一種自動控制位置的智能受電弓的設計與研究

趙瑞雪

[摘要]受電弓是列車從接觸網上受取電流的裝置。列車運行中，要求弓網之間要求始終有一定的接觸壓力以保證弓網接觸良好，當接觸壓力過小甚至為零時，受電弓滑板條會脫離接觸網而發生離線，離線時列車將不能從接觸網獲取牽引列車的能量，甚至會影響列車的安全運行。本文研究一種新型自動測量弓網壓力的受電弓，并對受電弓的位置自動調整，使機車在運行過程中，弓網之間保持良好的壓力，既能保證列車安全平穩的運行，又能減小受電弓的損耗。

[關鍵詞]受電弓;接觸網;全橋壓力傳感器

文章編號：2095 - 4085（ 2019） 04 - 0040 - 02

驅動城市軌道列車組運行所需的能源由牽引供電系統提供，牽引供電系統由牽引變電所和接觸網兩個部分組成。接觸網的導線通過與受電弓的滑板接觸將電流引到列車上，牽引列車才能被驅動運行。受電弓與架空接觸網合稱受電弓一接觸網系統，簡稱弓網系統。

在城市軌道列車運行過程中，為了保證供電的可靠性，希望受電弓與接觸線能夠始終保持緊密接觸。列車運行中，受電弓在抬升力的作用下發生上下振動，給受電弓和接觸線保持良好的接觸帶來了困難。列車前進的速度越快，受電弓受到的抬升力越大，受電弓和接觸線就越容易失去接觸。一旦發生接觸不良甚至脫開的情況，受電弓傳遞的電流減小甚至完全不傳遞電流，牽引電動機的功率降低甚至失去牽引動力，列車會減速甚至停車。所以，研究如何保持受電弓與接觸網的緊密良好的接觸十分有必要。

在受電弓與接觸線緊密接觸的過程中，受電弓由于摩擦會受到磨損，當磨損到一定程度后，如果不及時更換，將降低受電弓與接觸線之間接觸的緊密性，降低列車組牽引供電的可靠性，所以，受電弓收到磨損后應及時更換，這增加了城市軌道運營的成本。

綜上所述，保持受電弓與接觸線的良好接觸對提高供電系統的可靠性及降低城市軌道運營成本有一定的實際意義。

1受電弓壓力檢測

工程上可以檢測受電弓與接觸網的壓力來衡量受電弓與接觸線的接觸的程度，受電弓與接觸線的壓力可以用壓力傳感器實時監測，當壓力過小時，可以適當抬升受電弓滑板的位置，使其與接觸網緊密接觸;當壓力過大時，可以適當降低受電弓滑板的位置，以減小受電弓的摩擦損耗。

應變式傳感器應是基于應變效應的一種傳感器，將被測位置的機械應變轉換為電阻阻值變化。應變式傳感器具有如下優點。

（1）靈敏度高，微小的應變也能被測量出來。

（2）誤差小，一般小于1%。

（3）尺寸小、重量輕，便于安裝在任何位置。

（4）測量結果便于傳送、分析和處理。

（5）能在各種惡劣的環境中工作。

（6）成本低。

《受電弓與接觸網間的接觸壓力檢測研究》一文中提出一種在受電弓上安裝4只壓力傳感器來檢測接觸壓力的方法，并提出了一套評價接觸壓力的算法，這種算法是把四個傳感器的信號進行疊加。考慮到受電弓滑板與接觸線摩擦過程中會起熱，溫度會給應變式傳感器帶來一定的誤差，因此，《應變式傳感器及對接觸網參數的測量研究》一文中，對此提出了改進方法，把應變片、補償片跟兩個電阻搭成橋式電路的形式，以減少溫度所帶來的誤差。但是，文中半橋電路只能減少溫度所帶來的影響（如圖1），本質上還是一個應變片感受應變，轉換成電信號，應變較小時，轉換成的電信號也比較微弱，本文提出一種用于測量接觸壓力的全橋電路（如圖2），即將四個應變片接入橋式電路中，兩個應變片一組，一組安裝在在接觸弓上面，另一組安裝在接觸弓下面，這樣，兩組應變片測量的是不同的應力，既可以消去溫度所帶來的誤差，又可以提高靈敏度。

傳感器測量滑板與接觸線的壓力，轉換為電信號，傳送到控制器中，控制器發出指令，調整受電弓上下兩臂的角度，滑板的位置隨之調整，使得滑板既能夠保持與接觸線的緊密接觸，保證滑板與接觸線不會脫離，保證列車的安全運行，又不至于接觸太緊，增加滑板的磨損。

1.1單臂式電橋

單臂式電橋如圖1所示，設應變片Ri初始電阻為R，R2，R3，R4為固定電阻，阻值也為R。當產生應變時，若應變片電阻變化為AR，其它橋臂電阻不變，則電橋不平衡，輸出電壓為：

1.2全橋式電橋

全橋式電橋如圖2所示，應變片Ri，R2，R3，R4初始阻值為R。當產生應變時，R.，R3受拉應變，電阻阻值增加AR，R2、R4受壓應變，電阻阻值減小AR，則電橋不平衡，輸出電壓為：

對比Uol和U04可知，U04為Uol的4倍，由此可知，采用全橋式電路，輸出信號大大增加，傳感器的靈敏度大大提高。

2結語

本文提出的用于測量弓網壓力的全橋應變式傳感器相較于單臂式傳感器能夠增大輸出信號，降低外界環境，如摩擦而產生的溫度的干擾，這樣得到的信號就能夠更加準確，受電弓位置的調整也更加精確。