受流裝置改造分析

焦 蕊

(天津軌道交通運營集團有限公司，天津 300454)

1 前言

運營線路大多處于地上，易經(jīng)歷風霜雨雪天氣，對電客車受流裝置要求較高?，F(xiàn)有電客車受流裝置為單臂氣囊式受電弓，至今已運營十余年，運營公里數(shù)最大的列車已近200萬km。現(xiàn)在車上受電弓的問題已逐漸顯現(xiàn)，個別弓體變形嚴重、氣囊開裂、大部分受電弓接觸壓力不合格、安裝底座變形、安裝螺栓斷裂。

此次改造進行了受流裝置的整體換新，包括所有軟連線、繼電器、絕緣氣管、小控制箱及其內(nèi)部氣管及閥類、ADD控制箱、盤頭、調(diào)整鋼絲組合、阻尼器、氣囊組裝、橡膠止擋、鋼絲繩、所有球軸承及關(guān)節(jié)軸承等，并進行了性能檢測。文章將對改造前后的兩種受流裝置的結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點及升降弓動作原理進行描述分析。

2 原有受流裝置情況

2.1 主要技術(shù)特點

線路原有受流裝置采用的是QG-100型單臂受電弓，是通過空氣彈簧的充氣和排氣來實現(xiàn)升弓和降弓的，配有ADD系統(tǒng)，升弓和降弓的時間調(diào)整及接觸壓力70 N～150 N(可調(diào))均由控制系統(tǒng)控制。QG-100型受電弓結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，易于維修，具有良好的空氣動力學性能，包括在最大規(guī)定逆風時的空氣動力學性能，從而保證了受電弓能在各種軌道狀態(tài)下與架空接觸導線都具有良好的接觸狀態(tài)和接觸的穩(wěn)定性。它適用于時速在110 km/h以下的輕軌、地鐵車輛的使用。

由于QG-100型單臂受電弓采用壓縮空氣作為動力的氣囊式升降弓處理方式，升弓采用空氣原理，提高了隨網(wǎng)性，使其在工作時升降弓特性穩(wěn)定，延長了使用壽命，保證弓網(wǎng)接觸壓力的穩(wěn)定，使受流性能更加穩(wěn)定。

弓頭和上框架呈活性連接，提高了弓網(wǎng)之間的可隨性和靈活性，提高了運行中弓網(wǎng)接觸的可靠性。底架采用矩形材料，上框架采用鋁合金的異形管焊接而成，其結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，具有較高強度和剛度。弓頭托架尺寸加寬140 mm，有利于弓網(wǎng)之間的可隨性和散熱性，避免了由于散熱不良所引起的發(fā)熱及拉弧，同時可以消滅運行中鉆網(wǎng)事故。

受電弓配置了自動降弓(ADD)系統(tǒng)，如果運行中遇有接觸網(wǎng)導線拉出值超限、吊懸脫落、硬點及其他不正常情況，沖擊受電弓弓頭及其他部位，出現(xiàn)刮弓或弓頭損壞現(xiàn)象，即弓頭變形或打壞滑條時，該系統(tǒng)將自動工作，使弓頭快速降下脫離接觸網(wǎng)30 mm，降弓速度達0.1 s～0.3 s，從而減少弓網(wǎng)故障及刮弓事故的產(chǎn)生，確保接觸網(wǎng)、車輛頂部設(shè)備不受損壞，提高了運行中的安全可靠性。

該型受電弓有維修成本低、修復(fù)工時少的特點。一是如有弓網(wǎng)故障發(fā)生，不會損壞受電弓(有自降保護)及其它任何車頂設(shè)備，正常使用中檢查保養(yǎng)簡單；二是受流特性，滑板條采用整條浸金屬碳滑板條，有效長度1 150 mm，從試驗運行結(jié)果看，整條滑板條，磨耗率為0.5 mm/萬km～0.7 mm/萬km，整體功能較好。圖1為QG-100型受電弓示意圖。

圖1 QG-100型受電弓示意圖Fig.1 Schematic diagram of QG-100 pantograph

2.2 升降弓動作原理

升弓。首先要啟動空氣壓縮機，當氣壓達到受電弓的額定工作氣壓時，按下升弓按扭，壓縮空氣經(jīng)氣源控制箱，進入空氣彈簧，空氣彈簧膨脹推動鋼絲繩帶動下臂桿運動，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)，并按規(guī)定的時間平穩(wěn)的升至網(wǎng)線高度，完成整個升弓過程。整個升弓過程受電弓的運動平穩(wěn)，不對架空的接觸網(wǎng)線產(chǎn)生有害的沖擊。當總風不足時用動力源裝置進行初次升弓，升弓后空壓機總風不足時將自動啟動。

降弓。按下降弓按扭，控制箱釋放空氣彈簧中的壓縮空氣，受電弓在重力作用和阻尼器的輔助作用下平穩(wěn)的落到底架上的橡膠止擋上，完成整個降弓動作，受電弓恢復(fù)至升弓之前的形狀。整個降弓過程在規(guī)定的時間內(nèi)完成，并且受電弓的運動平穩(wěn)對底架和車頂無有害沖擊。

3 改造后受流裝置情況

3.1 主要技術(shù)特點

改造后線路使用的是PT7203-M 型受電弓，其動作方式采用的是主彈簧拉力驅(qū)動升弓、氣缸推力驅(qū)動降弓的動作方式， 控制方式采用的是供電解鎖升弓、供氣降弓。

該受電弓的弓頭部件采用輕量化設(shè)計，以波紋管氣囊彈簧為基礎(chǔ)的獨特設(shè)計理念及結(jié)構(gòu)，彈簧與氣囊小孔限速的配合，可有效緩解運行中接觸線高低波動的沖擊， 保證了最好的追隨性、離線率，使受電弓具有極好的動態(tài)性能。同時改變了原有的兩根碳滑板，采用4條浸金屬碳滑板，可以集取較大電流，具備較好的強度和抗沖擊性。接觸力由主彈簧提供，穩(wěn)定可靠、不受氣壓及外界環(huán)境影響。上臂為單根式結(jié)構(gòu)，既能保證結(jié)構(gòu)強度，又具簡潔的外觀，下、上臂采用焊接性能較好的不銹鋼制成，具有較高的強度、良好的耐蝕性、極大。降低疲勞裂紋產(chǎn)生，提高安全性。各鉸鏈機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸處作絕緣處理，防止轉(zhuǎn)動處發(fā)生電蝕。在剛、柔混合接觸網(wǎng)的工況，具有極強的適用性，能在各種軌道狀態(tài)下，保證與接觸網(wǎng)有良好的接觸狀態(tài)和接觸穩(wěn)定性。

3.2 升降弓動作原理

3.2.1 升弓動作原理

升弓時，向解鎖氣缸供5 s高壓空氣(5 s后停止供氣)，解鎖氣缸活塞在高壓空氣的作用下，推動鎖鉤繞安裝軸向前旋轉(zhuǎn)至鎖鉤與天井管脫離，使天井管被釋放；5 s后停止供氣，鎖鉤在鎖鉤彈簧的拉力作用下恢復(fù)至垂直部位，同時在杠桿作用下鎖鉤推動解鎖氣缸活塞復(fù)位。圖2為升弓原理圖。

圖2 升弓原理圖Fig.2 Schematic diagram of lifting bow

在主彈簧拉力的作用下，通過鏈條拉動凸輪機構(gòu)使下臂繞下臂主軸中心做旋轉(zhuǎn)運動，在聯(lián)軸桿、上臂、下臂、底架所組成的四連桿機構(gòu)共同作用下，使弓頭做近似垂直向上運動，直至滑板與接觸網(wǎng)線平穩(wěn)接觸，完成升弓動作。在該過程中，主彈簧拉力為升弓提供主動力，降弓氣缸提供阻尼力。圖3為升弓動作原理圖。

圖3 升弓動作原理圖Fig.3 Schematic diagram of the action of raising the bow

降弓氣缸內(nèi)活塞兩側(cè)與大氣壓相同，當鎖鉤釋放天井管時，由于主彈簧在折疊狀態(tài)時處于拉伸狀態(tài)所積蓄的彈性勢能得以釋放， 使下臂繞主軸中心旋轉(zhuǎn)，進而下臂滾輪作用于降弓氣缸壓頭推動 活塞桿運動，導致 A 側(cè)氣壓快速升高形成高壓空間、B 側(cè)氣壓降低形成負壓空間，使 A 側(cè)和 B 側(cè)氣 壓形成壓力差；此時A側(cè)壓力>B側(cè)壓力，因壓力差反作用于主彈簧，從而使弓頭做一緩沖運動(彈簧受電弓的物理特性特)；隨著A側(cè)空氣排除、B側(cè)空氣吸入，最終達到A側(cè)壓力與B側(cè)壓力平衡并抵消彈簧勢能，使受電弓勻速上升，最終在規(guī)定時間內(nèi)與接觸網(wǎng)線平穩(wěn)接觸。圖4為降弓氣缸阻尼作用原理圖。

圖4 降弓氣缸阻尼作用原理圖Fig.4 Schematic diagram of the damping action of the descending bow cylinder

3.2 降弓動作原理

降弓時，向降弓氣缸供15 s高壓空氣(供氣15 s后停止供氣)，氣缸活塞在高壓空氣的作用下帶動活塞桿動作，進而作用致壓頭，壓頭推動下臂滾輪，使下臂以主軸為中心向遠離氣缸側(cè)旋轉(zhuǎn)(氣缸作用力矩>主彈簧作用力矩)，致使弓頭向下運動。圖5為降弓原理圖，圖6為降弓作用原理圖。

圖5 降弓原理圖Fig.5 Schematic diagram of bow drop

圖6 降弓作用原理圖Fig.6 The principle of action of descending bow

由于降弓氣缸的作用快速降弓動作，此時因B側(cè)排氣受到降弓排氣螺釘?shù)南拗?，加之主彈簧的阻尼作用使A側(cè)和B側(cè)氣壓形成壓力差，此時A側(cè)壓力

圖7 降弓到位原理圖Fig.7 Schematic diagram of lowering the bow in place

4 小結(jié)

通過對受流裝置的更新改造，實現(xiàn)了由氣囊控制升降弓轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓮椈煽刂粕倒耆淖兞丝刂品绞?。所以后續(xù)的電客車運營注意事項以及日常檢修維護方法將完全不同。自各列車完成改造上線運營至今，發(fā)生了部分故障情況，但整體運行穩(wěn)定。通過對該項目的實施及總結(jié)，加深了作者對受流裝置的理解，也為其他需要類似改造的列車提供參考。后續(xù)也將持續(xù)觀察改造后受流裝置的使用情況及碳滑板磨耗情況。