QG-120（B）型受電弓結(jié)構原理與常見故障分析

張程光

（遼寧省交通高等?？茖W校，遼寧沈陽 110122）

0 引言

受電弓是現(xiàn)代軌道交通車輛上的重要受流裝置，城軌列車牽引系統(tǒng)通過受電弓受電，將接觸網(wǎng)DC 1500 V 直流電，經(jīng)主隔離開關（MS）、高速斷路器（HB）和濾波電抗器（FL）進入VVVF逆變器。VVVF 逆變器采用智能功率模塊（IPM）器件，采用網(wǎng)絡方式通過變壓變頻調(diào)整三相輸出電壓，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，以控制車輛速度和行駛方向。

QG-120（B）型受電弓為單臂、輕型的空氣彈簧式受電弓，受電弓的動作通過安裝在底架和下臂桿之間的一個大推力空氣彈簧來實現(xiàn)，保證受電弓與接觸網(wǎng)之間可以在不同的運行狀況下始終保持弓網(wǎng)接觸良好，確保牽引系統(tǒng)受流的穩(wěn)定性。另外，該型受電弓為了能防止弓體在無接觸網(wǎng)區(qū)段上的越界上升，特別設置了一種機械止擋裝置。

為了使QG-120（B）型受電弓具有優(yōu)良的零部件互換性，所有調(diào)節(jié)零部件均采用不銹鋼制作，并對其結(jié)構與尺寸公差精度做了嚴格的限制?？諝鈴椈汕鞍惭b有ADD 系統(tǒng)，受電弓升弓與降弓操作完全依靠此系統(tǒng)的功能。另外，在列車弓網(wǎng)接觸狀態(tài)發(fā)生嚴重故障，超出受電弓碳滑板磨損極限或使碳滑板直接碎裂時，ADD 系統(tǒng)可快速排出空氣囊中的氣體，使受電弓迅速降弓，以防止其掛壞接觸網(wǎng)線及其他設備，造成更大損失。QG-120（B）型號中“120”即表示該型受電弓能在不超過120 km/h 運行速度和最大規(guī)定逆風時，始終保持良好的使用性能。

1 受電弓結(jié)構概述

QG-120（B）型受電弓總體結(jié)構如圖1 所示，各主要組成部件的功能特點分析如下:

圖1 QG-120（B）型受電弓總體結(jié)構

1.1 底架組成

為增加整體強度，該機構使用精密加工的無縫矩形管材料整體焊接而成，使底架組成在保證高強度的同時，又兼?zhèn)淞溯p量化的優(yōu)點。同時，該底架組成的安裝尺寸可根據(jù)不同型號車輛安裝的要求進行設計。

1.2 上臂桿與下臂桿組成

受電弓的上臂桿必須要實現(xiàn)輕量化的同時，還要能保證足夠的結(jié)構強度，因此選用鋁合金材料。鋁合金材料相對于不銹鋼材料還能增加上臂桿的受流性能。下臂桿由無縫鋼管材料整體焊接而成，同時受電弓的轉(zhuǎn)動效果也因下臂桿上轉(zhuǎn)動軸承的安裝而變得更加靈活。

1.3 空氣彈簧組成

空氣彈簧組成中充入壓縮空氣后為受電弓提供升弓的動力，它設置在底架與下臂桿之間的位置上。受電弓空氣彈簧所用的高壓空氣經(jīng)絕緣氣管進入受電弓ADD 控制箱后再進入空氣彈簧。絕緣氣管經(jīng)受電弓的大控制箱和安裝在車內(nèi)的電磁閥連接到總氣路或壓縮機上。通過受電弓控制系統(tǒng)可以調(diào)整受電弓的靜態(tài)接觸壓力。

1.4 液壓阻尼器

液壓阻尼器的存在能使受電弓在升降弓過程中產(chǎn)生緩沖效果，該部件安裝于下臂桿和上臂桿之間。另外，液壓阻尼器的緩沖效果還能輔助弓頭上的碳滑板，使之與接觸網(wǎng)的接觸更加自然穩(wěn)定。

1.5 拉桿與平衡桿

拉桿采用無縫鋼管材料，通過軸承及軸承套與底架組成的一端連接，再與下臂桿組成一起形成四桿機構（雙搖桿機構）。受電弓弓頭位置的上升和下降，都由這個四桿機構的帶動而產(chǎn)生。平衡桿能讓整個弓頭組成在受電弓升降及列車正常行駛過程中始終保持水平狀態(tài)，通過緩沖裝置的調(diào)整可減輕甚至抵消弓頭在運動過程中的擾動。

1.6 弓頭與軟連線

受電弓的弓頭在列車運行過程中能跟隨線路狀況始終保持與接觸網(wǎng)有良好的接觸性能。這種效果得益于懸掛式的弓頭設計以及弓頭緩沖裝置的使用。在受電弓的碳滑板與弓頭橫托架之間、上臂桿與下臂桿的轉(zhuǎn)動副之間、下臂桿與底架組成之間，都安裝有軟連線。軟連線為銅絲集束而成，其規(guī)格須依據(jù)列車受流電流的大小而定，受流電流越大則軟連線越粗，受流電流越小則軟連線越細。

2 受電弓工作原理

2.1 升弓

受電弓的升起需要依靠足夠的升弓氣壓。司機將司控器打主后，首先激活蓄電池并啟動空氣壓縮機，待空壓機產(chǎn)生足夠的高壓空氣后，通過車下風管將高壓氣輸送至Mp 車（帶受電弓動車）下的升弓風缸。氣壓持續(xù)上升至受電弓的額定氣壓時，司機啟動升弓按扭。升弓氣壓從升弓風缸出，經(jīng)風管從車輛端墻上升至車頂。先到達受電弓控制單元（控制箱），經(jīng)控制單元內(nèi)節(jié)流閥、方向閥及減壓閥等氣動元件的調(diào)節(jié)后輸出至ADD 控制箱；再經(jīng)ADD 控制箱內(nèi)的電磁閥和管路最終進入空氣彈簧。空氣彈簧充氣后會不斷膨脹，推動空氣彈簧活動架向前移動。同時因為空氣彈簧活動架與下臂桿端部通過一條鋼絲繩相連，活動架的前移會通過鋼絲繩拉動下臂桿端部繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，再通過底架、下臂桿、拉桿等組成的四桿機構帶動整個上臂桿向上升起，直到受電弓弓頭碳滑板與接觸網(wǎng)接觸受流，最終完成受電弓的升弓動作。升弓過程的初始階段速度要快，當弓頭逐漸接近接觸網(wǎng)時，升弓速度要逐漸變慢，以減小接觸時的沖擊力。

2.2 降弓

按下降弓按扭，空氣彈簧中的空氣會快速排出，受電弓因自重會快速下降。當接近底架上的橡膠止擋時，因液壓阻尼器與控制箱的調(diào)節(jié)，下降速度會放緩，最終弓頭落在底架的橡膠止擋上，完成整個降弓動作。

總之，壓縮空氣在空氣彈簧內(nèi)的充氣及排氣決定了受電弓的升與降。而受電弓的進排氣由受電弓相關控制箱內(nèi)的電磁閥和各種氣動控制閥來控制。

3 受電弓的日常檢修維護

不同的城軌交通運營企業(yè)因其車輛運用計劃及線路條件的不同，致使受電弓的日常檢修維護計劃和標準也略有不同，但是從總體上來看差別不大，可概括總結(jié)如下：一般檢修維護受電弓之前必須確保軌道車輛已入庫停好，并掛好禁止動車牌；按企業(yè)具體的車輛檢修庫內(nèi)接觸網(wǎng)斷電作業(yè)標準完成接觸網(wǎng)斷電作業(yè)，并確認禁止合閘牌及接地線安裝到位。受電弓檢修維護作業(yè)工具及物料耗材一般有：尺子、計時器（秒表）、拉力計、噴壺、酒精、棉布等。具體的作業(yè)程序及標準：①用棉布蘸酒清潔受電弓弓體及絕緣子，露出本色；②清除受電弓安裝車頂碎屑及雜物；③軟連線：目視軟連線無損壞、無斷股；④碳滑板：測量并記錄碳滑板厚度，碳滑板厚度應高于支架5 mm，碳滑板表面無貫通裂紋，無異常磨耗，碳滑板緊固螺栓無松動；⑤測量并記錄升降弓時間及弓網(wǎng)接觸壓力：升降弓時間7～8 s，弓網(wǎng)接觸壓力120±10 N；⑥受電弓弓頭：弓頭轉(zhuǎn)動靈活，升弓后兩根碳滑板均與接觸網(wǎng)接觸緊密；⑦高度止檔：外觀完好無損傷；⑧液壓阻尼器：外觀無損傷、無漏油現(xiàn)象；⑨氣囊鋼絲繩：無斷股、滑動凹槽無泥垢；平衡拉桿、氣囊、控制箱、ADD 控制箱：外觀無損傷；橡膠止檔：外觀無裂紋，降弓后能保證碳滑板與氣囊無接觸；⑩氣路檢查：確認ADD 管接頭、導氣管管接頭無明顯漏氣聲響。

4 受電弓常見故障分析

設備及部件在實際工作和使用過程中會隨著時間的流逝而出現(xiàn)或多或少、形式各異的故障。針對QG-120（B）型受電弓，收集并總結(jié)其在實際使用過程中經(jīng)常發(fā)生的故障現(xiàn)象，分析其可能的引發(fā)原因并給出相應的維修措施（表1）。

表1 受電弓故障分析與維修對策

5 結(jié)語

地鐵車輛受電弓與接觸網(wǎng)滑動取流過程中會發(fā)生正常磨耗，弓網(wǎng)關系異常將導致受電弓碳滑板和接觸導線磨耗異常，出現(xiàn)碳滑板表面凹槽、接觸導線麻面等，直接影響碳滑板、接觸導線的使用壽命[1]。另外，因受電弓是軌道交通車輛核心受流裝置，若在車輛正常運行過程中發(fā)生故障，勢必會對整個列車的供電效果產(chǎn)生影響，輕則導致列車運營受限，發(fā)生晚點事故；重則導致列車牽引系統(tǒng)癱瘓，列車無法行駛，只能隧道內(nèi)停車并等待連掛救援。

本文總結(jié)了QG-120（B）型受電弓的一般檢修維護標準及常見故障的分析與維修措施，為相關技術人員提供參考。若遇到受電弓特殊故障或缺陷，應根據(jù)具體情況，由軌道交通運營公司、車輛廠及受電弓生產(chǎn)商聯(lián)合研究，解決問題的同時也可對受電弓進行產(chǎn)品的優(yōu)化升級。