DSA250受電弓結(jié)構(gòu)研究及相關(guān)知識(shí)

(中國(guó)鐵路呼和浩特局集團(tuán)公司包頭車輛段 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

一、基本情況

CRH1使用的是北京賽德公司的DSA250型單臂受電弓，DSA250受電弓設(shè)計(jì)來(lái)源于最早的高速受電弓DSA350SEK，采用壓縮空氣氣囊驅(qū)動(dòng)升弓，自重降弓。采用輕量化優(yōu)質(zhì)材料，具有良好的機(jī)械和動(dòng)力學(xué)性能，受電弓滑板采用純硬碳材料，對(duì)接觸網(wǎng)起到保護(hù)的作用，最高運(yùn)行時(shí)速可達(dá)到250km/h，適應(yīng)接觸網(wǎng)高度5300—6300mm，列車運(yùn)營(yíng)時(shí)速可達(dá)200km/h。

受電弓一個(gè)基本動(dòng)力單元，一輛列車共計(jì)2個(gè)。受電弓型號(hào)是DSA250Bsp單臂受電弓。每一列車的帶弓拖車車頂分別安裝受電弓及其附屬裝置，一列動(dòng)車組正常運(yùn)行時(shí)，采用單弓受流，另一臺(tái)備用，處于折疊狀態(tài)。當(dāng)兩列車編組掛在一起時(shí)，每一列車中各有一臺(tái)受電弓工作。正常模式下，激活的受電弓在相對(duì)于列車行駛方向的遠(yuǎn)端車上，司機(jī)可以停用兩個(gè)中的任一個(gè)。

二、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

(一)受電弓的組成

DSA250型受電弓為單臂受電弓，下圖為DSA250型受電弓的外形圖。DSA250受電弓具有如下特點(diǎn)：第一，該受電弓在環(huán)境溫度為-40～45℃時(shí)仍然能夠正常工作,其最高運(yùn)行速度為230 km/h；第二，機(jī)械和電氣性能均符合UIC608,IEC60494-1,IEC61373標(biāo)準(zhǔn)；第三，升弓機(jī)構(gòu)采用氣壓風(fēng)箱驅(qū)動(dòng)器(即氣囊),通過(guò)氣壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；自帶阻尼器和自動(dòng)降弓裝置ADD。CRH1型動(dòng)車組使用DSA250型受電弓，適用于250km/h的運(yùn)營(yíng)速度。受電弓的安裝高度為4m時(shí)，受電弓的工作高度最低為4888mm，最高為6800mm，極限高度為7000mm。動(dòng)車組正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，采用的是單弓受流，另一臺(tái)為備用弓，處于折弓狀態(tài)。氣動(dòng)升降弓裝置3安裝在底架1上，滑板安裝在U型弓頭支架上，弓頭支撐架垂懸安裝在4個(gè)接簧下面，兩個(gè)扭簧安裝在受電弓的弓頭和上臂之間，這種結(jié)構(gòu)可以使滑板在機(jī)車運(yùn)行方向上移動(dòng)更加靈活，而且能夠有效緩沖各個(gè)方向上的沖擊，以達(dá)到保護(hù)滑板的目的。氣動(dòng)元件安裝在位于底架的控制盒內(nèi)，自動(dòng)降弓裝置可以監(jiān)測(cè)到碳滑板的使用情況，如果碳滑板的磨耗達(dá)到極限或受到?jīng)_擊斷裂后，受電弓會(huì)迅速自動(dòng)降弓，預(yù)防弓網(wǎng)事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。更換碳滑板后要重新啟用自動(dòng)降弓裝置。

圖2.1 DSA250受電弓

對(duì)于不同型號(hào)和不同速度等級(jí)的機(jī)車，受電弓的空氣動(dòng)力可以通過(guò)安裝在受電弓弓頭上的翼片來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)重聯(lián)運(yùn)行時(shí)，一旦前弓因?yàn)楣收献詣?dòng)降弓后，滑板的監(jiān)測(cè)裝置可以通過(guò)機(jī)車TCMS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)后弓的連續(xù)降弓，從而保護(hù)后弓免受損害。ADD關(guān)閉閥置于機(jī)車內(nèi)部，當(dāng)受電弓發(fā)生故障而自動(dòng)降弓后，如果受電弓對(duì)接觸網(wǎng)沒(méi)有造成損害，而且對(duì)受電弓的性能沒(méi)有影響時(shí)，可以關(guān)閉ADD關(guān)閉閥，重新升起受電弓。更換滑板后，重新啟動(dòng)ADD裝置。DSA250型單臂受電弓可以在電力機(jī)車和其他電力牽引設(shè)備中使用。其升弓裝置安裝在底架上，通過(guò)鋼絲繩作用于下臂。

(二)DSA250受電弓主要零部件有

1.底架。底部框架是由方形管焊接而成的，是整個(gè)受電弓的基礎(chǔ)部分，它用于支撐和安裝整個(gè)框架，通過(guò)軸承與下部撐桿連接。底部框架上還安裝有銅接線排和連接列車主電源的電纜。

2.阻尼器。阻尼器安裝在底架和下臂之間，當(dāng)通過(guò)氣囊充氣使受電弓升弓時(shí)，它能夠減小受電弓弓頭對(duì)接觸導(dǎo)線的沖擊，使得在升弓時(shí)先快后慢；當(dāng)通過(guò)氣囊放氣使受電弓降弓時(shí)，它能夠減小弓頭落在底架上是的沖擊，保護(hù)受電弓。

3.空氣氣囊?？諝鈿饽沂怯上鹉z做成的，通過(guò)對(duì)空氣氣囊的充放氣來(lái)達(dá)到受電弓的升弓和降弓的目的。

4.下臂。下臂是由鋁合金焊接而成。下臂上安裝有受電弓電橋連線的接線板、主張力彈簧連桿、緩沖器沖擊塊、導(dǎo)桿的軸承支座和驅(qū)動(dòng)氣缸的安裝支座。

5.弓裝配。弓裝配安裝在底架上，主要作用是：當(dāng)受電弓處于落弓狀態(tài)時(shí)支撐受電弓的弓頭部分，托起上框架部分。

6.下導(dǎo)桿。下導(dǎo)桿是由鋼管制成。下導(dǎo)桿的長(zhǎng)度可以改變，通過(guò)改變下導(dǎo)桿的長(zhǎng)度來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)受電弓最低位置的目的。下導(dǎo)桿上還安裝了受電弓的高度止擋，正是這塊止擋決定了受電弓的最大升弓高度。

7.上臂。上臂桿是由錐形鋁合金焊接而成的，它包括鉸鏈機(jī)構(gòu)和斜支撐桿。通過(guò)斜支撐桿的固定作用，上臂具有很高的強(qiáng)度和側(cè)向穩(wěn)定性。

8.上導(dǎo)桿。上導(dǎo)桿也是鋁合金材料制成的。它上面安裝有集電頭。上導(dǎo)桿的長(zhǎng)度也是可以改變的。

9.弓頭。弓頭是受電弓與接觸網(wǎng)接觸的那一部分。弓頭主要由碳滑板、轉(zhuǎn)軸、弓角、彈簧盒組成。弓角是由鈦合金制成的，它可以避免接觸網(wǎng)在分叉處接觸網(wǎng)上的接觸導(dǎo)線進(jìn)入滑板的下面，造成刮弓事故。弓頭上的滑板是由電石磨碳制成的接觸部件和鋁合金制成的安裝部件組成的。彈簧盒中裝的是螺旋壓縮彈簧，可以為弓頭在垂直的方向上有一定的垂向位移，保證弓頭與接觸導(dǎo)線有持續(xù)的壓力。

10.滑板?；迨怯射X制支座和硬碳組成的。受電弓上的滑板和接觸網(wǎng)上的接觸導(dǎo)線直接接觸，產(chǎn)生的是滑動(dòng)摩擦。滑板的質(zhì)量與機(jī)電性能對(duì)受電弓的受流質(zhì)量有非常大的影響。

三、DSA250受電弓的主要技術(shù)參數(shù)

(1)設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h，速度200km/h；

(2)額定電壓和電流 25KV/1000A；

(3)標(biāo)稱接觸壓力為70N，可以調(diào)整；

(4)空氣動(dòng)力調(diào)整通過(guò)受電弓的弓頭翼片調(diào)節(jié)；

(5)升弓的驅(qū)動(dòng)方式為氣囊驅(qū)動(dòng)；

(6)輸入空氣壓力為0.4—1MPa；

(7)靜態(tài)接觸壓力是70N時(shí)的標(biāo)稱工作壓力為0.35MPa；

(8)受電弓弓頭的垂向位移量為60mm；

(9)精密調(diào)壓閥的耗氣量輸入壓力<1MPa時(shí)不大于11.5L/min；

(10)材料為整體碳滑板(鋁合金托架/碳條)，弓角由鈦合金制成，高強(qiáng)度鋁合金焊接而成上臂/下臂/下導(dǎo)桿，底架是由高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)方鋼制成；

(11)受電弓整體重量約為115kg，不包含絕緣子的重量；

(12)結(jié)構(gòu)為單臂受電弓；

(13)環(huán)境溫度-40°C——+60°C；

(14)接觸壓力70N；

(15)運(yùn)行中受電弓的最大電流計(jì)算值275.4A(網(wǎng)壓25KV時(shí))，305.9A(網(wǎng)壓22.5KV時(shí))；

(16)列車停車時(shí)受電弓的最大電流計(jì)算值44.5A(網(wǎng)壓25KV時(shí))，49.4A(網(wǎng)壓22.5KV時(shí))；

四、受電弓升降弓原理

(一)自動(dòng)升弓原理

下圖所示為受電弓氣囊驅(qū)動(dòng)裝置的壓縮空氣原理圖：

圖2.2 驅(qū)動(dòng)裝置壓縮空氣原理圖

其中的壓力表安裝在司機(jī)室滑板監(jiān)視部分的面板上，空氣從司機(jī)室的電磁閥經(jīng)過(guò)空氣濾清器進(jìn)入減壓閥，減壓閥的作用是調(diào)節(jié)工作壓力，其調(diào)節(jié)的精度是0.02MPa，這種精度非常重要，因?yàn)閴毫ψ兓?.01MPa將會(huì)直接導(dǎo)致受電弓弓頭與接觸線的接觸壓力變化10N。壓力表僅用于粗略觀察，調(diào)整節(jié)流閥可以控制受電弓弓頭的升弓速度，高速節(jié)流閥可控制降弓速度。安全閥在減壓閥失效時(shí)起作用。

壓力表(件4)顯示的值僅作為參考，要以實(shí)測(cè)的接觸壓力為準(zhǔn)。單向節(jié)流閥(件2)用于調(diào)節(jié)升弓時(shí)間，單向節(jié)流閥(件5)用于調(diào)節(jié)降弓時(shí)間。如果精密調(diào)壓閥出現(xiàn)故障，安全閥會(huì)起到保護(hù)氣路的作用。精密調(diào)壓閥運(yùn)用當(dāng)中不得隨意改變其調(diào)壓值，為了保證個(gè)各種控制閥能夠正常的使用，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)防水和其他雜質(zhì)(注意機(jī)車上部件管接頭的密封，并及時(shí)檢查空氣濾清器。精密調(diào)壓閥的更換應(yīng)采用原廠的配件或裝備部指定的產(chǎn)品，否則會(huì)引起質(zhì)量事故，且事故后果由用戶自己承當(dāng))。

(二)自動(dòng)降弓原理

當(dāng)受電弓弓頭受到損壞時(shí)自動(dòng)降弓裝置應(yīng)立即動(dòng)作，迅速降下受電弓，與接觸網(wǎng)脫離，避免接觸網(wǎng)接觸導(dǎo)線和受電弓的進(jìn)一步損壞。

圖2.3 自動(dòng)降弓裝置原理圖

滑板的內(nèi)置氣道有壓縮空氣，一旦壓縮空氣從滑板遺漏出將導(dǎo)致受電弓的升弓裝置壓力下降，壓縮空氣將會(huì)從快速降弓閥中排出?；逄紬l上細(xì)小的裂縫引起的少量漏氣如果在壓力響應(yīng)的范圍內(nèi)，將不會(huì)影響受電弓的使用。如果由于滑板上的碳條受到?jīng)_擊，導(dǎo)致壓縮空氣壓力變化，壓力開(kāi)關(guān)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)并傳輸給機(jī)車上的計(jì)算機(jī)，機(jī)車計(jì)算機(jī)響應(yīng)，關(guān)閉主斷路器，同時(shí)電控閥得到來(lái)自計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“受電弓降下”的信號(hào)，這避免了受電弓降下時(shí)電弧對(duì)接觸導(dǎo)線和受電弓的損壞，上圖是自動(dòng)降弓裝置原理圖。

在正常的升弓條件下，壓力開(kāi)關(guān)需要有延時(shí)功能，壓力開(kāi)關(guān)和自動(dòng)降弓裝置ADD閥啟動(dòng)主斷路器需要設(shè)定時(shí)間延遲(大約20—30s)。

如果快速降弓閥和滑板間的氣管斷裂，自動(dòng)降弓裝置可以通過(guò)ADD關(guān)閉閥停止使用(重新連接后，需要注意清理滲水)。

微動(dòng)開(kāi)關(guān)通過(guò)和機(jī)車計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接可以顯示自動(dòng)降弓裝置ADD關(guān)閉閥的工作狀態(tài)。下圖是自動(dòng)降弓裝置ADD閥圖：

圖2.4 自動(dòng)降弓裝置ADD

五、DSA250型受電弓的尺寸參數(shù)

(一)受電弓的外形尺寸參數(shù)

(1)縱向安裝尺寸(800mm±1mm)；

(2)橫向安裝尺寸(1100mm±1mm)；

(3)最低處折疊長(zhǎng)度約為 1423mm(關(guān)節(jié)處與絕緣子之間)；

(4)絕緣子的高度約為 306mm；

(5)落弓位的高度(包含絕緣子的高度)588+5-10mm(612mm為上臂最高處)；

(6)最大升弓高度(包含絕緣子)3000+100-25mm；

(7)最低工作高度(包含絕緣子)約為888mm；

(8)最大工作高度(包含絕緣子)約為 2800mm；

(9)碳滑板約為1250mm；

(10)滑板總長(zhǎng)長(zhǎng)度約為1576mm；

(11)弓頭長(zhǎng)度約為1950mm；

(12)弓頭寬度約為(580±2)mm；

(13)折疊長(zhǎng)度約為2561mm(關(guān)節(jié)處與底架之間)。

圖2.5 受電弓示意圖

(二)DSA250受電弓的安裝接口尺寸參數(shù)

圖2.6 受電弓底架參數(shù)及電氣接口圖

●絕緣子安裝孔：一共有三個(gè)(1),是受電弓固定在車頂上的安裝點(diǎn)。

●電氣接口：一共有三個(gè)(2)，是受電弓上電流流出點(diǎn)。

●空氣接口：一共有一個(gè)(3)，是受電弓的壓縮空氣輸入接口和去壓力開(kāi)關(guān)的空氣接口。

六、受電弓的維護(hù)

(一)注意事項(xiàng)

(1)必須要由專業(yè)技術(shù)人員來(lái)調(diào)整和維護(hù)受電弓，在任何情況下，必須采取必要的安全措施和防護(hù)措施；

(2)在車頂工作時(shí)，必須要切斷接觸網(wǎng)線的供電電源；

(3)受電弓升弓時(shí)，應(yīng)確保壓縮空氣供應(yīng)無(wú)意外事故發(fā)生。因?yàn)橐坏嚎s空氣供應(yīng)發(fā)生了故障，受電弓就會(huì)下降，可能會(huì)造成人員傷害；

(4)在調(diào)整和維護(hù)受電弓時(shí)，為了確保不會(huì)無(wú)意升弓，應(yīng)該使用大約1.5m長(zhǎng)的繩子將受電弓綁在底架上；

(5)維護(hù)弓頭時(shí)，在受電弓的上交叉管和車頂用長(zhǎng)約0.9m的木制支撐。不要把木制支撐放在氣囊或升弓裝置的部件上；

(6)特殊情況在受電弓的氣囊失效后，重新啟用受電弓前應(yīng)完全排除滲入其中的水；

(7)必須遵循網(wǎng)線接地和絕緣的原則。