DSA250受电弓结构研究及相关知识

2018-10-17

福建质量管理 2018年18期

(中国铁路呼和浩特局集团公司包头车辆段内蒙古包头 014010)

一、基本情况

CRH1使用的是北京赛德公司的DSA250型单臂受电弓，DSA250受电弓设计来源于最早的高速受电弓DSA350SEK，采用压缩空气气囊驱动升弓，自重降弓。采用轻量化优质材料，具有良好的机械和动力学性能，受电弓滑板采用纯硬碳材料，对接触网起到保护的作用，最高运行时速可达到250km/h，适应接触网高度5300—6300mm，列车运营时速可达200km/h。

受电弓一个基本动力单元，一辆列车共计2个。受电弓型号是DSA250Bsp单臂受电弓。每一列车的带弓拖车车顶分别安装受电弓及其附属装置，一列动车组正常运行时，采用单弓受流，另一台备用，处于折叠状态。当两列车编组挂在一起时，每一列车中各有一台受电弓工作。正常模式下，激活的受电弓在相对于列车行驶方向的远端车上，司机可以停用两个中的任一个。

二、结构及特点

(一)受电弓的组成

DSA250型受电弓为单臂受电弓，下图为DSA250型受电弓的外形图。DSA250受电弓具有如下特点：第一，该受电弓在环境温度为-40～45℃时仍然能够正常工作,其最高运行速度为230 km/h；第二，机械和电气性能均符合UIC608,IEC60494-1,IEC61373标准；第三，升弓机构采用气压风箱驱动器(即气囊),通过气压进行驱动；自带阻尼器和自动降弓装置ADD。CRH1型动车组使用DSA250型受电弓，适用于250km/h的运营速度。受电弓的安装高度为4m时，受电弓的工作高度最低为4888mm，最高为6800mm，极限高度为7000mm。动车组正常运营时，采用的是单弓受流，另一台为备用弓，处于折弓状态。气动升降弓装置3安装在底架1上，滑板安装在U型弓头支架上，弓头支撑架垂悬安装在4个接簧下面，两个扭簧安装在受电弓的弓头和上臂之间，这种结构可以使滑板在机车运行方向上移动更加灵活，而且能够有效缓冲各个方向上的冲击，以达到保护滑板的目的。气动元件安装在位于底架的控制盒内，自动降弓装置可以监测到碳滑板的使用情况，如果碳滑板的磨耗达到极限或受到冲击断裂后，受电弓会迅速自动降弓，预防弓网事故的进一步扩大。更换碳滑板后要重新启用自动降弓装置。

图2.1 DSA250受电弓

对于不同型号和不同速度等级的机车，受电弓的空气动力可以通过安装在受电弓弓头上的翼片来进行调节。当重联运行时，一旦前弓因为故障自动降弓后，滑板的监测装置可以通过机车TCMS系统，实现后弓的连续降弓，从而保护后弓免受损害。ADD关闭阀置于机车内部，当受电弓发生故障而自动降弓后，如果受电弓对接触网没有造成损害，而且对受电弓的性能没有影响时，可以关闭ADD关闭阀，重新升起受电弓。更换滑板后，重新启动ADD装置。DSA250型单臂受电弓可以在电力机车和其他电力牵引设备中使用。其升弓装置安装在底架上，通过钢丝绳作用于下臂。

(二)DSA250受电弓主要零部件有

1.底架。底部框架是由方形管焊接而成的，是整个受电弓的基础部分，它用于支撑和安装整个框架，通过轴承与下部撑杆连接。底部框架上还安装有铜接线排和连接列车主电源的电缆。

2.阻尼器。阻尼器安装在底架和下臂之间，当通过气囊充气使受电弓升弓时，它能够减小受电弓弓头对接触导线的冲击，使得在升弓时先快后慢；当通过气囊放气使受电弓降弓时，它能够减小弓头落在底架上是的冲击，保护受电弓。

3.空气气囊。空气气囊是由橡胶做成的，通过对空气气囊的充放气来达到受电弓的升弓和降弓的目的。

4.下臂。下臂是由铝合金焊接而成。下臂上安装有受电弓电桥连线的接线板、主张力弹簧连杆、缓冲器冲击块、导杆的轴承支座和驱动气缸的安装支座。

5.弓装配。弓装配安装在底架上，主要作用是：当受电弓处于落弓状态时支撑受电弓的弓头部分，托起上框架部分。

6.下导杆。下导杆是由钢管制成。下导杆的长度可以改变，通过改变下导杆的长度来达到调节受电弓最低位置的目的。下导杆上还安装了受电弓的高度止挡，正是这块止挡决定了受电弓的最大升弓高度。

7.上臂。上臂杆是由锥形铝合金焊接而成的，它包括铰链机构和斜支撑杆。通过斜支撑杆的固定作用，上臂具有很高的强度和侧向稳定性。

8.上导杆。上导杆也是铝合金材料制成的。它上面安装有集电头。上导杆的长度也是可以改变的。

9.弓头。弓头是受电弓与接触网接触的那一部分。弓头主要由碳滑板、转轴、弓角、弹簧盒组成。弓角是由钛合金制成的，它可以避免接触网在分叉处接触网上的接触导线进入滑板的下面，造成刮弓事故。弓头上的滑板是由电石磨碳制成的接触部件和铝合金制成的安装部件组成的。弹簧盒中装的是螺旋压缩弹簧，可以为弓头在垂直的方向上有一定的垂向位移，保证弓头与接触导线有持续的压力。

10.滑板。滑板是由铝制支座和硬碳组成的。受电弓上的滑板和接触网上的接触导线直接接触，产生的是滑动摩擦。滑板的质量与机电性能对受电弓的受流质量有非常大的影响。

三、DSA250受电弓的主要技术参数

(1)设计时速250km/h，速度200km/h；

(2)额定电压和电流 25KV/1000A；

(3)标称接触压力为70N，可以调整；

(4)空气动力调整通过受电弓的弓头翼片调节；

(5)升弓的驱动方式为气囊驱动；

(6)输入空气压力为0.4—1MPa；

(7)静态接触压力是70N时的标称工作压力为0.35MPa；

(8)受电弓弓头的垂向位移量为60mm；

(9)精密调压阀的耗气量输入压力<1MPa时不大于11.5L/min；

(10)材料为整体碳滑板(铝合金托架/碳条)，弓角由钛合金制成，高强度铝合金焊接而成上臂/下臂/下导杆，底架是由高强度的结构方钢制成；

(11)受电弓整体重量约为115kg，不包含绝缘子的重量；

(12)结构为单臂受电弓；

(13)环境温度-40°C——+60°C；

(14)接触压力70N；

(15)运行中受电弓的最大电流计算值275.4A(网压25KV时)，305.9A(网压22.5KV时)；

(16)列车停车时受电弓的最大电流计算值44.5A(网压25KV时)，49.4A(网压22.5KV时)；

四、受电弓升降弓原理

(一)自动升弓原理

下图所示为受电弓气囊驱动装置的压缩空气原理图：

图2.2 驱动装置压缩空气原理图

其中的压力表安装在司机室滑板监视部分的面板上，空气从司机室的电磁阀经过空气滤清器进入减压阀，减压阀的作用是调节工作压力，其调节的精度是0.02MPa，这种精度非常重要，因为压力变化0.01MPa将会直接导致受电弓弓头与接触线的接触压力变化10N。压力表仅用于粗略观察，调整节流阀可以控制受电弓弓头的升弓速度，高速节流阀可控制降弓速度。安全阀在减压阀失效时起作用。

压力表(件4)显示的值仅作为参考，要以实测的接触压力为准。单向节流阀(件2)用于调节升弓时间，单向节流阀(件5)用于调节降弓时间。如果精密调压阀出现故障，安全阀会起到保护气路的作用。精密调压阀运用当中不得随意改变其调压值，为了保证个各种控制阀能够正常的使用，应当严防水和其他杂质(注意机车上部件管接头的密封，并及时检查空气滤清器。精密调压阀的更换应采用原厂的配件或装备部指定的产品，否则会引起质量事故，且事故后果由用户自己承当)。

(二)自动降弓原理

当受电弓弓头受到损坏时自动降弓装置应立即动作，迅速降下受电弓，与接触网脱离，避免接触网接触导线和受电弓的进一步损坏。

图2.3 自动降弓装置原理图

滑板的内置气道有压缩空气，一旦压缩空气从滑板遗漏出将导致受电弓的升弓装置压力下降，压缩空气将会从快速降弓阀中排出。滑板碳条上细小的裂缝引起的少量漏气如果在压力响应的范围内，将不会影响受电弓的使用。如果由于滑板上的碳条受到冲击，导致压缩空气压力变化，压力开关会产生一个电信号并传输给机车上的计算机，机车计算机响应，关闭主断路器，同时电控阀得到来自计算机系统“受电弓降下”的信号，这避免了受电弓降下时电弧对接触导线和受电弓的损坏，上图是自动降弓装置原理图。

在正常的升弓条件下，压力开关需要有延时功能，压力开关和自动降弓装置ADD阀启动主断路器需要设定时间延迟(大约20—30s)。

如果快速降弓阀和滑板间的气管断裂，自动降弓装置可以通过ADD关闭阀停止使用(重新连接后，需要注意清理渗水)。

微动开关通过和机车计算机系统连接可以显示自动降弓装置ADD关闭阀的工作状态。下图是自动降弓装置ADD阀图：