高速列车受电弓故障分析及维修技术研究

-2-课题名称高速列车受电弓的故障分析及维修技术研究探讨高速列车受电弓故障分析及维修技术研究探讨摘要随着中国经济社会的发展和广大人民日益增长的出行需求，高速铁路逐渐地进入了大家的视野，高速铁路有着既有铁路没有的快速性，舒适性，便捷性，既缩小了空间上的距离，又减少了时间上的差距，让清晨家门口喝胡辣汤，午后在武汉吃热干面，下午在广州品下午茶成了家常便饭的事，高速列车带来的方便毋庸置疑，但是在高速列车运行过程中有时候会出现种种情况，导致列车晚点甚至是列车无法运行，最常见的就是车顶高压设备故障和车下转向架故障，其中车顶的高压设备最容易遭到外界干扰致使发生故障，为了使这些故障的发生率降到最低，每当高速列车（下面简称“动车组”）运行至一定里程或时间就对该动车组进行运用维修分为一级修和二级修，下面我们就对郑州局现有动车组高速列车受电弓故障和维修技术进行讨论。关键词：运用维修；高速列车受电弓故障；维修技术目录摘要 1高速列车受电弓的介绍3高速列车受电弓的区别3高速列车受电弓的构造3我国受电弓的现状4高速列车受电弓原理动作52.1受电弓的动作原理52.2受电弓升弓阀板的作用6第三章高速列车受电弓的故障分析7第四章高速列车受电弓的检查10结论10参考文献（Reference）11致谢12第一章高速列车受电弓的介绍1.1高速列车受电弓的区别因为高速列车采用动力分散的形式而，既有列车采用的动力集中的模式，所以高速列车和普通的既有列车的车顶上的受电弓有非常多的不同之处。受电弓是动车组车顶高压系统的重要组成部分，其作用是从25KV的列车接触网上将电流引导至动车组内的牵引变压器中（并称为“受流”）使动车组能在线路上高速运行并支持其车内各个设施的用电，并且在列车在制动的过程中将牵引电机不需要的过剩电流反馈至接触网上作为导线使用。动车组的高速受电弓和既有线上的普速列车有非常多的不同，动车组高速受电弓有以下几个重要特殊性能：①、接触网与受电弓的波动特性：想当然高速动车组和普通列车向较速度比普速列车快得多，那就导致了高速动车组的受电弓与接触网导线的相对移动要快很多，其波动的频率比起既有列车的受电弓要多得多，这就使受电弓和接触网之间产生的波动特性发生变化，使受电弓和接触网导线的接触面（碳滑板）的磨损产生了极大多的影响。②、在高速动车组在运行的过程中比较普通列车要克服相当大的空气阻力，所以动车组的高速受电弓要符合车辆动力学的要求将空气阻力化解成对受电有益的力。③、因为动车组运行速度快所以需要的功率当然要比普通列车大的很多所以动车组高速受电弓从接触网接触的电流功率自然大很多。但是如果动车组采用多个受电弓摄取流肯定会增加动车组的阻力值，而且又会增加不必要的音响，同时还增加了发生故障的概率，所以动车组升起的受电弓不能太多，所以动车组在接触网汲取电流的功率就会很大。1.2高速列车受电弓的构造高速列车受电弓的组成结构大致相同一般情况都是，：下导杆，上臂，底架，上导杆，阻尼器，升弓装置，下臂，弓装配，弓头，高速碳滑板等而组成。1.、受电弓底架：受电弓底架又称弓架，它是由三个支撑绝缘子从地面支撑而起并安装在车顶上。底架上有多个边导线（电源铜导线）组成了受电弓的电路和由多个分管气路组成了受电弓的升降弓的气路。而且弓架上还安装的由ADD阀（自动降弓装置）、试验阀、和ADD截断阀等。2、阻尼器：阻尼器的作用是当动车组运行中因为受电弓和接触网接触会发生波动而阻尼器会减少这种波动产生的力，阻尼器安装在受电弓的下臂和弓架之间。3、升弓装置：升弓装置是由升弓气囊、升弓滑道、钢丝绳而组成的。升弓装置在升降弓的过程中扮演着非常重要的角色。当需要升弓时升弓气囊膨胀推动由钢丝绳带动的升弓滑板向前方移动，升弓滑板和钢丝绳轨道间拉紧钢丝带动下臂轴承向上运动，下臂带动上臂进而使受电弓升起，降弓时升弓装置上的升弓气囊排气回缩，受电弓凭借自身重力降弓。4、下臂：材料为钢制材料，它不仅起到了支持受电弓上半部分的重量，而且还起到了升弓时传导升弓的力量，受电弓升弓时的高度就是下臂所决定的。其中一端是固定在底架上，另外一端通过铰链和上臂相连。其上面设有钢索导轨，通过钢索和升弓装置相连接，升弓装置带动下臂绕轴转动。其内有空气管路，通过管接头和软管连接，与碳滑板连接，作为自动降弓装置的气路。5、弓装配：它作用于在受电弓下降时有的时候缓冲器不能将所有力削减掉这时受电弓与弓架之间有很大的冲击力，此时弓装配能够缓解这种力。6、下导杆：分别是连接在上臂一端和底架上，用于调整受电弓最大升弓高度和滑板在运动过程中轨迹的。7、上臂：其材料为铝合金框架，用于支承弓头重量，传递向上压力，保证受电弓工作高度。8、上导杆：一端接在下臂，另一端接在弓头支架的幅板的下方，其作用是调整碳滑板在各运动高度均处于水平位置。9、弓头：弓头安装在受电弓框架的顶端，直接与接触网接触，聚集电流。它主要由滑板座、幅滑板、4个拉伸弹簧、2个横向弹簧及其附属装置而组成。其中两个滑板座与两个幅板相连，组成相对坚固的弓头支架。弓头支架垂悬在4个拉簧正下方，两个横向弹簧安装在弓头和上臂之间，滑板安装在弓头支架上。这种结构使滑板在机车运行方向上移动灵活，而且能够缓冲各个方向上来的冲击，能够良好达到保护滑板的目的。10、自动降弓装置：碳滑板的铝托架上有空气内腔，其中空气内腔中具有压缩好的空气，当碳滑板碰触异物使之有裂缝的时候或者碳条在接触网上接触出现了磨损过度，这个时候自动降弓装置就会动作，将升弓气囊的空气排出大气，所以受电弓会马上凭自重下降，以保护接触网和车顶高压配件。当把新的配件安装好后需要重启本装置。11、支撑绝缘子：由绝缘性能良好绝缘材料制成而成，3个支撑绝缘子被强制固定在动车组受电弓弓架的底部，用来支撑起受电弓的重量，也同时发挥着不使受电弓接地的绝缘作用。12、PU-4绝缘软管：绝缘软管一般是用橡胶制成是用来把压缩气缸的空气输送到受电弓的重要配件，因为他是橡胶制成他同时也有着气路管路柔性连接的作用。13：软编织导线：软边导线安装在弓头滑板、弓头上导杆、上导杆和下臂之间，当电流流经受电弓时将受电弓的电传递至车顶各处，它的制成材料一般为铜制材料。1.3我国受电弓的现状CRH系列的动车组采用的受电弓均是技术成熟，性能良好的高速受电弓，能够满足动车组高速运行情况下的良好受流。现在郑州局配属的动车组CRH380A.CRH380AL.CRH380B.CRH6A等，分别采用：CRH380A统采用TSG19A型号的受电弓，CRH380AL采用DSA380型号的受电弓，CRH6A采用DSA250型号的受电弓，CRH380B采用CX-018型号的受电弓，下面对这几个受电弓作一个简单的介绍。首先是CRH380A型动车组的TSG19A型受电弓，CRH380A型动车组受电弓布置在4.6号车上采用单弓受流，动车组重连时采用双弓受流。TSG19A的总体架构由底架，阻尼器、上臂、上导杆、升弓装置、下臂、下导杆、弓装配、弓头、PU-4绝缘软管、碳滑板及升弓气源控制筏板等一些重要部件组成。然后是CRH380AL型动车组的DSA380型受电弓的单臂受电弓，本受电弓采用空气动力翼板的设计符合空气动力学，而其制成的材料大部分采用更好更结实钛合金材料。该受电弓安装在5.13号车，整列动车组设有四台受电弓（5.13车各设置2台受电弓），正常行驶的过程中，采用两个受电弓同时受流，另外两个受电弓备用，处于降下的状态。接下来是CRH380B型动车组的CX-018型号的受电弓该型号受电弓结构由受电弓安装架、下臂、上臂、下拉杆、上拉杆、升弓气囊、碳滑板、ADD自动降弓装置、APIM装置、阻尼器等部件构成。高速列车受电弓原理动作2.1受电弓的动作原理控制受电弓升起，降下分别由工作人员在司机室操作工作台上面的人机交互屏对受电弓的升起和降下进行控制。下面对受电弓的动作原理介绍一下升起受电弓的动作原理：受电弓的升起动作的信号由司机室通过激活主供风阀来实现，当受电弓的电磁阀得电时，压缩空气经过减压阀一路向气囊充气，同时一路向受电弓的碳滑板上的滑板气腔内部充气；当气囊内气压达到了一定压力值时，受电弓开始升弓，与接触网接触并获取电流。降弓的工作原理：当主供风阀失电时，气囊中的压缩空气压力值迅速减小，压缩气体由电磁阀口向大气排出，受电弓通过自己重量降弓。通过ADD自动降弓的原理：压缩空气通过受电弓升弓装置和带有风管的下导杆进入到带有气腔的碳滑板，在碳滑板发生异常情况下（如异物撞击），滑板断裂滑板中压缩空气造成泄漏时，当压缩空气泄漏量多于通过ADD阀充风孔向碳滑板充风的量，那么ADD阀内的膜板会打开通向大气的排风口，会导致升弓气囊中的气体从快速降弓阀（ADD阀）中迅速立即排出，从而实现受电弓的自动降弓。则具体的情况（以CRH380B的受电弓为列）受电弓升弓降弓工作原理：（1）电磁阀的入口处始终通具有压缩空气。（2）通过司机室操作面板上的受电弓提升开关、HMI屏上的升弓指令按钮，用来发布升弓指令。（3）升弓时，车载计算机发送电信号使得电磁阀得电，压缩空气经压缩空气净化器进入升弓节流阀。（4）升弓节流阀允许压缩空气迟缓地进入减压阀的入口。（5）减压阀的压缩空气直接流到升弓装置的气囊驱动装置，气囊胀大带动下臂绕轴朝上面转动，受电弓慢慢上升直到碳滑板接触到接触网导线。（6）同理而知，司机室发布降弓指令时，车载计算机发送电信号使电磁阀失电，压缩空气经降弓节流阀排出大气，驱动气囊回缩，受电弓快速离开接触网线，然后受电弓缓慢降下。受电弓自动降弓工作原理，碳滑板内部带有风道，压缩空气经由供风系统从受电弓驱动装置进入碳滑板。如果碳滑板有了缺陷，这会导致压缩空气泄漏，自动降弓装置ADD发生作用，此时受电弓升弓气囊中的气体会从快速降弓阀中迅速排出。当碳滑板磨损到限或发生破裂时，空气压力将自动下降。压力的下降会打开压力开关并向车载计算机发出一个电气信号。然后，车载计算机会自动切断主断路器（DJ），以免接触网和受电弓受到电弧烧伤损害。动车组在运行过程中，出现必须降弓性故障时，也是会由车载计算机发送电信号给电磁阀，实现了降弓。2.2受电弓升弓阀板的作用在升降弓的过程中全程由升弓控制阀板来进行控制的如果升弓控制阀板出现问题受电弓依然是升不起来也没办法在接触网上获取提供动车组运行的电流的。下面我们就简单的介以CRH380B型动车组为例介绍一下升弓控制阀板.升弓控制阀板：(1）安装位置：受电弓控制阀板安装于TC02、TC07车二位端受电弓下方，车内过道顶板上方。(2）功能：受电弓控制阀板具有：受电弓升弓命令、受电弓升弓速度控制、受电弓降弓速度控制、在额定静力下控制气囊内压力、过滤气动控制单元的压力空气、在维护过程中命令受电弓升弓、提供受电弓升降弓信息的功能。CRH380B动车组受电弓控制阀板分为两部分：1、电路控制单元（ElectronicControlUnit），2、气动控制单元和调节模块（PneumaticControlUnit&RegulationModule）。1、电路控制单元：电路控制单元通过接收受电弓升弓指令、降弓指令、受电弓碳滑板泄露检测指令等，控制受电弓升降操作。（1）升弓指令线210213.05得电，将信号传输至21-A01受电弓电路控制单元（ElectronicControlUnit），使得升弓电磁阀得电，受电弓升弓气囊充风。（2）降弓指令线210302.02得电，将信号传输至21-A01受电弓电路控制单元（ElectronicControlUnit），使得降弓电磁阀得电，快速降弓阀排风，受电弓靠自重降弓。（3）受电弓碳滑板泄露检测指令线210304.01失电，接触器21-K62失电，使得受电弓升弓保持回路断开，ADD阀排风，受电弓靠自重降弓。2、气动控制单元和调节模块（PneumaticControlUnit&RegulationModule）：（1）过滤器：过滤供给的压缩空气内杂质。（2）升弓电磁阀：经过接收电路控制单元的电信号，实现电磁阀的开闭，控制压缩空气的流通及截断。（3）调压阀、精细调压阀：调整升弓所需的压缩空气的压力大小。（4）压力传感器、压力开关：监控受电弓碳滑板内的压缩空气状态，反馈给电路控制单元。（5）ADD电磁阀：检测受电弓碳滑板压缩空气的泄漏量，压缩空气泄漏量大于ADD阀充风孔时，压缩空气通过ADD阀OUT口直接排向大气。2、受电弓的升、降气路过程：当受电弓控制阀板接收阀板电路控制单元的电信号后，通过控制升弓电磁阀、快速排风阀的开闭，将压缩空气供给给受电弓升弓气囊或将气囊内压缩空气排向大气，从而实现受电弓的升、降。（1）升弓过程：压缩空气经过空气滤清器（F）后到达升弓电磁阀（VE），再经过调压阀（DM2、DM3）调压，经过节流阀（Ds）达到稳定压力，将升弓所需压缩空气一路通往受电弓气囊（BG），一路经过ADD阀通往受电弓弓头（Collectorhead）。（2）降弓过程：当升弓电磁阀（VE）关闭，快速降弓阀（VS）打开，受电弓气囊（BG）内压缩空气通过快速降弓阀（VS）排风口排向大气，受电弓靠自重落弓。（3）ADD阀动作过程：当受电弓碳滑板发生异常，压缩空气泄漏量大于ADD阀充风孔时，压力开关（DS2）动作，升弓信号断开并给24-T01.11（SKS2）反馈，接触器21-K62失电，升弓控制回路21-K66失电，压缩空气通过ADD阀OUT口直接排向大气，受电弓靠自重降弓。第三章高速列车受电弓常见故障由于高速列车受电弓是安装在动车组车顶的位置没有任何防护，所以裸露在车体之外直接与接触网高速动态接触的，非常容易受到外界异物（如飞鸟、废物、不明物体等异物）或接触网和本车脱配件击打而损坏、变形，进而导致受电弓无法升起动车组无法供电、甚至会造成拉断接触网等恶性事故的发生，严重影响了高铁运行安全和高铁运输秩序。除了外界因素对受电弓影响，还有因为受电弓控制电路、气路故障而产生的内在原因和因生产检修上检修人员出现疏漏而出现的故障。综上所述高速列车受电弓产生的故障现象大致分为以下几类：（1）快速阀及ADD供风阀撞击（2）连接管接头处漏风（3）滑板条磨损（4）滑板偏磨（5）受电弓部件损坏（6）途中受电弓破损严重或有异物（7）弓头导流翼板、翼片遇阻（8）弓网拉弧度（9）支撑绝缘子故障等。下面对这几个现象作出解释和处理办法。（1）快速阀及ADD供风阀撞击动车组在室外环境下快速行驶时，更容易受到外部物体击打和撞击，快速阀及ADD阀安装在车顶上，相较于其他部位，更易出现裂纹、变形、松动、老化等现象，快速阀和ADD阀处于室外环境中，检查应更加频繁，更换也应更加及时。检查时如若发现被外物击打出现裂纹、造成变形、导致漏风，应及时更换，并且做好检漏工作如发现有生锈卡死配件或配件松动的情况时，需应该立即处理进行更换，并做好清洁保养工作。（2）连接管接头处漏风：快速阀以及ADD阀之间的连接主要依靠接口处的o型环橡胶圈，连接管接头处漏风故障就是O型环橡胶圈漏风产生的问题，现这个故障的原因主要有以下三点：第一，O环橡胶圈老化；第二，由于接头螺母安装扭矩小，小于3N，在碳滑条与PU4管连接处经常安装时扭力过紧；第三，碳滑板接头盖过松。连接管接头处出现漏风状况时，有可能是配件损坏，也可能连接不巩固，在修复作业过程中，应对各种管路系统进行细致的检测，做好查漏试验，更换损坏配件，保证车上管路连接处无泄漏。（3）滑板条磨耗：滑板条磨耗过快，是电气化区段运营初期的正常现象。造成滑板条磨耗过速的根本原因有二个①机械磨损：新建接触网剖面底部为圆弧形，而且接触线表面有不少比较坚硬的毛刺，这是新开通线路滑板条急剧磨耗的主要原因。经过多次运行后，接触导线渐趋平整光滑，摩擦系数减小，达到一定摩擦次数后，机械磨损耗量将大大减小并保持在一定的范围内。②电气磨损：新开通接触导线毛刺多，加上新开通一段时间内由于暴露于空气中，表面污染，当与受电弓滑板初期接触时接触不佳，电火花都比较大，电气磨损自然突出。从已掌握的数据来看，电气化开通初期接触网对滑板条的磨损很快，使得车来回必须更换滑板以解决滑板条磨损过快的问题，因此备足一定数量的滑板并设专人换装是必要的。为了使新接触网线尽早磨出平整光滑的接触面而同时减少滑板的过速磨损可采用铁基滑板。由于铁基滑板耐磨损，可以明显减少更换滑板的数量，当接触网摩擦而已趋平面，滑板条百公里磨损量已趋于相对稳定时，在换上基体较软的滑板。（4）、滑板偏磨：滑板发生偏磨是造成更换次数过多的原因之一。如果动车组在行驶的过程中发生刮弓的故障现象就有可能一是碳滑板磨损的速度过快的原因，二是碳滑板发生偏磨现象致使滑板被接触网磨透，从而造成碳滑板不能和接触网正常接触，使碳滑板表面形成凹槽卡住接触网的表面从而造成的刮弓现象。不过根据理论的验证、精确的计算，同时再加上实际的现场经验，在受电弓发生偏磨的时候，可以将受电弓提升到滑板到下臂转轴处的1.5米的高度，在通过调整平衡机构让吊杆保持垂直状态，而碳滑板单位铝托架保持与弓架平行的状态，用来保证受电弓的碳滑板在工作过程中处以最良好的状态在运行。（5）、受电弓部件损坏：当动车组高速运行时，受电弓受力非常地多样化，再加上不确定的工作环境，致使受电弓的部件非常发生各种各样的故障和问题，如果不是及时发现更换新的配件就会造成隐患。部件损坏主要集中在连接座、支撑板、受电弓弓架、上框架、拐臂等处。这就要求检查人员在检查受电弓时，对上述零部件加强检查力度，对不符合限度要求的部件进行及时更换处理，坚决不让有故障的车带到线路上去。（6）、途中受电弓破损严重或有挂带异物：动车组高速运行途中，因为受电弓暴露在外，受电弓有可能途中遇到障碍物致使受电弓破损严重或受电弓挂带异物。此时应立即停车，通知机械师，停车后，机械师立即下车确认受电弓状态及受电弓破损程度，处置破损受电弓，处理捆绑完弓架后，恢复运行，进检修库更换受损零部件。（7）、弓头导流翼板和翼片遇阻：弓头导流翼板和翼片的作用是充分利用动车组高速运行时的空气阻力，将空气阻力转化为弓头和碳滑板部分的垂直上升力和垂直下降力，从而达到在运行过程里能够自动调整碳滑板与接触网接触压力的目的。弓头导流翼板和翼片长时间遇到非常大的阻力时，那么对翼板和翼片也会造成一定破损，翼板和翼片断裂造成破损和丢失。除了以上检查，检查受电弓时，还应注意检查弓头上的导流翼片、翼板是否有裂纹、老化和丢失等现象，如若发现后应及时进行处理故障或更换新的翼板和翼片，确保受电弓外观状态良好在运行中能正常的使用。（8）、弓网拉弧：受电弓和接触网之间要始终有一定的接触压力用来保证动车组受流状况好，当其接触的压力过小甚至没有时，受电弓的滑板就会脱离接触网进而发生离线状态。虽然途中小离线并不会对动车组运行造成什么大的影响，但离线时瞬间产生的电火花或者电弧，会增加接触网的导线和受电弓滑板之间的电磨损，减少其使用寿命。距离较大的离线则十分有害，甚至对动车的运行和安全造成巨大威胁。因此，不论是从延长接触导线和受电弓滑板使用期限角度，还是从动车运行途中的安全角度考虑，尽可能避免离线，才是对弓网拉弧最好解决。不过对于弓网离线问题，从受电弓本身问题主要还是以下几方面从而解决的：适当增加受电弓滑板和接触导线间的接触压力。不过接触压力和接触网结构，路线状态机动车运行速度有关，现在受电弓的接触压力是在原来电气化线路和动车运行速度下实验确定。（9）、受电弓弓架支撑绝缘子：受电弓的3个支撑绝缘子在冬季时故障频率高发，如果绝缘子发生了故障，那会造成从接触网上汲取的电流直接接地，甚至烧坏车顶高压配件，影响动车组的运行，所以绝缘子故障成为重中之重。绝缘子常见故障有因闪络破裂绝缘子损坏造成电网直接通过动车组接地或是动车组车顶绝缘子发生损坏后造成动车组内部系统故障，不论是哪种故障都是非常难处理。甚至有的时候会烧坏接触网使接触网跳闸影响全线的列车运行。其实绝缘子在平时发生故障的频率也不是那么高，主要是在每年11月左右至次年3月左右发生故障的频率远高于平常。因为这几个月雾霾天气比较严重，绝缘子表面污秽物在雾霾天极易形成导电桥，从而使实际电流爬电距离大大减小所导致的。所以动车组出库前要做到严格检查，如若发现有破损闪络或其它有不良问题的绝缘子应及时予以处理，保证其出库动车组无质量问题；另外对绝缘子擦拭要求表面干净，无异物。并时刻关注天气的转变（尤其是雾霾较重的天气），特别是在每年易发季节（11月1日到第二年3月1日）到来之前专业人士彻底进行擦拭检查并对其涂抹防污闪涂层防止闪络，并在易发季节加强质检人员的监管工作；并使用绝缘性能更好的绝缘子应对不良天气。第四章高速列车受电弓的检查受电弓故障频发所以对受电弓的日常检查尤为重要，在一般情况下高速列车运行48h或运行到一定里程就要进入检修库，进行一次一级检修。为了避免受电弓发生故障所以各个铁路站段对检修限度进行了严格的设定，以郑州动车段的检修标准为列介绍一下受电弓的检修限度：(1）弓角和弓头无变形、破损等，销子和开口销齐全、无松脱。框架上表面平整，无变形和裂纹等异常，安装紧固。铜导线外观良好无松动、变形。减震弹簧和平衡弹簧无裂纹、磨损情况等异常。（2）、受电弓的支撑绝缘子安装紧固。受电弓铜制编导线缺损限度不大于15%。(3)、上导杆无破损、变形等现象，安装牢固没有松动等异常，其供风管路的扎带绑扎牢固。(4)、上臂组装无脱焊，外观状态良好无变形等异常。(5)、下导杆无变形，安装紧固无变形等异常。(6)、下臂组装无脱焊，外观状态良好，无变形等异常。(7）检查受电弓下导杆与上臂连接处铰孔螺栓外观状态良好，无断裂、缺损等异常；安装紧固，防松标记清晰无错位等异常。(8)、受电弓装配无明显老化、变形等异常，安装牢固、无松脱现象。(9)、PU