和諧型機車受電弓故障分析與處理

朱建偉

摘 要：該文詳細闡述了受電弓在機車安全運行中的重要性。敘述了受電弓的結(jié)構(gòu)以及自動升降原理。隨后，針對受電弓磨損嚴重、無法升弓或者自動降弓的問題，提出了故障分析，并且給出了相應(yīng)的故障處理辦法。

關(guān)鍵詞：受電弓 磨損斷裂 電磁閥 壓力開關(guān)

中圖分類號：U269 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0063-01

受電弓是和諧型電力機車的重要電器元件，承擔(dān)著連接、傳輸電力的重要作用。當(dāng)受電弓升起的時候，將接觸網(wǎng)的內(nèi)高壓電流傳遞給機車內(nèi)部的高壓電氣設(shè)備，以此來提供各種能量來源。當(dāng)受電弓發(fā)生故障的時候，直接影響著機車的順利運行，嚴重時更會對乘客的生命、財產(chǎn)安全造成威脅。因此，對和諧型機車受電弓易發(fā)生的常見故障進行分析、研究，保證機車的順利、安全運行，是十分必要的。

1 受電弓的結(jié)構(gòu)及升降工作原理

受電弓安裝在機車的車頂部，通過各種軟連線、支持絕緣子等進行連接。以HXD3型機車為例，該車的受電弓型號為DSA200。該受電弓有以下關(guān)鍵部件組成：底架、ADD系統(tǒng)、升弓裝置、阻尼器、下導(dǎo)桿、上臂、碳滑板等。其他類型的受電弓組成都大同小異[1]。

當(dāng)要升起受電弓的時候，升弓電磁閥工作，進氣通路打開，壓縮空氣進入升弓氣囊，產(chǎn)生體積變化，使鋼索產(chǎn)生動作，帶動受電弓弓頭升起。當(dāng)要收起受電弓的時候，升弓電磁閥閥芯向反方向運動，是升弓氣囊與大氣相連接，氣囊排氣，受電弓的弓頭依靠自重下降會原位置。

2 受電弓常見故障分析與處理

對于受電弓來說，與接觸網(wǎng)的連接、支承系統(tǒng)、受電弓的自動升降系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)在機車運行過程中必須時刻保持在工作狀態(tài)，如果某一部分發(fā)生故障，那么帶來的后果是難以預(yù)計的。因此，下文將闡述和諧型機車受電弓在運行過程中易發(fā)生的一些常見故障，并對其進行分析處理。

2.1 受電弓磨損斷裂嚴重

在機車的實際運行過程中，受電弓的整體形態(tài)在其特殊的空氣動力特性影響下，能夠保持相對的穩(wěn)定。但是對于其中的局部構(gòu)件，例如升弓閥板和軟連線等磨損情況較為嚴重。需要定期的進行更換，而且更換周期較短，大大增加了勞動量與生產(chǎn)運行投入，使受電弓的長時間穩(wěn)定運行程度大打折扣。因此有必要來分析一下受電弓中發(fā)生磨損的原因。

在機車運行過程中，經(jīng)常會發(fā)生硬點現(xiàn)象。硬點現(xiàn)象是一種危害性較大的物理現(xiàn)象。它產(chǎn)生于在機車高速運行的時候，受電弓的弓頭由于振動或者其他原因，與接觸網(wǎng)的線路發(fā)生劇烈碰撞、摩擦。硬點會加速受電弓弓頭處的異常磨損，形成凹痕，并且惡性循環(huán)，大大縮減受電弓的壽命。而且，車速越高，硬點帶來的危害就越大。

受電弓軟連線的橫截面形狀現(xiàn)在大都采用扁平矩形的結(jié)構(gòu)。經(jīng)試驗研究表明，當(dāng)橫截面相同，周圍所處的空氣動力場分布相似的時候，扁平矩形結(jié)構(gòu)能夠受到較高的壓力值。而從材料力學(xué)角度來分析，扁平矩形結(jié)構(gòu)的抗彎曲和剪切許用應(yīng)力值又較小，同時邊緣部位又存在一定的應(yīng)力集中，非常容易造成軟連線的斷股現(xiàn)象[2]。發(fā)生斷股之后，連接線的橫截面積總體減小，單位面積通過的電流就會增大，從而電阻發(fā)熱效應(yīng)就比較明顯。使軟連線長時間處于高溫的工作狀態(tài)，降低了耐磨性，同時也縮短了其使用壽命。

經(jīng)過上述分析，要想減少或者避免受電弓的磨損斷裂，可以從兩個方面著手解決。第一就是減少硬點的發(fā)生。在高速運行的機車中，硬點危害巨大。必須要加強對硬點的檢測。在布置接觸網(wǎng)線路的時候，要對線路進行多次的調(diào)整、檢查，將硬點的數(shù)量降到最低。同時減少機車的振動，使受電弓與接觸網(wǎng)線路可以穩(wěn)定連接。第二就是調(diào)整軟連線的橫截面形狀。扁平矩形不適合作為軟連線的橫截面，建議改成圓形。圓形截面的空氣流場比較穩(wěn)定，正壓區(qū)面積較小，使得軟連線可以保持相對穩(wěn)定的工作狀態(tài)，而且不容易產(chǎn)生疲勞破壞，可以延長其使用壽命。

3 受電弓無法升起或者自動降弓

總的來說，受電弓是一種氣動結(jié)構(gòu)，而且受到電氣系統(tǒng)的控制。當(dāng)受電弓的運動動作發(fā)生故障，不能完成要求動作的時候，可以從它本身的氣動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進行分析。

在受電弓的氣動管路中，結(jié)構(gòu)雖然簡單，但是在實際的運行中卻是故障頻發(fā)。該系統(tǒng)的運動部件較多，需要多個動作同時完成，因此對氣動系統(tǒng)的可靠性要求比較高。從電磁閥來說，如果電磁閥發(fā)生故障，閥芯不能運動，進氣和排氣管路均無法暢通，升弓和降弓的要求也就無法順利完成。在電磁閥的內(nèi)部，閥芯是主要的活動部件，對閥芯的潤滑就顯得特別重要。故障電磁閥內(nèi)，共同的都是閥芯的潤滑油脂都沒有了，或者已經(jīng)風(fēng)干，起不到任何潤滑的作用。同時閥體內(nèi)部殘留有雜質(zhì)顆粒物，影響了電磁閥的氣閉性能，使管路的壓力存在損失。

受電弓內(nèi)部的壓力開關(guān)是自動檢測是否完成升弓動作的部件。如果壓力開關(guān)發(fā)生故障，系統(tǒng)就會對升弓動作判斷失誤，從而發(fā)出錯誤的指令。例如，發(fā)出升弓動作指令，并延時25s之后，如果壓力開關(guān)的氣壓信號有問題，系統(tǒng)就會認為該受電弓故障，并進行降弓，啟動備用弓。但是在實際運行過程中，會有諸多因素導(dǎo)致壓力開關(guān)判斷失誤。例如壓力開關(guān)的傳感器發(fā)生漂移，實測值與設(shè)定值誤差較大；外界環(huán)境溫度較低的時候，升弓時間延長，25s內(nèi)無法完成升弓動作。這些都會導(dǎo)致受電弓的自動降弓。

快速降弓閥發(fā)生排風(fēng)故障。在需要升弓或者保持弓升起狀態(tài)的時候，如果ADD氣路或者壓力開關(guān)出現(xiàn)泄漏，在降弓閥的閥腔內(nèi)部如果下腔的壓力大于上腔的壓力，那么膜片就會向上運動，下腔的氣密性就會遭到破壞，此時壓縮氣體就會順著下腔排除，使受電弓失去壓力的支承，導(dǎo)致自動降弓[3]。此外，如果快速降弓閥膜片上面的阻尼孔被雜質(zhì)顆粒物堵塞，下腔內(nèi)的空氣就無到達上腔，同樣會導(dǎo)致下腔壓力升高，發(fā)生自動降弓。

經(jīng)過上述分析，在遇到無法升弓或者自動降弓的問題時，可以從以下幾個方面入手：①更換或者選用性能更好的氣動電磁閥。保證其具有良好的氣密性、潤滑性以及動作可靠性。②更換或者選用性能更好的壓力開關(guān)。其傳感器的精度是一個非常重要的參數(shù)，盡量避免測量數(shù)據(jù)的漂移，提高數(shù)據(jù)反饋速度。③延長壓力開關(guān)的延時時間，避免因為環(huán)境因素導(dǎo)致升弓時間延長，從而讓壓力開關(guān)產(chǎn)生誤判。④對受電弓的氣動管路進行定期的清洗、檢查，消除小細顆粒帶來的危害。⑤在快速降弓閥進氣口增加過濾網(wǎng)，提高進入快速降弓閥的氣體清潔度，防止膜片的阻尼孔被堵塞。

4 結(jié)語

受電弓是機車的重要電器元件，擔(dān)任著電能傳輸?shù)氖姑渲匾晕阌怪靡伞＜訌妼κ茈姽Ｒ姽收系姆治觯⒄页銎涮幚磙k法，可以起到防患于未然的作用。在發(fā)生緊急情況的時候，采取相應(yīng)的預(yù)案，最大程度保護乘客的生命、財產(chǎn)安全。

參考文獻

[1] 張振明.HX_D2B型電力機車受電弓故障原因分析[J].黑龍江科技信息，2015（9）：39.

[2] 趙曉明.CRH3型動車組受電弓故障分析及改進措施[J].機車電傳動，2009（1）：74-75.

[3] 杜建波.HX_D3C型機車受電弓故障的查找和原因分析[J].鐵道機車車輛， 2013（4）：113-116.