地鐵車輛構(gòu)造之--受電弓

地鐵車輛是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，也是技術(shù)含量較高的機(jī)電設(shè)備。一般地鐵車輛由多部分組成，如車體、受電弓、通風(fēng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、內(nèi)裝體統(tǒng)等等，而每一個(gè)構(gòu)造又包含了千千萬萬個(gè)小零件。復(fù)雜，但融入了地鐵研發(fā)人員的創(chuàng)造與智慧。

今天，我們著重來說一下關(guān)于受電弓，希望可以對(duì)其中的一個(gè)構(gòu)造有較為清晰的了解。

電氣化鐵路的牽引動(dòng)力是電力機(jī)車，機(jī)車本身不帶能源，所需能源由電力牽引供電系統(tǒng)提供。牽引供電系統(tǒng)主要是指牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分。變電所設(shè)在鐵道附近，它將從發(fā)電廠經(jīng)高壓輸電線送來的電流，送到鐵路上空的接觸網(wǎng)上。接觸網(wǎng)是向電力機(jī)車直接輸送電能的設(shè)備，是電氣化鐵路的動(dòng)脈。我國電氣化鐵路的牽引供電制式從一開始就采用單相工頻(50赫)25KV交流制。

電力機(jī)車?yán)密図數(shù)氖茈姽瓘慕佑|網(wǎng)獲得電能，牽引列車運(yùn)行。因此，受電弓是電力機(jī)車從接觸網(wǎng)接觸導(dǎo)線上受取電流的一種受流裝置。它通過絕緣子安裝在電力機(jī)車的車頂上，是一種鉸接式的機(jī)械構(gòu)件。當(dāng)受電弓升起時(shí)，其滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線直接接觸，從接觸網(wǎng)導(dǎo)線上受取電流，并將其通過車頂母線傳送至機(jī)車內(nèi)部，供機(jī)車使用。

全世界多數(shù)地鐵均采用直流電作供電，不使用所需設(shè)備較復(fù)雜，車身和架空電纜也需要較高的交流電作供電。

很多地鐵系統(tǒng)為了減少隧道的建造成本，會(huì)使用第三軌供電而不采用高架電纜，以降低隧道鉆掘的高度來節(jié)省建造成本。也有使用高架電纜的地鐵，它們的高架電纜，一般也非常低矮，接近緊貼車頂，以減低隧道高度來節(jié)省建造成本。

使用受電弓的地鐵:如上海軌道交通、廣州地鐵(一號(hào)線、二號(hào)線、三號(hào)線、八號(hào)線)、深圳地鐵(除龍崗線外)、南京地鐵、成都地鐵、沈陽地鐵、東京地下鐵(并非全部)、京都市營地下鐵。

受電弓類型

按結(jié)構(gòu)形式分，受電弓分為雙臂受電弓和單臂受電弓兩種。

雙臂受電弓結(jié)構(gòu)對(duì)稱，側(cè)向穩(wěn)定性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整困難。

單臂受電弓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，調(diào)整容易，具有良好的動(dòng)特性，高速時(shí)動(dòng)態(tài)跟隨性及受流特性較好，故而被現(xiàn)代電力機(jī)車廣泛采用。

動(dòng)作原理

電力機(jī)車上安裝有兩臺(tái)受電弓，正常運(yùn)行時(shí)一般只升后弓，前弓備用。

(1)升弓:壓縮空氣經(jīng)電空閥均勻進(jìn)入傳動(dòng)氣缸，氣缸活塞壓縮氣缸內(nèi)的降弓彈簧，此時(shí)升弓彈簧使下臂桿轉(zhuǎn)動(dòng)，抬起上框架和滑板，受電弓勻速上升，在接近接觸線時(shí)有一緩慢停滯，然后迅速接觸接觸線。

(2)降弓:傳動(dòng)氣缸內(nèi)壓縮空氣經(jīng)受電弓緩沖閥迅速排向大氣，在降弓彈簧作用下，克服升弓彈簧的作用力，使受電弓迅速下降，脫離接觸網(wǎng)。

怎樣檢測(cè)受電弓?

流程

具體實(shí)施步驟:

如何對(duì)受電弓故障車處理?

主要有三種處理:1、升不起弓的處理;2、受電弓絕緣子閃絡(luò)的處理;3、機(jī)械部件損壞的處理。

受電弓故障相關(guān)事件:深圳地鐵停運(yùn)六小時(shí)

2012年9月5日下午，深圳地鐵龍華線發(fā)生因供電故障導(dǎo)致停運(yùn)6個(gè)多小時(shí)的事故。

事故原因是:9月5日下午13時(shí)37分，列車上行福田口岸方向至少年宮區(qū)間時(shí)，受電弓故障，將接觸網(wǎng)承力索打斷，接觸網(wǎng)分段絕緣器斷裂，受影響范圍大約為150米，造成上梅林站-會(huì)展中心站上行區(qū)段整個(gè)接觸網(wǎng)斷電。

舉例:TSG3-630/25型單臂受電弓

目前，電力機(jī)車上采用有各種型號(hào)的受電弓，如SS1型、SS3B型機(jī)車采用的TSG1-600/25型受電弓，SS4改型機(jī)車采用的TSG1-630/25型和LV260-2型受電弓，SS6型機(jī)車上采用的TSG3-630/25型單臂受電弓，SS9型機(jī)車上采用的DSA-200型受電弓等。各型受電弓的某些零部件雖略有不同，但其基本結(jié)構(gòu)有許多相似之處。

這里以SS6型機(jī)車上采用的TSG3-630/25型單臂受電弓為例加以介紹。

TSG3-630/25型單臂受電弓外形

TSG3-630/25型單臂受電弓由底架部分、鉸鏈機(jī)構(gòu)、弓頭部分、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)等組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖

TSG3-630/25型單臂受電弓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1-絕緣子;2-縱梁;3-推桿支座;4-調(diào)整螺栓;5-下臂桿;6-弧形調(diào)整板;

7-掛繩;8-升弓彈簧;9-弓頭;10-彈簧盒;11-升弓彈簧調(diào)整桿;12-橫梁;

13-轉(zhuǎn)軸;14-阻尼器;15-上部框架;16-推桿;17-中間鉸鏈座;18-平衡桿;

19-轉(zhuǎn)臂;20-U形連桿;21-連桿絕緣子;22-傳動(dòng)氣缸;23-緩沖閥。

1.底架部分

底架部分是整個(gè)受電弓的基座部分。

底架由縱梁2和橫梁12組成，用型材組焊成“T”字形。作為受電弓的基礎(chǔ)，通過三個(gè)絕緣子固定在機(jī)車頂蓋上，因此整個(gè)受電弓具有耐受一定電壓的電氣性能。為了使受電弓不發(fā)生變形而影響其性能，要求剛性底架有一定的機(jī)械強(qiáng)度。

縱梁2上組焊有推桿支座3，此外，底架上還裝有兩組升弓彈簧8，一套鉸鏈機(jī)構(gòu)和一副阻尼器14等部件。升弓彈簧由外圈和內(nèi)圈兩組彈簧套裝而成，其一端與縱梁相連，另一端與下臂桿的底部相連。阻尼器用于有效地吸收機(jī)車高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)，保證滑板與接觸導(dǎo)線良好的接觸，其一端與下臂桿鉸鏈，另一端與推桿支座鉸鏈。

2.鉸鏈機(jī)構(gòu)

鉸鏈機(jī)構(gòu)是用來實(shí)現(xiàn)弓頭升降運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。

它包括下臂桿5、上部框架15、推桿16、平衡桿18、中間鉸鏈座17等。這些部件由無縫鋼管組焊而成，通過鉸鏈座鉸鏈，各鉸鏈處都裝有滾動(dòng)軸承，并采用金屬軟編織線進(jìn)行短接，防止電流對(duì)軸承的電蝕。

上部框架15其一端與弓頭彈簧盒10的上鉸鏈用螺栓連接，另一端借助于壓板用螺栓裝在中間鉸鏈座17上。

上部框架上還裝有平衡桿18，其功能是保證弓頭滑板面在受電弓整個(gè)工作高度范圍內(nèi)，始終保持水平狀態(tài)。

下臂桿5用無縫鋼管組焊成“T”字形構(gòu)件，在轉(zhuǎn)軸13一端有兩組升弓彈簧8，與升弓彈簧連接的掛繩7緊貼著弧形調(diào)整板6，這樣受電弓在工作高度范圍內(nèi)，盡管升弓彈簧拉力有變化，但所產(chǎn)生的升弓轉(zhuǎn)矩，足以維持弓頭的接觸壓力基本不變。阻尼器14一端與下臂桿5鉸鏈，另一端與推桿支座3鉸鏈，當(dāng)機(jī)車高速運(yùn)行時(shí)，弓頭滑板與接觸導(dǎo)線跟隨性更好。

調(diào)節(jié)螺栓4的伸出量，便可改變弧形調(diào)整板6上的傾角，也就改變了壓力特性的擺動(dòng)趨向。

3.弓頭部分

弓頭部分由滑板框架、羊角、滑板、彈簧盒、固體潤(rùn)滑劑等組成，如上面的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖重(c)所示。

滑板框架用鋼板壓制后鍍鋅而成，羊角為鑄鋁件。羊角與滑板框架組裝，連接成整個(gè)弓頭外形。在滑板框架上裝有兩排粉末冶金滑板和兩排固體潤(rùn)滑劑。

滑板是直接與接觸導(dǎo)線接觸受流的部件，它是受電弓故障率較高的部件之一，最常見的故障是磨耗到限和拉槽。

目前采用的滑板有碳滑板、鋼滑板、鋁包碳滑板、粉末冶金滑板等。其中，碳滑板較軟，滑板自身磨耗較大，需經(jīng)常更換，適用于銅接觸導(dǎo)線;鋼滑板較硬，對(duì)接觸網(wǎng)磨耗較大，適用于鋼鋁接觸導(dǎo)線;粉末冶金滑板的主要成分是鐵、銅和潤(rùn)滑油，它有較好的自潤(rùn)滑性和一定的機(jī)械強(qiáng)度，電阻率也較小，與接觸網(wǎng)導(dǎo)線接觸受流性能良好，既能同時(shí)適用于銅接觸導(dǎo)線和鋼鋁接觸導(dǎo)線，又有助于減少因滑板損壞而造成的刮弓事故，是目前較為理想的滑板材料。

SS8型電力機(jī)車上采用的TSG3-630/25型單臂受電弓使用的就是粉末冶金滑板，其初始厚度為10mm，磨損至3mm后必須更換。

彈簧盒使弓頭與鉸鏈機(jī)構(gòu)進(jìn)行彈性連接，保證機(jī)車運(yùn)行時(shí)，弓頭能隨著接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度和馳度的變化而作前后點(diǎn)頭、上下動(dòng)作，以便改善受流質(zhì)量。

4.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是用來傳遞力矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)受電弓的升、降運(yùn)動(dòng)的控制，它與受電弓為電絕緣。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由傳動(dòng)氣缸22、連桿絕緣子21、U形連桿20、轉(zhuǎn)臂19等組成。連桿絕緣子連接在傳動(dòng)氣缸與U形連桿之間，U形連桿與轉(zhuǎn)臂連接，轉(zhuǎn)臂再與下臂桿轉(zhuǎn)軸連接在一起。

傳動(dòng)氣缸是受電弓的動(dòng)力裝置，進(jìn)氣時(shí)升弓，排氣時(shí)降弓，其缸體與水平面成15°仰角，安裝在機(jī)車頂蓋上。

5.控制機(jī)構(gòu)

控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)受電弓的升、降弓運(yùn)動(dòng)的控制。

TSG3-630/25型受電弓的控制機(jī)構(gòu)由緩沖閥和升弓電空閥組成，安裝在機(jī)車內(nèi)部，以便在機(jī)車內(nèi)部調(diào)整升、降弓時(shí)間。

緩沖閥結(jié)構(gòu)示意圖

1-緩沖閥排氣口;2-快排閥快排口;3-快排閥活塞;4-氣室;5-快排閥反力彈簧;

6-快排閥調(diào)節(jié)螺釘;7-節(jié)流閥調(diào)節(jié)螺釘;8、9-暗道;10-進(jìn)氣口;11-電空閥。

緩沖閥實(shí)際上是一個(gè)流量控制閥，它借助改變通流管路的截面大小來調(diào)節(jié)氣流量，滿足受電弓升、降弓過程先快后慢的動(dòng)作要求，減小對(duì)接觸網(wǎng)和車頂?shù)臎_擊和振動(dòng)，避免降弓時(shí)的拉弧現(xiàn)象。

它由快排閥和節(jié)流閥兩部分組成，主要包括氣室4、快排閥活塞3、快排閥反力彈簧5、快排閥調(diào)節(jié)螺釘6、節(jié)流閥調(diào)節(jié)螺釘7、暗道8和9等部件。緩沖閥的進(jìn)氣口10與升弓電空閥下方的進(jìn)氣口相連，壓縮空氣經(jīng)緩沖閥閥體內(nèi)的小孔，通過不同截面的暗道，分別送入節(jié)流閥和快排閥。緩沖閥的排氣口1與受電弓傳動(dòng)氣缸的進(jìn)風(fēng)口相連。

下圖的(a)、(b)、(c)圖分別表示了受電弓升弓、快速降弓、緩慢降弓的動(dòng)作原理示意圖。

緩沖閥動(dòng)作原理示意圖

(a)升弓過程;(b)快速降弓過程;(c)緩慢降弓過程。

升弓過程是壓縮空氣壓縮降弓彈簧的過程，節(jié)流閥口的大小，直接控制著壓縮空氣進(jìn)入傳動(dòng)氣缸的快慢。當(dāng)節(jié)流閥口調(diào)好后，升弓初始，降弓彈簧的壓力最小，克服該力所需要的氣壓較小，節(jié)流閥口的進(jìn)出氣壓差最大，此時(shí)傳動(dòng)氣缸中活塞的移動(dòng)較快，升弓迅速;隨著弓頭的逐漸上升，降弓彈簧的壓力逐漸增大，克服該力所需要的氣壓也逐漸增大，因此，節(jié)流閥口的氣壓差逐漸減小，進(jìn)入氣缸的氣流逐漸減慢，升弓的速度也逐漸減慢。

這就實(shí)現(xiàn)了受電弓升弓時(shí)先快后慢的動(dòng)作要求，減小了對(duì)接觸網(wǎng)的沖擊和振動(dòng)。

降弓時(shí)，電空閥失電，傳動(dòng)氣缸內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)節(jié)流閥、電空閥排向大氣。降弓初始，傳動(dòng)氣缸內(nèi)氣壓較大，作用于快排閥上方的力大于快排閥下方彈簧所產(chǎn)生的力，快排閥閥口打開，傳動(dòng)氣缸內(nèi)的壓縮空氣通過快排閥閥口大量排向大氣，使受電弓弓頭迅速脫離接觸網(wǎng)。

隨著傳動(dòng)氣缸內(nèi)氣壓的逐漸下降，在快排閥內(nèi)彈簧作用下，快排閥閥口關(guān)閉，氣缸內(nèi)的殘余氣體從節(jié)流閥口徐徐排出，受電弓下降的速度減慢。

這就保證了弓頭迅速脫離接觸網(wǎng)避免了拉弧現(xiàn)象，后變成緩慢下降，不會(huì)對(duì)受電弓底架和車頂產(chǎn)生有害沖擊。

緩沖閥的閥體上有兩個(gè)成錐形的調(diào)節(jié)螺釘，如圖緩沖閥結(jié)構(gòu)示意圖，上面的是降弓時(shí)間調(diào)節(jié)螺釘，下面的是升弓時(shí)間調(diào)節(jié)螺釘。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)升弓時(shí)間調(diào)節(jié)螺釘時(shí)，節(jié)流閥閥口進(jìn)風(fēng)量減小，升弓時(shí)間延長(zhǎng);反之，則升弓時(shí)間縮短。同理，可以調(diào)整降弓時(shí)間。