和谐型机车受电弓故障分析与处理

朱建伟

摘 要：该文详细阐述了受电弓在机车安全运行中的重要性。叙述了受电弓的结构以及自动升降原理。随后，针对受电弓磨损严重、无法升弓或者自动降弓的问题，提出了故障分析，并且给出了相应的故障处理办法。

关键词：受电弓 磨损断裂 电磁阀 压力开关

中图分类号：U269 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0063-01

受电弓是和谐型电力机车的重要电器元件，承担着连接、传输电力的重要作用。当受电弓升起的时候，将接触网的内高压电流传递给机车内部的高压电气设备，以此来提供各种能量来源。当受电弓发生故障的时候，直接影响着机车的顺利运行，严重时更会对乘客的生命、财产安全造成威胁。因此，对和谐型机车受电弓易发生的常见故障进行分析、研究，保证机车的顺利、安全运行，是十分必要的。

1 受电弓的结构及升降工作原理

受电弓安装在机车的车顶部，通过各种软连线、支持绝缘子等进行连接。以HXD3型机车为例，该车的受电弓型号为DSA200。该受电弓有以下关键部件组成：底架、ADD系统、升弓装置、阻尼器、下导杆、上臂、碳滑板等。其他类型的受电弓组成都大同小异[1]。

当要升起受电弓的时候，升弓电磁阀工作，进气通路打开，压缩空气进入升弓气囊，产生体积变化，使钢索产生动作，带动受电弓弓头升起。当要收起受电弓的时候，升弓电磁阀阀芯向反方向运动，是升弓气囊与大气相连接，气囊排气，受电弓的弓头依靠自重下降会原位置。

2 受电弓常见故障分析与处理

对于受电弓来说，与接触网的连接、支承系统、受电弓的自动升降系统等关键系统在机车运行过程中必须时刻保持在工作状态，如果某一部分发生故障，那么带来的后果是难以预计的。因此，下文将阐述和谐型机车受电弓在运行过程中易发生的一些常见故障，并对其进行分析处理。

2.1 受电弓磨损断裂严重

在机车的实际运行过程中，受电弓的整体形态在其特殊的空气动力特性影响下，能够保持相对的稳定。但是对于其中的局部构件，例如升弓阀板和软连线等磨损情况较为严重。需要定期的进行更换，而且更换周期较短，大大增加了劳动量与生产运行投入，使受电弓的长时间稳定运行程度大打折扣。因此有必要来分析一下受电弓中发生磨损的原因。

在机车运行过程中，经常会发生硬点现象。硬点现象是一种危害性较大的物理现象。它产生于在机车高速运行的时候，受电弓的弓头由于振动或者其他原因，与接触网的线路发生剧烈碰撞、摩擦。硬点会加速受电弓弓头处的异常磨损，形成凹痕，并且恶性循环，大大缩减受电弓的寿命。而且，车速越高，硬点带来的危害就越大。

受电弓软连线的横截面形状现在大都采用扁平矩形的结构。经试验研究表明，当横截面相同，周围所处的空气动力场分布相似的时候，扁平矩形结构能够受到较高的压力值。而从材料力学角度来分析，扁平矩形结构的抗弯曲和剪切许用应力值又较小，同时边缘部位又存在一定的应力集中，非常容易造成软连线的断股现象[2]。发生断股之后，连接线的横截面积总体减小，单位面积通过的电流就会增大，从而电阻发热效应就比较明显。使软连线长时间处于高温的工作状态，降低了耐磨性，同时也缩短了其使用寿命。

经过上述分析，要想减少或者避免受电弓的磨损断裂，可以从两个方面着手解决。第一就是减少硬点的发生。在高速运行的机车中，硬点危害巨大。必须要加强对硬点的检测。在布置接触网线路的时候，要对线路进行多次的调整、检查，将硬点的数量降到最低。同时减少机车的振动，使受电弓与接触网线路可以稳定连接。第二就是调整软连线的横截面形状。扁平矩形不适合作为软连线的横截面，建议改成圆形。圆形截面的空气流场比较稳定，正压区面积较小，使得软连线可以保持相对稳定的工作状态，而且不容易产生疲劳破坏，可以延长其使用寿命。

3 受电弓无法升起或者自动降弓

总的来说，受电弓是一种气动结构，而且受到电气系统的控制。当受电弓的运动动作发生故障，不能完成要求动作的时候，可以从它本身的气动系统及控制系统进行分析。

在受电弓的气动管路中，结构虽然简单，但是在实际的运行中却是故障频发。该系统的运动部件较多，需要多个动作同时完成，因此对气动系统的可靠性要求比较高。从电磁阀来说，如果电磁阀发生故障，阀芯不能运动，进气和排气管路均无法畅通，升弓和降弓的要求也就无法顺利完成。在电磁阀的内部，阀芯是主要的活动部件，对阀芯的润滑就显得特别重要。故障电磁阀内，共同的都是阀芯的润滑油脂都没有了，或者已经风干，起不到任何润滑的作用。同时阀体内部残留有杂质颗粒物，影响了电磁阀的气闭性能，使管路的压力存在损失。

受电弓内部的压力开关是自动检测是否完成升弓动作的部件。如果压力开关发生故障，系统就会对升弓动作判断失误，从而发出错误的指令。例如，发出升弓动作指令，并延时25s之后，如果压力开关的气压信号有问题，系统就会认为该受电弓故障，并进行降弓，启动备用弓。但是在实际运行过程中，会有诸多因素导致压力开关判断失误。例如压力开关的传感器发生漂移，实测值与设定值误差较大；外界环境温度较低的时候，升弓时间延长，25s内无法完成升弓动作。这些都会导致受电弓的自动降弓。

快速降弓阀发生排风故障。在需要升弓或者保持弓升起状态的时候，如果ADD气路或者压力开关出现泄漏，在降弓阀的阀腔内部如果下腔的压力大于上腔的压力，那么膜片就会向上运动，下腔的气密性就会遭到破坏，此时压缩气体就会顺着下腔排除，使受电弓失去压力的支承，导致自动降弓[3]。此外，如果快速降弓阀膜片上面的阻尼孔被杂质颗粒物堵塞，下腔内的空气就无到达上腔，同样会导致下腔压力升高，发生自动降弓。

经过上述分析，在遇到无法升弓或者自动降弓的问题时，可以从以下几个方面入手：①更换或者选用性能更好的气动电磁阀。保证其具有良好的气密性、润滑性以及动作可靠性。②更换或者选用性能更好的压力开关。其传感器的精度是一个非常重要的参数，尽量避免测量数据的漂移，提高数据反馈速度。③延长压力开关的延时时间，避免因为环境因素导致升弓时间延长，从而让压力开关产生误判。④对受电弓的气动管路进行定期的清洗、检查，消除小细颗粒带来的危害。⑤在快速降弓阀进气口增加过滤网，提高进入快速降弓阀的气体清洁度，防止膜片的阻尼孔被堵塞。

4 结语

受电弓是机车的重要电器元件，担任着电能传输的使命，其重要性毋庸置疑。加强对受电弓常见故障的分析，并找出其处理办法，可以起到防患于未然的作用。在发生紧急情况的时候，采取相应的预案，最大程度保护乘客的生命、财产安全。

参考文献

[1] 张振明.HX_D2B型电力机车受电弓故障原因分析[J].黑龙江科技信息，2015（9）：39.

[2] 赵晓明.CRH3型动车组受电弓故障分析及改进措施[J].机车电传动，2009（1）：74-75.

[3] 杜建波.HX_D3C型机车受电弓故障的查找和原因分析[J].铁道机车车辆， 2013（4）：113-116.