高速受电弓概况及发展

侯艳　张武

摘要：本文以高速铁路受电弓的特点为出发点，主要以高速铁路技术比较先进的德国、日本和法国高速受电弓为例。介绍了当今主流高速受电弓的特性及优点，同时对我国高速铁路目前所使用的受电弓的状况进行了分析，最后为我国高速受电弓的研发方向提出了几点建议。

关键词：高速铁路；受电弓；特性

0.引言

无论是从交通运输是经济进入现代增长所依赖的最主要的基础产业、基础结构和环境条件这一运输发展理论，还是从我国正处于经济社会持续快速发展的重要时期，铁路“瓶颈”制约矛盾非常突出这一国情世纪出发，以及世界铁路历史的发展证明，高速铁路是经济社会发展的必然趋势。因此我国现已制定出一系列发展规划，大力发展高速铁路。

然而由于高速铁路开行速度高（设计开行时速250公里以上，初期运营时速200公里以上），高速铁路需要一系列配套技术的支持，如适用于高速铁路的路网及信号系统、高速受电弓、高速转向架、符合动力学性能的车体等，其中受电弓作为机车的受流器件，在弓网系统中占有举足轻重的地位，其受流性能的优劣直接影响所取电流的可靠性，直接影响电力机车的工作状态。

1.高速铁路受电弓概况

电力机车在中高速运行状态下会出现比常速下严重的一些问题，如：弓网系统接触压力变化大、离线率高、拉弧现象严重等等，为克服这些问题，各国研究人员已经研发出了适合各国自己国情的高速受电弓。

德国ICE1、ICE2系列高速列车使用的DSA 350 SEK型受电弓，精选合金制成，通过合理选择等臂平衡杆弹簧及组装，减轻了受电弓的质量，其质量轻（仅为106kg），并且在其上臂杆与等臂杆的适当位置安装有可变化的导风板，通过调节导风板活节距离及角度，便可使受电弓升浮力稳定，从而保证了良好的受流效果。该受电弓上还装有自动降弓装置（AS），当弓网发生故障而损坏碳滑板时，压缩空气经碳条滑板下与控制受电弓的压缩空气直接相连的通道释放，在不到1秒的时间内便可将弓头将至落弓位，及时避免受电弓及接触网继续受到损害，同时，该装置还可将故障信号迅速传给在牵引系统重联的令一台机车，使其受电弓降落，切除整个故障。DSA 350 SEK型受电弓在机车运行速度为280km/h时双机牵引能达到规定要求。

ICE3系列高速列车使用的DSA 380型受电弓弓头支撑部分采用钛合金，并有独特的空气动力翼片设计，受电弓弓头长1950mm，滑板长1576mm，质量不超过130kg，受电弓控制单元将来自车两侧的压缩空气调整为适合受电弓正常工作的气压，安装在阀板上的压力开关能够将受电弓的工作状态反馈给车辆，其控制系统性能良好，在运行过程中未出现过由于控制系统原因而导致其它设备损害的现象。另外，该型受电弓的自动降弓装置可对碳滑板的使用情况进行监测，当滑板受损时压缩空气会通过自动降弓装置的快速降弓阀（SV1）中迅速排出，实现自动降弓，避免事故扩大化。

日本新干线上所采用的的PS200A型受电弓，滑板材料为铜基粉末冶金，上下框架用异型钢板焊接，弓头结构简单，质量轻，弓头归算质量6.93kg，可满足200km/h以上的受流需求，且能较好地抑制弓网电弧的发生，在受电弓上放置有小型受电弓的二段式受电弓，减小了归算质量，同时加大了接触导线的张力，从而提高了框架的上下振动固有频率及弓头上下振动的固有频率，降低了离线率。

法国国铁大西洋新干线中采用的GPU型单层受电弓最高运行速度可达515.3km/h，CX型受电弓可根据车速的变化自动调整接触压力，使得弓网的跟随性大大提高，从而减少了电弧的产生，X系列受电弓采用合成纤维弓头，使得质量减轻了30%-40%，采用气垫支撑装置和高性能空气调整装置，使用有限元分析法及模拟技术提高了动态重量和受流质量。

我国高速动车组目前使用的DSA250型高速受电弓，设计速度200km/h，试验速度250km/h，滑板材料为纯碳质，能很好地与铜合金接触线相匹配，该型受电弓采用气囊驱动，装有ADD自动降弓装置，精密调压阀可以用来调节受电弓与接触网之间的静态接触压力，单相节流阀可以调节升降弓时间。通过吸收德国SSS400+型受电弓技术国产化的TSG19型受电弓，优化了框架的动力学性能，降低了受电弓高度，能满足双向运行350km/h的要求。

我国目前受电弓的生产仍以中外合作为主，虽对受电弓的部分部件能够进行国产化，但核心部件仍依赖国外。因此要想在受电弓研发生产技术上独立，同时开发出性能更加优越、适用于更高速列车的受电弓，我们必须进一步进行技术创新，研发新型的高性能受电弓。

2.高速铁路受电弓发展方向

（1）缩小弓头尺寸

相比于法国交流铁路所使用的高速受电弓，我国目前使用的受电弓弓头轮廓较大，因此弓头质量和空气阻力就比较大，这两种因素成为弓网系统动态性能提升的负担，所以我们可以研发外形尺寸较小的高速受电弓。

（2）翼形弓头

可根据仿生学原理在椭圆形截面上支撑一个翼形弓头，效仿鹰的翅膀在空中飞翔，以提高受流性能：还可以考虑合理改变受电弓罩的形状，在保证受电弓周围气流平稳的情况下进一步减小空气阻力和气动噪声。

（3）主动控制

在受电弓滑板下加装力传感器和加速度传感器，分别用以检测受电弓接触压力和系统矫正，滑板下安装一个响应接触线高度变化和振动的执行器，力传感器测得的接触力与理论值的差值输入到控制器，输出信号给执行器调节受电弓的抬升力，使弓网间接触力在规定范围内。

这种受电弓有良好的跟随性，可以减少离线和拉弧，改善受电弓的动态特性。