

受電弓在升降弓過程中保持弓頭水平的方式，目前為平衡桿方式，現(xiàn)開發(fā)一種通過限制受電弓弓頭轉(zhuǎn)軸自由度的方式，來實現(xiàn)此功能，以適應(yīng)日益多樣的線路環(huán)境。

受電弓；平衡桿；自由度

1 概述

配屬某機務(wù)段HXD1型回段檢修時發(fā)現(xiàn)A節(jié)受電弓止擋桿伸出到碳滑板上表面，受電弓在非正常工作狀態(tài)下受流回段。根據(jù)某機務(wù)段客戶意見：在不改變受電弓原有技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，對其在線運行的HXD1機車受電弓平衡桿組裝進行重新設(shè)計改造，消除平衡桿伸出碳滑板上表面的可能性。現(xiàn)對新平衡桿進行了試制，并完成靜態(tài)驗證，如圖1所示。

圖1 止擋桿伸出碳滑板上表面圖

2 平衡桿功能及結(jié)構(gòu)

根據(jù)單臂受電弓的工作原理，平衡桿起到穩(wěn)定弓頭組裝的作用，在升降弓過程中避免弓頭發(fā)生傾翻從而引起弓網(wǎng)匹配故障。目前單臂受電弓平衡桿的功能主要有以下兩種結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)：

（1）設(shè)置平衡桿止擋，即目前受電弓的方案。這種結(jié)構(gòu)僅在受電弓升降過程限制弓頭自由度，當(dāng)受電弓在正常工作狀態(tài)，平衡桿止擋在滑板接觸網(wǎng)線后不與弓頭接觸，弓頭完全處于自由狀態(tài)。如圖2所示，止擋處于下臂桿、上框架、平衡桿、止擋桿組焊組裝形成的平行四邊形結(jié)構(gòu)中。在受電弓工作范圍內(nèi)，止擋始終保持近似水平位置，保證在升降過程托舉滑板避免弓頭發(fā)生傾翻。

（2）限制弓頭轉(zhuǎn)軸的方案。平衡桿直接與弓頭轉(zhuǎn)軸相連，限制轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動以達(dá)到不傾翻弓頭的目的。這種結(jié)構(gòu)弓頭本身就具有超過10°的弓頭自由度，不管在升降弓過程還是受電弓正常工作狀態(tài)，平衡桿始終限制著轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，如圖3所示。

圖3 限制轉(zhuǎn)軸方案

3 受電弓平衡桿優(yōu)化方案

3.1 設(shè)計原則

設(shè)計原則：①弓頭自由度≥10°；②不與其他部件發(fā)生干涉；③靜態(tài)接觸壓力不受影響。

3.2 設(shè)計項點

（1）平衡桿四桿尺寸鏈確定?；诂F(xiàn)有TSG15B受電弓下臂桿、上框架的尺寸，參考限制轉(zhuǎn)軸方案的平衡桿原理及尺寸，進行優(yōu)化，選取導(dǎo)桿組焊長度100，平衡桿長度1930。如表1所示。

表1 平衡桿原理及尺寸表

（2）緩沖部件。由于TSG15B受電弓原平衡桿方案在受電弓工作狀態(tài)時不限制弓頭轉(zhuǎn)動，弓頭本身不具有轉(zhuǎn)動自由度。優(yōu)化為限制轉(zhuǎn)軸方案后，為保證滑板接觸網(wǎng)線后保證貼合，弓頭需要在工作范圍內(nèi)靈活偏轉(zhuǎn)±5°以上。因此平衡桿需設(shè)置緩沖作用的彈簧盒，可以按照弓頭偏轉(zhuǎn)角度自動調(diào)節(jié)長度適應(yīng)四桿結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 彈簧盒原理圖

彈簧盒中活塞在套筒內(nèi)左右移動，移動范圍為0-40，活塞兩側(cè)為彈簧，彈力在+20到+20（1910到1950）范圍由40N降低到0N，其中1930位置，彈簧盒彈力為25N，如圖5所示。

圖5 彈力行程圖

（3）具體方案。優(yōu)化方案平衡桿長度為1930，兩端為活接頭，中間為具有緩沖作用的彈簧盒。1930長度時，弓頭處于水平位置，提供25N的支撐力，且在1930長度有正負(fù)20調(diào)節(jié)。

經(jīng)計算，平衡桿由最短1910逐漸變長到1950時，弓頭擺動從負(fù)15°變化到正15°，平衡桿對弓頭提供的支撐力由正40N降低到0N，后滑板受力由-7N增大到+7N，前滑板受力從+7N降低到-7N，對應(yīng)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 對應(yīng)數(shù)據(jù)表

4 試制調(diào)試

（1）試制檢查。試制出樣品后，通過反復(fù)升降弓試驗檢查，在落弓位、最大升弓位、常用工作位均未發(fā)現(xiàn)與弓頭鉸接、下臂桿鉸接、上框架、電流連接等部件存在接觸干涉。如圖6、圖7、圖8、圖9所示。

圖6 最大升弓位下臂桿端

圖7 最大升弓位弓頭端

圖8 常用工作位下臂桿端

圖9 常用工作位弓頭端

圖10 弓頭自由度1（7.7°）

圖11 弓頭自由度2（6.4°）

（2）受電弓特性檢查。由于新平衡桿方案一端直接與弓頭轉(zhuǎn)軸相連，限制了弓頭的轉(zhuǎn)動量，而受電弓標(biāo)準(zhǔn)中要求弓頭具有一定的自由度（大于10°），因此在受電弓工作范圍內(nèi)對自由度進行了檢測，如圖10、圖11所示，自由度為14.1°，符合要求。

5 結(jié)語

通過理論分析計算、實物試制以及靜態(tài)調(diào)試的結(jié)果，可以得知新平衡桿能夠在受電弓靜態(tài)下保證升弓特性及弓頭的穩(wěn)定性。后續(xù)對新平衡桿進行試裝車考核，進一步考察其在長期動態(tài)作用下的各項性能。

Design of a Locomotive Pantograph Balance Bar

FENG Ye，LI Jun，WANG Qiu-hong，SUN Ning
（Electrical Branch of Zhongche Zhuzhou Electric Locomotive Co.,LTD.，Zhuzhou，Hunan 412001，China）

The pantograph keeps the head of a bow at a level in the process of lifting the bow.At present，it is balance bar，and the paper intends to develop a way of limiting the pantograph head rotating degree of freedom to achieve the function to adapt to the increasingly diverse circuit environment.

pantograph；balance bar；freedom

U264.34

A

2095-980X（2016）10-0027-02

2016-09-15

馮葉（1985-），男，陜西寶雞人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：機車車輛高壓電器。