ss4改与ss7e型电力机车受电弓的特性比较本科论文.docx

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ss4改与ss7e型电力机车受电弓的特性比较本科论文

SS4改与SS7E型电力机车受电弓的特性比较

本文主要阐述SS4改与SS7E型电力机车受电弓的特性比较。

高速列车如按列车动力轮对分布和驱动设备的设置来分类，可分为动力集中型和动力分散型，如按列车的转向架布置、车辆联结方式来分类，可分为独立转向架式和铰接转向架式，各种类型的高速列车各有其优、缺点，但总体上均取得成功。

随着高速列车速度提高到300km/h以上，动力集中与动力分散两种类型正在相互靠拢，界线逐渐模糊，动力分散式相对集中，动力集中式将动轴扩展，粘着利用更加充分而性能价格比提高，正向着综合型式发展。

为了取得良好的受流效果，高速列车在低速一元弓和二元弓基础上，发展为目前的三元弓，即在二元弓基础上进一步将弓头分为滑板和滑板座，其间设置了支撑弹簧，使受电弓成为三质点。

这些受电弓包括德国在ICE3型高速列车上使用的DSA-350SEK型，法国TGV-A型高速列车上使用的GPU型，以及在AGV高速列车上将使用CX型。

关键词：

电力机车；受电弓技术；特性

目录

摘要I

目录II

引言1

1单臂受电弓2

1.1DSA200型单臂受电弓结构2

1.1.1底架2

1.1.2下臂3

1.1.3上臂3

1.1.4弓头3

1.1.5升弓装置及控制机构3

1.1.6缓冲器4

1.1.7自动降弓装置4

1.1.8受电弓管路5

1.2主要参数6

1.3受电弓试验与调整8

1.3.1受电弓调整试验应在受电弓安装后进行8

1.3.2静态压力特性调整9

1.3.3升降弓时间调整10

1.4自动降弓装置ADD的调试10

1.5维护10

2弓网故障快速自动降弓装置12

2.1弓网故障快速自动降弓装置的功能及特点12

2.1.1“自动降弓装置”的主要功能12

2.1.2“自动降弓装置”的特点12

2.2工作原理12

2.2.1关闭“自动降弓装置”12

2.2.2开启“自动降弓装置”13

2.2.3自动降弓过程13

2.3试验方法13

2.3.1关闭“自动降弓装置”13

2.3.2开启“自动降弓装置”13

2.3.3模拟“自动降弓”试验13

2.4主要技术参数14

2.5日常维护14

2.6常见故障及处理14

3受电弓技术15

3.1高速列车受电弓的发展15

3.1.1受电弓主要技术特性15

3.1.2弓—网关系进一步优化15

3.2受电弓是电力机车从接触网受取电能的电气设备16

3.2.1构造16

3.2.2动作原理16

3.2.3受流质量16

3.2.4SS4改型电力机车LV-2600IIB型受电弓参数17

3.2.5SS7E型电力机车LV-2600III型受电弓参数19

4集体运输技术22

4.1受电弓和碳滑板22

4.2接地回流装置22

4.3用于牵引场合的碳刷及刷架23

4.4SCHUNK测量系统24

结论25

致谢26

参考文献27

引言

高速铁路正在全世界如火如萘地发展，2002年底统计世界新建高速铁路已达5435km，2004年4月1日韩国首条高速铁路开通，速度达300km/h，2005年中国台湾省首条高速铁路也将开通，到2007年全世界新建高速铁路还要增加3267km。

高速列车是高速铁路的技术核心，是机车车辆现代化的具体载体。

如果说高速铁路是现代高新技术的综合集成，则高速列车是机械、电子、材料、计算机、控制等现代技术综合集成的集中体现。

根据国务院批准执行的“中长期铁路网规划”要求，2020年前我国将修建四纵四横客运专线及三个城际快速客运系统共计达12000km以上，为此研究开发并攻克高速列车的关键技术，推进我国机车车辆现代化已成为当前摆在铁路科技工作者面前的紧迫任务。

1单臂受电弓

DSA200型单臂受电弓

受电弓是机车从接触网获得电能的部件，在机车车顶两端各装一台，机车运行时压缩空气通过车内各阀进入受电弓升弓装置气囊，升起受电弓，使受电弓滑板与接触网接触。

反之，排出升弓装置气囊内压缩空气，使受电弓落下，受电弓外形见图9—1示。

图1—1DSA200型单臂受电弓

1缓冲器2底架3升弓装置4弓装配5下臂6上导杆7滑板8弓头9上臂10下导杆

1.1DSA200型单臂受电弓结构

受电弓由底架、升弓装置、下臂、上臂、弓头、滑板及空气管路等组成。

1.1.1底架

底架采用钢板焊接结构，在框架上焊有升弓装置、下臂、下导杆、减震绝缘瓷瓶、管路等支座。

见图1—2

图1—2底架

1.1.2下臂

下臂管上、下端焊接轴套（连接器），轴套上焊有联线板、缓冲器支架，并在下轴套上有“线导向”下轴套通过轴承、轴与底架相连。

1.1.3上臂

在上臂框架内装有涨紧绳,框架下焊有下导杆支架及联线板。

弓头与通过框架上管的轴、止动器、控制杆、左右支架连接。

上臂下端通过连接器、连接板与下臂相连。

上臂下端与上导杆相连，上导杆上端与弓头支架相连。

上臂下端与下导杆相连。

下导杆与底架相连。

1.1.4弓头

弓头由弓头支架装置、滑板组成。

弓头支架上端用螺栓与滑板相连，弓头支架通过两个横簧与上臂相连，保证横向弹性。

在支架与上臂间装有四个涨簧以保证纵向弹性。

通过弹簧使滑板与接触网间得以缓冲。

弓头调风翼根据不同速度机车的动态接触压力通过弓头翼片调节。

滑板内有风道并充有压缩空气。

1.1.5升弓装置及控制机构

升弓装置由升弓气囊、升弓钢丝绳、安装机械及轴组成。

当气囊充气后，气囊膨胀，在驱动器作用下，拉伸钢丝绳，使线导向绕下臂轴转动、受电弓升起。

反之受电弓下降。

控制机构控制受电弓单位升、降运动。

由电空阀、两个单向节流阀、精密调压阀组成。

两个单向节流阀，通过控制进、出气囊的压缩空气量，分别用来控制受电弓的升、降速度。

精密调压阀用来调节接触压力。

1.1.6缓冲器

缓冲器安装在底架和下臂轴套之间，由阻尼器、防尘盖、保护套、接头、锁紧螺母等组成。

见图1—3

图1—3缓冲器

1阻尼器2保护套3右4左5防尘盖6锁紧螺母（气缸）7接头8锁紧螺母（接头）

1.1.7自动降弓装置

自动降弓装置由滑板上的管道、快速下降阀、试验阀、关闭阀及导管组成。

当滑板上的管道出现漏气，使管道压缩空气排出，压力下降，导致升弓装置压缩空气从快速下降阀排出。

迫使受电弓快速下降。

如果快速下降阀与滑板间的导管断裂，可用关闭阀使自动降弓装置停止工作。

当滑板出现小裂缝不会影响受电弓正常工作时（在允许范围内），少量漏气可由快速下降阀遏制。

试验阀是用来摸仿管道漏气，观察快速下降阀动作设制的装置。

自动降弓装置压缩空气流程见图1—4

图1—4自动降弓装置压缩空气流程图

1快速降弓阀2关闭阀3试验阀4滑板5升弓装置（气囊）

来自升弓电空阀的压缩空气，一路向气囊充气、一路进入快速降弓阀下室、一路进快速降弓阀上室同时经关闭阀给滑板管道充气。

快速降弓阀内分上下两室，上室容积大，在两室间膜板上开小孔。

当导管小漏气时，由于上室容积大，室内压力变化小，压缩空气由下室经小孔向上室补充。

维持受电弓工作。

当漏气较大时，上室压力下降，下室压力顶开膜板，打开排气孔，将压缩空气排出，受电弓快速下降。

1.1.8受电弓管路

供受电弓的压缩空气管路见图1—5。

压缩空气通过电空阀1，经F02—X430型空气过滤器2—升弓节流阀（号1/79002）3—G1/4精密调压阀4，精密调压阀将压缩空气调整到正常升弓压力值约360～380kPa相当于接触压力70N，由精密调压阀向受电弓提供恒定的压缩空气，压缩空气压力差可达±2kPa。

每变化1kPa相当于接触压力变化10N。

—K4-10-50型G1/4气压表（0～1000kPa）5—降弓节流阀（编号1/79002）6—安全阀（编号141—782/0400）7—压缩空气绝缘管8通过车顶、到升弓气囊9。

图1—5空气管路

1电空阀2空气过滤器3升弓节流阀4精密调压阀5气压表6降弓节流阀7安全阀8压缩空气绝缘管9升弓气囊

1.2主要参数

1主要技术参数

型号DSA—200

环境温度-400~+400C

设计速度200km/h

额定电压25kv

额定电流1100A

静态接触压力70±5N（可调）

动态接触压力通过弓头翼片调节（用户根据需要选装）

压缩空气压力0.4~1.0Mpa接触压力

正常工作压力（70N时）空气压力约0.36~0.38Mpa

升弓最小压力0.32Mpa

滑板压力变化10N空气压力变化0.01Mpa

精密调压阀耗气量输入压力＜1M时，≤11.5L/mm

弓头垂向移动量60mm

升弓时间＜5.4s

降弓时间＜4s

自动降弓时间1.2s（离网150mm）

2尺寸参数（参见图1—6）

纵向安装尺寸（图内1）800mm

横向安装尺寸（图内2）1100mm

最低处折叠长度（图内3）约1423mm（关节与绝缘子间）

绝缘子高度（图内4）约319mm

落弓位高度（图内5，含绝缘子）588mm（612mm上臂最高处）

最大升弓高度（图内6，含绝缘子）3000mm

最低工作高度（图内7，含绝缘子）约888mm

最大工作高度（图内8，含绝缘子）约2800mm

碳滑板直线长度（图内9）约1250mm

滑板总长度（图内10）约1576mm

弓头长度（图内11）约1950mm

弓头宽度（图内12）约5802mm

折叠长度（图内13）约2561mm（关节处与底架间）

图1—6外型尺寸

1.3受电弓试验与调整

1.3.1受电弓调整试验应在受电弓安装后进行

并在调试工作前，做几次（至少两、三次）升弓和降弓试验。

1.3.2静态压力特性调整

（参见图1—5及1—7）

图1—7接触压力

（1）接入压缩空气管并打开精密调压阀，首先初调受电弓静态接触压力，将精密调压阀完全转到“－”位置，打开升弓电空阀。

在受电弓顶管上挂弹簧秤，再调精密调压阀，直到受电弓慢慢上升为止。

然后，在弓头升高1.6m时，人力阻止受电弓上升，使弓头能在这一高度处停留。

弹簧秤应显示为70N。

（2）精调静态接触压力：

用弹簧秤使受电弓缓慢地朝下运动，而后，再向上缓慢运动。

（上升和下降运动均是在大约1.6m的高度上进行，且每次上、下移动距离为0.5m），取平均值为70N。

受电弓向下运动时，力的最大值不超过80±5N，向上运动时，力的最小值不小于60±5N。

在同一高度两个值之差都不应大于20N。

由于滑板的磨损（重量的损耗），接触压力最大可以增加10N。

此时不必调节压力，因为一旦安装上新的滑板时，又恢复到以前接触压力值。

调压阀上的压力表只能做粗略检查，不能做校正依据。

拧紧精密调压阀手轮防松螺母，固定调压阀的最终调整压力。

（3）调整试验要求

①额定静态接触压力：

在静止状态下，弓头滑板在工作高度范围内对网线的压力。

要求压力值70

10N。

②同高压力差：

受电弓在同一高度下，上升和下降静态接触压力差。

要求不大于20N。

③同向压力差：

工作高度范围内，受电弓上升或下降时的最大静态接触压力差，要求不大于10N。

1.3.3升降弓时间调整

（1）调整要求：

调整过程应在静态接触力调整好后（360～380kPa额定气压范围）进行。

通过阀板上的两个节流阀（参图9—5）3、6调整。

从受电弓的落弓位置到工作位置，既受电弓从落弓位置上升2m高（包括绝缘子）的升弓时间和降弓时间。

升弓时间：

≯5.4s

降弓时间：

≯4s

升弓时，受电弓不允许有任何回跳。

降弓时，受电弓必须有缓冲，并落在两个橡胶减震器上，允许降弓时在降弓位弹跳。

（2）调整方法：

调整节流阀控制受电弓的运动速度，使其满足升、降弓时间的要求。

1.4自动降弓装置ADD的调试

1将自动降弓装置的关闭阀在“开ON”位置、试验阀在“关闭OFF”位。

气囊工作正常。

受电弓升起。

2将试验阀在“工作OPERATION”位。

快速降弓阀排气，受电弓快速下降。

3关闭阀放在“关闭NO”位，可重新启动受电弓。

4试验后打开关闭阀、关闭试验阀，恢复受电弓正常态。

1.5维护

1各紧固件齐全、完好、紧固，各软连接编织导线不许有断股＞10％。

各部件状态良好不许有变形及弯曲，轴承良好。

钢丝绳两边松紧一致

2定期拧开阀板上过滤器外罩，清除灰尘及水。

粗、洁，不许有污垢、杂物是否完整

3保持绝缘子良好、清洁、不许有裂痕现象。

4检查弓头滑板，不许有松动、切口、缺口由电弧发生的变形或缺陷，碳条高度＜5mm或滑板总高度≤22mm时更换。

同弓新、旧滑板高度差≤3mm。

中修全部更新。

5下导杆两端轴承、升弓装置销轴、下臂6个轴承注入SHELLALVANIAR3型壳牌润滑脂。

油杯密封。

6保持缓冲器状态良好，当有漏油、磨损、动作不良时应更换。

7检查钢丝绳：

受电弓在降弓位置检查钢丝绳的松紧（两边松紧一致）。

避免气囊下弯。

出现断股更新。

8检查气囊，发现漏气更换。

9受电弓底座应保持水平，受电弓由三个橡胶减震器支撑。

橡胶减震器位置检测方法：

受电弓在落弓位，受电弓应放在三个橡胶减震器上。

三个橡胶减震器承载着受电弓的上、下臂和弓头。

且由弓架防护弓头。

受电弓安装后应检查受电弓是否由橡胶减震器支撑着。

并通过调整橡胶减震器的高度来保证。

并通过调整弓架使弓架与弓头间留有8～10mm间隙。

2弓网故障快速自动降弓装置

为扩大ADD自动降弓的功能，保证机车的正常运行，在SS3B型重联电力机车上加装了弓网故障快速自动降弓装置。

2.1弓网故障快速自动降弓装置的功能及特点

2.1.1“自动降弓装置”的主要功能

包括：

（1）在受电弓滑板出现断裂、拉大沟槽、磨耗到限等损坏或绝缘导管断裂时，实现快速降弓。

（2）降弓动作的同时，能自动切断机车主断路器，避免带负载降弓产生拉弧火花而损坏受电弓滑板和接触网导线。

（3）自动降弓的同时，可实现声响和指示灯报警，当与机车语音箱接口时，可同时实现监控语音箱报警，便于乘务员了解情况，及时采取措施。

（4）可方便实现“自动降弓”和“正常降弓”功能的快速转换，既当“自动降弓装置”自身发生故障时，不影响机车的正常运行及操作。

2.1.2“自动降弓装置”的特点

（1）“自动降弓装置”降弓动作响应时间快（小于0.7秒）。

（2）降弓动作同时自动切断机车主断路器，响应时间小于0.2秒。

（3）机车车顶采用聚四氟乙烯管进行高低压隔离，安全可靠。

（4）工作温度–40～70℃

（5）具有多种报警功能。

2.2工作原理

当发生弓网故障，既碳滑条的气道或控制管路损坏漏气时，导致控制管路内的气压下降。

“自动降弓装置”检测到气压变化，给出控制信号，断开主断路器、切断机车升弓主气路、快排阀迅速排空受电弓气囊内的压缩空气、使受电弓迅速下降、发出报警信号，实现快速降弓。

2.2.1关闭“自动降弓装置”

将电气控制箱的“运行/库用”开关置“库用”位，此时“自动降弓装置”处于非工作状态，受电弓恢复原控制程序：

升弓时，合升弓按键开关，升弓电控阀得电，压缩空气经电控阀、主气路管进入升弓气囊，受电弓升起。

降弓时，断开升弓按键开关，电控阀失电，切断进入气囊的主气路，电控阀的排气口打开，气囊与大气相通，排出气囊内的压缩空气，受电弓降下。

2.2.2开启“自动降弓装置”

将电气控制箱的“运行/库用”开关置“运行”位，“自动降弓装置”处于工作状态。

合升弓按键开关，电控阀得电，压缩空气经电控阀后、一路送入受电弓气囊，另一路向碳滑条气道充气，受电弓升起。

2.2.3自动降弓过程

当发生弓网故障时，产生漏气，使控制管路内压缩空气压力降低。

压力开关检测到控制管路内的压力变化后，切断进入受电弓气囊的主气路（关闭升弓电空阀），电气控制箱发出报警信号并切断机车主断路器；同时，打开快排阀排气口，将受电弓气囊内的压缩空气直接排入大气，实现快速降弓。

2.3试验方法

试验前“自动降弓装置”必须进行一次全面的检查，确认无误后方可通电、通气试验。

试验可在库内或库外有电区进行，试验步骤及方法如下：

2.3.1关闭“自动降弓装置”

反复升降弓三次，确认受电弓升降弓正常后，再进行试验。

2.3.2开启“自动降弓装置”

反复升降弓三次，确认受电弓升降弓正常后，再进行试验。

2.3.3模拟“自动降弓”试验

（1）合主断路器。

（2）在车内持续按住电气控制箱的“试验按钮”。

此时“自动降弓装置”将迅速反应：

主断路器断开、快速自动降弓、电气控制箱报警灯亮，内置报警器发出声响。

如果装置与机车语音箱连接，将会同时发出语音提示：

“I位端自动降弓动作”或“II位端自动降弓动作”。

（3）模拟降弓试验完成后，松开“试验按钮”。

受电弓恢复正常。

2.4主要技术参数

额定电压（V）DC110

主断路器动作响应时间（S）0.2

快速降弓动作响应时间（S）1.5

检测压力范围（kpa）20~700

工作温度范围（0C）－40~70

2.5日常维护

经常擦拭“自动降弓装置”用于高低电压隔离的聚四氟乙烯管。

检查“自动降弓装置”在受电弓上安装的管路接头和接头是否有漏气现象，各连接软管的固定情况。

检查电气控制箱的工作情况，各插头连接是否良好。

2.6常见故障及处理

序号

故障现象

故障原因

处理方法

1

电气控制箱的“自动降弓”开关处于开启状态时，受电弓无法正常升弓。

车顶控制管路或接头有漏气现象。

检查受电弓上的控制管路、管接头，排除漏气。

2

产生自动降弓动作，但未跳主断路器。

电气控制箱的主断路器保险被烧断。

查找原因，并更换电气控制箱上的主断保险。

3

产生自动降弓动作，有内置报警声响，报警指示灯亮，但机车语音箱无语音报警输出。

电气控制箱的外报警保险被烧断。

或机车语音箱发生故障。

更换电气控制箱的外报警保险。

或检查机车语音箱。

4

产生自动降弓动作，但未跳主断路器，无报警声，报警指示灯不亮。

多数情况是电气控制箱的“升弓”保险被烧断。

更换电气控制箱上的“升弓”保险。

5

电气控制箱上的“自动降弓”开关置于开启状态，但前面板上的“自动降弓”指示等不亮。

电气控制箱的“受电弓”保险被烧断。

查找原因，并更换电气控制箱上的“受电弓”保险。

3受电弓技术

3.1高速列车受电弓的发展

为了取得良好的受流效果，高速列车在低速一元弓和二元弓基础上，发展为目前的三元弓，即在二元弓基础上进一步将弓头分为滑板和滑板座，其间设置了支撑弹簧，使受电弓成为三质点。

这些受电弓包括德国在ICE3型高速列车上使用的DSA-350SEK型，法国TGV-A型高速列车上使用的GPU型，以及在AGV高速列车上将使用CX型。

3.1.1受电弓主要技术特性

受电弓的主要技术特性应包括：

（1）弓头质量小，具有良好的追随特性；

（2）具有良好空气动力学特性，高速时受电弓抬升力小，上臂与弓头间空气动力作用小，运行稳定。

（3）与接触网参数能很好地匹配，以获得良好的受流性能，减少离线率。

（4）能双向运行，并具有防护装置保护接触导线免受损坏。

（5）结构简单，维修方便。

3.1.2弓—网关系进一步优化

弓—网关系进一步优化的目标是改进下述各项参数指标：

（1）波动传播速度：

其值越高则弓—网关系越适应于高速；

（2）增强因数，其值越小越好。

该指标要求受电弓在高速运行时，被激发的振动在传播和反射中不被加强，振幅的增强程度就用增强因数表示，其值越小越好，它与波动传播速度、接触导线和承力索的张力及受电弓的追随特性均有关。

（3）受电弓与接触网动态接触压力应控制在40～120N之间。

接触压力太小将导致接触不良，引起电弧、离线。

接触压力太大造成接触网抬升量过大、受电弓运动振幅加大，导致受流恶化。

3.2受电弓是电力机车从接触网受取电能的电气设备

3.2.1构造

受电弓可分单臂弓和双臂弓两种，均由集电头、上框架、下臂杆（双臂弓用下框架）、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。

近来多采用单臂弓（见图）。

3.2.2动作原理

升弓：

压缩空气经受电弓阀均匀进入传动气缸，气缸活塞压缩气缸内的降弓弹簧，此时升弓弹簧使下臂杆转动，抬起上框架和集电头，受电弓均匀上升，并同接触网接触。

降弓：

传动气缸内压缩空气经受电弓缓冲阀迅速排向大气，在降弓弹簧作用下，克服升弓弹簧的作用力，使受电弓迅速下降，脱离接触网。

+q:

F%~:

K;

3.2.3受流质量

受电弓集电头和接触网间流通负荷电流的流畅程度。

受流质量取决于受电弓和接触网之间的相互作用。

为保证能流通一定的负荷电流，受电弓和接触网之间必须有一定的接触压力。

受电弓升弓系统施加予集电头，使之向上的垂直力为静态接触压力。

接触网沿线各点的刚度不同，使接触导线在受到受电弓接触压力作用时产生不同程度的上升，从而使受电弓在机车运行中产生上下振动。

因此，受电弓附加承受一个受其本身归算质量和接触网刚度所影响的上下交变的动态接触压力。

在运行中气流对受电弓产生一个随速度增加而迅速增加的气动力，使接触压力增加。

上述三种作用力的合力，如果太小则受流质量不佳，如果太大则会增加接触导线和集电头接触板的磨损。

为保证受电弓具有可靠的受流质量，应尽量减小受电弓的归算质量和集电头的质量，尤其是在高速运行的时候。

采用橡胶元件和阻尼装置可以减少框架和集电头的振动，抑制动态接触压力变化幅值。

采用适当的框架结构形式可以提高受电弓的受流质量。

集电头的性能对受流质量影响很大。

3.2.4SS4改型电力机车LV-2600IIB型受电弓参数

序号

指标

参数

备注

1

设计速度

120Km/h

2

适用机车型号

SS1SS4

3

额定工作电流

400A

4

工作环境温度

－25~45℃

5

额定工作气压

500KPa

6

最小工作气压

380KPa

7

大工作气压

640KPa

8

静态接触压力

75±5N

9

压力调整范围

65~85N

10

工作高度

500~2250mm

11

最大有效高度

2600mm

12

最小有效高度

300mm

13

升降弓时间

13.1

上升时间

4S≤T升≤8S

可调

13.2

下降时间

4S≤T降≤7S

可调

14

受电弓尺寸

14.1

纵向安装尺寸

750mm

14.2

横向安装尺寸

1488（744+744）mm

14.3

折叠长度

2380mm

14.4

折叠高度

275±5mm

不含绝缘子

15

受电弓滑板托架

15.1

全长

2050±8mm

15.2

宽度

400mm

15.3

高度

360±5mm

不含滑板厚度

16

铜基粉末冶金滑板

16.1

更换时厚度

10mm

16.2

到限时厚度

3mm

17

碳滑板

17.1

更换时厚