工作范文自考论文

1、北 京 交 通 大 学毕 业 设 计 （论文）题目：电力机车受电弓损伤的防护姓名 ：韩彩霞专业：铁道机车车辆（本科）单位：吉林铁道职业技术学院电气工程系职 务： 学 生 准考证号：2 9 1 7 0 9 1 0 1 2 2 7设计(论文)指导教师：段 金 辉 发题日期：2010年4月20日完成日期：2010年6月28日专 业铁道机车车辆姓 名韩彩霞题 目电力机车受电弓损伤的防护指导教师评阅意见成绩评定： 指导教师：2010年 月 日答辩组意见答辩组负责人：2010年 月 日备注毕 业 设 计（论文）评 议 意 见 书毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：电力机车受电弓损伤的防护一、 毕业

2、设计论文内容本文主要介绍了我国铁路电力机车本身不带原动力，靠接触接触电网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动机车车轮。电机机车具有功率大，热效率高，速度快，过载能力强和运行可靠等主要优点。而且不污染环境。二、 基本要求了解我国铁路接触网和受电弓的关系，知道目前我国最有效的防护受电弓损伤。格式上符合工科论文的格式，能从总体上把握论文的主题，不偏题，不跑题，论据充分。三、 重点研究问题（一）电气化铁路简介（二）电气化铁路受电弓的概论（三）受电弓的工作原理（四）弓网受流可靠性四、 主要技术指标（1）电气化铁路受电弓的概论（2）弓的工作原理（3）网相互作用监测五、 其他需要说明的问题由于某些技术发展不

3、完善和条件的限制等原因，文章可能对某些观点的阐述不准确，也可能因为作者水平的原因，对某些观点的阐述可能有错误。望给予批评指正。下达任务日期： 2010 年 4月 20 日 要求完成日期： 2010年 6月 30日 指 导 教 师：段金辉开题报告高速受流是电气化铁道向高速发展必然遇到的关键问题之一,良好的集电性能取决于受电弓和接触网系统之间的相互作用。接触网是一个沿线质量分配、刚度等不同时弹性系统,在受到受电弓动力作用时,其接触面有不同程度的上升、变形和振动。受电弓本身固定在一个垂直、横向加速不断变化着的运动物体(电力机车或动车)上。由于受电弓框架等各部件的重量影响,对于机车运动和接触导线的高度

4、都不可能瞬时作出反映。因此在改善高速受流性能方面必须同时改进受电弓与接触网。使其最为合理、最为经济，并能最大限度地提高弓网受流质量，是本文探讨的主题。中文摘要受电弓与接触线间的可靠接触和相互作用是保证电力机车良好受流的重要条件,它们间的接触压力过大,会增加受电弓和接触线的异常磨损,缩短其使用寿命;接触压力过小会使它们接触不断时续,甚至引起火花或电弧,烧损接触线。目前在电力机车上采用气压传动反馈的机械方式来控制受电弓的升降以调整其接触压力,这种方式误差大,最大误差可达30N。关键字： 受电弓 工作原理 受流质量 防护目 录绪论7第一章 电气化铁路简介 8第一节电气化铁路8第二节电气化铁路的分类1

5、1第三节 我国电气化铁路发展简介13第二章 电气化铁路受电弓的概论15第一节受电弓的构造15第二节电力机车受电弓滑板新材料22第三节受电弓的工作原理25第三章受电弓与接触网监测及受流安全的可靠性分析26第一节弓网受流系统的可靠性26第二节弓网相互作用监测27第三节弓网受流可靠性29第四节建立弓网监测体系32第四章受电弓的防护32第一节弓网受流性能的计算机动态模拟32第二节接触网受电弓系统受流性能的现场测试33第三节弓网受流性能测试方法及其关键技术33参考文献36绪 论我国电气化铁道(以下简称电铁)自1961年8月15日宝鸡风州段建成开通以来，至今已经过40年的历程，电铁主要通过两种作用实现运输

6、生产，即“轮轨作用”和“弓网作用”。电力机车依靠“弓网作用”滑动取流，其工作过程承受滑动、摩擦、热、电和化学等综合因素，是一个比较复杂的过程，我国电铁目前仍存在着弓网事故多，停电时间长等问题。特别是随着铁路向重载、高速、和信息化方向的发展，如何防止弓网事故显得尤为重要。 本论文重点讨论如何防护受电弓损伤以及防护措施。第一章 电气化铁路简介第一节 电气化铁路电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由电力牵引供电系统提供。电气化铁路，亦称电化铁路，是由电力机车或动车组这两种种铁路动车（即通称的火车）为主，所行走的铁路。一电气化铁路的组成牵引供电系统主要是指牵引变电所和接触网两大部

7、分。变电所设在铁道附近，它将从发电厂经高压输电线送来的电流，送到铁路上空的接触网上。接触网是向电力机车直接输送电能的设备。沿着铁路线的两旁，架设着一排支柱，上面悬挂着金属线，即为接触网，它也可以被看作是电气化铁路的动脉。电力机车利用车顶的受电弓从接触网获得电能，牵引列车运行。牵引供电制式按接触网的电流制有直流制和交流制两种。直流制是将高压、三相电力在牵引变电所降压和整流后，向接触网供直流电，这是发展最早的一种电流制，到20世纪50年代以后已较少使用。交流制是将高压、三相电力在变电所降压和变成单相后，向接触网供交流电。交流制供电电压较高，发展很快。我国电气化铁路的牵引供电制式从一开始就采用单相工

8、频（50赫）25千伏交流制，这一选择有利于今后电气化铁路的发展。二 电气化铁道牵引电机与传统机车的区别和传统的蒸汽机车或柴油机车牵引列车运行的铁路不同，电气化铁路是指从外部电源和牵引供电系统获得电能，通过电力机车牵引列车运行的铁路。它包括电力机车、机务设施、牵引供电系统、各种电力装置以及相应的铁路通信、信号等设备。电气化铁路具有运输能力大、行驶速度快、消耗能源少、运营成本低、工作条件好等优点，对运量大的干线铁路和具有陡坡、长大隧道的山区干线铁路实现电气化，在技术上、经济上均有明显的优越性。三、电力牵引的特点及优越性在各种牵引动力中，电力机车与蒸汽机车、内燃机车的根本不同点在于它牵引列车时所需的

9、能量不是由机车本身产生的，而是通过接触网（或其他供电装置）供给的，这种机车称为非自给式机车。而蒸汽机车、内燃机车在牵引列车时所需要的能量，则是由机车本身装载的燃料（如煤、柴油等）燃烧而产生的，这种机车称为自给式机车。由于电力机车与其他机车这种根本的区别，客观上决定了它取用能量的万能性。对于自给式机车来说，只有机车上储存的燃料，才能作为它能量的来源，这就表现了它取用能量的单一性。但对于电力机车来说，它所需要的电能却可以由一切形式的能量转换而来。如可以由热力、水力、天燃气甚至于地热、原子能、太阳能等转换而来。只要有相应的发电站，便可以利用相应的能量。由于这种取用能量的非自给性，使得电力机车具有以下

10、的特点。1功率大现代铁路运输的发展，要求机车具有强大的功率。由于电力机车是非自给式机车，没有燃料储备，因而在同样的机车重量下，其功率要比自给式机车大。机车按单位重量所具有的功率称为比功率，这是衡量机车技术水平的一个标志。目前，电力机车的比功率一般达到4060kWt，而较好的内燃机车，其功率也只有2530 kWt。按每轴功率来说，电力机车已超过750 kW，最高已达到1350 kW（瑞士生产的e型机车），较好的内燃机车的每轴功率为440580 kW。从整台机车来说，电力机车的轮周功率最高已达7500kW以上，内燃机车最高功率为4800kW（柴油机功率，若折算到机车轮周，则还要降低2030）。2速

11、度高提高机车运行速度是铁路运输的另一重要方面。由于电力机车功率大，因而可以获得较高的速度。目前，客运电力机车运行速度已可达到250km/h，货运电力机车也可达到120km/h，随着新型电力机车的不断出现，机车运行速度将进一步提高。法国的电力机车在试验线路上已达到331km/h的速度，TGV电动车组试验速度为515km/h。1995年代表我国机车工业赶超世界先进水平的SS8型准高速电力机车落成，在环行道上创造了每小时212.6km的最高时速，1998年6月又在京广线郑武段上创造了240 km/h的新的试验速度。为铁路实施提速战略提供了有力的保证。3效率高机车效率的高低直接影响到铁路运输的经济指标

12、。对于自给式机车来说，每台机车的平均热效率实际上是基本固定的，例如蒸汽机车的平均热效率为810，内燃机车的平均效率为25左右。电力机车本身的效率是很高的，但考虑到整个电力牵引系统，其平均效率则不是固定的，它与供电系统的电能来源有关，在由水力发电站供电的情况下，电力牵引的效率可达到60.70，在由高参数火力发电站供电时，其效率为25左右，由低参数火力发电站供电时，其效率为1618。由此可见，在电力牵引的电能来源平均来自各种电站的情况下，其效率要高于内燃机车和蒸汽机车，而我国是水利资源丰富的国家，电力牵引的效率显然更高。4过载能力强机车在起动、牵引重载列车和通过困难区段时，具有一定的过载能力是十分

13、重要的。自给式机车的过载能力要受两方面的限制，一方面受机车发动机（如蒸汽机、内燃机车的牵引发电机或液力变扭器）过载能力的限制，另一方面又受机车所带的能量装置（如锅炉、柴油机）过载能力的限制。对于非自给式电力机车，其能量是来自较强大的供电系统，因而机车的过载能力是较高的。第二节电气化铁路的分类一 可以用以下方法来对电气化铁路进行分类：供电导线类型：第三轨、高架电缆供电类型：直流供电、交流供电1导线类型: 轨道供电 采用轨道供电的电气化铁路通常铺设有额外的供电轨道，用来连接电网和机车，为机车提供电力供应，亦被称为第三轨供电，这条轨道被称为第三轨。高架电缆供电高架电缆连接在电气化铁路的供电电网上，分

14、为柔性和刚性两类，电力机车或动车组通过架式集电弓连接接触网，从其中取电。架空电缆和高架电缆是香港和台湾的说法，在中国大陆通常被称为接触网供电。在中国大陆，架空电缆和高架电缆一般是指高压输电线路。两种导线类型，最终都通过列车正常的运行轨道接地形成回路。也有少数铁路使用第四轨（例如伦敦地铁）作为电流回路。高架电缆有个好处，就是同时能当高压输电道，如日本京急线。二供电类型直流供电早期的电气化铁路采用电压相对低的直流供电。机车或动车组的电动机直接连接在电网主线上，通过并联或串联在电动机上的电阻和继电器来进行控制。通常有轨电车和地铁的电压是600伏和750伏，铁路使用1500伏和3000伏。过去车辆使用

15、旋转变流器来将交流电转换为直流电。现在一般使用半导体整流器完成这个工作。采用直流供电的系统比较简单，但是它需要较粗的导线，车站之间距离也较短，并且直流线路有显著的电阻损失。低频交流电一些欧洲国家使用低频交流电来给电力机车供电。、德国、挪威和瑞典使用15千伏16.67赫兹(电网频率50Hz的三分之一)的交流电。美国使用11千伏或12.5千伏25赫兹的交流电。机车的电机通过可调变压器来控制。工频交流电匈牙利曾经在二十世纪三十年代在电气化铁路上使用50赫兹的交流电。然而直到五十年代以后才被广泛使用。目前，一些电气化机车使用变压器和整流器来提供低压脉动直流电给电动机使用，通过调节变压器来控制电动机速度

16、。另一些则使用可控硅或场效应管来产生突变交流或变频交流电来供应给机车的交流电机。这样的供电形式比较经济，但是也存在缺点：外部电力系统的相位负荷不等，而且还会产生显著的电磁干扰。中国、法国、英国、芬兰、丹麦、前苏联、前南斯拉夫、西班牙（标准轨高铁路段）、日本（东北、上越、北海道新干线及北陆新干线轻井泽以东）、使用单相25千伏50赫兹电力供应，台湾高速铁路、台湾铁路管理局、韩国、日本（东海道、山阳、九州新干线及北陆新干线轻井泽以西）使用单相25千伏60赫兹电力供应，而美国通常使用单相12.5千伏和25千伏60赫兹的交流电。另外日本东北、北海道地区使用20千伏50赫兹交流电，北陆地区、九州地区使用2

17、0千伏60赫兹交流电。三 多种系统供电因为有这么多的供电方式，有时候甚至一个国家内采用不同的方式（如日本关东以南是60Hz，但东北及北陆以北是50Hz），所以列车经常必须从一种供电方式转向为另一种供电方式。其中一种方法是在换乘站更换机车，当然，这样很不方便。另一种方法是使用支持多种供电系统的机车。在欧洲，通常是支持四种供电系统(直流1.5千伏、直流3千伏、交流15千伏16.67赫兹、交流25千伏50赫兹)的机车，这样，它在从一个供电系统到另一个的时候就可以不用停留。而日本国铁在上世纪60年代初已有交直流对应的列车机车、但当时只能对应其中50/60一个赫兹，俗称“单交直流型”。直至60年代尾才成

18、功研发可在全日本电化区间的行走用的多种供电系统（直流1.5千伏、交流25千伏50/60赫兹），俗称“双交直流型”，并开始引进当时量产中的列车机车系列上，但在1987年由JR分社经营后，由于预期旅客电车不需再作全国性的调动或行走，加上双交直流型电车成本较高，故除了至国铁末年仍量产中的415系1500番台及之后的JR东日本的E653系及是双交直流型电车外，单交直流型的旅客电车从新被各JR旅客会社采用。第三节 我国电气化铁路发展简介一 电气化铁路的诞生1961年8月15日建成我国第一条电气化铁路宝风段。这条电气化铁路的供电制式最初是按3000直流制设计的。后来了解到法国、前苏联、日本已成功采用了新的

19、电流制工频单牙交流制，经过专家教授们反复论证对比，于1975年4月决定改用25KV工频单相交流制，这种供电制式的确定，避免了我国电气化铁路发展中的弯路,为我国电气化铁路的发展打下了良好的技术基础。1958年3月完成初步设计，同年6月15日开始动工兴建，经过建设者们两年的艰苦创业，奋力拼搏，我国第一条电气化铁路于1960年5月14日胜利建成，经过一年多的试运行，于1961年正式交付运营，从此揭开了我国电气化铁路建设的序幕。二 电气化铁路建设与运输20世纪60年代中期，为了加速大西南的建设，沟通西南地区与全国的物资交流，宝成铁路风州至成都段的电气化铁路上马。 1966年3月提出电气化研究报告，同年

20、12月完成初步设计，1968年12月广元至马角坝段电气化工程开工。电气化工程是分段进行的，先修建广元至绵阳段，后修建广元至风州段，最后修建绵阳至成都段。经过7年的艰苦奋战，于1975年7月1日，676Km和的宝成电气化铁路全线建成通车。1973年9月阳安线、1975年9月襄渝线襄樊至安康段、1978年3月石太线石家庄至阳泉段、1979年10月宝兰线宝鸡至天水段相继动工修建。到1980年底，共建成电气化铁路1679.6Km。1985年一年内就有京秦线、成渝线内（江）重（庆）段、贵昆线贵(阳南)水(城西)段和太焦线长(治北)月(山)段4条电气化铁路共计1169.23Km交付运营。20世纪90年代有

21、10条线共计2795.76Km电气化铁路建成交付运营。2008年8月1日京津高速电气化铁路开通运营。2009年4月1日合武高速电气化铁路开通运营。2009年12月26日武广高速电气化铁路开通运营。2010年2月6日郑西高速电气化铁路开通运营。我国电气化铁路进入了高速电气化时代。三 铁路运输的地位及其发展铁路运输在国民经济中占有重要的地位，是国民经济的大动脉，是国民经济三大支柱产业之一。它担负着城乡、工矿各种物资和人员交流的主要运输任务。进入21世纪，随着国民经济继续保持持续、快速、健康增长，人民生活水平的提高，人们消费结构和消费观念的变化，要求交通运输有更大的运输能力、更高的运行速度和更优质的

22、服务。就铁路运输而言，适应新形势的重要措施，是实施了提速战略和铁路技术创新工程，以高新技术提升传统产业的技术水平，实现技术的跨越式发展。我国铁路技术发展的总目标是实现铁路现代化，重点发展方向是旅客运输快速化、高速化，货物运输重载化、快捷化，安全装备系统化，牵引动力现代化逐步建立一个具有中国铁路特点的技术体系。铁路主要技术政策还明确指出要：大力发展电力机车牵引技术，积极提高电力牵引承担的换算周转量的比重。在高速铁路、运煤专线、繁忙干线及长大坡道、长隧道、高海拔地区等线路上应采用电力机车牵引；积极发展交流传动技术，逐步完成直流传动向交流传动的转换。积极研制高速旅客列车。可以预见，电力牵引在我国铁路

23、运输中所担负的任务将越来越大，铁路电气化事业将有一个飞速发展。第二章电气化铁路受电弓的概论目前我国铁路电气化进入了快速发展阶段,车速的提高,对接触网各部的参数、悬挂类型、受电弓的取流等诸多方面,提出了更高的要求。高速电气化不仅对接触网提出了更高的要求,同样对受电弓质量状态的要求也有相应提高。以下我们重点谈谈受电弓。第一节 受电弓的构造一 受电弓的功能：电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上。二 构造：受电弓可分单臂弓和双臂弓两种，均由滑板、上框架、下臂杆（双臂弓用下框架）、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。近年来多采用单臂弓（见图）三 重点介绍单臂弓的构造

24、TSG363025型单臂受电弓由底架、铰链机构、弓头部分、传动机构、控制机构等组成，其基本结构如图181所示，现分述如下。(一)底架底架由纵梁2和横梁12组成，用矩形钢管、钢板压形件及部分铸钢件焊接成“T”字形的基座，并通过3个绝缘子安装在机车车顶盖上。它是整个受电弓受流运动部件的安装基座，应具有足够的机械强度和耐受一定电压的电气性能。纵梁2上组焊有推杆支座3，此外，底架上还装有两组升弓弹簧8，一套铁链机构和一付阻尼器14等部件。升弓弹簧由外圈和内圈两组弹簧套装而成，其一端与纵梁相连，另一端与下臂杆的底部相连。阻尼器用于有效地吸收机车高速运行时产生的冲击和振动，保证滑板与接触导线良好的接触，其

25、一端与下臂杆铰链，另一端与推杆支座铰链。(二)铰链机构铰链机构由下臂杆5、推杆16、中间铰链座17、平衡杆18、上部框架15等部件组成，是实现弓头升降运动的机构。其中，下臂杆、推杆、平衡杆、上部框架由无缝钢管组悍而成，通过铰链座铰链，各铰链处都装有滚动轴承，并采用金属软编织线进行短接，防止电流对轴承的电蚀。 图2-2 TSG363025型单臂受电弓结构示意图1绝缘子2纵梁3推杆支座4调整螺栓5下臂杆6弧形调整板7挂绳8升弓弹簧9弓头10弹簧盒11升弓弹簧调整杆12横梁13转轴14阻尼器15上部框架16推杆17中间绞链座18平衡杆19转臂20U形连杆21传动绝缘子22传动气缸23缓冲阀.下臂杆5

26、由两根钢管焊接成“T”字形构件，横向管两端装有两个转轴，纵向管的前部装有升弓弹簧支架和升弓弹簧8。升弓弹簧的连接钢丝绳与弧形调整板6的背部紧贴，以此保证当受电弓在工作高度范围内升弓弹簧的拉力发生变化时，能产生足够的升弓转矩，维持弓头的静态接触压力基本不变。调整调节螺栓4，可以改变弧形调整板6的倾角，也就改变了压力特性的摆动趋向。平衡杆的作用是保证弓头部分的滑板面在受电弓整个工作高度范围内始终保持水平状态。上部框架15由5根钢管焊接成1个构架，保证了上框架有较强的横向刚度和较小的质量。其一端与弓头上弹簧盒10的铰链用螺栓连接，另一端借助于压板用螺栓装在中间铰链座17上。（三）弓头部分弓头部分由滑

27、板框架、羊角、滑板、弹簧盒、固体润滑剂等组成，如图2-2滑板框架用钢板压制后镀锌而成，羊角为铸铝件。羊角与滑板框架组装，连接成整个弓头外形。在滑板框架上装有两排粉末冶金滑板和两排固体润滑剂。滑板是直接与接触导线接触受流的部件，它是受电弓故障率较高的部件之一，最常见的故障是磨耗到限和拉槽。目前采用的滑板有碳滑板、钢滑板、铝包碳滑板、粉末冶金滑板等。其中，碳滑板较软，滑板自身磨耗较大，需经常更换，适用于钢接触导线；钢滑板较硬，对接触网磨耗较大，适用于钢铝接触导线；粉末冶金滑板的主要成分是铁、铜和润滑油，它有较好的自润滑性和一定的机械强度，电阻率也较小，与接触网导线接触受流性能良好，既能同时适用于钢

28、接触导线和钢铝接触导线，又有助于减少因滑板损坏而造成的刮弓事故，是目前较为理想的滑板材料。SS8型电力机车上采用的 TSG363025型单臂受电弓使用的就量粉末冶金滑板，其原始厚度为10mm，磨损至3mm时到限。弹簧盒使弓头与铰链机构进行弹性连接，保证机车运行时，弓头能随着接触网导线高度和驰度的变化而上下动作，以改善受流特性。（四）传动机构传动机构由传动气缸22、传动绝缘子21、U形连杆20、转臂19等组成。传动绝缘子21连接在传动气缸22与U形连杆20之间对形连杆与转臂连接，转臂再与下臂杆转轴连接在一起。这种安装方式保证了受电弓高、低压之间的电绝缘，并能方便地传递和控制升、降弓作用力矩。传动

29、气缸的结构如图23所示，它由缸体1、活塞2、降弓弹簧3、进气口 4、防尘套5等组成。气缸体与水平面成15°仰角，安装在车顶上，如图22。(五)控制机构TSG363025型受电弓的控制机构由缓冲阀和升弓电空阀组成，安装在机车内部，以便在机车内部调整升、降弓时间。缓冲间实际上是一个流量控制阀，它借助改变通流管路的截面大小来调节。流量，满足受电弓升、降弓过程先快后慢的动作要求，减小对接触网和车顶的冲击和振动，避免降弓时的拉弧现象。它由快排阀和节流问两部分组成，如下图所示，主要包括阀体4、快排问活塞3、快排阀反力弹簧5、快排阀调节螺钉6、节流阀调节螺钉7、暗道8和9等部件。 2-3 缓冲阀结

30、构示意图1-缓冲阀排气口 2-快排阀快排口 3-快排阀活塞 4-阀体 5-快排阀反力弹簧 6-快排阀调节螺钉 7-节流阀调节螺钉 8，9-暗道 10-进气口 11-电空阀缓冲阀的进气口10与升弓电空阀下方的进气口相连，压缩空气经缓冲阀阀体内的小孔，通过不同截面的暗道，分别送人节流间和快排阀。缓冲阀的排气口1与受电弓传动风缸的进风口（如下图）相连。2-4 缓冲阀工作原理 (a)升弓过程 (b)快速降弓过程 (c)缓慢降弓过程图24的（a）、（b）、（c）图分别表示了受电弓升弓、快速降弓、缓慢降弓的动作原理示意图。升弓过程是压缩空气压缩降弓弹簧的过程，节流阀口的大小，直接控制着压缩空气进人传动风缸

31、的快慢。当节流阀口调好后，升弓初始后，降弓弹簧的压力最小，克服该力所需要的气压较小，节流网口的进出气压差最大，此时传动气缸中活塞的移动较快，升弓迅速；随着弓头的逐渐上升，降弓弹簧的压力逐渐增大，克服该力所需要的气压也逐渐增大，因此，节流阀口的气压差逐渐减小，进人风缸的气流逐渐减慢，升弓的速度也逐渐减慢。这就实现了受电弓升弓时先快后慢的动作要求，减小了对接触网的冲击和振动。降弓时，电空阀失电，传动风缸内的压缩空气经节流阀、电空间排向大气。降弓初始，传动风缸内气压较大，作用于快排阀上方的力大于快排阀下方弹簧所产生的力，快排阀阀口打开，传动风缸内的压缩空气通过快排问阀口大量排向大气，使受电弓弓头迅速

32、脱离接触网。随着传动风缸内气压的逐渐下降，在快排阀内弹簧作用下，快排阀阀口关闭，气缸内的残余气体从节流阀口徐徐排出，受电弓下降的速度减慢。这就保证了弓头迅速脱离接触网后变成缓慢下降，避免了现象，不会对受电弓底架和车顶产生有害冲击。缓冲阀的阀体上有两个成锥形的调节螺钉，如图2-4所示，上面的是降弓时间调节螺钉，下面的是升弓时间调节螺钉。顺时针旋转升弓时间调节螺钉时，节流阀阀口进风量减小，升弓时间延长；反之测升弓时间缩短。同理，可以调整降弓时间。第二节 电力机车受电弓滑板新材料本节重点介绍一种新型的耐磨减摩材料高锰铝青铜合金，特别适用于制造电力机车受电弓的滑板。这种材料有很好的耐磨性能，它与铜导线

33、的磨耗比大大低于现在常用的几种滑板材料，因此可以延长滑板的使用寿命。同时又减少了对接触铜导线的磨损，有利于接触网的保护。而且这种材料的制造工艺较简便，成本较低，废旧滑板还可以回收利用。此外，这种新型的耐磨合金材料，也可以代替多种传统的耐磨材料，制做高载荷、高速、中温（400）下工作的各种滑动轴瓦和滑块。本节详细介绍了这种耐磨材料的化学成分和熔铸工艺。高锰铝青铜合金的介绍铁路电气化，高速化是发达国家交通的一个重要标志，我国正在力争近几年内进入世界先进行列。电气化铁路网中，电力机车的受电弓滑板，是一种技术要求高，消耗量大的导电材料，也是实现铁路高速化的一个重要的制约因素。目前电力机车常用的受电弓滑

34、板材料主要有四大类：粉末冶金铜基滑板、粉末冶金铁基滑板、铸造铜合金滑板和金属碳复合材料滑板。这些材料有的使用寿命低，有的对接触网导线磨损严重等问题，因此，各国都在研制滑板新材料。此专利是研制一种新型的滑板材料，它的耐磨性能好，既能提高滑板材料的使用寿命，又能减少对接触网导线的磨损。这种新型滑板材料是属于铸造铜合金类的高锰铝青铜合金，它可以在坩埚炉、电炉或大型反射炉中熔炼，铸模采用干砂型或硬模。从表一中我们可以看到滑板新材料高锰铝青铜合金有优良的机械性能，它的抗拉强度、冲击韧性和硬度都高于我国和日本常用的四类滑板材料，而比重在金属基滑板材料中是最轻的。它的电阻率比粉末冶金的铜基和铁基的滑板材料稍

35、高一些，但是大大低于碳系滑板材料的电阻率，所以对其导电性能的影响很微小，也不会象碳系滑板那样，有停车时滑板与接触导线发热过高的问题。表一、高锰铝青铜与几种常见滑板材料的性能比较滑板系列材料牌号密度g/cm3布氏硬度HB抗拉强度MPa冲击韧性J/cm2电阻率m备注粉未冶金铁基M54X7.5701151809.80.40JRS粉未冶金铜基BC7.65565220120.34JRSCR28.2851506.90.3铸造铜合金IH28.0HS18211809.80.2日本近铁线南海线使用金属一碳复合材料MY7D2.592102(抗弯强度)0.2710日本JR线JR北线使用高锰铝青铜7.41501604

36、005208100.58本发明新材料粉末冶金铁基8.014014070.35TB/T1842.12002粉末冶金铜基7.88.2609012070.35TB/T1842.12002高锰铝青铜合金有很好的耐磨性能，同时对摩擦付有很好的减摩性能，从表二中我们可以看到，它与铜导线的高度磨耗比和重量磨耗比，均大大低于我国现行常用的三类滑板材料的部颁标准，可以大幅度提高滑板的使用寿命。同时它对接触网导线的磨耗比也减少了，甚至低于浸金属碳滑板对导线的磨耗，有利于接触网导线的保护和维修。而且高锰铝青铜合金材料的成本较低，制造工艺较简便；废旧的滑板又可以回收熔炼，铸成新的滑板，循回使用，有利于降低电气化铁路的

37、保养费用和环境保护。表二、高锰铝青铜与三种滑板材料磨损性能（部颁标准）比较表 滑板自身磨耗比对接触线磨耗比滑板材料高度磨耗比mm/万车公里重量磨耗比g/万机车公里mm2/万弓架次高锰铝青铜材料0.5938.180.01486粉末冶金铁基滑板9.090.00.042粉末冶金铜基滑板12.02400.022浸金属碳滑板13.0204.00.015表三、几种耐磨材料的磨耗比耐 磨 材 料磨擦付材 料有 无 润滑  剂磨 耗 比mm3/m.N备  注 合金类型牌  号高锰铝青铜合  金ZQMn14-7-3-3-1无氧铜CGr15有有1.58&

38、#215;10-65.64×10-7负荷70N锡 青 铜合  金ZQSn6-6-345#  钢45#钢有无8.775×10-734.37×10-5负荷300N高 铝 锌合  金ZA2745#  钢45#钢有无1.23×10-61.8×10-5负荷200NAl-Zn基合  金P合金45# 钢有6.278×10-7山东工大研制（300N） 高锰铝青铜合金除了特别适用于制造电力机车受电弓的滑板外，而且也是机电工业中一种很好的耐磨材料。从表三中我们看到，高锰铝青铜合金有很好的耐磨性能

39、，它的磨耗比小于其它几种耐磨材料56。因此，这种新的耐磨材料将可以代替多种传统的耐磨铜合金，制作高载荷、高速中温（400）下工作的各种滑动轴瓦和滑块，具有广阔的应用前景。第三节 受电弓的工作原理一 工作原理：1、升弓：压缩空气经电空阀均匀进入传动气缸，气缸活塞压缩气缸内的降弓弹簧，此时升弓弹簧使下臂杆转动，抬起上框架和滑板，受电弓匀速上升，在接近接触线时有一缓慢停滞，然后讯速接触接触线。2、降弓：传动气缸内压缩空气经受电弓缓冲阀迅速排向大气，在降弓弹簧作用下，克服升弓弹簧的作用力，使受电弓迅速下降，脱离接触网。二 受流质量负荷电流通过接触线和受电弓滑板接触面的流畅程度，它与滑板与接触线间的接触

40、压力、过渡电阻、接触面积有关，取决于受电弓和接触网之间的相互作用。为保证牵引电流的顺利流通，受电弓和接触线之间必须有一定的接触压力。弓网实际接触压力由四部分组成：受电弓升弓系统施加于滑板，使之向上的垂直力为静态接触压力（一般为70N或90N）；由于接触悬挂本身存在弹性差异，接触线在受电弓抬升作用下会产生不同程度的上升，从而使受电弓在运行中产生上下振动，使受电弓产生一个与其本身归算质量相关的上下交变的动态接触压力；受电弓在运行中受空气流作用产生的一个随速度增加而迅速增加的气动力；受电弓各关节在升降弓过程中产生的阻尼力。弓网接触压力能直观的反映受电弓滑板和接触线间的接触情况，它必须符合正态分布规律

41、，在一定范围内波动。如果太小，会增加离线率；如果太大，会使滑板和接触线间产生较大的机械磨耗。为保证受电弓具有可靠的受流质量，应尽量减小受电弓的归算质量，增加接触悬挂的弹性均匀性。滑板的质量和机电性能对受流质量影响很大。第三章 受电弓与接触网监测及受流安全的可靠性分析在电力机车的不断提速的过程中，弓网间的配合以及受流质量的稳定成为其限制因素，本文从受电弓与接触网监测方法，监测手段以及与其相关的可靠性问题入手，分析了弓网可靠性体系的存在问题，并且提出合理的解决手段，最后得出弓网受流系统的可靠性体系以建立高效的监测体系，从而提高受流安全的质量。第一节 弓网受流系统的可靠性随着铁路向高速化发展，高速列

42、车牵引供电的新型接触网系统已不同于传统的接触网系统，当列车由普通速度提高到高速运行时，除了要研制高性能机车车辆和路线结构外，还必须研究和解决受电弓和接触网的高速受流问题，使电力机车弓网能够可靠平稳地从接触网上获取电力能源。接触线与受电弓的相互作用决定了供电的可靠性以及供电质量，因而电能传输也成为限制实现最高速度运行的一个重要因素，而它取决于弓网相互配合，因此，在理论上建立起完善的接触网/受电弓系统模型，研究弓网系统分析方法，探讨高速弓网系统可靠性及安全性准则就成为发展我国高速铁路的当务之急。弓网受流系统的可靠性中，接触网系统的可靠性研究的目标，是保证电能传输系统连续可靠，特别是接触网投资高，期

43、望其能达到使用寿命长，维修少的目标要求。受电弓的可靠性研究是保证弓网相互作用以及受流的可靠性，当发生故障时，保证自动降弓装置的可靠性动作。第二节 弓网相互作用监测一 接触压力的测量在动态接触情况下，不可能直接记录发生在接触线和滑板之间的接触压力。由于监测简单可行，且在过去进行了多次研究，受电弓反作用力的总和，即所谓的内力，可以当作近似值而非接触压力本身。可以直接将传感器装在滑板底座和滑板本身的连接处进行接触压力测量。力传感器不记录在滑板上的质量惯性力和滑板运行速度相关的空气动力。要确定接触压力，内力必须加入动态修正值，估算滑板上加速度引起的力和滑板惯性力（动态修正值）。另外还必须考虑根据运行速

44、度确定的空气动态修正量，这还需要根据程序进行估算。根据采用不同的受电弓，采用不同测量系统力的传感器的结果进行比较，还要对空气动力修正量进行判断。图3-2-1用于测量接触线和受电弓之间的接触压力的系统示意图如图3-2-1所示，安装在滑板处的传感器，该系统最重要的部件。带两个滑板的受电弓弓头需要装配4个传感器以检测内力。专用电缆连接传感器和放大器，放大器安装在受电弓底座上的箱体里，通过光缆和电测量信号转变成可以使其从高压电位设备传输到低电位设备的允许形式。在牵引车辆内收到光信号，再转换为电信号通过通道传送，待进一步处理，以确定两条滑板分力，合力以及接触点在滑板上的位置，然后记录，分析。二 接触网/

45、受电弓动态抬升测量根据受电弓通过时的接触线抬升量可以得到受电弓的运行状况。最大抬升与支持结构位置上的受电弓的接触压力成正比。接触压力包括：图3-2-2受电弓动态受力示意图对于列出某一运行速度，在测量的抬升量中任何明显的增加或减少，均表明有干扰或受电弓缺陷。这些现象可能由以下因素引起：（1）静态接触压力过高或过低，由于调节器不当或损坏；（2）由滑板引起的接触滑板质量有较大变化，如磨损超过可接受极限；（3）空气动力过高或过低，由于风挡调节不当或损坏；受电弓滑板面倾斜引起的滑板质量有较大磨损；（4）动态接触压力动态分力过高或过低，由于受电弓的机械部件有缺欠，如阻节器有缺欠；（5）由滑板引起的滑板质量

46、有较大变化，如磨损超过可接受极限。这说明观察抬升已成为对受电弓自动诊断的重要手段，它可以有效地检测许多缺陷，但是，这种检测不能确认缺陷的真正原因，可能通过频谱分析法作出故障分类。第三节 弓网受流可靠性受流系统中，涉及使用寿命的两个主要因素是，接触导线的使用寿命和受电弓滑板的使用寿命。其寿命取决于它们之间的磨耗，磨耗量在一定速度和传递功率条件下，主要取决于弓网接触力的大小，保持接触力均匀，即控制接触力的标准偏差以减少接触导线的局部磨耗。接触导线和受电弓滑板在材质上应具有一定的耐磨性能，另外，接触导线应具有抗电化学腐蚀性能。受流过程中，产生的电弧会产生电磁干扰和噪音，应采取措施减少对周围环境的影响

47、。一 接触网可靠性随着250km/h动车组的开行，接触网系统的可靠性问题变得尤为突出。目前，我国既没有形成一套合理的可靠性评价体系，也缺乏接触网系统的测量手段，尚不能找出影响接触网系统可靠性的原因，更不能采用合理的手段提高可靠性。由于部分线路电气化时间短，经验少，为了使工程按期完成，施工过程中使得接触网的安全可靠性不能得到保证。在提速线路上整治硬点，以及进行平推整力矩都是为了保证接触网系统的可靠性。可见接触网系统的可靠性还是需要有指导性的计划维修来实现，针对既有线的情况，建立符合我国国情路情的接触网系统可靠性评价体系，形成一套合理的接触网维修管理系统，目前还需要进行大量的工作。为实现接触网系统

48、可靠性的研究，找出提高其可靠性的手段方法，就需要以下的技术手段：（1）利用计算机进行接触网系统动态仿真，找出影响接触网可靠性的关键部件，针对这些部件再进行详细分析，如支柱节点。（2）编制软件形成一套计算接触网系统可靠性的程序，尽管计算结果不能准确预告下次故障,但却有助于维修工作的安排，对维修计划有指导性作用，以悬挂为主进行展开，分线索类和紧固件类。（3）形成一套检测手段，检测既有接触网接触特性，可作为评价和检测接触网设备的一个方法，同时也是一种检测局部缺陷的途径，以便消除缺陷。（4）通过进行现场的测试，来验证仿真结果。要形成一套可靠性评价体系，由于受到在资料收集整理以及经验积累方面限制，只能通

49、过进行仿真验证来实现。当具备一定的理论体系后，依靠测试手段和现场测试来验证理论体系的正确性、合理性。二 受电弓的可靠性电力机车在高速运行当中，受电弓对接触网形成较大的冲击力，受电弓的绝缘强度如何也直接影响接触网供电臂的正常运行。经过统计显示，因为受电弓的影响造成的弓网故障占到20%左右，尤其在雾闪天气，更为严重，能直接将接触线烧断。列车在高速行驶时，受电弓的空气动力学特性对其行车性能的影响最为明显。主要表现在以下几个方面：（1）随着列车速度进一步提高，受电弓的空气阻力急剧增加，并直接影响受电弓与输电导线之间接触压力。当压力变小时，会造成受电弓离线；压力变大时，受电弓滑板和接触导线的磨损加剧。（

50、2）气流在受电弓的各个杆件的尾缘两侧发生交替涡脱落，产生卡门涡街，使得受电弓受到一个周期性的激振力。受电弓在所受的非定常气动力作用下，引起接触网和受电弓系统的相互激振，使得接触导线因振动而产生严重的电弧放电并产生噪声。同时，在受电弓各个部件的涡脱落处，形成强烈的气动噪声。为了消除上述问题，应做以下几方面的研究：（1）采用风洞试验和数值模拟相结合的方法，弄清楚车、受电弓、接触网组成的系统的空气流动特性。在此基础上优化受电弓各个部件的空气动力学外形设计，并根据实际情况增设空气动力学附加装置，从而实现降噪。（2）通过数值模拟的方法，分析受电弓相关部件气流涡脱落频率和受电弓固有频率时间的关系，应防止两

51、者一致而发生共振现象。（3）利用多物理场耦合技术，研究受电弓和接触网之间由于气动力和结构振动相互耦合、相互作用的振动特性。四弓网受流系统的可靠性体系从接触网使用方角度提出运营可靠性要求，第一类是定性要求，从部件级的角度考虑影响程度，严重程度，用非量化的参数来设计，评价和保证产品的可靠性。第二类是定量的要求，针对接触网主要部件，采用不同的计算方法（包括以仿真为主的软件），计算可靠性参数，指标，来进行接触网的设计分析，保证其可靠性。 根据历史的可靠性数据，结合接触网的结构特点，工作环境等因素估计接触网重要部件以及整个系统的可靠性。包括一般系统和各单元寿命服从一定分布的故障率，可靠度的预计。对于接触

52、网这种受部件维修特性影响的可修复系统，采用马尔可夫方法进行可用度的预计，为抢修和状态修提供指导。第四节 建立弓网监测体系受电弓接触网系统要求通过连续的，即不中断的电气和机械接触给牵引车辆供电，同时要使接触线和滑板的磨耗保持尽可能低的程度。电能传输系统，特别是接触网投资高，期望其能达到使用寿命长，维修少的目标要求。检测既有接触网接触特性，可作为评价和检测接触网设备的一个方法，同时也是一种检测局部缺陷的途径，以便消除缺陷。因此，在理论上建立起完善的接触网/受电弓系统模型，研究弓网系统分析方法，制定一套弓网检测体系并探讨高速弓网系统可靠性及安全性准则就成为发展我国高速铁路的当务之急。第四章 受电弓的

53、防护第一节弓网受流性能的计算机动态模拟根据弓网关系的受流理论，建立数学模型，使用计算机模拟计算接触网受电弓系统的静态性能和动态性能，实现弓网受流的计算机仿真。这种动态模拟计算可以实现以下几个功能：1.改变系统的条件和参数，计算不同形式的接触网和各种受电弓的相互匹配时的受流性能。 2.在高速接触网设计时，选择和优化弓网受流系统的参数，给出定量化的指标，并给予预评价。3.指出弓网关系恶化的边界条件(如：共振速度、最大接触压力、最大离线率、最大接触导线抬升量等)。4.预报高速试验时弓网受流试验的试验结果。5.模拟锚段关节、线岔、分相等部位的动态接触过程。第二节接触网受电弓系统受流性能的现场测试为了准确研究高速接触网受电弓系统的受流性能，必须对实际的高速接触网受电弓系统进行现场试验，以取得准确可靠的试验数据，对弓网系统的受流性能作出评价。试验方法是高速列车以不同的速度运行时，对接触网的性能、受电弓的性能和弓网匹配性能进行测试。测试项目如下：1.接触网的静弹性测试(无机车运行时进行)；2.接触网几何参数的测量(包括：导线高度、拉出值)；3.接触