神華號HXD1型電力機車受電弓典型故障分析

劉文進+++王東+++屈春華

摘 要：文章針對神朔鐵路運用三年以來神華號HXD1型電力機車TSG15B型受電弓出現的三種典型故障進行了原因分析，并以降本增效為理念，采用價格低廉的材料和簡單有效的方式，提出了相應的改進措施，取得了良好效果。

關鍵詞：TSG15B型受電弓；滑板；弓頭懸掛

1 概述

神朔鐵路自2013年1月起陸續引進神華號HXD1型八軸大功率交流電力機車，該型電力機車由神華集團和南車株洲電力機車有限公司共同研制生產。神朔鐵路交流電力機車萬噸重載牽引模式采取“2+1或3+0”組合牽引模式運營，極大提高了運輸效率，為神朔鐵路完成每年運量任務提供了可靠的運力保障。本文針對交流電力機車安裝的TSG15B型受電弓的特點以及在機車運用、維護中所體現出的問題進行分析，并提出相應的改進措施，為以后TSG15B型受電弓安全穩定的運行和可控的維護保養奠定基礎。

2 TSG15B型受電弓簡介

2.1 裝車情況

TSG15B型受電弓是裝配于和諧系列大功率機車的干線受電弓，在HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD1D、神華機車、HXD3、HXD3B、HXD3C等電力機車上都有成熟應用，目前已裝車7000余架，分布在國內各鐵路運行。

2.2 受電弓構成及原理

TSG15B型受電弓是由中車株機電力機車有限公司設計的單臂式氣囊受電弓。該受電弓由底架、下臂桿、上框架、平衡桿、弓頭懸掛、托架、滑板、氣囊、升弓鋼絲繩、阻尼器、快排閥和車內氣閥板等構成。

升弓過程為：電磁閥得電，壓縮空氣進入氣囊，氣囊膨脹驅動升弓鋼絲繩拉動下臂桿沿軸向上轉動，通過拉桿將上框架拉起；降弓過程為：電磁閥失電，升弓裝置排出氣囊壓縮空氣，受電弓靠自重降下，落于止擋。

受電弓在工作時，氣囊升弓裝置一直被供以壓縮空氣，弓頭采用懸掛裝置，具有一定的自由度。接觸網高度方面較小的差異通過弓頭懸掛裝置進行補償，較大的差異，通過鉸鏈系統進行補償，因此受電弓可隨接觸網的不同高度而保持接觸壓力基本恒定。

3 出現的故障和問題

TSG15B型受電弓潛在的一些問題均在機車運行中逐漸顯現，這些問題與受電弓的設計、維護理念有關。自2013年神朔鐵路配屬神華號HXD1型電力機車以來，該型受電弓先后出現過三種典型故障，下面就出現的三種典型故障分別說明。

3.1 止擋桿與滑板鋁制托架干涉

TSG15B型受電弓在使用中，弓頭框架自由運動，通過接觸網連接，弓頭被保持在正確位置。平衡桿由頂管和止擋桿組成，在升降弓時，平衡桿阻止弓頭的四處傾斜，通過平衡止擋桿控制使弓頭保持大致的水平位置。因此，平衡桿止擋桿在調整弓頭位置的過程中，會與滑板鋁制底架不斷觸碰摩擦。

神華號HXD1型電力機車在神朔鐵路配屬運用17個月的期間內，出現了因滑板氣道泄漏引起的自動降弓，入庫檢查發現滑板鋁制底架被過度磨損，滑板內氣道泄漏（如圖1所示）。

通過對現場情況進行分析，可以判定為止擋桿在對滑板起到支撐作用的同時，不斷地與滑板同一位置碰磨，最終造成滑板鋁制底架過度磨損。

3.2 滑板掉塊裂紋

TSG15B型受電弓弓頭懸掛支撐由兩個橡膠扭矩元件和兩個V型鏈接器構成。鏈接器被裝在扭矩條的末端，扭矩條將橡膠元件和鏈接器連接在一起。橡膠彈簧元件上方的調節板被安裝在弓頭托架，扭矩條被安裝在上框架的長橫管的免維護軸承上，這種結構允許弓頭盡可能地在上框架的頂管周圍沿垂直方向和水平方向自由運動。在工作期間，對于受迫頻率，懸掛彈簧表現出一個增加的剛度和較低的慣性阻尼，它的各向彈性允許進行誤差補償，并且吸收側向振動。

隨著機車運用時間的增長，該裝置中彈性元件會緩慢老化，彈性下降，導致弓頭高度相對降低。降弓時，在下臂桿與上框架未能完全降落的前提下滑板先落于底架止擋，導致下臂桿與上框架的重力作用在滑板上。最為重要的是運行中該彈性支撐裝置對滑板的緩沖作用大幅減小，滑板在通過接觸網導線的硬點時，造成滑板沖擊掉塊以及產生碰撞裂紋，使得滑板并未正常磨耗到限位極限卻被大量更換，造成極大的材料浪費。

3.3 滑板固定螺栓過熱

2016年7月6日，HXD17118機車在運行中受電弓滑板固定螺栓處發紅；2016年7月11日，HXD17022、7110、7009、7096、7024、7092機車分別在運行中出現受電弓滑板固定螺栓處發紅現象。機車入庫后，檢查滑板固定螺栓緊固情況，拆下滑板后發現，滑板與托架接觸面電腐蝕現象嚴重（如圖2所示）。

TSG15B型受電弓的弓頭是由滑板與弓角組成的一個框架結構，這種設計保證弓頭結構精巧，部件盡可能少，易維護。托架采用碳鋼材質，表面鍍鋅，滑板底架為鋁合金材質。滑板兩端與托架分別通過固定螺栓連接，滑板與托架的接觸面作為滑板-托架的唯一導電途徑。因神華號HXD1型電力機車在滿載運行時，原邊電流可達到384A，如此大電流通過長期暴露于室外的托架與滑板接觸面，經過一段時間，碳鋼會失去鍍鋅層的保護，銹蝕加重，導致接觸電阻增大，從而導致受電弓在運行中出現滑板固定螺栓過熱、發紅的現象。

4 解決措施

4.1 平衡桿加PVC軟編織管

根據技術人員提供的改造方案，在平衡桿止擋桿上加裝PVC編織管，取兩段長200mm的PVC編織管套在止擋桿上，并保證PVC編織管邊緣與止擋桿對齊。平衡桿止擋桿套上PVC編織管后，可以在止擋桿與滑板接觸時起到緩沖的作用，進而降低二者之間的碰觸摩擦強度。

4.2 定期調整彈性支撐裝置

根據技術人員的設計要求，滑板上表面至頂管中心距離為la。在滑板受垂直向下70N作用力時la為73±6mm，在滑板不受到垂直向下作用力時la為80±5mm。止擋桿至滑板底部距離為lb，在沒有接觸壓力的情況下：10≤lb≤30mm，在有接觸壓力的情況下：4≤lb≤24mm。在受電弓升起1500mm高度時，止擋桿與弓頭碳滑板距離必須在要求范圍內，且止擋桿與弓頭碳滑板兩邊距離應基本相等，相差不超過5mm。

由于長時間的使用，橡膠出現老化疲勞，橡膠彈簧元件下陷，導致滑板上表面至頂管中心距、止擋桿至滑板底部距離減小，引起滑板在運行中的掉塊和止擋桿與滑板之間的碰觸摩擦。

經過反復研究結合技術人員提供的方案，按照神朔鐵路制定的HXD1型電力機車修制，定為C2及以上修程時，對橡膠彈簧元件進行調整。通過改變鎖住橡膠彈簧元件調節板的螺母位置來升高和下降弓頭高度，從而減少滑板掉塊以及止擋桿與滑板之間的碰觸摩擦。

4.3 改變滑板-上框架的導電途徑

TSG15B型受電弓的導電路徑為：滑板——托架——上框架——下臂桿——底座——車頂母線，除滑板與托架是直接的面接觸外，其它均由軟編織導線連接。

經過研究及反復試驗，最終確定對滑板——托架——上框架的導電途徑進行更改。根據現場滑板安裝情況，確定在滑板兩端距端部190mm處增加導流線固定螺栓。另購置一根采用國家標準的定制導流線，其導線截面積為50mm2，單絲直徑為0.1mm，兩端螺孔中心距為260mm，端部螺孔直徑為10.5mm。導流線一端采用直角型接線端子。

在滑板更換作業過程中，在安裝完滑板固定螺栓及風管后，需要將定制導流線一端連接于滑板新增的螺栓，另一端連接于上框架預留孔，將托架——上框架之間的導流線拆下，兩端分別連接到滑板、上框架預留孔處。安裝后的導流途徑變為滑板——上框架，將托架短路，避免了機車受流造成托架局部過熱。

5 結束語

結合現場情況，技術人員分別通過平衡桿止擋桿加PVC軟編織管、定期調整彈性支撐裝置和改變滑板至上框架的導電途徑，解決了平衡桿止擋桿與滑板鋁制托架干涉、滑板掉塊及裂紋、滑板固定螺栓過熱發紅的問題。綜合故障情況，TSG15B型受電弓故障均出現在弓頭及弓頭懸掛上，造成運用成本及維護費用增加。因此針對這種弓頭及弓頭懸掛方面的故障，技術人員通過采用價格低廉的材料和簡單有效的方式制訂了相應的改造措施，效果良好。但弓頭設計仍為TSG15B型受電弓的薄弱環節，需要通過不斷地探索研究、發現問題、解決問題，從而使該系列受電弓的弓頭及懸掛的設計及維護保養日漸成熟，提高機車運行的安全性。

參考文獻

[1]榮林.神華八軸交流電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2]南車株洲電力機車有限公司，朔黃鐵路發展有限責任公司，中國神華能源股份有限公司神朔鐵路分公司.神華重載運輸大功率交流傳動電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2015.

作者簡介：劉文進（1987-），男，漢族，本科，山西省河曲縣人，助理工程師，工作單位：神華集團神朔鐵路分公司，主要研究電力機車檢修。

王東（1985-），男，漢族，本科，陜西省神木縣人，設備工程師，工作單位：神華集團神朔鐵路分公司，主要研究機務設備管理與技術應用。