SBF920單臂式受電弓架修后測試平臺的設計

陳國合

（廣州中車軌道交通裝備有限公司，廣東 廣州 510000）

SBF920單臂式受電弓架修后測試平臺的設計

陳國合

（廣州中車軌道交通裝備有限公司，廣東 廣州 510000）

國內設計的大部分地鐵車輛采用的是單臂式受電弓（以下簡稱“受電弓”），它性能穩定，維護便捷。在地鐵車輛架修的維護修程中，需解體檢查、測試受電弓，所以，相關人員對受電弓提出了非常高的要求。目前，受電弓測試主要依靠人工完成。設計了一款受電弓測試平臺，簡要闡述了其結構、測試流程和測試軟件方面的內容，使得該測試平臺能夠滿足受電弓測試對精度和自動化的要求，滿足架修后的受電弓測試要求。

地鐵車輛；受電弓；試驗裝置；自動測試

1 受電弓的基本結構及其性能參數

1.1 受電弓基本結構和原理

單臂式受電弓可以裝備在那些需要高架電線系統提供動力的軌道車輛，受電弓結構如圖1所示。受電弓在休息位和升弓位的工作原理是：受電弓采用升弓氣缸為受電弓的驅動裝置，氣缸升弓位時，驅動升弓機構動作，下支架、上支架受推動力驅動弓頭升起，與高架的接觸網接觸，并保持著弓頭與接觸網的靜壓力（120±10）N，完成升弓過程。受電弓降弓位運動則相反，弓頭落到休息位置，并持續受到降弓位置的靜壓力大于50 N，完成降弓位置。

圖1 受電弓升弓狀態

1.2 受電弓的重要測試參數及測試要求

地鐵車輛的受電弓在受流的供電參數如表1所示。

由表1可知，受電弓工作受流處于車輛的高壓、高電流的高壓系統，高壓系統的受流設備對接觸時的接觸速度、接觸距離、接觸的壓力都會引起電弧。經調研，受電弓的關鍵性能測試的參數如表2所示。

2 受電弓試驗平臺組成及原理

本文設計的試驗臺由風源處理裝置、驅動裝置、升弓高度和拉力測試測量裝置、電源系統和軟件測控系統組成。系統簡圖如圖2所示。將廠房電源和風源接入試驗臺，經試驗臺轉換和控制為驅動裝置和傳感器提供電源，為受電弓提供風源，并通過傳感器采集拉力和高度信號。測試平臺的主要功能為受電弓風源的控制，控制受電弓的升降弓，測試機構主要是驅動裝置，用于測試升弓的拉力。

表1 受電弓供電參數

表2 受電弓測試的關鍵參數

2.1 受電弓風源

根據受電弓的結構，設計試驗臺有控制受電弓升弓、降弓的氣路控制閥，通過試驗臺的軟件控制受電弓升弓或降弓，模擬受電弓在車輛上的實際工況。

2.2 驅動裝置

驅動裝置由拉力傳感器、鋼絲繩和驅動裝置組成。采用鋼絲拉繩控制被測受電弓勻速升降，通過力的平衡原理，使用拉力傳感器測試受電弓升降弓靜態接觸力。

圖2 系統簡圖

試驗臺的組成三維效果如圖3所示。

3 受電弓關鍵參數的測試及原理

3.1 升弓狀態檢查

在受電弓控制軟件中，設計升弓、降弓的功能按鈕。試驗臺安裝和準備就緒后，通過試驗臺的功能開關控制升弓、降弓2種工作狀態。受電弓升弓是通過設定光電開關的高度實現的，可設定升弓高度為2 850 mm。當受電弓達到最大的升弓高度時，光電開關的位置感應開關得到信號，反饋信號到試驗控制臺，試驗控制臺控制驅動裝置的鋼絲拉繩，控制受電弓的升弓高度不變。受電弓升弓完畢后，目視檢查受電弓的弓頭是否保持平衡。

3.2 氣密性試驗

在受電弓的風源回路中，配置有風壓傳感器，該傳感器用于實時反饋風源的風壓值。在進行氣密性試驗時，需要截斷受電弓風源和車間供風單元的供氣，在氣路中，升弓的電磁閥選用了3位5通的電磁閥。在此過程中，涉及到的3個工況為升弓位、降弓位、保壓截止位。在受電弓的測試界面中，顯示受電弓風源回路的氣壓值，設計氣密性試驗的測試按鈕。在升弓狀態下，按下氣密性試驗的按鈕，受電弓控制電磁閥的氣路變為保壓截止位，截斷供風單元與受電弓氣路的氣源，控制臺開始采集風壓傳感器氣壓值P1（bar），開始計時，5 min后，采集風壓傳感器的氣壓值P2（bar），5 min后，氣壓值為P1＝P2。氣壓值無變化，風壓無泄漏。

3.3 升弓時間、降弓時間

受電弓實驗臺設計的光電傳感器安裝桿用于安裝受電弓位置的感應開關。位置傳感器可檢測受電弓的最大升弓位置和降弓位置。升降弓的位置信號均反饋至試驗控制臺，試驗臺可控制驅動裝置的鋼絲繩，確保受電弓的位置到位，滿足對控制精度的要求。受電弓測試平臺測試界面中設計有控制升弓時間的測試按鈕。點擊該按鈕，受電弓升弓動作的同時，記錄降弓位置傳感器狀態變化信號的時間為T1（s），升弓到位后，升弓的位置傳感器信號變化時間為T2（s）。升弓時間T＝T2-T1，該結果顯示在測試界面上。

在受電弓測試平臺測試界面中設計控制降弓時間的測試按鈕。點擊該按鈕，受電弓升弓動作的同時，記錄升弓位置傳感器狀態變化信號的時間為T1（s），降弓到位后，降弓位置傳感器信號變化的時間為T2（s）。降弓時間T＝T2-T1，該結果顯示在測試界面上。

3.4 升弓壓力測試

受電弓的升弓壓力主要通過驅動裝置測試，測試裝置由拉力傳感器、鋼絲繩和驅動裝置組成。采用鋼絲拉繩控制被測受電弓勻速升降，利用力的平衡原理，使用拉力傳感器測試受電弓升降弓的靜態接觸力。受電弓的拉力在受電弓的整個升弓過程中實時變化，所以，在設計試驗臺時，要求實時采集整個升弓階段的拉力及其計算數值。

圖3 試驗臺組成

圖4 受電弓升弓位置與壓力的曲線（受電弓靜態壓力特性曲線）

圖5 受電弓降弓緩沖墊的降弓狀態

在試驗臺的測試界面設計一個受電弓拉力測試按鈕，點擊按鈕后，試驗臺控制受電弓升弓，試驗臺采集拉力傳感器的實時拉力，直至升弓完成。升弓完成后，通過驅動裝置拉受電弓往降弓的位置降弓。在降弓的過程中，仍需實時記錄降弓的拉力，電腦采集的受電弓位置（受電弓的位置以鋼絲繩的長度測量采集的距離數據）與拉力的關系如圖4所示。

圖中外圈的實線為受電弓理論的壓力與升弓距離的關系曲線，實測的受電弓靜態壓力值均在外圈實線框內，受電弓的靜態壓力合格。試驗臺的試驗結果顯示110～2 448 mm范圍內的最小升弓壓力和最大的升弓壓力（N）。

3.5 最低點的受電弓保持力測試

受電弓在降弓位置的保持力檢測主要是將受電弓降弓的緩沖墊位置設計為壓力傳感器，在受電弓降弓時，即可顯示該弓落下來壓力。圖5為受電弓降弓緩沖墊的降弓狀態。

4 試驗臺系統設計及要求

試驗臺設計主要參數如表3所示。

表3 試驗臺設計主要參數

在具體工作中，使用工控機進行數據采集、分析處理、顯示、儲存，由液晶顯示器顯示檢測數據。另外，配置打印機，用于輸出測試圖表，圖表包括各項測試數據和靜態壓力曲線圖。表格可手動輸入作業日期、地點、編號和各項測試結果，而且打印時與測試數據一并輸出，支持打印與網絡數據傳輸。使用編碼型高度傳感器跟蹤測量受電弓升弓的即時高度和最大高度，采用編碼測量自動限高。力的測試范圍最高為2 448 mm，因此，拉力測試設在2 500 mm處停止，使

U264.3+4

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.132

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