DSA250受電弓結構研究及相關知識

2018-10-17 08:53:28

福建質量管理 2018年18期

(中國鐵路呼和浩特局集團公司包頭車輛段內蒙古包頭 014010)

一、基本情況

CRH1使用的是北京賽德公司的DSA250型單臂受電弓，DSA250受電弓設計來源于最早的高速受電弓DSA350SEK，采用壓縮空氣氣囊驅動升弓，自重降弓。采用輕量化優質材料，具有良好的機械和動力學性能，受電弓滑板采用純硬碳材料，對接觸網起到保護的作用，最高運行時速可達到250km/h，適應接觸網高度5300—6300mm，列車運營時速可達200km/h。

受電弓一個基本動力單元，一輛列車共計2個。受電弓型號是DSA250Bsp單臂受電弓。每一列車的帶弓拖車車頂分別安裝受電弓及其附屬裝置，一列動車組正常運行時，采用單弓受流，另一臺備用，處于折疊狀態。當兩列車編組掛在一起時，每一列車中各有一臺受電弓工作。正常模式下，激活的受電弓在相對于列車行駛方向的遠端車上，司機可以停用兩個中的任一個。

二、結構及特點

(一)受電弓的組成

DSA250型受電弓為單臂受電弓，下圖為DSA250型受電弓的外形圖。DSA250受電弓具有如下特點：第一，該受電弓在環境溫度為-40～45℃時仍然能夠正常工作,其最高運行速度為230 km/h；第二，機械和電氣性能均符合UIC608,IEC60494-1,IEC61373標準；第三，升弓機構采用氣壓風箱驅動器(即氣囊),通過氣壓進行驅動；自帶阻尼器和自動降弓裝置ADD。CRH1型動車組使用DSA250型受電弓，適用于250km/h的運營速度。受電弓的安裝高度為4m時，受電弓的工作高度最低為4888mm，最高為6800mm，極限高度為7000mm。動車組正常運營時，采用的是單弓受流，另一臺為備用弓，處于折弓狀態。氣動升降弓裝置3安裝在底架1上，滑板安裝在U型弓頭支架上，弓頭支撐架垂懸安裝在4個接簧下面，兩個扭簧安裝在受電弓的弓頭和上臂之間，這種結構可以使滑板在機車運行方向上移動更加靈活，而且能夠有效緩沖各個方向上的沖擊，以達到保護滑板的目的。氣動元件安裝在位于底架的控制盒內，自動降弓裝置可以監測到碳滑板的使用情況，如果碳滑板的磨耗達到極限或受到沖擊斷裂后，受電弓會迅速自動降弓，預防弓網事故的進一步擴大。更換碳滑板后要重新啟用自動降弓裝置。

圖2.1 DSA250受電弓

對于不同型號和不同速度等級的機車，受電弓的空氣動力可以通過安裝在受電弓弓頭上的翼片來進行調節。當重聯運行時，一旦前弓因為故障自動降弓后，滑板的監測裝置可以通過機車TCMS系統，實現后弓的連續降弓，從而保護后弓免受損害。ADD關閉閥置于機車內部，當受電弓發生故障而自動降弓后，如果受電弓對接觸網沒有造成損害，而且對受電弓的性能沒有影響時，可以關閉ADD關閉閥，重新升起受電弓。更換滑板后，重新啟動ADD裝置。DSA250型單臂受電弓可以在電力機車和其他電力牽引設備中使用。其升弓裝置安裝在底架上，通過鋼絲繩作用于下臂。

(二)DSA250受電弓主要零部件有

1.底架。底部框架是由方形管焊接而成的，是整個受電弓的基礎部分，它用于支撐和安裝整個框架，通過軸承與下部撐桿連接。底部框架上還安裝有銅接線排和連接列車主電源的電纜。

2.阻尼器。阻尼器安裝在底架和下臂之間，當通過氣囊充氣使受電弓升弓時，它能夠減小受電弓弓頭對接觸導線的沖擊，使得在升弓時先快后慢；當通過氣囊放氣使受電弓降弓時，它能夠減小弓頭落在底架上是的沖擊，保護受電弓。

3.空氣氣囊。空氣氣囊是由橡膠做成的，通過對空氣氣囊的充放氣來達到受電弓的升弓和降弓的目的。

4.下臂。下臂是由鋁合金焊接而成。下臂上安裝有受電弓電橋連線的接線板、主張力彈簧連桿、緩沖器沖擊塊、導桿的軸承支座和驅動氣缸的安裝支座。

5.弓裝配。弓裝配安裝在底架上，主要作用是：當受電弓處于落弓狀態時支撐受電弓的弓頭部分，托起上框架部分。

6.下導桿。下導桿是由鋼管制成。下導桿的長度可以改變，通過改變下導桿的長度來達到調節受電弓最低位置的目的。下導桿上還安裝了受電弓的高度止擋，正是這塊止擋決定了受電弓的最大升弓高度。

7.上臂。上臂桿是由錐形鋁合金焊接而成的，它包括鉸鏈機構和斜支撐桿。通過斜支撐桿的固定作用，上臂具有很高的強度和側向穩定性。

8.上導桿。上導桿也是鋁合金材料制成的。它上面安裝有集電頭。上導桿的長度也是可以改變的。

9.弓頭。弓頭是受電弓與接觸網接觸的那一部分。弓頭主要由碳滑板、轉軸、弓角、彈簧盒組成。弓角是由鈦合金制成的，它可以避免接觸網在分叉處接觸網上的接觸導線進入滑板的下面，造成刮弓事故。弓頭上的滑板是由電石磨碳制成的接觸部件和鋁合金制成的安裝部件組成的。彈簧盒中裝的是螺旋壓縮彈簧，可以為弓頭在垂直的方向上有一定的垂向位移，保證弓頭與接觸導線有持續的壓力。

10.滑板。滑板是由鋁制支座和硬碳組成的。受電弓上的滑板和接觸網上的接觸導線直接接觸，產生的是滑動摩擦。滑板的質量與機電性能對受電弓的受流質量有非常大的影響。

三、DSA250受電弓的主要技術參數

(1)設計時速250km/h，速度200km/h；

(2)額定電壓和電流 25KV/1000A；

(3)標稱接觸壓力為70N，可以調整；

(4)空氣動力調整通過受電弓的弓頭翼片調節；

(5)升弓的驅動方式為氣囊驅動；

(6)輸入空氣壓力為0.4—1MPa；

(7)靜態接觸壓力是70N時的標稱工作壓力為0.35MPa；

(8)受電弓弓頭的垂向位移量為60mm；

(9)精密調壓閥的耗氣量輸入壓力<1MPa時不大于11.5L/min；

(10)材料為整體碳滑板(鋁合金托架/碳條)，弓角由鈦合金制成，高強度鋁合金焊接而成上臂/下臂/下導桿，底架是由高強度的結構方鋼制成；

(11)受電弓整體重量約為115kg，不包含絕緣子的重量；

(12)結構為單臂受電弓；

(13)環境溫度-40°C——+60°C；

(14)接觸壓力70N；

(15)運行中受電弓的最大電流計算值275.4A(網壓25KV時)，305.9A(網壓22.5KV時)；

(16)列車停車時受電弓的最大電流計算值44.5A(網壓25KV時)，49.4A(網壓22.5KV時)；

四、受電弓升降弓原理

(一)自動升弓原理

下圖所示為受電弓氣囊驅動裝置的壓縮空氣原理圖：

圖2.2 驅動裝置壓縮空氣原理圖

其中的壓力表安裝在司機室滑板監視部分的面板上，空氣從司機室的電磁閥經過空氣濾清器進入減壓閥，減壓閥的作用是調節工作壓力，其調節的精度是0.02MPa，這種精度非常重要，因為壓力變化0.01MPa將會直接導致受電弓弓頭與接觸線的接觸壓力變化10N。壓力表僅用于粗略觀察，調整節流閥可以控制受電弓弓頭的升弓速度，高速節流閥可控制降弓速度。安全閥在減壓閥失效時起作用。

壓力表(件4)顯示的值僅作為參考，要以實測的接觸壓力為準。單向節流閥(件2)用于調節升弓時間，單向節流閥(件5)用于調節降弓時間。如果精密調壓閥出現故障，安全閥會起到保護氣路的作用。精密調壓閥運用當中不得隨意改變其調壓值，為了保證個各種控制閥能夠正常的使用，應當嚴防水和其他雜質(注意機車上部件管接頭的密封，并及時檢查空氣濾清器。精密調壓閥的更換應采用原廠的配件或裝備部指定的產品，否則會引起質量事故，且事故后果由用戶自己承當)。

(二)自動降弓原理

當受電弓弓頭受到損壞時自動降弓裝置應立即動作，迅速降下受電弓，與接觸網脫離，避免接觸網接觸導線和受電弓的進一步損壞。

圖2.3 自動降弓裝置原理圖

滑板的內置氣道有壓縮空氣，一旦壓縮空氣從滑板遺漏出將導致受電弓的升弓裝置壓力下降，壓縮空氣將會從快速降弓閥中排出。滑板碳條上細小的裂縫引起的少量漏氣如果在壓力響應的范圍內，將不會影響受電弓的使用。如果由于滑板上的碳條受到沖擊，導致壓縮空氣壓力變化，壓力開關會產生一個電信號并傳輸給機車上的計算機，機車計算機響應，關閉主斷路器，同時電控閥得到來自計算機系統“受電弓降下”的信號，這避免了受電弓降下時電弧對接觸導線和受電弓的損壞，上圖是自動降弓裝置原理圖。

在正常的升弓條件下，壓力開關需要有延時功能，壓力開關和自動降弓裝置ADD閥啟動主斷路器需要設定時間延遲(大約20—30s)。

如果快速降弓閥和滑板間的氣管斷裂，自動降弓裝置可以通過ADD關閉閥停止使用(重新連接后，需要注意清理滲水)。

微動開關通過和機車計算機系統連接可以顯示自動降弓裝置ADD關閉閥的工作狀態。下圖是自動降弓裝置ADD閥圖：