高速動(dòng)車組用受電弓概述

滕莉娜

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132002）

我國高速動(dòng)車組以CRH 系列作為基礎(chǔ)進(jìn)行了不斷地創(chuàng)新。在此過程中，受電弓作為重要的電力連接部件也在不斷地發(fā)展。動(dòng)車組需使用單相AC 25kV 的高壓電，在動(dòng)車組從接觸網(wǎng)進(jìn)行大功率受流的過程中，受電弓起到了承上啟下的作用。高速動(dòng)車組所需的總牽引功率遠(yuǎn)大于普通列車。在更高的速度下，空氣阻力也會(huì)增加。考慮到減小空氣阻力和降低噪音的要求，在高速動(dòng)車組上受電弓的數(shù)量不宜過多，而對(duì)于8 輛編組的動(dòng)車組來說，我國就都采用了單弓受流的方式，即在動(dòng)車組運(yùn)行過程中僅使用一臺(tái)受電弓，考慮到可靠性和冗余性的要求，在進(jìn)行安裝時(shí)，每列動(dòng)車組上安裝兩臺(tái)受電弓。當(dāng)動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)，可選擇其中一臺(tái)受電弓升弓，另一臺(tái)受電弓折疊。

受電弓在運(yùn)行中滑板會(huì)被磨損而產(chǎn)生粉末，可能影響絕緣子的絕緣性，并且若在運(yùn)行中產(chǎn)生故障，損壞的部件可能影響行車的安全，因此在實(shí)際運(yùn)行中，在對(duì)受電弓進(jìn)行選擇時(shí)，首選后弓。兩弓之間，通過電氣互鎖，避免同時(shí)上升。

動(dòng)車組是否能實(shí)現(xiàn)高速牽引運(yùn)行，直接與受電弓的狀態(tài)有關(guān)，因此，動(dòng)車組對(duì)受電弓就會(huì)有以下幾點(diǎn)技術(shù)要求：

按照鐵路技規(guī)的要求，接觸網(wǎng)的高度是不一致。為了保證弓網(wǎng)系統(tǒng)可靠地接觸，受電弓與接觸網(wǎng)之間應(yīng)保持一定的接觸力。接觸力的大小會(huì)影響受電弓的使用壽命。當(dāng)接觸力太大時(shí)，相對(duì)于接觸網(wǎng)線來說，較軟的滑板磨損加劇；而當(dāng)接觸力太小時(shí)，弓網(wǎng)之間又容易發(fā)生離線，影響行車安全。因此，在對(duì)受電弓進(jìn)行調(diào)試時(shí)，必須調(diào)整接觸力，并保證接觸力適中。

受電弓的上升與下降是通過受電弓上下臂之間的鉸鏈系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，而為了保證受電弓有較好的動(dòng)態(tài)調(diào)整性能，上下臂的重量應(yīng)盡量輕。我國幾種常用動(dòng)車組受電弓多采用鋁合金結(jié)構(gòu)

受電弓與接觸網(wǎng)之間直接通過滑板接觸，因接觸網(wǎng)采用“之”字形結(jié)構(gòu)，在動(dòng)車組運(yùn)行過程中，滑板會(huì)來回移動(dòng)。因此，滑板的材質(zhì)，結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度都得符合要求。我國多采用碳滑板，實(shí)現(xiàn)了良好的導(dǎo)電性和耐磨性。

在升弓和降弓的過程中，受電弓的速度都應(yīng)先快后慢，以防止在升弓過程中的彈跳和在降弓過程中的沖擊。通過調(diào)整底架上的阻尼器來實(shí)現(xiàn)。

受電弓在運(yùn)行過程中若發(fā)生故障不及時(shí)處理，可能會(huì)使故障進(jìn)一步擴(kuò)大或損壞到接觸網(wǎng)。因此受電弓在設(shè)計(jì)時(shí)，必須增加自動(dòng)降弓的功能。

本文將介紹幾種CRH 系列動(dòng)車組使用的受電弓。

1 DSA250 型受電弓

DSA250 型受電弓適用于CRH1﹑CRH2 和CRH5 型車。整個(gè)受電弓采用單臂式結(jié)構(gòu)，并配備了雙碳滑板，以保證在運(yùn)行過程中良好的導(dǎo)電性。受電弓主要由底架，上下臂和弓頭三部分組成。為了實(shí)現(xiàn)輕量化的技術(shù)要求，受電弓的運(yùn)動(dòng)部件及弓頭均采用鋁合金結(jié)構(gòu)。在運(yùn)行過程中考慮到滑板的結(jié)構(gòu)，因此將滑板的使用限度設(shè)定為不小于5mm，兩滑板之間的高度差不大于3mm。為了防止碳滑板過度磨損，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)將碳滑板設(shè)計(jì)為中空結(jié)構(gòu)，并通過氣路與控制閥板上的壓力開關(guān)連接，當(dāng)磨損超限漏氣時(shí)（即壓縮空氣值降為2.5bar 時(shí)），觸發(fā)壓力開關(guān)，并啟動(dòng)ADD 功能，最終使受電弓快速下降，實(shí)現(xiàn)降弓保護(hù)。

圖1

2 SSS400+型受電弓

SSS400+受電弓適用于CRH3 型車，同樣為單臂式，雙滑板結(jié)構(gòu)。一臺(tái)完整的受電弓主要有受電弓本身和安裝于車內(nèi)的氣路控制閥板組成。

圖2

圖3

受電弓的控制通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。司機(jī)通過操作升降弓開關(guān)來觸發(fā)電磁閥，將氣路打開，通過壓縮空氣的驅(qū)動(dòng)將受電弓提升以實(shí)現(xiàn)升弓。受電弓的運(yùn)行情況通過壓力開關(guān)傳輸?shù)紺CU，CCU 再將信號(hào)通過車輛控制總線發(fā)送到HMI。當(dāng)受電弓在運(yùn)行過程中發(fā)生故障例如碳滑板破裂﹑碳滑板磨耗過限時(shí)，快速下降閥被觸發(fā)將受電弓快速降下。與此同時(shí)，壓力開關(guān)將相關(guān)信號(hào)傳輸?shù)紺CU，經(jīng)CCU 診斷處理后再將相關(guān)故障代碼發(fā)送給HMI，實(shí)現(xiàn)信息的人機(jī)交換并提醒司機(jī)及時(shí)換弓。

3 CX 主動(dòng)控制型受電弓

CX 型受電弓適用于CRH380B 型車，由法維萊制造。與普通受電弓不同，首先，該受電弓采用了單滑板結(jié)構(gòu)，同時(shí)將滑板材料更改為滲銅碳滑板延長(zhǎng)了使用壽命；其次，增加了受電弓控制單元（PCU），可以在受電弓動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)，對(duì)弓網(wǎng)接觸力進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；再次，弓體采用了新的合成材料，使受電弓減輕30%～40%；最后，采用了更高精度的空氣調(diào)節(jié)裝置。因此，CX 型受電弓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，動(dòng)態(tài)接觸力可調(diào)整，可靠性更高。

受電弓本身通過壓縮空氣來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。壓縮空氣由車輛管道供應(yīng)并通過APIM 單元進(jìn)入升弓氣囊。氣囊在壓縮空氣的作用下產(chǎn)生扭矩，并通過凸輪和彈性連接軸以鉸鏈的方式連接，從而實(shí)現(xiàn)升弓。降弓時(shí)關(guān)斷壓縮空氣管路，依靠受電弓自重降弓。如果壓縮空氣供應(yīng)中斷或低壓電源發(fā)生故障，受電弓將會(huì)啟動(dòng)ADD 裝置自動(dòng)降弓。

圖4

圖5

該受電弓的工作原理與DSA250 型受電弓相似，不同的是該受電弓的動(dòng)態(tài)特性可以調(diào)整。受電弓動(dòng)態(tài)特性的調(diào)整是通過與阻尼器相連的兩級(jí)懸掛來實(shí)現(xiàn)的。第一級(jí)懸掛由氣囊完成。受電弓控制單元可確保氣囊的壓力保持恒定，并與受電弓的高度無關(guān)。第二級(jí)懸掛由弓頭的彈簧來實(shí)現(xiàn)調(diào)整。通過兩級(jí)懸掛可以實(shí)現(xiàn)該受電弓良好的動(dòng)態(tài)調(diào)整性能。