受流装置改造分析

焦 蕊

(天津轨道交通运营集团有限公司，天津 300454)

运营线路大多处于地上，易经历风霜雨雪天气，对电客车受流装置要求较高。现有电客车受流装置为单臂气囊式受电弓，至今已运营十余年，运营公里数最大的列车已近200万km。现在车上受电弓的问题已逐渐显现，个别弓体变形严重、气囊开裂、大部分受电弓接触压力不合格、安装底座变形、安装螺栓断裂。

此次改造进行了受流装置的整体换新，包括所有软连线、继电器、绝缘气管、小控制箱及其内部气管及阀类、ADD控制箱、盘头、调整钢丝组合、阻尼器、气囊组装、橡胶止挡、钢丝绳、所有球轴承及关节轴承等，并进行了性能检测。文章将对改造前后的两种受流装置的结构、技术特点及升降弓动作原理进行描述分析。

2.1 主要技术特点

线路原有受流装置采用的是QG-100型单臂受电弓，是通过空气弹簧的充气和排气来实现升弓和降弓的，配有ADD系统，升弓和降弓的时间调整及接触压力70 N～150 N(可调)均由控制系统控制。QG-100型受电弓结构简单，重量轻，易于维修，具有良好的空气动力学性能，包括在最大规定逆风时的空气动力学性能，从而保证了受电弓能在各种轨道状态下与架空接触导线都具有良好的接触状态和接触的稳定性。它适用于时速在110 km/h以下的轻轨、地铁车辆的使用。

由于QG-100型单臂受电弓采用压缩空气作为动力的气囊式升降弓处理方式，升弓采用空气原理，提高了随网性，使其在工作时升降弓特性稳定，延长了使用寿命，保证弓网接触压力的稳定，使受流性能更加稳定。

弓头和上框架呈活性连接，提高了弓网之间的可随性和灵活性，提高了运行中弓网接触的可靠性。底架采用矩形材料，上框架采用铝合金的异形管焊接而成，其结构简单、重量轻，具有较高强度和刚度。弓头托架尺寸加宽140 mm，有利于弓网之间的可随性和散热性，避免了由于散热不良所引起的发热及拉弧，同时可以消灭运行中钻网事故。

受电弓配置了自动降弓(ADD)系统，如果运行中遇有接触网导线拉出值超限、吊悬脱落、硬点及其他不正常情况，冲击受电弓弓头及其他部位，出现刮弓或弓头损坏现象，即弓头变形或打坏滑条时，该系统将自动工作，使弓头快速降下脱离接触网30 mm，降弓速度达0.1 s～0.3 s，从而减少弓网故障及刮弓事故的产生，确保接触网、车辆顶部设备不受损坏，提高了运行中的安全可靠性。

该型受电弓有维修成本低、修复工时少的特点。一是如有弓网故障发生，不会损坏受电弓(有自降保护)及其它任何车顶设备，正常使用中检查保养简单；
二是受流特性，滑板条采用整条浸金属碳滑板条，有效长度1 150 mm，从试验运行结果看，整条滑板条，磨耗率为0.5 mm/万km～0.7 mm/万km，整体功能较好。图1为QG-100型受电弓示意图。

图1 QG-100型受电弓示意图Fig.1 Schematic diagram of QG-100 pantograph

2.2 升降弓动作原理

升弓。首先要启动空气压缩机，当气压达到受电弓的额定工作气压时，按下升弓按扭，压缩空气经气源控制箱，进入空气弹簧，空气弹簧膨胀推动钢丝绳带动下臂杆运动，下臂杆在拉杆的协助下托起上臂杆及弓头，弓头在平衡杆的作用下，在工作高度范围内始终保持水平状态，并按规定的时间平稳的升至网线高度，完成整个升弓过程。整个升弓过程受电弓的运动平稳，不对架空的接触网线产生有害的冲击。当总风不足时用动力源装置进行初次升弓，升弓后空压机总风不足时将自动启动。

降弓。按下降弓按扭，控制箱释放空气弹簧中的压缩空气，受电弓在重力作用和阻尼器的辅助作用下平稳的落到底架上的橡胶止挡上，完成整个降弓动作，受电弓恢复至升弓之前的形状。整个降弓过程在规定的时间内完成，并且受电弓的运动平稳对底架和车顶无有害冲击。

3.1 主要技术特点

改造后线路使用的是PT7203-M 型受电弓，其动作方式采用的是主弹簧拉力驱动升弓、气缸推力驱动降弓的动作方式， 控制方式采用的是供电解锁升弓、供气降弓。

该受电弓的弓头部件采用轻量化设计，以波纹管气囊弹簧为基础的独特设计理念及结构，弹簧与气囊小孔限速的配合，可有效缓解运行中接触线高低波动的冲击， 保证了最好的追随性、离线率，使受电弓具有极好的动态性能。同时改变了原有的两根碳滑板，采用4条浸金属碳滑板，可以集取较大电流，具备较好的强度和抗冲击性。接触力由主弹簧提供，稳定可靠、不受气压及外界环境影响。上臂为单根式结构，既能保证结构强度，又具简洁的外观，下、上臂采用焊接性能较好的不锈钢制成，具有较高的强度、良好的耐蚀性、极大。降低疲劳裂纹产生，提高安全性。各铰链机构的转轴处作绝缘处理，防止转动处发生电蚀。在刚、柔混合接触网的工况，具有极强的适用性，能在各种轨道状态下，保证与接触网有良好的接触状态和接触稳定性。

3.2 升降弓动作原理

3.2.1 升弓动作原理

升弓时，向解锁气缸供5 s高压空气(5 s后停止供气)，解锁气缸活塞在高压空气的作用下，推动锁钩绕安装轴向前旋转至锁钩与天井管脱离，使天井管被释放；
5 s后停止供气，锁钩在锁钩弹簧的拉力作用下恢复至垂直部位，同时在杠杆作用下锁钩推动解锁气缸活塞复位。图2为升弓原理图。

图2 升弓原理图Fig.2 Schematic diagram of lifting bow

在主弹簧拉力的作用下，通过链条拉动凸轮机构使下臂绕下臂主轴中心做旋转运动，在联轴杆、上臂、下臂、底架所组成的四连杆机构共同作用下，使弓头做近似垂直向上运动，直至滑板与接触网线平稳接触，完成升弓动作。在该过程中，主弹簧拉力为升弓提供主动力，降弓气缸提供阻尼力。图3为升弓动作原理图。

图3 升弓动作原理图Fig.3 Schematic diagram of the action of raising the bow

降弓气缸内活塞两侧与大气压相同，当锁钩释放天井管时，由于主弹簧在折叠状态时处于拉伸状态所积蓄的弹性势能得以释放， 使下臂绕主轴中心旋转，进而下臂滚轮作用于降弓气缸压头推动 活塞杆运动，导致 A 侧气压快速升高形成高压空间、B 侧气压降低形成负压空间，使 A 侧和 B 侧气 压形成压力差；
此时A侧压力>B侧压力，因压力差反作用于主弹簧，从而使弓头做一缓冲运动(弹簧受电弓的物理特性特)；
随着A侧空气排除、B侧空气吸入，最终达到A侧压力与B侧压力平衡并抵消弹簧势能，使受电弓匀速上升，最终在规定时间内与接触网线平稳接触。图4为降弓气缸阻尼作用原理图。

图4 降弓气缸阻尼作用原理图Fig.4 Schematic diagram of the damping action of the descending bow cylinder

3.2 降弓动作原理

降弓时，向降弓气缸供15 s高压空气(供气15 s后停止供气)，气缸活塞在高压空气的作用下带动活塞杆动作，进而作用致压头，压头推动下臂滚轮，使下臂以主轴为中心向远离气缸侧旋转(气缸作用力矩>主弹簧作用力矩)，致使弓头向下运动。图5为降弓原理图，图6为降弓作用原理图。

图5 降弓原理图Fig.5 Schematic diagram of bow drop

图6 降弓作用原理图Fig.6 The principle of action of descending bow

由于降弓气缸的作用快速降弓动作，此时因B侧排气受到降弓排气螺钉的限制，加之主弹簧的阻尼作用使A侧和B侧气压形成压力差，此时A侧压力

图7 降弓到位原理图Fig.7 Schematic diagram of lowering the bow in place

通过对受流装置的更新改造，实现了由气囊控制升降弓转变为由弹簧控制升降弓，完全改变了控制方式。所以后续的电客车运营注意事项以及日常检修维护方法将完全不同。自各列车完成改造上线运营至今，发生了部分故障情况，但整体运行稳定。通过对该项目的实施及总结，加深了作者对受流装置的理解，也为其他需要类似改造的列车提供参考。后续也将持续观察改造后受流装置的使用情况及碳滑板磨耗情况。

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