黔桂线SS3型电力机车TDSA-300型受电弓惯性故障及改进措施

邱发先

（南宁铁路局安全监管办驻柳州机务段验收室，广西 柳州545007）

受电弓是电力机车上一个重要的高压电气部件，通过支持绝缘子安装在机车车顶上。受电弓弓头升起后使碳滑板与接触网导线接触，从接触网上集取电流，并将电流通过车顶母线传送到车内,供车内的电气设备使用。

1 黔桂线SS3型电力机车受电弓装车使用概况

2011年黔桂线（柳州-麻尾区段）电力改造完工通车运行，南宁铁路局陆续由外局调拨了80台SS3型电力机车配属柳州机务段，担当黔桂线（柳州-麻尾区段）列车的牵引任务。这批调拨回的机车大部分使用的是TSG400/25型单臂弹簧弓，该型受电弓由于使用年份较长，运用一段时间后，因受电弓质量问题造成的电力机车临修问题频发，影响机车的正常运用，严重打乱了该段的生产秩序。

柳州机务段从2012年6月份起到8月份止，对25台机车受电弓进行了改造：将老式TSG400/25型单臂弹簧弓改为株洲新时代工业装备有限公司生产的TDSA-300型单臂气囊式受电弓。改装后的受电弓在使用近两年时间，期间逐渐暴露出一些惯性质量问题，如弓头碳滑板支撑座焊波裂断、上臂平衡杆杆端轴承外圈脱（落）离等质量问题（见下图）。

图1

如不及时采取措施消除TDSA-300型受电弓存在的上述惯性质量问题，运用中一旦发生故障，很容易引发弓网事故，对铁路运营秩序构成影响。

2 原因分析

2.1 弓头滑板支撑座焊波惯性裂断的分析

弓头由弓头支架装置、碳滑板、弓角、横向、纵向弹簧及气动软管连接（ADD）等部件构成。弓头是直接与接触网导线接触受流的部分，能够承受横向和纵向冲击力。滑板用螺栓安装在滑板座上，滑板座与弓头支架通过焊接连为一体。滑板安装在受电弓的最上部，直接与接触网导线接触。机车运行中滑板与接触网导线构成一对机械与电气耦合的特殊摩擦副作用，不断产生摩擦和冲击。电力机车在升弓运行时，四个弓头支架共同承受垂直方向上网线对滑块的压力N（数值＝升弓压力）、弓头部件自身的重力G和机车左右摆动时两侧产生的冲击力F1（或F2）（见下图），在这几个力的共同作用下，弓头滑板座焊波部位容易发生裂、断现象。通过比对湘桂线电力机车其他厂家生产的气囊式受电弓发现，黔桂线电力机车TDSA-300型受电弓滑板座焊波部位在结构设计存在薄弱环节。要防止弓头滑板支撑座焊波裂、断现象的发生，有必要对该部位进行改造。

图2

2.2 上平衡杆杆端轴承外圈脱（落）离原因分析

上臂导杆也称上平衡杆，是受电弓上臂的组成部件；上臂主要用以支撑弓头重量，传递向上压力，保证受电弓工作高度。上平衡杆作用是升弓后，将弓头保持水平就位，有助于实现2个碳滑板的均等或均匀磨损。我们对上平衡杆轴承外圈脱离的几起典型故障部件（位）进行测量、分析、比对，发现上平衡杆安装轴空格距离为73mm，而关节轴承外圈的宽度为60mm（见下图），电力机车运用中，当关节轴承出现内外圈磨损超过一定限度时，在机车晃动等外力作用下，上平衡杆轴承外圈就容易滑（落）到导杆安装轴空格处，使导杆失去了约束定位作用，弓头保持水平状态的约束力解除，弓头前后滑块失去平衡，短时间内出现非正常磨损现象，容易造成受电弓自动降弓。

3 改进措施

3.1 弓头滑板支撑座焊波裂断改进措施

通过对弓头滑板座受力分析，找出弓头滑板座焊波裂断的原因，我们从改变滑板座结构着手对滑板座进行改进，以改善滑板座的受力分布。按下图所示的改进方案，在四个支撑底座与碳滑块托架座位置分别加装一个加强筋板，配置好加强筋板两端安装板的角度，安装时要使两端安装板与托架底部和托架的竖版无缝贴合，消除内应力；同时利用碳滑板安装螺栓及弓头拉簧支撑螺栓，并使用螺钉胶分别将加强筋两端安装板与托板、竖板紧固结合成一个整体，以增强强度。

图3

3.2 上平衡杆杆端轴承外圈脱（落）离改进措施

针对上平衡杆杆端轴承外圈脱（落）离的问题，我们设计了以下改进方案（见下图）：在杆端轴承安装轴空余宽度（73mm）处，加装一个宽度为35 mm的防脱垫圈，作用是对杆端轴承轴向位移进行限位；一旦关节轴承出现内外圈磨损超限时，杆端轴承外圈得到限位无法滑脱（落）。由于关节轴承的组装较精密且涉及到冷装技术，我们与受电弓厂家联系，由其完成该项改造工作，并将添加好防脱垫圈的上平衡杆提供给段方，进行整套更换。

图4

3.3 改造后的试验

对受电弓进行上述两项改造装车后，为了确保受电弓的工作可靠性必须进行综合调试试验，检查、测量、校正受电弓的三个参数：静态接触压力、同高压力差、同向压力差符合有关要求，方能将机车交付使用。调试静态接触压力的步骤及方法：

3.3.1 粗调静态接触压力

使升弓电空阀得电，升起受电弓，松开调压阀手轮锁紧螺母调节升弓压力，顺时针调大气压，逆时针调小气压，设定值在340～380kPa（3.4～3.8bar）。调节调压阀直到受电弓慢慢上升为止，然后在高出车顶1.6m处拉弹簧秤下端使受电弓不再上升。此时弹簧秤示值应为70N。

3.3.2 精调静态接触压力

先拉动弹簧秤使受电弓缓慢向下运动，拉力值在80N左右，再稍微减小对弹簧称的拉力，拉力值60N左右，使受电弓向上缓慢运动（上升和下降运动均是在大约1.6m高度上进行，且每次向上或向下移动的距离为0.5m）。读取弹簧秤所测的力，取平均值即为平均接触压力，其值为70N。

受电弓向下运动时，力的最大值不超过85N，向上运动时，力的最小值不低于55N。在同一升弓高度，两个值之差不应超过20N。由于滑板上的磨损 （重量损耗），接触压力最大可以增加 10N，这时不必再调整压力，因为一旦安装上新的滑板时又恢复到以前的接触压力值。拧紧精密调压阀手轮防松螺母，固定调压阀的最终调整压力。

静态接触压力调好后，受电弓从落弓位升至到2m高（包含绝缘子）的升、降弓时间，应调整为升弓时间：≤5.4s，降弓时间：≤4.0s。

调试过程升弓时受电弓不允许有任何弹跳，降弓时，受电弓必须有缓冲，并落在两个橡胶减振器上。

4 实施效果

到2014年6月份，按照改造方案全部完成了25台SS3型电力机车TDSA-300型单臂气囊式受电弓上述惯性质量问题的改造工作；改造后的受电弓投入运用至今已有半年时间，我们对受电弓进行了跟踪检查，未发现TDSA-300型单臂气囊式受电弓有弓头碳滑板支撑座焊波惯性裂断及上臂平衡杆杆端轴承外圈脱（落）离的故障发生，改造后的受电弓的工作可靠性和稳定性达到预期效果。

［1］刘友梅.韶山3型4000系电力机车[M].中国铁道出版社.