簡述一種雙流制電力機車受電弓及其控制方法

陳敏堅，周 維

（南車株洲電力機車有限公司 電氣設備分公司，湖南 株洲 412001）

簡述一種雙流制電力機車受電弓及其控制方法

陳敏堅，周 維

（南車株洲電力機車有限公司 電氣設備分公司，湖南 株洲 412001）

文章介紹了一種新型的雙流制電力機車用受電弓設備，包括主要技術參數及特點，總體結構，控制方法。

受電弓；雙流制；控制方法

受電弓是一種鉸接式的機械構件，它安裝在電力機車、地鐵車輛和電動車組車頂。在車輛運行過程，受電弓與架空接觸導線接觸，從接觸導線集取電流，并將其通過車頂母線傳送到車內供車輛牽引使用。

雙流制電力機車能在兩種供電制式接觸網下運行，并能自動檢測接觸網類型，完成兩種制式的配置和自動轉換。在目前的雙流制機車上，通常安裝了兩種滿足不同電流制式要求的受電弓，如在交流線路下只能使用滿足交流制式的受電弓，直流線路亦然。而新型的受電弓是將交流、直流制式的要求和特點融合在一起，并通過控制閥板實現交直流切換，滿足雙流制電力機車受流的要求。

1 主要技術參數

新型雙流制受電弓采用單臂形式，通過氣囊升弓，自重降弓，主要技術參數如下：

額定工作電壓 AC 25kV或DC 3kV

額定工作電流 1900A

車輛靜止狀態時的額定電流 460A

設計時速 200km/h

靜態接觸壓力（AC 25kV） 70N±10N

靜態接觸壓力（DC 3kV） 110N±10N

升弓時間 6s～10s

降弓時間 ≤6s

工作氣壓 450kPa～1000kPa

折疊高度 650+8-10mm

最小工作高度(從落弓位滑板面起) 220mm

最大工作高度(從落弓位滑板面起) 2250mm

集電頭長度 1950mm±10mm

集電頭輪廓 符合UIC 608-2003的要求

電氣間隙 ≥340mm

2 總體結構

受電弓總體結構由底架、下臂桿、上框架、拉桿、氣囊升弓裝置、平衡桿、集電頭等部件組成，如圖1所示。

3 技術特點

3.1 集電頭

集電頭包括弓角、接觸滑板和弓頭懸掛裝置，整個輪廓按照UIC 608-2003《國際聯運用電力機車和電力動車受電弓應遵循的條件》設計，良好匹配交流和直流制式的接觸網。

弓角在受電弓通過岔線時起引導接觸導線的作用，避免接觸導線鉆入集電頭下部引起弓網事故。弓角采用不銹鋼制成的滑板托架與絕緣材料成型的彎板，既保證了弓角的結構強度，又減輕了弓角的質量。

接觸滑板通過采用浸金屬碳條材料和增加碳條寬度來提高載流能力。在電氣性能和物理性能上，浸金屬碳條相比純碳滑條都具有更大優勢。目前的浸金屬滑板承載電流密度為18A/mm，單根可承載電流達到1080A，同時兼顧了在直流和交流接觸網下的電流要求。

弓頭懸掛采用單邊對稱布置的兩組橡膠彈簧元件，結構簡單，壽命周期內免維護。

3.2 鉸鏈結構

鉸鏈系統包括下臂桿、上框架、拉桿和底架，構成一個四桿機構。通過計算和調整，上框架頂管的運動軌跡將近似一條垂直的直線。

下臂桿由無縫鋼管在連接處密封焊接而成，且包括底架軸承管和肘接軸承管的密封軸承。底架軸承管上有配合氣囊驅動裝置和阻尼器的連接板。

上框架由高強度鋁合金管、鋁合金板焊接而成?？蚣艽罅繎娩X合金的主要目的是實現受電弓較輕的質量，從而保證受電弓具有良好的跟隨性。上框架的橫向剛度通過安裝交叉的拉桿得到進一步加強。

拉桿的長度可以進行調節，以調整四桿機構的幾何結構，補償底架、下臂桿、上框架的制造公差。

3.3 二級控制閥板

為實現受電弓在交流、直流接觸網下具有不同的靜態接觸壓力，采用二級控制閥板。二級控制閥板布置有兩路獨立的壓力控制回路，分別安裝了兩個同型號的精密調壓閥，分別調整交流、直流線路條件下的受電弓接觸壓力。

圖1 受電弓結構圖

4 控制原理

如圖2所示，受電弓的控制閥板設置的氣動元件包括升降弓電磁閥MV3/2，過濾法VE，交直流工況切換電磁閥MV5/2，精密調壓閥DM1和DM2，梭閥SPE，單向節流閥DR和DRS，安全閥SI，壓力開關DS1和DS2。閥板控制受電弓的升降動作，升降速度，交直流工況下的靜態接觸壓力，并具備反饋斷開機車車輛主斷路器的功能。

進出受電弓氣囊的壓縮空氣，流量大小影響受電弓升降速度。因此通過單向節流閥DR控制壓縮空氣進入受電弓氣囊的流量以得到合適的升弓時間，通過單向節流閥DRS控制壓縮空氣從受電弓氣囊排出的流量以得到合適的降弓時間。

受電弓氣囊內的壓縮空氣壓力大小影響受電弓的靜態接觸壓力。因此通過精密調壓閥DM1和DM2控制氣囊壓力以達到不同的靜態接觸壓力。其中DM1和DM2通過電磁閥MV5/2切換后單獨應用，分別設置滿足IEC 62486《軌道交通受流系統 受電弓與接觸網相互作用準則》要求的靜態接觸壓力。

壓力開關DS1和DS2分別起到斷開機車車輛主斷路器和交直流工況切換狀態反饋的功能。

圖2 受電弓控制原理圖

5 結語

新型的受電弓能夠同時滿足交、直雙流制電力機車受流要求，解決了以往雙流制電力機車需要安裝兩種型號受電弓的問題，具有很好的推廣價值和應用前景。目前已成功應用于南非20E、21E、22E雙流制電力機車，運用情況穩定。

[1]GB/T 21561.1-2008軌道交通機車車輛受電弓特性和試驗第1部分：干線機車車輛受電弓[S].

[2]GB/T 21561.1-2008軌道交通機車車輛受電弓特性和試驗第1部分：地鐵與輕軌車輛受電弓[S].

[3]IEC 62486-2002軌道交通受流系統受電弓與接觸網相互作用準則[S].

A Brief Introduction abount the Pantograph and Control Method for the Electric Locomotive of A Double-current System

CHEN Min-jian，ZHOU Wei
(Electrical equipment branch company，CSR zhuzhou electric locomotive co.,LTD.Zhuzhou,Hunan 412001，China).

The paper has introduced a new electric locomotive pantograph ofdouble-current system,including main technical parameters,overall structure,control method and technical characteristics.

pantograph；double-current system;control method

U264

A

2095-980X（2015）02-0041-02

2015-01-18

陳敏堅（1986-），男，廣西梧州人，大學本科，助理工程師，主要研究方向：受電弓設計。