一種自動(dòng)控制位置的智能受電弓的設(shè)計(jì)與研究

趙瑞雪

[摘要]受電弓是列車從接觸網(wǎng)上受取電流的裝置。列車運(yùn)行中，要求弓網(wǎng)之間要求始終有一定的接觸壓力以保證弓網(wǎng)接觸良好，當(dāng)接觸壓力過小甚至為零時(shí)，受電弓滑板條會(huì)脫離接觸網(wǎng)而發(fā)生離線，離線時(shí)列車將不能從接觸網(wǎng)獲取牽引列車的能量，甚至?xí)绊懥熊嚨陌踩\(yùn)行。本文研究一種新型自動(dòng)測(cè)量弓網(wǎng)壓力的受電弓，并對(duì)受電弓的位置自動(dòng)調(diào)整，使機(jī)車在運(yùn)行過程中，弓網(wǎng)之間保持良好的壓力，既能保證列車安全平穩(wěn)的運(yùn)行，又能減小受電弓的損耗。

[關(guān)鍵詞]受電弓;接觸網(wǎng);全橋壓力傳感器

文章編號(hào)：2095 - 4085（ 2019） 04 - 0040 - 02

驅(qū)動(dòng)城市軌道列車組運(yùn)行所需的能源由牽引供電系統(tǒng)提供，牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所和接觸網(wǎng)兩個(gè)部分組成。接觸網(wǎng)的導(dǎo)線通過與受電弓的滑板接觸將電流引到列車上，牽引列車才能被驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。受電弓與架空接觸網(wǎng)合稱受電弓一接觸網(wǎng)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱弓網(wǎng)系統(tǒng)。

在城市軌道列車運(yùn)行過程中，為了保證供電的可靠性，希望受電弓與接觸線能夠始終保持緊密接觸。列車運(yùn)行中，受電弓在抬升力的作用下發(fā)生上下振動(dòng)，給受電弓和接觸線保持良好的接觸帶來了困難。列車前進(jìn)的速度越快，受電弓受到的抬升力越大，受電弓和接觸線就越容易失去接觸。一旦發(fā)生接觸不良甚至脫開的情況，受電弓傳遞的電流減小甚至完全不傳遞電流，牽引電動(dòng)機(jī)的功率降低甚至失去牽引動(dòng)力，列車會(huì)減速甚至停車。所以，研究如何保持受電弓與接觸網(wǎng)的緊密良好的接觸十分有必要。

在受電弓與接觸線緊密接觸的過程中，受電弓由于摩擦?xí)艿侥p，當(dāng)磨損到一定程度后，如果不及時(shí)更換，將降低受電弓與接觸線之間接觸的緊密性，降低列車組牽引供電的可靠性，所以，受電弓收到磨損后應(yīng)及時(shí)更換，這增加了城市軌道運(yùn)營的成本。

綜上所述，保持受電弓與接觸線的良好接觸對(duì)提高供電系統(tǒng)的可靠性及降低城市軌道運(yùn)營成本有一定的實(shí)際意義。

1受電弓壓力檢測(cè)

工程上可以檢測(cè)受電弓與接觸網(wǎng)的壓力來衡量受電弓與接觸線的接觸的程度，受電弓與接觸線的壓力可以用壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)壓力過小時(shí)，可以適當(dāng)抬升受電弓滑板的位置，使其與接觸網(wǎng)緊密接觸;當(dāng)壓力過大時(shí)，可以適當(dāng)降低受電弓滑板的位置，以減小受電弓的摩擦損耗。

應(yīng)變式傳感器應(yīng)是基于應(yīng)變效應(yīng)的一種傳感器，將被測(cè)位置的機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻阻值變化。應(yīng)變式傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)。

（1）靈敏度高，微小的應(yīng)變也能被測(cè)量出來。

（2）誤差小，一般小于1%。

（3）尺寸小、重量輕，便于安裝在任何位置。

（4）測(cè)量結(jié)果便于傳送、分析和處理。

（5）能在各種惡劣的環(huán)境中工作。

（6）成本低。

《受電弓與接觸網(wǎng)間的接觸壓力檢測(cè)研究》一文中提出一種在受電弓上安裝4只壓力傳感器來檢測(cè)接觸壓力的方法，并提出了一套評(píng)價(jià)接觸壓力的算法，這種算法是把四個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行疊加?？紤]到受電弓滑板與接觸線摩擦過程中會(huì)起熱，溫度會(huì)給應(yīng)變式傳感器帶來一定的誤差，因此，《應(yīng)變式傳感器及對(duì)接觸網(wǎng)參數(shù)的測(cè)量研究》一文中，對(duì)此提出了改進(jìn)方法，把應(yīng)變片、補(bǔ)償片跟兩個(gè)電阻搭成橋式電路的形式，以減少溫度所帶來的誤差。但是，文中半橋電路只能減少溫度所帶來的影響（如圖1），本質(zhì)上還是一個(gè)應(yīng)變片感受應(yīng)變，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，應(yīng)變較小時(shí)，轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)也比較微弱，本文提出一種用于測(cè)量接觸壓力的全橋電路（如圖2），即將四個(gè)應(yīng)變片接入橋式電路中，兩個(gè)應(yīng)變片一組，一組安裝在在接觸弓上面，另一組安裝在接觸弓下面，這樣，兩組應(yīng)變片測(cè)量的是不同的應(yīng)力，既可以消去溫度所帶來的誤差，又可以提高靈敏度。

傳感器測(cè)量滑板與接觸線的壓力，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳送到控制器中，控制器發(fā)出指令，調(diào)整受電弓上下兩臂的角度，滑板的位置隨之調(diào)整，使得滑板既能夠保持與接觸線的緊密接觸，保證滑板與接觸線不會(huì)脫離，保證列車的安全運(yùn)行，又不至于接觸太緊，增加滑板的磨損。

1.1單臂式電橋

單臂式電橋如圖1所示，設(shè)應(yīng)變片Ri初始電阻為R，R2，R3，R4為固定電阻，阻值也為R。當(dāng)產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，若應(yīng)變片電阻變化為AR，其它橋臂電阻不變，則電橋不平衡，輸出電壓為：

1.2全橋式電橋

全橋式電橋如圖2所示，應(yīng)變片Ri，R2，R3，R4初始阻值為R。當(dāng)產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，R.，R3受拉應(yīng)變，電阻阻值增加AR，R2、R4受壓應(yīng)變，電阻阻值減小AR，則電橋不平衡，輸出電壓為：

對(duì)比Uol和U04可知，U04為Uol的4倍，由此可知，采用全橋式電路，輸出信號(hào)大大增加，傳感器的靈敏度大大提高。

2結(jié)語

本文提出的用于測(cè)量弓網(wǎng)壓力的全橋應(yīng)變式傳感器相較于單臂式傳感器能夠增大輸出信號(hào)，降低外界環(huán)境，如摩擦而產(chǎn)生的溫度的干擾，這樣得到的信號(hào)就能夠更加準(zhǔn)確，受電弓位置的調(diào)整也更加精確。