受電弓系統(tǒng)工作原理淺析

賈曉陽

摘 要：受電弓是鐵路車輛從架空接觸網(wǎng)取得電能的電氣設(shè)備，是車輛的動力源泉，也是車輛的關(guān)鍵技術(shù)之一。

關(guān)鍵詞：受電弓；氣路原理； 受流；故障

一、受電弓簡介

按受電弓結(jié)構(gòu)分，受電弓可分為雙臂受電弓和單臂受電弓。雙臂受電弓結(jié)構(gòu)對稱，側(cè)向穩(wěn)定性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)成本高。單臂受電弓結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，且具有良好的跟隨特性因此受流特性非常好，從而被動車組和地鐵項(xiàng)目廣泛應(yīng)用，因此本文以單臂氣囊受電弓為例，介紹受電弓系統(tǒng)。

受電弓系統(tǒng)生產(chǎn)廠家眾多，在設(shè)計(jì)方式上會有些許差異，但是其主體結(jié)構(gòu)上是類似的，以TSG19型受電弓為例，其主要由帶支撐絕緣子的底架、氣囊升弓驅(qū)動裝置、框架、弓頭、受電弓控制單元等裝置組成，受電弓總覽圖如圖1所示。

二、受電弓氣路原理

受電弓的升降弓控制，可簡單的看成是受電弓升弓電磁閥的得電失電控制。

當(dāng)受電弓的升弓電磁閥得電時(shí)，車內(nèi)的壓縮空氣通過升弓電磁閥，再經(jīng)過濾器、減壓閥等，一路向氣囊充氣，同時(shí)另一路向受電弓碳滑板的氣腔充氣，當(dāng)氣囊內(nèi)氣壓達(dá)到一定壓力時(shí)，氣囊膨脹變形帶動鋼絲繩，鋼絲繩再帶動下臂桿運(yùn)動，下臂桿在拉桿的協(xié)助下托起上臂桿及弓頭，弓頭在平衡桿的作用下，在工作高度范圍內(nèi)始終保持水平狀態(tài)，整個(gè)升弓過程在規(guī)定的時(shí)間完成。在升弓過程中，受電弓遵循先快后慢的規(guī)則，即受電弓弓頭離開底架時(shí)快，在接近接觸網(wǎng)時(shí)慢，防止升弓過程對接觸網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，造成弓網(wǎng)之間的拉弧現(xiàn)象；當(dāng)電磁閥失電時(shí)，壓縮空氣由電磁閥口排向大氣，氣囊中的壓縮空氣壓力迅速減小，受電弓靠自身重力落下，降弓過程也是遵循先快后慢的規(guī)則，即降弓過程受電弓弓頭離開接觸網(wǎng)時(shí)快，防止弓網(wǎng)之間的拉弧現(xiàn)象，在接近底架時(shí)慢，防止拉弧和對底架的機(jī)械沖擊。

除了通過控制升弓電磁閥失電的正常降弓外，受電弓還設(shè)有ADD自動降弓系統(tǒng)。ADD自動降弓系統(tǒng)作用是，當(dāng)受電弓碳滑板磨耗到限、碳滑板發(fā)生意外破裂或者危急情況引起的受電弓氣路泄漏時(shí)，受電弓能夠迅速有效的降下，避免受電弓與接觸網(wǎng)遭到進(jìn)一步破壞。ADD自動降弓系統(tǒng)主要包括快排閥、帶氣道的碳滑板、壓力開關(guān)及相應(yīng)的管路組成。 快排閥安裝在受電弓底架上，進(jìn)氣口與通向氣囊的氣路連通，出氣口與通向碳滑板和壓力開關(guān)的氣路連通，排氣口與大氣連通。受電弓正常升弓時(shí)，快排閥進(jìn)氣口的壓力等于出氣口的壓力，進(jìn)氣口、出氣口的壓力差為零，壓力開關(guān)的常開觸點(diǎn)閉合。當(dāng)受電弓碳滑板破裂時(shí)，碳滑板氣路泄露，快排閥出氣口的壓力下降，進(jìn)氣口的壓力不變，進(jìn)、出口形成壓力差。當(dāng)出氣口壓力下降到壓力開關(guān)的斷開設(shè)定值，壓力開關(guān)常開觸點(diǎn)由閉合狀態(tài)跳轉(zhuǎn)為斷開狀態(tài)，同時(shí)快排閥排氣口打開，碳滑板和氣囊的壓縮空氣通過快排閥排氣口直接排向大氣，受電弓迅速自動的降下。

三、受電弓受流分析

受電弓的主要功能就是用來受流，其受流質(zhì)量的好壞是一個(gè)綜合性的復(fù)雜問題，與接觸網(wǎng)和受電弓的技術(shù)參數(shù)，兩者之間的配合均有關(guān)系。如接觸網(wǎng)的高度、拉出值、導(dǎo)線坡度、定位器坡度等技術(shù)參數(shù)，接觸網(wǎng)的彈性均勻程度，接觸網(wǎng)上是否有硬點(diǎn)，受電弓與接觸網(wǎng)之間的壓力，碳滑板材質(zhì)與接觸網(wǎng)材質(zhì)之間的配合，空氣動力對受電弓的影響等等，都會影響弓網(wǎng)之間的動態(tài)性能。車組速度越高，弓網(wǎng)之間的接觸壓力變化幅度就會越大，當(dāng)兩者之間的接觸力過小時(shí)，接觸電阻就會增大，不能保證受流質(zhì)量，當(dāng)接觸力小于零時(shí)，就出現(xiàn)離線現(xiàn)象，弓網(wǎng)之間的接觸完全斷開，從而造成放電現(xiàn)象，灼傷碳滑板和接觸網(wǎng)，影響兩者的工作壽命，同時(shí)如離線次數(shù)過多，會嚴(yán)重影響車組供電的穩(wěn)定性。一般的受電弓由于受結(jié)構(gòu)限制，在運(yùn)行時(shí)與接觸網(wǎng)的接觸力只受空氣動力的影響，但如法維萊的CX018受電弓，它的受電弓控制閥板比一般的受電弓控制閥板增加了控制模塊，通過該控制模塊，可以直接讀取受電弓的一些參數(shù)和故障信息，且在運(yùn)行時(shí)，該控制模塊甚至還能主動去控制調(diào)節(jié)受電弓與接觸網(wǎng)之間的接觸力，從而可以得到一個(gè)更好的受流性能。

受電弓從接觸網(wǎng)上取得電流后，其電流具體流向如下，接觸網(wǎng)的電流首先由碳滑板流入受電弓弓頭，然后依次經(jīng)過上臂桿、下臂桿后流入底架，由底架上的導(dǎo)線導(dǎo)入車組高壓系統(tǒng)。

電流流經(jīng)受電弓時(shí)會產(chǎn)生電腐蝕，為保護(hù)一些關(guān)鍵部件，受電弓上安裝有電流連接組裝，分為弓頭電流連接組裝、肘接電流連接組裝和底架電流連接組裝三種。弓頭電流連接組裝將由接觸線流入受電弓的電流直接由弓頭導(dǎo)流至上框架，從而避免引起弓頭組件大的溫升。肘接電流連接組裝保護(hù)聯(lián)接上框架與下臂桿間的軸承，底架電流連接組裝保護(hù)聯(lián)接下臂桿與底架間的軸承。

四、受電弓故障分析

受電弓常見的故障有碳滑板故障、ADD風(fēng)管故障、軸承銹蝕故障等。

碳滑板故障主要有兩點(diǎn)，一是異常磨耗，一是不均勻磨耗，這兩類故障均多見于線路運(yùn)營初期。新建線路的接觸線表面有不少的硬點(diǎn)，當(dāng)列車通過硬點(diǎn)時(shí)，碳滑板從機(jī)械和電氣方面均會產(chǎn)生一定的磨耗，當(dāng)此類硬點(diǎn)比較多時(shí)，碳滑板磨耗就會異常加快；正線接觸網(wǎng)為了使碳滑板均勻磨耗，都是“之”字形，布局異常時(shí)導(dǎo)致碳滑板異常偏磨，或者受電弓結(jié)構(gòu)問題導(dǎo)致車組運(yùn)行時(shí)受電弓偏移量大從而導(dǎo)致碳滑板異常偏磨，如碳滑板長期存在偏磨等故障，會導(dǎo)致受電弓拉弧現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能會導(dǎo)致刮弓事件發(fā)生，嚴(yán)重威脅列車和接觸網(wǎng)的運(yùn)行安全。

ADD風(fēng)管故障通常是由于受電弓惡劣的工作環(huán)境造成，因動車組運(yùn)營里程長，且長期運(yùn)營在室外，所以此類故障多常見于動車組。當(dāng)外界環(huán)境溫差大時(shí)，如氣溫較低時(shí)，因ADD風(fēng)管材質(zhì)問題，可能會導(dǎo)致風(fēng)管漏風(fēng)，引起ADD保護(hù)自動降弓。另外是異物（如飛鳥或者接觸網(wǎng)上的吊索等物）撞擊故障，列車全速運(yùn)行時(shí)速度非?？?，如果此時(shí)有異物撞擊到風(fēng)管很可能會將風(fēng)管撞破導(dǎo)致ADD風(fēng)管漏風(fēng)從而引發(fā)ADD保護(hù)自動降弓。

五、結(jié)論

受電弓故障涉及到的因素比較廣，需要各個(gè)部門的通力合作，需要深入的研究弓網(wǎng)之間的關(guān)系，需要不斷的開發(fā)創(chuàng)新，才能降低受電弓的故障率，才能確保車組的運(yùn)營安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] CRH3原理圖

[2]廈門地鐵1號線原理圖

[3]TSG19型受電弓使用維護(hù)說明書

[4]法維萊受電弓用戶手冊