神華號(hào)HXD1型電力機(jī)車受電弓典型故障分析

劉文進(jìn)+++王東+++屈春華

摘 要：文章針對(duì)神朔鐵路運(yùn)用三年以來神華號(hào)HXD1型電力機(jī)車TSG15B型受電弓出現(xiàn)的三種典型故障進(jìn)行了原因分析，并以降本增效為理念，采用價(jià)格低廉的材料和簡單有效的方式，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：TSG15B型受電弓；滑板；弓頭懸掛

1 概述

神朔鐵路自2013年1月起陸續(xù)引進(jìn)神華號(hào)HXD1型八軸大功率交流電力機(jī)車，該型電力機(jī)車由神華集團(tuán)和南車株洲電力機(jī)車有限公司共同研制生產(chǎn)。神朔鐵路交流電力機(jī)車萬噸重載牽引模式采取“2+1或3+0”組合牽引模式運(yùn)營，極大提高了運(yùn)輸效率，為神朔鐵路完成每年運(yùn)量任務(wù)提供了可靠的運(yùn)力保障。本文針對(duì)交流電力機(jī)車安裝的TSG15B型受電弓的特點(diǎn)以及在機(jī)車運(yùn)用、維護(hù)中所體現(xiàn)出的問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，為以后TSG15B型受電弓安全穩(wěn)定的運(yùn)行和可控的維護(hù)保養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

2 TSG15B型受電弓簡介

2.1 裝車情況

TSG15B型受電弓是裝配于和諧系列大功率機(jī)車的干線受電弓，在HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD1D、神華機(jī)車、HXD3、HXD3B、HXD3C等電力機(jī)車上都有成熟應(yīng)用，目前已裝車7000余架，分布在國內(nèi)各鐵路運(yùn)行。

2.2 受電弓構(gòu)成及原理

TSG15B型受電弓是由中車株機(jī)電力機(jī)車有限公司設(shè)計(jì)的單臂式氣囊受電弓。該受電弓由底架、下臂桿、上框架、平衡桿、弓頭懸掛、托架、滑板、氣囊、升弓鋼絲繩、阻尼器、快排閥和車內(nèi)氣閥板等構(gòu)成。

升弓過程為：電磁閥得電，壓縮空氣進(jìn)入氣囊，氣囊膨脹驅(qū)動(dòng)升弓鋼絲繩拉動(dòng)下臂桿沿軸向上轉(zhuǎn)動(dòng)，通過拉桿將上框架拉起；降弓過程為：電磁閥失電，升弓裝置排出氣囊壓縮空氣，受電弓靠自重降下，落于止擋。

受電弓在工作時(shí)，氣囊升弓裝置一直被供以壓縮空氣，弓頭采用懸掛裝置，具有一定的自由度。接觸網(wǎng)高度方面較小的差異通過弓頭懸掛裝置進(jìn)行補(bǔ)償，較大的差異，通過鉸鏈系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，因此受電弓可隨接觸網(wǎng)的不同高度而保持接觸壓力基本恒定。

3 出現(xiàn)的故障和問題

TSG15B型受電弓潛在的一些問題均在機(jī)車運(yùn)行中逐漸顯現(xiàn)，這些問題與受電弓的設(shè)計(jì)、維護(hù)理念有關(guān)。自2013年神朔鐵路配屬神華號(hào)HXD1型電力機(jī)車以來，該型受電弓先后出現(xiàn)過三種典型故障，下面就出現(xiàn)的三種典型故障分別說明。

3.1 止擋桿與滑板鋁制托架干涉

TSG15B型受電弓在使用中，弓頭框架自由運(yùn)動(dòng)，通過接觸網(wǎng)連接，弓頭被保持在正確位置。平衡桿由頂管和止擋桿組成，在升降弓時(shí)，平衡桿阻止弓頭的四處傾斜，通過平衡止擋桿控制使弓頭保持大致的水平位置。因此，平衡桿止擋桿在調(diào)整弓頭位置的過程中，會(huì)與滑板鋁制底架不斷觸碰摩擦。

神華號(hào)HXD1型電力機(jī)車在神朔鐵路配屬運(yùn)用17個(gè)月的期間內(nèi)，出現(xiàn)了因滑板氣道泄漏引起的自動(dòng)降弓，入庫檢查發(fā)現(xiàn)滑板鋁制底架被過度磨損，滑板內(nèi)氣道泄漏（如圖1所示）。

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行分析，可以判定為止擋桿在對(duì)滑板起到支撐作用的同時(shí)，不斷地與滑板同一位置碰磨，最終造成滑板鋁制底架過度磨損。

3.2 滑板掉塊裂紋

TSG15B型受電弓弓頭懸掛支撐由兩個(gè)橡膠扭矩元件和兩個(gè)V型鏈接器構(gòu)成。鏈接器被裝在扭矩條的末端，扭矩條將橡膠元件和鏈接器連接在一起。橡膠彈簧元件上方的調(diào)節(jié)板被安裝在弓頭托架，扭矩條被安裝在上框架的長橫管的免維護(hù)軸承上，這種結(jié)構(gòu)允許弓頭盡可能地在上框架的頂管周圍沿垂直方向和水平方向自由運(yùn)動(dòng)。在工作期間，對(duì)于受迫頻率，懸掛彈簧表現(xiàn)出一個(gè)增加的剛度和較低的慣性阻尼，它的各向彈性允許進(jìn)行誤差補(bǔ)償，并且吸收側(cè)向振動(dòng)。

隨著機(jī)車運(yùn)用時(shí)間的增長，該裝置中彈性元件會(huì)緩慢老化，彈性下降，導(dǎo)致弓頭高度相對(duì)降低。降弓時(shí)，在下臂桿與上框架未能完全降落的前提下滑板先落于底架止擋，導(dǎo)致下臂桿與上框架的重力作用在滑板上。最為重要的是運(yùn)行中該彈性支撐裝置對(duì)滑板的緩沖作用大幅減小，滑板在通過接觸網(wǎng)導(dǎo)線的硬點(diǎn)時(shí)，造成滑板沖擊掉塊以及產(chǎn)生碰撞裂紋，使得滑板并未正常磨耗到限位極限卻被大量更換，造成極大的材料浪費(fèi)。

3.3 滑板固定螺栓過熱

2016年7月6日，HXD17118機(jī)車在運(yùn)行中受電弓滑板固定螺栓處發(fā)紅；2016年7月11日，HXD17022、7110、7009、7096、7024、7092機(jī)車分別在運(yùn)行中出現(xiàn)受電弓滑板固定螺栓處發(fā)紅現(xiàn)象。機(jī)車入庫后，檢查滑板固定螺栓緊固情況，拆下滑板后發(fā)現(xiàn)，滑板與托架接觸面電腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重（如圖2所示）。

TSG15B型受電弓的弓頭是由滑板與弓角組成的一個(gè)框架結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)保證弓頭結(jié)構(gòu)精巧，部件盡可能少，易維護(hù)。托架采用碳鋼材質(zhì)，表面鍍鋅，滑板底架為鋁合金材質(zhì)。滑板兩端與托架分別通過固定螺栓連接，滑板與托架的接觸面作為滑板-托架的唯一導(dǎo)電途徑。因神華號(hào)HXD1型電力機(jī)車在滿載運(yùn)行時(shí)，原邊電流可達(dá)到384A，如此大電流通過長期暴露于室外的托架與滑板接觸面，經(jīng)過一段時(shí)間，碳鋼會(huì)失去鍍鋅層的保護(hù)，銹蝕加重，導(dǎo)致接觸電阻增大，從而導(dǎo)致受電弓在運(yùn)行中出現(xiàn)滑板固定螺栓過熱、發(fā)紅的現(xiàn)象。

4 解決措施

4.1 平衡桿加PVC軟編織管

根據(jù)技術(shù)人員提供的改造方案，在平衡桿止擋桿上加裝PVC編織管，取兩段長200mm的PVC編織管套在止擋桿上，并保證PVC編織管邊緣與止擋桿對(duì)齊。平衡桿止擋桿套上PVC編織管后，可以在止擋桿與滑板接觸時(shí)起到緩沖的作用，進(jìn)而降低二者之間的碰觸摩擦強(qiáng)度。

4.2 定期調(diào)整彈性支撐裝置

根據(jù)技術(shù)人員的設(shè)計(jì)要求，滑板上表面至頂管中心距離為la。在滑板受垂直向下70N作用力時(shí)la為73±6mm，在滑板不受到垂直向下作用力時(shí)la為80±5mm。止擋桿至滑板底部距離為lb，在沒有接觸壓力的情況下：10≤lb≤30mm，在有接觸壓力的情況下：4≤lb≤24mm。在受電弓升起1500mm高度時(shí)，止擋桿與弓頭碳滑板距離必須在要求范圍內(nèi)，且止擋桿與弓頭碳滑板兩邊距離應(yīng)基本相等，相差不超過5mm。

由于長時(shí)間的使用，橡膠出現(xiàn)老化疲勞，橡膠彈簧元件下陷，導(dǎo)致滑板上表面至頂管中心距、止擋桿至滑板底部距離減小，引起滑板在運(yùn)行中的掉塊和止擋桿與滑板之間的碰觸摩擦。

經(jīng)過反復(fù)研究結(jié)合技術(shù)人員提供的方案，按照神朔鐵路制定的HXD1型電力機(jī)車修制，定為C2及以上修程時(shí)，對(duì)橡膠彈簧元件進(jìn)行調(diào)整。通過改變鎖住橡膠彈簧元件調(diào)節(jié)板的螺母位置來升高和下降弓頭高度，從而減少滑板掉塊以及止擋桿與滑板之間的碰觸摩擦。

4.3 改變滑板-上框架的導(dǎo)電途徑

TSG15B型受電弓的導(dǎo)電路徑為：滑板——托架——上框架——下臂桿——底座——車頂母線，除滑板與托架是直接的面接觸外，其它均由軟編織導(dǎo)線連接。

經(jīng)過研究及反復(fù)試驗(yàn)，最終確定對(duì)滑板——托架——上框架的導(dǎo)電途徑進(jìn)行更改。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)滑板安裝情況，確定在滑板兩端距端部190mm處增加導(dǎo)流線固定螺栓。另購置一根采用國家標(biāo)準(zhǔn)的定制導(dǎo)流線，其導(dǎo)線截面積為50mm2，單絲直徑為0.1mm，兩端螺孔中心距為260mm，端部螺孔直徑為10.5mm。導(dǎo)流線一端采用直角型接線端子。

在滑板更換作業(yè)過程中，在安裝完滑板固定螺栓及風(fēng)管后，需要將定制導(dǎo)流線一端連接于滑板新增的螺栓，另一端連接于上框架預(yù)留孔，將托架——上框架之間的導(dǎo)流線拆下，兩端分別連接到滑板、上框架預(yù)留孔處。安裝后的導(dǎo)流途徑變?yōu)榛濉峡蚣?，將托架短路，避免了機(jī)車受流造成托架局部過熱。

5 結(jié)束語

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，技術(shù)人員分別通過平衡桿止擋桿加PVC軟編織管、定期調(diào)整彈性支撐裝置和改變滑板至上框架的導(dǎo)電途徑，解決了平衡桿止擋桿與滑板鋁制托架干涉、滑板掉塊及裂紋、滑板固定螺栓過熱發(fā)紅的問題。綜合故障情況，TSG15B型受電弓故障均出現(xiàn)在弓頭及弓頭懸掛上，造成運(yùn)用成本及維護(hù)費(fèi)用增加。因此針對(duì)這種弓頭及弓頭懸掛方面的故障，技術(shù)人員通過采用價(jià)格低廉的材料和簡單有效的方式制訂了相應(yīng)的改造措施，效果良好。但弓頭設(shè)計(jì)仍為TSG15B型受電弓的薄弱環(huán)節(jié)，需要通過不斷地探索研究、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而使該系列受電弓的弓頭及懸掛的設(shè)計(jì)及維護(hù)保養(yǎng)日漸成熟，提高機(jī)車運(yùn)行的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]榮林.神華八軸交流電力機(jī)車[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2]南車株洲電力機(jī)車有限公司，朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，中國神華能源股份有限公司神朔鐵路分公司.神華重載運(yùn)輸大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車[M].北京：中國鐵道出版社，2015.

作者簡介：劉文進(jìn)（1987-），男，漢族，本科，山西省河曲縣人，助理工程師，工作單位：神華集團(tuán)神朔鐵路分公司，主要研究電力機(jī)車檢修。

王東（1985-），男，漢族，本科，陜西省神木縣人，設(shè)備工程師，工作單位：神華集團(tuán)神朔鐵路分公司，主要研究機(jī)務(wù)設(shè)備管理與技術(shù)應(yīng)用。