HXD3型电力机车受电弓故障机理与诊断方法研究

论文题目HXD3型电力机车受电弓故障机理与诊断方法研究目录TOC\o"1-3"\u摘要 III1 第一章绪论 42 第二章受电弓的简介 42.1 受电弓的组成 42.2 受电弓快排阀的工作原理 52.3 受电弓气路工作原理 62.4 受电弓常见故障原因分析 73 第三章DSA200型受电弓简介 83.1 DSA200型受电弓优点、结构与参数 83.1.1 技术先进、世界范围普遍使用 83.1.2 整弓弓头重量轻、动态接触性能稳定、弓网跟随性优良 83.1.3 受流性更佳 83.1.4 采用气囊驱动，升降弓动作迅速快捷 83.1.5 安全独特的ADD系统 83.1.6 可匹配集成化主断控制器 93.1.7 在正常运行情况下，实现10万公里免维护。 93.1.8 气候适应性强 93.1.9 使用寿命长 93.2 2DSA200型受电弓的结构特点 103.3 DSA200型受电弓各部件的特点如下： 113.4 ADD气路保护功能 113.5 DSA200型受电弓升弓装置及其控制装置组成、动作原理 124 第四章DSA200型受电弓调整及维护 124.1 受电弓静态压力调整方法 124.2 升降弓时间调整要求 134.3 日常保养与维护 13结论 15参考文献 16

摘要通过学习HXD3型电力机车DSA200型受电弓。不仅了解它们的含义，也懂得它的组成及工作原理。知道在受电弓发生故障的时候该如何去做。或者在平时该如何去维护它，避免造成不必要的后果。受电弓不仅仅是电力机车的一部分，它也是确保电力机车正常运行时重要的枢纽，起到相连接的功能。在生活中，人与人之间分工不同，对社会的贡献程度也就不同。所以，每个人对于社会来说都是有自身的意义与价值。那么，对于事物来说也是一样的。受电弓虽然只是电力机车其中的一小部分，但是，它也起的重要的作用。如果没有受电弓的话，电力机车就不能够受流，就不能将接触网上的电能输送到电力机车，使其运行。从此，我们就可以看出，一个小小的受电弓对于电力机车能否正常运行来说，起着至关重要的作用。那么，对于我们今后从事铁路方面工作的人来说，就应该掌握该如何了解受电弓，知道受电弓工作的原理。和作为一个接触网工，在受电弓在损伤的时候，该如何去防护它，并且采取相关的措施。关键词：DSA200，受电弓，电力机车，接触网

AbstractThroughthestudyofDSA200typeelectriclocomotivepantograph.Notonlyunderstandtheirmeaning,understanditscomponentsandworkingprinciple.Knowinanarchwhenthefailureofthehowtodo.Inpeacetimeorhowtomaintainit,toavoidunnecessaryconsequences.Thepantographisnotonlyapartoftheelectriclocomotive,itisalsoimportanttoelectriclocomotiveduringnormaloperationtoensurethehub,connectingfunction.Inlife,betweenpeopleofdifferentdivision,contributiontosocietyisalsodifferent.So,everyonehastheirownmeaningandvalueforsocietyis.So,forthethingisthesame.Electriclocomotivepantographalthoughonlyasmallpartofthem,however,italsoplaysanimportantrole.Ifthereisnopantograph,theelectriclocomotivecannotflow,willnotbeabletocontacttheonlinepowerdeliveredtotheelectriclocomotive,makeitrun.Fromnowon,wecansee,asmallpantographforelectriclocomotivecanrunnormally,playsavitalrole.So,forourfutureworkintherailwaypeople,youshouldmasterhowtounderstandthepantograph,knowtheprincipleofpantographwork.Andasacontactnetwork,thepantographatthetimeoftheinjury,howtoprotectit,andtakerelevantmeasures.Keywords:DSA200.pantograph.electriclocomotive.ContactnetPAGE16第一章绪论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。牵引供电系统主要是指牵引变电所和接触网两大部分。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，是电气化铁路的动脉。我国电气化铁路的牵引供电制式从一开始就采用单相工频（50赫）25KV交流制。随着电力机车速度不断的提高，导致弓网事故的不断加剧。已经严重的制约了高速铁路的发展，所以，本文从受电弓的组成，工作原理，受电弓的损伤及原因，和在损伤后该如何防护，做了详细的说明。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。因此，受电弓是电力机车从接触网接触导线上受取电流的一种受流装置。它通过绝缘子安装在电力机车的车顶上，是一种铰接式的机械构件。当受电弓升起时，其滑板与接触网导线直接接触，从接触网导线上受取电流，并将其通过车顶母线传送至机车内部，供机车使用。由于受电弓运行状态不良引发的事故频繁发生。弓网故障发生率高，中断供电和行车时间长，而且不易查找，不利防范，不便组织抢修，给铁路运输安全造成了严重影响，是电气化铁路面临的一个有待解决的难题。现阶段，如何更好的防护受电弓，确保受电弓良好的受流，正常的工作，已经成为了每一个接触网弓面对的必备课题，所以，对于我们来说，就更应该努力的去学习有关方面的知识。第二章受电弓的简介受电弓的组成受电弓一般由弓头、框架、底架和传动机构四部分组成,而框架又由摆杆、上臂杆、下臂杆、支撑杆和平衡杆等杆件组成,各杆件通过铰接连接在一起,如图所示。阻尼器2.底架3.升弓装置4.下臂杆5.平衡杆6.平衡臂7.弓头8.上框架9.拉杆10扇形板受电弓示意图底架支持框架,通过绝缘子固定在车顶上,框架通过升弓装置支持弓头,传动机构作用于下臂来实现升弓动作。气动升弓装置安装在底座上,通过钢丝绳作用于位于下臂杆下部的扇形板,从而实现升弓过程。下臂杆、上框架和弓头采用不锈钢焊接而成。碳滑板安装在弓头支架上,弓头支架垂悬在4个拉簧下方,两个扭簧安装在弓头和上框架间。受电弓快排阀的工作原理当机车风源气体通过气路分配座分配后由快排阀进气口进入到快排阀下腔，之后压缩气体会迅速地由快排阀膜片上的快排阀阻尼孔进入到快排阀上腔，受电弓ADD气路和压力开关气路等三个支路，这样快排阀上下腔气压逐渐达到一致，由于快排阀膜片上腔的压力接触面积比下腔的压力接触面积大，快排阀上腔给膜片的压力会比下腔大，这样快排阀膜片就可以封住快排阀下腔通往大气的通路，很好地保证下腔的气密性，从而保证受电弓快排阀的正常工作。当受电弓碳滑板受损出现泄漏时，受电弓的ADD气路的压力下降，快排阀下腔的压力将大于快排阀上腔的压力，快排阀膜片将打开快排阀下腔通往大气的通路，受电弓的工作压力将快速下降，导致受电弓快速降弓。与此同时压力开关由于气压下降而动作给出信号，由机车系统配置发出分断主断路器的指令，以保证在受电弓降弓开始之前，机车能够先行切断机车电源，避免受电弓带电拉弧。受电弓气路工作原理在HXD3型电力机车运用过程中，曾经发生受电弓升弓过程中快排阀排风不止的故障现象，重新拆解组装好快排阀后，受电弓气路又可以正常升降弓。为了分析其根本原因，我们首先要了解受电弓的充风过程(受电弓气路工作原理见图2)，司机室给出升弓指令后，升弓电磁阀得电，机车压缩空气会通过气阀板上的空气过滤阀、升弓时间调节阀，精密调压阀(受电弓工作气压整定值为3.8~4.0bar)安全阀、降弓时间调节阀，之后到达受电弓上的气路分配座。气路分配座将压缩气体分为两条气路:一路给受电弓的两个升弓气囊供气。另一路给快排阀供气当压缩气体到达快排阀后，快排阀又会将压缩气体分为两路：一路给受电弓ADD，一路给压力开关。如果快排阀之前的受电弓气路出现任何问题，快排阀都不会出现排风的现象，只有当快排阀后面的ADD气路和压力开关气路出现泄漏或由于杂质堵塞快排阀阻尼孔的情况下才能导致快排阀上腔气压小于下腔，受电弓快排阀才会排气，当快排阀出现排风现象时，就会将受电弓升弓气囊中的压缩气体一起排向大气，这样受电弓就会迅速降弓。因此，我们从受电弓气路工作原理可以得出结论，造成快排阀异常排气有以下两种原因：1、ADD气路及压力开关气路泄漏。当ADD气路或压力开关气路的泄漏量大于膜片上阻尼孔的补充量时，快排阀上腔的气压就会小于下腔气压，这样快排阀膜片将向上推动，导致快排阀膜片无法保证与下腔的气密性，受电弓气囊中的压缩空气就会通过快排阀下腔排向大气，从而导致受电弓的自动降弓。出现这种情况时，只要检查受电弓ADD气路或压力开关气路的泄漏情况，这种快排阀排风的故障也会比较容易排查。2、气路中的杂质堵塞快排阀膜片上的阻尼孔。受电弓快排阀阻尼孔是一个直径0.8mm的小孔，当压缩空气中出现杂质时，小孔就容易堵塞。当受电弓快排阀阻尼孔被堵后，快排阀下腔中的压缩空气就无法通过阻尼孔进入到快排阀上腔到达ADD气路和压力开关气路，这样快排阀下腔中的气压将大于上腔气压，快排阀膜片无法保证与下腔的气密性，快排阀就会迅速排气造成受电弓的自动降弓。当出现杂质堵塞阻尼孔的时候，拆解快排阀并检查快排阀下腔的清洁状况可能会发现有杂质残留。但快排阀排风也有可能会将下腔中的杂质排出大气，这样拆解快排阀可能无法检查到快排阀下腔的杂质。受电弓常见故障原因分析1、静态接触压力偏小接触压力偏小，则接触电阻增大，功率损耗增加，机车运行时易产生离线和电弧，从而导致接触导线和滑板的电磨损增加；在电气化铁路牵引供电系统中，受电弓在运动过程中产生与接触导线脱离的现象。这种现象除了使负载电流不连续，影响机车的受流质量外，还会产生电弧现象。这种弓网拉弧除了使车载电器承受高频振荡过电压外，还会烧蚀接触导线及受电弓滑板，轻者使接触导线使用寿命缩短，重者烧断接触导线，造成重大事故。2、静态接触压力偏大接触压力偏大，则机械磨损增加，甚至造成滑板局部拉槽，进而造成接触导线弹跳拉弧，以致刮弓。刮弓是指因接触网异常,而把机车的受电弓损坏。刮弓是接触网和受电弓的一重大故障。如果错给信号将电力机车放入无电线路，机车乘务员发现不及时没采取降弓措施就容易造成刮弓。防止刮弓事故对于机务部门来讲从两方面来考虑：一是机车整备作业时对机车受电弓进行质量检查，不使病弓出段；另一方面是在机车运行中密切注视接触网状态，发现问题及时采取降弓措施，特别是在出入车站，道岔，调车作业中，分相分段绝缘处以及天气恶劣时尤应注意。因此，要求受电弓在其工作高度范围内有一个较为合适的、基本不变的接触压力，这个接触压力由受电弓机械结构和各部分参数决定。适当的静态接触压力可以使受电弓与接触网导线正常接触，减少离线，克服风和高速气流及轮轨传来的机械振动的影响，保证良好的受流特性。3、受电弓软连线截面形状不当造成的断股软连线由很多细导线编织而成，由于动车组在运行中其动作次数比较频繁，如果软连线的截面形状和连接方式不当，就会造成软联线逐渐折损。目前，软连线截面形状为扁平矩形结构，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压力值较高，而从材料力学角度分析，该结构的抗弯曲和剪切许用应力值又较小，其边缘部位又存在一定的应力集中，造成软连线容易断股。软连线断股后，由于单位面积电流的增大，导致软连线及连接座的温度升高，从而使接触电阻增大，造成恶性循环，致使软连线热脆性增强。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。第三章DSA200型受电弓简介DSA200型受电弓优点、结构与参数技术先进、世界范围普遍使用DSA200型受电弓，技术成熟，产品在欧洲、美洲、亚洲均有较高的市场占有率，我国引进消化吸收后打造成中国的“奥迪”产品。整弓弓头重量轻、动态接触性能稳定、弓网跟随性优良先进的结构设计及大量采用铝合金和不锈钢等轻型材料减轻了整弓的重量，是TSG3型受电弓的一半，约125kg；尤其是轻质量的弓头及较大的弓头自由度，实现了弓网的良好接触，在实践使用中，离线率几近为零。受流性更佳弓头长度超出TSG3型受电弓700mm，达到1950mm，滑板长度达到1576mm，使得滑板受流范围更大，不会发生拉出值超限的情况，性能更加稳定；最大可收取1000A的电流，受流能力有了进一步的提高。采用气囊驱动，升降弓动作迅速快捷在气囊达到正常工作气压时，升弓时间不超过5.4s，降弓时间不超过4s，接近TSG3型受电弓动作时间的一半，所需工作气压更低约360～380kpa。安全独特的ADD系统独特的自动降弓装置（ADD系统），结构简单、可靠性高，反应灵敏，动态情况下1.2S离线150mm。可匹配集成化主断控制器在弓网故障发生时，主断控制器立即断开机车主断路器，避免带负载降弓时弓网之间产生拉弧损坏受电弓和接触网。该装置输出为无触点控制，体积小、可靠性高、安装简单。在正常运行情况下，实现10万公里免维护。关键部件采用国际知名品牌，质量可靠，大大降低了故障率和维修成本，近几年逐步实现了国产化。气候适应性强可在-40℃～+40℃的气候条件下正常使用，适应我国广大地区及高温、高寒、高盐碱地区。使用寿命长整弓的设计寿命为30年；易损部件设计寿命在5年以上。环境温度

－40～＋40℃设计速度

200km/h额定电压

25kv额定电流

1000A额定静态压力

70N±5N（不带阻尼器）静态接触压力

70N±10N（可调）动态接触压力

通过弓头翼片调节（根据需要选装）压缩空气压力

400～1000kpa接触压力正常工作压力（70N时）

压缩空气压力约360～380kpa。升弓最小压力

320kpa升弓时间

≤5.4s降弓时间

≤4s自动降弓时间

1.2s（离网150mm）降弓保持力

≥120N落弓位伸展长度

约2600mm

最大升弓高度（包括绝缘子）

3000mm

落弓位高度（包括绝缘子）

588mm

弓头长度

1950mm弓头宽度

580mm±2mm滑板总长度

1576mm碳滑板直线长度

1250mm驱动类型

气囊驱动机构

整弓质量

约125kg2DSA200型受电弓的结构特点DSA200型受电弓的结构特点与原先国内普遍采用的弹簧式受电弓有非常显著的区别，其动作过程由两套通过关节相连的四铰链机构完成。下部四铰链机构由底架、下臂、上臂的T型部分和拉杆组成，该机构的作用是使受电弓进行升降弓动作，通过下臂的转动，使弓头上升或下降，并保证其运动轨迹基本为一铅垂线；上部四铰链机构由上臂框架部分、弓头导杆、弓头支架组成，该机构的作用是在受电弓工作高度保持弓头也就是滑板的水平状态。连接各主要构件的铰链座都装有滚动轴承，并采用金属软导线进行短接，以防止电流对轴承的损耗。下臂支撑受电弓重量，传递升降弓力矩，其长度也决定了受电弓的工作高度。下臂管上、下端焊接轴套（连接器），轴套上焊有连线板、缓冲器支架，并在下轴套上有“线导向”，下轴套通过轴承、轴与底架相连。上轴套通过铰链和上臂相连。其上有钢索导轨，可以通过钢索和升弓机械装置相连，在升弓机械装置的带动下下臂绕轴转动。上臂用于支撑弓头重量，传递向上压力，保证受电弓工作高度。在上臂框架内装有涨紧绳，框架下焊有下导杆支架及连线板。弓头与通过框架上管的轴、止动器、控制杆、左右支架连接。上臂下端通过连接器、连接板与下臂相连。上臂下端又与上导杆相连，上导杆上端与弓头支架相连。上臂下端还与下导杆相连，下导杆与底架相连。弓头由弓头支架装置、滑板组成。弓头支架上端用螺栓与滑板相连，弓头支架通过两个横向弹簧与上臂相连，保证横向弹性。在支架与上臂间装有四个纵向弹簧以保证纵向弹性。通过弹簧使滑板与接触网间得以缓冲。滑板内有风道并充有压缩空气。滑板安装在弓头支架上，弓头支架垂悬在四个纵向弹簧下方，两个横向弹簧安装在弓头和上臂间，克服横向偏移，这种结构使滑板在机车运行方向上移动灵活，而且能够吸收该方向上的冲击，达到保护滑板的目的。DSA200型受电弓各部件的特点如下：（1）、底架由高级合金钢焊接成方框结构，具有很高的机械强度和抗振性能。该部件通过三个绝缘子安装在车顶上，当作四铰链机构中的静臂杆，同时也是驱动装置系统、ADD系统的安装基础。（2）、下臂杆由圆管合金钢焊接而成，该部件作为四铰链机构的主动杆，传递驱动装置的输出力矩给上框架系统，并最终作用于弓头系统，保证所需的弓网接触压力，同时也是ADD气路保护传输通道。（3）、上框架由铝合金焊接而成，质量很小。该部件作为四铰链机构中的从动杆，传递力矩给弓头结构，同时也作为平衡系统的重要环节。（4）、拉杆不同于TSG系列带有升降弓弹簧的受电弓的推杆，该部件在工作中是承受的拉力，与上框架和底架连接，两端有万向球轴承，保证灵活的自由度。（5）、弓头部分大量采用铝合金结构，并采用铝托架及整体碳滑板，大大的降低弓头的质量，保证良好的弓网动力学性能。（6）、平衡杆采用工程塑料，是保证弓头在不同工作高度与接触网悬挂系统水平接触的重要部件，该部件质量非常小。（7）、ADD气路保护装置可以使受电弓滑板在磨损到限或者是因为刮弓等原因导致滑板破损时，立即断开主断路器并降下受电弓，避免受电弓和接触网继续接触从而扩大故障损失。（8）、阻尼器采用的是单向阻尼器，根据不同的接触网类型以及速度要求，合适的阻尼匹配值可有效的改善受电弓的运行速度范围。ADD气路保护功能与以前的弹簧式受电弓不同，DSA200型受电弓上增加了一套ADD气路保护系统，也就是自动降弓系统。该系统由快速排气阀、ADD试验阀和ADD关闭阀、碳滑板风道及导管组成。来自升弓电空阀的压缩空气，一路向气囊充气、一路进入快速排气阀下室、一路进快速排气阀上室同时经关闭阀给滑板管道充气。快速排气阀体内部分为上下两个腔体：一个腔体连接气囊，另一个腔体连接滑板。在正常的升弓及降弓的操作情况下，快速降弓装置不动作。其中与碳滑板连接的腔体内部气压保持与碳滑板内部气道气压一致。正常状态下，ADD内部通过一个节流阀不断给滑板内部气道供气，保证其气压平衡，并防止滑板出现小裂缝（在允许范围内）不会影响受电弓正常工作，少量漏气可由快排阀遏制，防止引起受电弓自动降弓。当发生弓网事故引起滑板内部气道泄露或中间气路导管破裂，如果该泄露量大于ADD快速排气阀内部的补给量，导致该部分气压迅速下降，引起快速排气阀上下两个腔体气压不平衡，下腔压力推动模板，打开排气孔，将压缩空气排出，使受电弓快速下降。该过程将会发出非常刺耳的排气声音，并使受电弓在2S左右迅速脱离接触网而降弓。ADD试验阀在正常情况下处于关闭状态，该阀主要模拟滑板气路泄露情况，用来检查ADD系统是否工作正常，如果正常一旦打开ADD试验阀，将会引起受电弓迅速降弓。ADD关闭阀在正常情况下处于开放状态，该阀主要功能是用于切断受电弓的ADD保护功能，在实际行车中有可能因非弓网事故引起ADD保护装置动作，使受电弓无法升弓，影响行车。此时可通过关闭该阀，保证正常行车。DSA200型受电弓升弓装置及其控制装置组成、动作原理升弓装置主要由气囊式气缸和导盘组成，导盘通过钢索连接在下臂钢索轨道上；控制装置由空气过滤器、用于调节升弓时间的单向节流阀、精密调压阀、压力表、用于调节降弓时间的单向节流阀及安全阀组成。受电弓升弓时，升弓电空阀得电，气路打开，压缩空气通过电空阀、空气过滤器、升弓节流阀、精密调压阀（调整正常升弓压力值为360～380kpa相当于接触压力70N）、气压表、降弓节流阀、压缩空气绝缘管通过车顶，到升弓气囊，气囊胀大，推动导盘向其前方运动，导盘和钢索轨道间拉紧的钢索带动下臂绕轴向上转动，从而将下臂拉起，通过下导杆，使得上臂升起，弓头与接触网接触，受电弓升起。降弓时，升弓电空阀失电并开启排气阀排气，升弓气路关闭，压缩空气从气囊经安全阀、降弓节流阀、精密调压阀、压力表、升弓节流阀、空气过滤器和电空阀排出，气囊收缩使导盘向右移动，带动钢丝绳绕下臂弧板运动，受电弓靠自重下落并维持在降弓位。第四章DSA200型受电弓调整及维护受电弓静态压力调整方法额定风压下，在受电弓弓头部分悬挂一个弹簧秤，调精密调压阀，直止受电弓慢慢上升为止。然后，在弓头升高1.6m处，人力阻止受电弓上升，使弓头能在这一高度处停留，此时弹簧秤应显示压力为70N。如果受电弓发生过自动降弓也须经过完整调修后，才能重新使用。升降弓时间调整要求调整过程应在静态接触压力调整好后进行。通过调整阀板上的两个节流阀调整。从受电弓的落弓位置到工作位置，即受电弓从落弓位置上升2m高（包括绝缘子高度