毕业设计（论文）-CRH3动车组受电弓检修与改进方案.docx

摘 要自从19世纪铁路运输诞生以来，就一直朝着更高速的方向发展。高速铁路具有载客量高、输送力强、速度较快、安全性好、正点率高、舒适方便以及能耗较低等明显的经济效益和社会效益，在全世界范围内显示出旺盛的生命力。高速铁路是当今世界铁路发展的共同趋势。各国高速铁路在运营中发生了一些由于列车设备故障引起的事故，由于高速铁路的运营速度高、密度大，行车事故的发生严重影响了高速铁路系统的安全、正点，一些重大的事故甚至对乘客的生命和财产安全造成了不可弥补的损失。因此，防范行车事故、行车设备故障的发生是高速铁路运营部门的不懈追求。受电弓作为动车组关键设备，受电弓的好坏直接决定动车组列车能否正常行驶。本文以CRH3型动车组受电弓为研究对象，结合受电弓结构特点和CRH3型动车组运行实际情况进行分析，分析了受电弓的检修方法，在此基础上提出了相应的改进措施和建议，以确保动车组正常运用安全。关键词：CRH3动车组；受电弓；检修；改进方案I目 录摘要I第1章绪论11.1选题背景11.2主要内容2第2章CRH3动车组受电弓32.1CRH3动车组介绍32.2CRH3动车组SS400+受电弓4第3章CRH3动车组受电弓故障及检修73.1受电弓故障73.1.1受电弓自身故障73.1.2外部环境故障73.1.3共同作用故障73.2受电弓故障发生原因83.3受电弓故障对策93.3.1库内检修故障对策93.3.2路线运转故障对策103.4受电弓检修指导103.4.1受电弓性能检查103.4.2受电弓外观检查123.4.3受电弓表面清洁13第4章CRH3动车组受电弓改进方案154.1快速降弓阀的改进方案154.2ADD供风阀的改进方案164.3受电弓升弓故障改进方案164.4受电弓磨损问题的改进方案18参考文献20第1章绪论1.1选题背景高速铁路经过50年的发展，高铁技术取得了巨大的进步，同时其独特的技术优势；运行速度快、运能大，能源消耗低，安全舒适便捷，并且能够全天行运营、巨大的社会经济效益使得高速铁路在世界范围内得到广泛的应用并已成为世界各国客运发展的共同趋势。自高铁技术发展来，日本、德国、法国、等西方国家在高铁技术应用和研究方面取得了巨大的进展，目前己形成了日本新干线系列、德国ICE系列、法国TGV系列为代表的大动车组体系。日本、法国和德国高速铁路的成功经验也带动了世界其它国家和地区高速铁路的发展。意大利、西班牙、瑞典、韩国和我国台湾地区均已有高速铁路投入运行。各国动车组从本国实际需要出发，具有各自的技术特色，为推动世界铁路向高速化发展起到了积极的作用。虽然我国高速铁路技术起步比较晩，但是今年中国高铁技术的发展可称得上是举世瞩目，我国通过技术的引进、消化、吸收、合作和创新，先后成功的制造出自己的产品CRH系列（主要有CRH1、CRH2、CRH3、CRH5和CRH6）以及CRH380系列（主要有CRH380A、CRH380BL和CRH380C）等，同时在这基础上研发出了各种适合不同车速、不同牵引模式、不同档次级别和满足不同需求的动车组。随着我国高铁事业的迅猛发展，线路的增加必然会造成线路的复杂化，速度的增加必然会引起车辆系统的振动加大，这就必然造成车辆系统的安全性、稳定性及乘坐舒适性要求更高，而动车组的检修及维护是保证上要求的根本保证。随着车辆的运行必然会造成车辆系统部件的磨损和伤害，研究车辆系统部分的损害规律，从而提出更加合理的、更加经济的维修方案十分必要。深化动车组修程、修制研究己成为重要研究课题。受电弓结构如图1所示。图1受电弓示意图受电弓接触网系统是高速铁路非常重要的子系统，对高速铁路的运营起着至关重要的作用。其中作为动车组关键设备的受电弓，直接决定动车组列车能否正常行驶。因此，动车组受电弓的检修就成为高速铁路运营中的一个重要课题。1.2主要内容本文以CRH3动车组为研究对象，主要介绍了CRH3动车组以及其受电弓结构的组成，在此基础上对动车组受电弓的故障开展深入研究，分析了受电弓的检修方法，以及提出了检修处理的改进方案。23第2章CRH3动车组受电弓2.1CRH3动车组介绍高速动车组通常是指运行速度超过200km/h的列车，其具有运载量大、行驶速度快、能量耗散低、安全性能好、准点率高等特点，现己在世界各国呈现出巨大的发展潜力。截止目前，我国所具有的自主知识产权的动车类型主要包括CRH系列（主要有CRH1、CRH2、CRH3、CRH5和CRH6）以及CRH380系列（主要有CRH380A、CRH380BL和CRH380C）等，动车实物如图2所示。这将为高速列车的快速发展奠定坚实基础。图2我国动车组主要车型图目前，我国高速列车建设正处于快速发展的繁荣鼎盛时期。2008年月日，我国开通了第一条标准高速铁路一京津城际铁路，其最高速度达350km/h，这标志着我国高速列车己基本实现技术自主化和标准化的重大创新。截止2015年年底，我国四纵四横高速铁路骨架也己基本建设完成，全国铁路营业总里程数达12万公里，其中高铁总里程数为1.9万公里，占总里程数的15.8，规模与里程位居世界首位。随着高速铁路的快速建设，我国的交通网络也日益完善，高速铁路经历技术引进一中国制造一中国创造的大跨越。十五期间，我国铁路建设投资将持续保持上升趋势，根据规划，2016年全国铁路固定资产将投资8000亿元、新线投产7000公里、新开工项目64项；同时，我国高速铁路也正积极向海外市场进军。2.2CRH3动车组SS400+型受电弓CRH3系列动车组采用SS400+型受电弓。受电弓安装在动车组车顶，通过它与接触网的可靠接触才能驱动动车组实现运营，因此受电弓是动车组关键设备。受电弓的安全性和稳定性对于动车组的运营有着决定性的作用，所以受电弓的检修是铁路运营部门和动车组造修部门面临的一个重要课题。以CRH3系列动车组受电弓为例，要研究降低其故障率，首先应该对以上两种受电弓的工作原理和重要参数做全面的研宄。CRH3系列动车组受电弓实物和原理如图3和图4所示。图3 SS400+型受电弓图图4受电弓控制原理示意图受电弓控制原理示意图中包括过滤器、升弓电磁阀、ADD电磁阀、压力开关、碳滑板、ADD阀、精密电磁阀、压力传感器、调压阀、电气控制模块等主要部件，这些部件的功能及作用如下：（1）过滤器：向受电弓气路提供干燥清洁的压力空气。（2）升弓电磁阀：常失电状态，司机室发出升弓指令后变为常得电，压力空气通过升弓电磁阀输送至调压阀，使受电弓升弓。（3）ADD电磁阀：常失电状态，与碳滑板ADD装置检测气路连通，受电弓发生故障时得电，触发自动降弓。（4）压力开关：有常幵和常闭两个回路，由碳滑板ADD装置检测气路内的压力空气控制其状态，列车总线根据压力开关的状态判断受电弓处于升弓或降弓状态。（5）碳滑板：受电弓升弓状态下与接触网接触受流，内部有ADD装置检测气路，当碳滑板磨耗到限或遭撞击损坏时ADD装置检测气路向大气排气，并触发自动降弓。（6）ADD阀：阀体内部由上、下两个腔室组成，上腔室连接碳滑板ADD装置来检测气路，下腔室连接受电弓气囊，ADD装置检测气路漏气时，触发自动降弓。（7）精密电磁阀：根据速度压力曲线中的压力目标值调节调压阀预控腔内的气压，进一步调节气囊压力。（8）压力传感器：检测气囊压力。（9）调压阀：向气囊输送压力空气；根据预控腔的压力调节气囊内的空气压力。（10）电气控制模块：通过软件控制精密电磁阀调节气囊压力；与列车进行通信。当司机室发出受电弓升弓指令后，升弓电磁阀随即处于得电状态，列车压力空气经过升弓电磁阀、调压阀及供气管路进入气囊驱动受电弓升弓。同时，压力空气通往控制模块内各元器件以及碳滑板ADD装置检测气路，实时检测受电弓状态。当司机室发出降弓指令后，升弓电磁阀处于失电状态，气囊内的压力空气排出，受电弓在重力作用下降弓。受电弓ADD装置检测气路可以在自动降弓触发的第一秒内将弓头降下至少200mm。第3章CRH3动车组受电弓故障及检修3.1受电弓故障受电弓是动车组获取电能的唯一设备，作为动车组最为关键的子系统之一，一旦出现故障，将会严重影响动车组的正常行车。动车组受电弓故障，是指动车组在运行和检修过程中，由于各种原因造成的受电弓不能正常工作或处于非正常工作状态。自从2011年月30日京沪高铁开通以来，有大量受电弓在我国的京沪高铁、哈大客运专线、京广高铁等线路上运行，在近四年的运行过程中，出现了一些由于受电弓故障导致动车组不能正常出库或线路行车时临时停车的事故。3.1.1受电弓自身故障受电弓集成了机械、气路两个模块，其中任何个模块出现故障，都会导致受电弓不能工作或处于非正常工作状态，根据受电弓系统的组成，通常有以下常见的受电弓自身故障。（1）机械故障：运营中机械部件出现损坏，检修中部件更换后安装不良。（2）气路故障：受电弓是靠压缩空气驱动的，并且由于安装了自动降弓装置（ADD），所以气路的密封不严或者泄露都会导致受电弓故障，例如碳滑板出现裂纹、气囊漏气、风管漏气、风管脱开等。3.1.2外部环境故障受电弓运行时持续暴露在外界环境中，并需要时刻与接触网保持良好接触，任何的外部影响都会对受电弓的性能产生影响。常见的外部环境故障有异物撞击、接触网硬点干扰、车顶有外来物品遗落等，在高速运行中上述因素往往会对受电弓造成破坏性的损伤。3.1.3共同作用故障受电弓在运行时通过碳滑板从接触网获収电能，然后通过自身的金属机构将电能输送到车内电气设备，由于电的特殊性，很多情况下受电弓的导电性能都会受到影响。常见的共同作用故障有受电弓表面脏污和恶劣天气环境（如雨雪及雾霾）复合作用下造成的高压闪络。京沪高铁、京广高铁在运营过程中都出现过由于极端雾霾天气，导致列车不能正常运行的情况，造成大面积晚点。其主要原因是因为雾霾中含有大量金属离子和烟尘微粒，造成绝缘子表面积存污坂，在高压电作用的情况下，绝缘子会被击穿，导致“雾闪”（也称污闪）现象的发生。3.2受电弓故障发生原因由于受电弓故障产生的原因往往涉及弓网两方面，组织电力机车和牵引供电2个专业的专家和工程技术人员针对动车组受电弓典型故障案例及现象进行专题研讨，对动车组受电弓故障案例进行剖析。（1）受电弓总进风管故障原因分析：受电弓总进风管（或称压缩空气绝缘管）具备绝缘和压力2种功能；有一定长度，其两端有固定，中间未固定，进风管裸露在空气中，不断随气流发生振动或抖动，极易遭受飞鸟、冰雪、树枝等异物打击，导致击破、脱落及折断。（2）碳滑板故障原因分析：一是磨损不均匀导致漏风；二是异物打击导致破损而漏风；三是进风软管固定失效或遭打击破损；四是本身制造出厂质量不良；五是检修未及时发现存在的缺陷；六是更新时安装不符合技术要求；七是动车组运用公里数越长，碳滑板使用寿命越短；八是动车组速度越高碳滑板磨耗越大。（3）气囊故障原因分析：一是橡胶气囊老化；二是异物击打。（4）支撑绝缘子（橡胶类）故障原因分析：一是绝缘橡胶老化；二是遭受异物击打；三是本身存在质量问题；四是检修时未及时发现技术状态的改变。（5）碳滑板支架及导流片、弓头、上下导杆、上下臂、底架、转轴等部件综合故障分析：一是遭受异物击打；二是本身存在质量问题；三是检修时未及时发现技术状态的改变。（6）接触网综合性能分析：一是接触网导线及其固定装置质量直接影响受电弓碳滑板使用寿命；二是接触网局部状态不良或某线段检修质量不高；三是接触网使用寿命和检修周期有待优化。3.3受电弓故障对策根据受电弓故障发生的环境不同，可以分为库内检修和线路运行两部分，针对这两种不同的情况，需要制定不同的故障对策。3.3.1库内检修故障对策动车组施行计划性预防修的体制，分为五级修程。其中每运行4000至5000公里（因车型而异）或运用48小时就会进行一次一级检修。一级修的主要内容是对动车组进行全方位的检查、试验。每月或者每运行一定的公里数（例如万公里、10万公里）会进行规定项目的二级修。二级修的内容是对专门的部件或系统进型检查、测量、试验。一级修、二级修统称为运用检修。在运用检修中要及时发现和解决故障，避免动车组带故障隐患上线运行。受电弓作为动车组关键部件，更是每日检修的重中之重。一旦发现受电弓有故障或故障隐患，一定要及时采取措施解决，否则不应安排上线。针对不同的故障原因，针对性的采取措施包括：（1）加强制造源头质量控制。受电弓在高速运行过程中承受着高频的震动和巨大的空气阻力，因而不论是金属部件还是橡胶部件，都需要在设计、制造环节保证足够的强度，避免发生断裂、折损等故障。（2）及时清洁受电弓及车顶高压设备。受电弓绝缘子、供风管路、弓架等部位表面要每日清洁，及时除去表面脏污以防止运行中可能出现的闪络放电故障。特别是在雨雪雾霾天气下，通过替换幵行等方式增加车顶绝缘子擦拭的频次，能够取得比较显著的效果。（3）加强受电弓检修。一旦发现受电弓有任何的异常，需要及时排除故障，对于不能及时解决的故障，则需要对故障件及时进行更换并调试保证性能良好。一级检修重点跟踪易耗易损件状态，发现碳滑板、接地导线、弓头等破损裂损或磨耗到限，要做好及时更换。更换配件必须做到安装良好，并进行无电升弓试验，防止维修过程中操作不当造成次生故障。二级检修重点对管路泄露情况测试，还需要对升降弓的时间、压力进行测量、调节，确保复合规定数值。3.3.2路线运转故障对策受电弓如果在动车组运行过程中发生故障，会对整条线路的正常运营产生巨大的影响，在这种情况下，需要列车随车机械师和司乘人员及时做出故障判断。对于能够立即排除的故障，应当及时排除并确保无后续影响的情况下继续行车，对于无法立即排除的故障，应停止使用故障受电弓，升另外的受电弓继续行年，当列车回库后及时检修并排除故障。针对由于线路原因引起的运行故障，应在检修天窗中做好供电线路的检查维修，有条件的情况下可以在载客运营前开行确认列车，这一做法能够提前发现线路隐患，及时整改后可以削弱不利影响。或在动车组上增加辅助设备，如增加摄像头记录弓网状况以及增加驱鸟装置防止鸟类撞击受电弓。在新造统型动车组上已经实现了加装弓网监控摄像头的设想，可以为机械师监控弓网情况、弓网故障后原因分析提供可靠手段。关于飞鸟驱散技术，在民航系统中有较多的研究运用，但动车组开行的情况与民航客机差异较大，不适合安装固定的驱散设备，所以可以考虑研宄在动车组头车车顶增加干扰设备，驱散鸟类等飞禽达到减少撞击受电弓的目的。3.4受电弓检修指导受电弓旳日常检修包括性能检查、外观检查和表面清洁三个部分，为了保证检修的质量，检修人员需要按照相关检修作业指导开展检修工作。注意：受电弓登顶检修工作必须在接触网无电的工况下才能进行，检修结束后，必须清理车顶异物，确保无物品遗漏。3.4.1受电弓性能检查受电弓性能检查分为受电弓静态接触力测量和升降弓试验。（1）受电弓静态接触力测量确认受电弓压缩空气压力在额定范围内（340-420kPa），司机室发出升弓指令后，车顶人员目视确认受电弓上升。用轻弹簧种连接顶管弓的中间，在升弓高度从0.5-2.4m范围内慢慢向下移动中测量接触压力，下降速度最大不超过0.1m/s；升弓高度从0.5-2.4m范围内慢慢向上移动测量接触压力，上升速度最大不超过0.1m/s。向下运动时，接触力范围为90士N，向上运动时，接触力范围为70N。如果静态接触力超出上述范围，则需要通过受电弓阀板上的减压阀重新调节静态接触力。图5试验台原理图（2）升降弓试验受电弓静态压力检测合格后，司机室发出升弓指令，车顶人员观察受电弓升起是否平顺并记录升弓时间。受电弓从降弓位升起至绝对位移0.9m处的时间小于4s，升弓过程中受电弓不允许有任何回弹。司机室发出降弓指令，车顶人员观察受电弓降下是否平顺并记录降弓时间。受电弓从绝对位移0.9处降至落弓位置的时间小于4s，降弓时应有缓冲，上框架顶管应落在檢胶减振座上，允许受电弓在降弓位轻微弹跳。如果升降弓时间超出了上述范围，在静态接触压力和气囊压力均正常时，可以通过调节受电弓阀板上的节流阀来调节升降弓时间，顺时针旋转则升降弓时间增加，逆时针旋转则升降弓时间减小，反复操作受电弓上升与降下，调定后的升降弓时间应满足0-2.4m升弓时间为6-10s，0-0.9m升弓时间小于；2.4至落弓位降弓时间小于6s，0.9m至落弓位降弓时间小于4s。图6试验流程图3.4.2受电弓外观检查受电弓外观检查主要针对碳滑板等易耗件是否磨耗到限需要更换以及受电弓零件有无脱落、裂纹和损坏。（1）碳滑板检查目视检查碳滑板外观状态，测量碳条残存厚度，当受电弓碳滑板超过规定限度或损坏到规定限度必须更换。检查结束后使用粉笔在销托架上注明碳滑板厚度，并拍照留影相。发生以下情况时，需要及时更换碳滑板：1、正常磨耗到限（碳条残高小于5mm）；2、碳滑板断裂；3、接头或接缝处漏气；4、裂缝导致滑板漏气；5、碳滑板中部（与接触网摩擦区域）有3条以上裂纹；6、碳滑板边缘的宽度大于0.3mm的横向裂纹，7、明显的纵向裂纹；8、碳滑板边缘处磕碰导致碳条大面积脱落（接近宽度的1/2）；9、招托架严重烧损（招托架烧穿孔洞2mm以上）；10、由于撞击造成滑板扭曲变形；更换碳滑板时，应保证两条滑板高度差不超过3mm，必要时全部更换。（2）受电弓零件检查1、目视检查弓头支架及附属零部件，确认无变形、脱落、裂纹等现象；2、检查弓角涂层，确认无损伤脱落；3、目视检查下导杆两端的关节轴承以及升弓装置销轴，关节轴承以及升弓装置销轴处保持润滑，转动灵活，没有缺损。4、目视检查底架橡胶堆，确认无老化变形，安装水平。5、目视检查气囊装置，确认气囊无破损，如有裂纹，裂纹深度长度25mm；6、目视检查阻尼器，确认外观及安装状态良好，无漏油现象；7、目视检查钢丝绳，确认钢丝绳无断股现象，在降弓位置，两侧钢丝绳的张紧程度应一致；8、目视检查各部软连接线，确认无破损，连接螺母紧固，接触良好；9、目视检查车顶气路管道，确认气路管道安装良好无破损、漏气；检查各部紧固零部件安装，确认安装良好、无松动。3.4.3受电弓表面清洁受电弓运行时一直暴露在外界环境中，会造成表面的脏污，在一级检修过程中，需要及时清洁受电弓及绝缘子表面。同时在遇有雨雪雾霾等不良天气时，可以通过安排库停列车替换下线或使用存放时间来安排车顶高压绝缘子的清洁作业，及时清洁受电弓表面可以有效降低闪络放电故障的发生。通过实际运用表明可以有效保证动车组后续乃至次日的安全运营，减少对行车的不良影响。对受电弓旳日常检修进行总结，得到受电弓检修流程图如图7所示。图7受电弓检修流程图第4章CRH3动车组受电弓改进方案根据第3章对CRH3动车组受电弓的故障类型、故障发生原因、故障对策以及受电弓检修指导等方面的分析，得到了受电弓检修改进方案，其检修改进方案如图8所示。图8受电弓检修改进方案图4.1快速降弓阀的改进方案在某次作业中发现动车组受电弓ADD快速降弓阀严重松动，并且供风管与ADD快速降弓阀连接处出现漏风时，在处理过程中，由于快速降弓阀紧挨升弓装置气囊安装固定螺栓，不但将快速降弓阀的连接接头拆掉都无法转动，还要把升弓装置气囊固定螺栓拆掉才能转动花费将近一个多小时，浪费了大量时间，也会影响作业节点。因此笔者提出改进建议（如图9所示），将快速阀的位置向气囊外侧移动45厘米，这样在紧固或更换快速降弓阀的拆装提供方便，节省大量时间。图9快速降弓阀的改进方案图4.2ADD供风阀的改进方案ADD供风阀是向碳滑条供风，如果碳滑条漏风时可切断该阀向碳滑条供风，但该阀安装在车顶上不但配件容易损坏，而且当碳滑条出现漏风现象随车机械师不便应急处理。改进建议如图10将ADD供风阀改放在车厢内。图10 ADD供风阀的改进方案图4.3受电弓升弓故障改进方案受电弓由于机械结构的设计和升弓过程中运动速度和轨迹的非线性，会使气囊内压力空气在升弓初期出现压力跳动现象，这是受电弓固有的机械性能。如果对受电弓机械结构进行变更，则可能会对已经经过大量风洞试验，具有良好的空气动力学性能的受电弓产生不良影响。因此，针对受电弓在升弓初期发生的升弓故障，提出2种不涉及机械结构变更的改进措施。（1）压力开关参数调整分析图11和图12的受电弓气囊内压力曲线，在升弓初期气囊内压力会出现跳动现象。可采集足够数量的受电弓升弓气囊内压力数据，根据大量的数据分析，找出受电弓升弓过程中，气囊内压力出现波动时的最小压力值，将压力开关状态发生变化时的参数调整至小于该最小压力值，则可避免压力开关的二次动作现象的发生，消除升弓故障。（2）升级受电弓控制软件由于升弓故障仅发生在受电弓升弓初期，且对受电弓升起后的其他机械和电气性能没有影响，因此可对受电弓控制软件进行升级，列车控制系统在发出升弓命令10s内，不判断受电弓是处于升弓或降弓状态，即不检测压力开关的输出信号和状态。10s后再检测压力开关是否动作，对受电弓升降弓状态进行判断。图11 MVB信号升弓状态下升弓故障时的监控曲线图12硬弓升弓状态下升弓故障时的监控曲线4.4受电弓磨损问题的改进方案针对CRH3型动车组受电弓软连线、支持绝缘子磨损断裂较为严重问题，结合受电弓结构特点和CRH3型动车组运行实际情况进行分析，提出了相应的改进措施和建议，以确保动车组正常运用安全。（1）改变受电弓软连线截面形状将软连线截面形状由平矩形结构改为圆形，圆柱形表面的迎风处正对来流方向为正压区，沿曲面向两侧，正压逐渐减小变为负压。在相同的截面面积和空气动力的情况下，该截面结构软连线所受的平均压力值较低，另外，该结构的抗弯曲和剪切许用应力值又较高，软连线不易断股。（2）改善受电弓支撑绝缘子机械性能绝缘子伞裙与护套连接处裂损，可大大降低绝缘子的爬电距离，在连续雨、雾等潮湿条件的天气情况下极易发生放电闪络。因此，改善并保证其机械性能尤其是撕裂强度的稳定性是保证支持绝缘子外绝缘伞套良好的抗漏电起痕和蚀损性能、增水性