地铁车辆整车型式试验

李毕

摘 要：该文主要是参考工厂以往项目受电弓动态试验内容，结合标准要求和在实际应用过程中发现的问题，从车辆整车型式试验角度阐述了受电弓动态试验内容，供测试人员参考。利用电弧评价弓网系统的受流质量有一定的局限性，但是却能直观地表明受电弓在运行过程中满足车辆设计和标准的要求。

关键词：地铁车辆 整车试验 受电弓 动态接触力 拉弧 拉弧率 动态范围

中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（b）-0072-02

为了规范车辆制造厂对受电弓在整车试验中的测试内容和测试方法，保证车辆在实际运行过程中实现良好的受流质量，对地铁车辆整车型式试验——受电弓动态试验进行了初步研究。通过对国内外弓网关系测试内容及评价标准的对比和对测试内容的描述，总结出适合车辆制造厂进行的受电弓动态试验内容。

1 术语和定义

接触点：滑板（接触板）和接触线的力学接触点。弓头的工作范围：在正常工作条件下，滑板（接触板）上可能的接触点的水平和垂直范围。接触力：受电弓施加于接触网的垂直力。该接触力是所有接触点的力之和。拉弧：击穿滑板（接触板）和接触线之间空气间隙的电流，通常表现为强烈放光现象。拉弧率：NQ=∑tarc/ttotal×100。tarc为持续时间超过1 ms的拉弧时间；ttotal为一段测量时间，此时电流超过名义电流30%。动态范围：垂向：接触线不离开受电弓的工作范围；横向：至少有一支接触线在弓头的工作范围内。

2 测试条件

因为弓网系统是一个整体，研究受电弓离不开接触网，所以站在整车试验的角度，在试验前应要求业主提供运营线路接触网的验收证书。表明测试线路接触网满足标准参数要求。EN 50119—电气化铁道接触网设计、施工及验收标准，对接触网在给定运行速度下是否能够满足标准参数的要求做了相关规定，可以作为参照。

3 弓网关系测试内容及评价标准对照

3.1 国内测试单位

（1）试验标准及依据。GB/T 21561.2-2008/IEC 60494-2：2002《轨道交通机车车辆受电弓特性和试验第2部分：地铁与轻轨车辆受电弓》。

（2）测试内容及评价标准，试验速度达到最高速度。

①拉弧（离线火花）测定离线火花发生的地点，统计离线时间和次数，检出最大离线时间，离线率。记录不同车速运行状态下的数据，考核弓網受流质量。评定：离线率不大于5%，一次最大离线时间不大于100 ms。

②硬点（受电弓所受的垂向加速度）测试受电弓运行时所受的垂向加速度，以此来评价受电弓运行的安全性。评定：垂向加速度不大于490 m/s2（50 g）。

③受电弓运行轨迹（动态高度）测试受电弓弓头的运行轨迹，即接触导线动态振动，以此来评价弓网运行的的振动情况。评定：接触导线最大垂直振幅2 A不大于150 mm。受电弓运行状态图像监视在列车车顶安装摄像机，监视弓网运行状态，并与有关测试数据进行图像合成。

3.2 国外测试单位

（1）试验标准及依据。EN50317电气化铁道弓网相互作用测量标准。

（2）测试内容及评价标准。受流质量由实测的平均接触压力Fm和接触压力标准偏差σ来标定，规则如下：①最高速度下的接触压力标准偏差≤0.2 Fm。②最大接触压力峰值Fm+3σ≤350 N，最小接触压力Fm-3σ>0。③在不利的空气动力条件下，定位器最大抬升量必须的空间不小于实际抬升量的两倍。

4 测试原理和方法

4.1 动态接触力测量

（1）当受电弓与接触网接触并高速运行时，受电弓弹簧系统的振动、车体的振动以及风力等因素均参与作用，受电弓弓头在上下、左右、前后3个方向产生运动。F=F0±FR+FAER±FDYN。弓网接触压力F：受电弓与接触网之间的接触力。静态接触压力F0：驱动机构使滑板与接触线间产生的接触压力。磨擦力FR：关节间的磨擦力，与弓头运动方向相反。空气动力接触压力分力FAER：气流对受电弓的抬升力。动态接触压力分力FDYN：由垂直振动引起的惯性力。注1：惯性修正：由传感器和接触点间的质量而产生的惯性力应予以修正，且应在测试结果中进行说明。注2：空气动力修正：考虑到作用在传感器和接触点间部件产生的空气动力，应予以修正。

（2）对于一个控制区间来说，至少需要以下的统计值：平均值（Fm）；最大值；最小值；标准方差（σ）；接触力的柱状图或概率曲线。

（3）应在两种情况下进行测试：该力作用于弓头中心线；如果可能的话，该力应作用于距弓头中心线250 mm处，或尽量接近该值。如果使用其他值，应在报告中注明。

4.2 拉弧测量

（1）对于电弧的探测，探测器应对铜物质发光的波段灵敏。由于铜及铜合金接触线的缘故，存在一个220～225 mm或323～329 mm的波段（注：该两段波段已覆盖了铜的发射波长）。该测量系统应对于波长超过330 mm的可见光不灵敏。

（2）探测器应尽量靠近受电弓以具有足够高的灵敏度；尽量靠近车辆的纵轴以有足够高的灵敏度；根据车辆的运行方向，置于受电弓后方；根据车辆的运行方向，对准滑板（接触板）；在弓头的整个工作范围的视界内灵敏；灵敏度公差应优于10%；对于放电开始与结束的反应时间应小于100 μs；有一探测极限值，根据需测的最小电弧能量值确定。

（3）在测控区间，应记录、计算下列值：车辆速度；电弧次数；所有电弧持续时间的总和；最长的电弧持续时间；每列车每个受电弓，受电电流超过正常电流30%的总时间；控制区间的总运行时间；拉弧率。

4.3 动态范围测量

弓网接触力连接两个机械系统（接触网和受电弓），这两部分均能振荡并且具有各种不同的质量模块、弹性系数、衰减系数和自然频率。由于接触网具有弹性、在受电弓作用到接触网上时就使接触线有一定的抬升量。实际上，沿接触线锚段变化的弹性导致受电弓周期性上下运动，这种运动幅度取决于抬升力本身。EN50119规定：当定位器不带限位功能时，其自由抬升空间至少应为接触线实际抬升量或模拟抬升量的2倍；当带限位功能时，定位器自由抬升空间至少应为接触线实际抬升量或模拟抬升量的1.5倍。EN50367规定：受电弓动态包络线的上抬量为接触线实际抬升量或模拟抬升量的2倍。受电弓动态包络线的左右摆动量与线路、轨道、机车等的性能有关，实测值较难确定，一般根据运营经验取值为250～300 mm。

5 分析

通过研究发现，在一定条件下利用弓网系统电弧的次数和持续的时间评价弓网系统的接触质量还是可行的，毕竟由接触电阻的上升和开始燃弧能够确定可接受的弓网系统动态接触压力最小值。但是弓网系统的电弧不可能模拟，测量已经表明不可能重现反复试验运行的结果。即便在相同线路、相同条件下，重复试验也会产生不同的结果。利用电弧评价弓网系统的受流质量有一定的局限性。而受电弓动态接触力虽然不能完全反映出弓网关系的好坏，但是却能直观地表明受电弓在运行过程中满足车辆设计和标准的要求，受电弓的基本特性适合于规定的应用范围。

6 结语

综上所述，建议车辆制造厂进行的受电弓动态试验内容应包括动态接触力的测量和动态范围的测量。

参考文献

[1] IEC 61133-2006，铁路设施-铁路车辆-车辆组装和运行前的整车试验[S].

[2] EN 50317-2002，电气化铁道弓网相互作用测量标准[S].

[3] 唐超伟.南京地铁车辆受电弓自主维修研究[J].信息化建设，2015（9）：68.

[4] 王炜俊，洪跃.受电弓故障模式分析与维护策略[J].沿海企业与科技，2015（5）：27-30.