湖南铁道城轨专业毕业设计说明书综述.docx

湖南铁道城轨专业毕业设计说明书综述.docx

《湖南铁道城轨专业毕业设计说明书综述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《湖南铁道城轨专业毕业设计说明书综述.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

湖南铁道城轨专业毕业设计说明书综述

2017届毕业设计说明书

课题名称：

《北京地铁受电弓的维护与故障检修》

所在学院##############

班级##############

姓名##############

学号##############

指导老师##############

完成日期2017年3月

摘要

现有地铁车辆一般依靠电力系统牵引运行，而其中最关键的部位就是地铁车辆与电网连接的受电弓处。

地铁车辆高速运行过程中不仅要保证接触电流质量，也要保证受电弓有足够的强度和耐磨性。

地铁车辆受电弓在列车运行过程中要保持与接触线之间稳定的压力才能保证列车受流的稳定性。

本文以北京地铁6号线对受电弓的结构组成和工作原理进行了详细介绍，并对其正常运行过程中易发生的故障进行了分析，制定了受电弓的日常维护，整理了受电弓常见一般故障及解决措施。

关键词：

地铁车辆;受电弓;故障分析

Abstract

Existingmetrovehiclegenerallyrelyonthetractionpowersystemoperation,andisoneofthemostcriticalpartsofmetrovehiclepantographconnectedtothegrid.Notonlyintheprocessofsubwayvehiclespeedtoensurethequalityofcurrentcontact,alsotoensurethepantographhasenoughstrengthandabrasionresistance.Metrovehiclepantographinthecourseofthetrainoperationtomaintainandcontactlinebetweenstablepressuretoguaranteethestabilityofthetrainbytheflow.Inthispaper,thetypesofBeijingmetropantographandworkingprincipleareintroducedindetail,andthenormaloperationoftheprocessoffailureareanalyzed,andfinallyputsforwardsomeSuggestionsofpantographmaintenance,hopecanthroughthedailymaintenancefordecreasingtheoccurrenceofpantographfaultprobability.

keywords：

thesubwayvehicles;Pantograph.Failureanalysis

第1章绪论

在我国地铁车辆高速发展的过程中，受电弓系统的开发和研究工作也得到了较好的发展。

我国地铁车辆受电弓型号系有国产TSG3630型受电弓，也有从德国引进的DSA系列受电弓。

另外，其他国家轨道车辆中采用的受电弓类型还有法国的TGV型受电弓、日本的PS系列受电弓等。

1.1受电弓类型

受电弓系统作为城轨车辆的重要系统，是城轨车辆的受流装置，从高压接触网上获得电流，为车辆牵引逆变器和高压设备提供动力来源。

受电弓主要分为四大类：

双臂式、单臂式、垂直式和石津式。

1.1.1双臂式

双臂式受电弓最传统的受电弓，亦可称"菱"形受电弓，因此形状为菱形。

但现因保养成本较高，加上故障时有扯断电车线的风险，部分新出厂的铁路车辆，已改用单臂式受电弓，亦有部分铁路车辆（例如新干线300系列车）从原有的双臂式受电弓，改造为单臂式受电弓。

1.1.2单臂式

除了双臂式，其后亦有单臂式的受电弓，亦可称为"之"（Z）（ㄑ）字形的受电弓。

此款受电弓的好处是比双臂式集电弓噪音为低，故障时也较不易扯断电车线，为较普遍的受电弓类型。

而依据各铁路车辆制药厂的设计方式不同。

在受电弓的设计上会有些许差异。

1.1.3垂直式

除了上述两款受电弓，还有某些受电弓是垂直式设计，亦可称成“T”字形（又叫作翼形）受电弓，其低风阻的特性特别适合高速行驶，以减少行车时的噪音。

所以此款受电弓主要用于高速铁路车辆。

但是由于成本较高，垂直式受电弓已经没有使用（日本新干线500系统改造时由垂直式受电弓改为单臂式受电弓）

1.1.4石津式

日本冈山电气轨道的第六代社长，石津龙辅1951年发明，又称为“冈电式”、冈轨式。

1.2国外受电弓发展现状

我国地铁车辆发展较晚，因此对于受电弓的研究起步也较晚。

起初多采用进口受电弓和引进后在本国进行生产、改进。

德国、日本和法国在受电弓的研究方面有较多的经验，下面就对其采用的受电弓类型进行简要介绍。

1.2.1法国受电弓类型

法国国铁上所采用的高速受电弓类型主要有ADME、GPU型、CX型受电弓。

其中ADME型受电弓采用了碳滑板，在1981年创造了380km/h的记录；GPU型受电弓是为了适应400km/h以上速度的受流需要研制的，并于1990年5月18日，创造了515.3km/h的世界记录；CX型受电弓是Faiveley公司研制的X系列受电弓的一种，采用碳纤维弓头，重量大大减轻，并可以随车速的变化而自动调整。

1.2.2德国受电弓类型

德国ICE高速列车用DSA-350型受电弓，整体质量140kg，接触压力为50-13ON，驱动方式是气体升弓，有一阻尼的降弓[1]。

滑板用铁制的弓头上焊着碳滑板，形成一个整体，更换时一体更换，寿命很长，更换周期通常15×104km，在条件恶劣的情况下也可达65×10km，不涂石蜡或黄油[2]。

另外，还有DSA-350受电弓的改进型DAS-350S，DSA-350SEK。

1.2.3日本PS系列受电弓

为了满足降低噪声的要求，日本进行了单臂受电弓的研制，进一步降低了噪声，研制出了TPS3OI型号受电弓，用于700系批量车生产。

经风洞试验及现车运行试验证明，其集电性能和空气动力学性能良好不仅降低了噪声，还具有成本低、轻量化、免维修等优点。

第2章北京地铁受电弓的结构与参数

北京地铁6号线项目电动客车使用的受电弓的型号为:

QG-120（B-BJL6）

QG:

代表轻型受电弓

120:

代表该型受电弓可满足最大120km/h的轨道交通电动客车安装使用；

B-BJL6:

其中B代表B系列受电弓，BJL6为北京地铁6号线项目的识别代码，如图2-1所示是北京地铁受电弓图。

图2-1北京地铁受电弓图

2.1北京地铁受电弓组成部分

北京地铁6号线QG-120（B）型受电弓的组成结构如图2-2所示，北京地铁6号线QG-120（B）型受电弓主要由底架组装、气囊组装、下臂杆组装、拉杆组装、平衡杆组装、弓头组装、控制箱、横托架、阻尼器及绝缘子。

空气弹簧等部件组成。

图2-2受电弓结构

2.1.1底架组装

QG-120（B-BJL6）型受电弓的底架在设计时考虑到强度，并参考了已可靠运用的结构，采用无缝矩形管材料焊接而成，该型号受电弓的底架具有强度高重量轻等特点，同时受电弓底架上预留有两个高压接线板，高压接线板上预留有4-13mm电接口，根据需要连接上述电接口。

2.1.2下臂杆组装

图2-3下臂杆

QG-120（B-BJL6）型受电弓的下臂杆采用了无缝钢管经机械加工后焊接而成，同时在下臂杆上采用转动轴承技术，使受电弓的转动更加灵活。

2.1.3上臂杆组装

QG-120（B-BJL6）型受电弓在设计时考虑到受电弓的受流性能和重量等，所以受电弓的上臂杆没有采用碳钢材料是，而采用了高强度的铝合金材料，使上臂杆的受流性能明显增强，且重量减轻，同时不会影响上臂杆的强度。

2.1.4弓头组装

图2-4弓头图

QG-120（B-BJL6）型受电弓的弓头结构如图2-4所示，QG-120（B-BJL6）型受电弓的弓头采用悬挂式的设计，同时结构采用缓冲效果良好的缓冲装置，使受电弓弓头的随网性大大提高。

2.1.5液压阻尼器

QG-120（B-BJL6）型受电弓的缓冲是通过安装在下臂杆和上臂杆上的液压阻尼器来实现的，通过安装液压阻尼器使弓头的碳滑条有很好的随网性，液压阻尼器可在-40℃～+100℃环境下使用。

2.1.6拉杆组装

图2-5拉杆图

QG-120（B-BJL6）型受电弓拉杆结构如图2-5所示，拉杆是由无缝不锈钢管和重型自润滑的关节轴承组合而成，当拉杆绕底架的回旋中心移动时，受电弓弓头的位置被改变。

2.1.7平衡杆组装

图2-6平衡杆图

QG-120（B-BJL6）型受电弓平衡杆结构如图2-6所示，平衡杆是使受电弓弓头在整个工作高度范围内（包括升到最大高度）趋于水平，在车辆运动过程中通过缓冲调整装置消除外力对弓头在运动过程中的干扰。

2.1.8空气弹簧组装

QG-120（B-BJL6）型受电弓选用三区大推力（额定工作气压下推力可达2129kg）的空气弹簧作为的升弓动力来源，当额定压力的压缩空气被充入空气弹簧后，空气弹簧开始膨胀并产生推力，带动下臂杆旋转，受电弓开弓，它被安装在底架和下臂杆之间，压缩空气通过绝缘气管进入到安装在受电弓上的金属材料制造，防烟防火等级符合相关标准中的要求，具体见防烟防火报告。

2.2北京地铁受电弓结构特征

QG-120（B-BJL6）受电弓能在各种轨道状态下保证与架空接触网线具有良好的接触状态和接触稳定性。

QG-120（B-BJL6）型受电弓设置有机械止挡，能够限制受电弓在无接触网区段上的垂直运动。

QG-120（B-BJL6）型受电弓的所有调节零件均采用不锈钢制作。

QG-120（B-BJL6）型受电弓同型号的受电弓的安装尺寸和易损件都具有良好的互换性

QG-120（B-BJL6）型受电弓在整个车辆速度范围内，都具有良好的动力学性能，包括直到120km/h和最大规定逆风时良好的空气动力学特性。

2.3北京地铁受电弓控制方式

正常升降弓采用硬线集控方式，仅在司机室激活端控制升降弓。

2.4北京地铁受电弓技术参数

额定电压DC1500V

网线电压变化范围DC1000V～1800V

线路最高电压DC1980V（再生制动时）

额定电流1500A

最大启动电流（30秒）2400A

最大短时电流（70秒占空因数为5秒）2800A

最大停车时电流（网压DC1000V和单弓受电）500A

适用机车速度

适用机车速度≤120Km/h

QG-120（B-BJL6）型受电弓可承受工频5.75KV（有效值）干闪络电压一分钟，且不会产生击穿、闪络现象。

QG-120（B-BJL6）型受电弓可承受工频4.75KV（有效值）湿闪络电压一分钟，且不会产生击穿、闪络现象。

最小工作位置（不包括绝缘子）80mm

最大工作位置（包括绝缘子）2300mm

最大升弓高度（包括绝缘子）2880mm±100mm

折叠高度（包括绝缘子）300mm±5mm

受电弓网线接触压力

标准静态压力120N±10N

静态压力调整范围100N～140N

静态压力可允许的容差±10N

受电弓张开、闭合时间

升弓时间≤8s

降弓时间≤8

受电弓总长度＝2400mm

受电弓总宽度1550mm±5mm

碳滑条工作部分长度1050mm

碳滑条数量四根

底脚安装尺寸950mm±1mm×1100mm±1mm

受电弓工作气压

额定工作气压0.45Mpa

最小工作气压0.4Mpa

受电弓重量

受电弓总重量（包括绝缘子）＝140kg

绝缘子

绝缘子高度80mm

绝缘子数量4个

绝缘子安装接口M20

受电弓与接触网最大滑行范围

受电弓与接触网最大滑行范围±500mm

北京地铁的QG-120（B-BJL6）受电弓可在地下隧道、地面、高架线路上运行。

安装在车顶上的受电弓设备均能适应风、沙、雨、雪、冰雹等气候条件。

海拔高度:

≤2500m，气象温度:

-25°C～＋40°C（环境最高温度＋65°C）

受电弓设备能适应空气内含有湿气、盐分和腐蚀性物质的气候条件，能够防霉、防尘、防虫害、防毒、防火以及不受洗车清洁剂的影响，并能经受虫蛀特别是啮齿类动物的侵害。

相对湿度:

最湿月平均最大相对湿度不大约90%，该月月平均温度不高于25°C。

第3章北京地铁受电弓系统工作原理

1500V的供电电源是通过受电弓从架空电网上得到的。

受电弓安装在Mp车车顶。

避雷器安装在每个受电弓上防止设备有过压的危险。

电流经由受电弓端子先经过熔断器，再经过主断路器和母线断路器到车下牵引逆变器箱。

每个Mp车安装一个受电弓及避雷器。

1500V高压通过受电弓从接触网上获得，使用120mm电缆通过MP车二位端端墙到达车下。

受电弓用于车辆从架空接触网上汲取电流，电流经由受电弓端子先经过熔断器，再经过主断路器和母线断路器到车下牵引逆变器箱。

熔断器用于车辆主电路的过流保护，北京6号线项目在每辆高压受流车辆使用两路熔断器，一路保护牵引主回路，另一路保护辅助供电主回路。

每路主熔断器配有指示熔断器，监控主熔断器状态，将状态信号传送给TCMS系统。

3.1北京地铁受电弓工作原理

3.1.1电气系统工作原理

受电弓升起后与接触网接触。

从接触网上取得电流，并将其传送到车辆电气系统。

接触网的电流首先由碳滑板流入受电弓弓头，然后依次经过上臂杆、下臂杆后流入底架，在弓头到上臂杆、上臂杆到下臂杆、下臂杆到底架的连接处都用铜编织线短接，最后经过底架上的电流经连接板、车顶母线进入车辆电气系统。

3.1.2气路系统工作原理

图3-1升弓气路原理图

正常升弓时:

来自总风管的风源经过截断塞门（P01.1）、单向阀（P03）进入储风缸采用电动泵或脚踏泵（P08）应急升弓时电动泵或脚踏泵产生的风源经过截断塞门（P01.2）、单向阀（P03）进入储风缸，储风缸对气压有缓冲作用，再经过过滤器（P06）最后通过电磁阀（P02）给受电弓供风。

电动泵的起源进入升弓气路前经过一个单向阀（P03）保证电动泵产生的风不会逆流到制动管路中产生泄露，总风管的气源进入升弓气路前也同样经过一个单向阀（P03）保证总风管的风不会逆流到电动泵或脚踏泵产生泄露。

操作者首先要启动空气压缩机，当气压达到受电弓的额定工作气压时，按下升弓按钮，压缩空气经车内电磁阀，受电弓控制箱进入空气弹簧，空气弹簧膨胀推动钢丝绳带动下臂杆运动，下臂杆在拉杆的协调下托起上臂杆及弓头，弓头在平衡杆的作用下，工作高度范围内始终保持水平状态，并按规定的时间平稳的升至网线高度，完成整个升弓过程，整个升弓过程受电弓的运动平稳，不对架空接触网线产生有害的冲击。

3.1.2降弓操作

操作者按下降弓按钮，控制箱释放空气弹簧中的压缩空气，受电弓在重力作用和阻尼器的辅助作用下平稳的落到底架上的橡胶止挡上，完成整个降弓动作。

整个降弓过程在规定时间内完成，并且受电弓的运动平稳对底架和车顶无有害冲击。

图3-2降弓气路原理图

3.2升降弓特性

升降弓时间是指，当空气弹簧中通以额定的气压时，受电弓由降弓位置上升至最高工作高度和由最高工作高度下降至降弓位置时所需要的时间。

1.升弓时间不大于8秒，且不会对架空接触网线产生有害的冲击。

2.降弓时间不大于8秒，且不会对受电弓的底架产生有害的冲击。

3.在工作高度范围内的任何高度上，弓头的下降运动都可以迅速开始。

4.在最小规定的工作气压下受电弓的弓头可以上升至最大工作高度。

3.3保护装置

在受电弓正常工作时，受电弓持续保持升弓状态，只有当司机在司机室按下降弓按钮时受电弓降下。

但当受电弓滑板破裂等意外或者危急情况等引起受电弓气路泄露时，受电弓还没有ADD自动降弓系统。

ADD自动降弓系统作用是，当受电弓系统发生故障时，受电弓可以迅速有效的降下，避免受电弓与接触网之间的进一步破坏。

ADD自动降弓系统主要有快排阀、带气道的滑板、压力开关及相应的管路组成。

快排阀安装在受电弓底架上，进气口与通向气囊的气路连通，出气口与通向滑板和压力开关的气路连通，排气口与大气连通。

受电弓正常升弓时，快排阀进气口的压力等于出气口的压力，进气口、出气口的压力差为零，压力开关的常开触电闭合。

当受电弓滑板破裂时，滑板气路泄露，快排阀出气口的压力下降，进气口的压力不变，进、出口形成压力差，当出气口压力下降到压力开关的断开设定值，压力开关常开触电由闭合状态跳转为断开状态，既有快排阀排气口打开，滑板和气囊的压缩空气通过快排阀排气口直接排向大气，受电弓迅速自动的降下。

滑版若存在微小裂缝和少量漏气，但能够正常升弓，则属于允许范围，不影响受电弓的工作。

第4章北京地铁受电弓日常维护项目

通过北京地铁公司调研了解到，目前对车辆大多采用列检、双周检、三月检、半年检、年检的日常检修模式，然而受电弓是车辆受流的主要部件，根据车辆的设计特点，至少每周应该上车顶对受电弓进行一次检查，确保受电弓正常无损坏。

在入场维保中，建议采用日检、周检。

均衡修的检修模式，既可以达到运营商对车辆安全性和稳定性的要求，也可以大大减少车辆停修时间，降低车辆各系统的故障率。

受电弓的正常运用与平时维护有很大关系，若维护不当，受电弓故障率会大大升高，其使用寿命也会大大下降。

受电弓需定期进行检修维护，并根据当地运行环境（如风沙、温度、温差等情况）确定维护频次。

4.1北京地铁受电弓基本要求

（1）滑板与接触导线接触可靠，磨耗小

（2）升降弓时不产生过分冲击

（3）运行中受电弓动作轻巧、平稳、动态稳定性好。

为此，在接触导线高度容许变化的范围内，要求受电弓滑板对接触导线有一定的压力，且升降过程具有先快后慢的特点，即升弓时滑板离开底架要快，贴近接触导线要慢，以防弹跳；降弓时滑板脱离接触导线要快，落到底架上要慢，以防拉弧及对底架有过分的机械冲击。

4.2北京地铁受电弓登顶检查注意事项

为杜绝任何意外事故的发生，请务必做到：

（1）当受电弓未与接触网脱开、或未确认不通电，绝不能登上车顶；

（2）上车顶前，要检查受电弓已经落稳在它底架的两橡胶止挡上；

（3）在进行有关检查、调整或检修工作前，确认机车在无电区（无接触网）内。

4.3北京地铁受电弓日常维护

受电弓日常维护如下:

（1）机车区段往返后应用干燥压缩空气（压力不大于4kPa）清除受电弓各部位的灰尘和脏物。

（2）保持活动框架转轴铰链部分清洁，用WD-40清洁剂喷洗，然后用布擦净并涂以适量润滑脂。

（3）受电弓支持绝缘子必须进行维护保养，清洁并擦净绝缘子。

（4）定期检查受电弓各铰链部分是否转动灵活。

（5）定期检查受电弓气囊和空气管道部分有无泄漏现象。

（6）检查所有紧固件有无松动，是否紧固到位，各软编织线有无断裂破损现象。

（7）定期检查碳滑板是否有严重缺损、磨耗极限现象，安装是否牢固;检查弓角组焊有无裂损、变形、碳滑板支架顶面是否平整，有无严重锈蚀锈，弓角与滑板条间是否平滑过度，间隙是否超限。

（8）应经常检测受电弓静态压力，修理，调整和更换碳滑板后应重新测定接触压力是否符合要求。

4.4北京地铁受电弓维护项目

4.4.1弓头和滑板

碳滑板经常和电网保持接触，并且是受电弓的主要磨损件。

为了尽早发现损坏，每次例行检查都应对它们进行检查。

如果接触网和其支撑点状况良好，滑板磨损应在磨损件的整个长度之上均匀产生。

有关使用期间的详细资料不能适用完全不同的使用条件（负载，电网的条件，冰霜等等）

弓头弓角的磨损不是受电弓本身的故障，但偶尔会有发生。

严重磨损的弓头弓角或碳滑板边上的切口是接触网故障的迹象，必须立刻处理。

碳滑板上的铝板断面的电弧痕迹说明接触力低。

新的接触网粗糙，并且能够引起更大磨损的电弧。

应谨慎确保用于碳滑板的定位螺钉状况良好。

安装新的滑板，需要使用新的螺母。

4.4.2轴承

所有采用密封结构的轴承应在6到8年以后进行凃脂，如果需要，进行更换。

升弓和降弓时的接触力。

移去可能会聚积的灰尘（尤其是长期不使用期间）所有其他枢轴使用无需维护的抗摩擦轴承。

必须每六个月对轴承进行检查来查看其是否能够自由移动，并除去任何可能聚集的灰尘，这些轴承是烧结青铜轴承。

它们有溢尔林（聚甲醛树酯）衬套。

4.4.3定位螺钉和导电螺钉

检查固定座套的定位螺钉和接线柱螺钉。

特别是碳滑板定位螺钉。

受损的铜编织线应进行更换，应对线端进行清洗或凃酯，对活动的螺钉进行凃酯。

用不锈螺钉和接头固定受电弓。

第5章北京地铁受电弓功能检查及调整

5.1.北京地铁受电弓最大升弓高度

最大升弓高度是指：

当受电弓离开其两止挡并全部升起后，受电弓头上的任意一点所运行的实际垂直距离。

应得结果：

最大升弓高度为2600mm。

调整方法：

传动风缸供风压力520—1000kPa，如有必要，通过调节传动连杆上的连接杆长度，来得到受电弓的准确升弓高度，调整完成后一定要拧紧各紧固螺钉。

5.2北京地铁受电弓降弓位保持力

降弓位保持力足指：

受电弓保持在静止止挡上的力。

该值应为80N。

它的调整可在升弓高度、静态接触压力的调整后进行。

检查方式：

首先传动风缸应排完气，受电弓应位于最低位置并落在它的两个橡胶止挡上；用10—500N的测力计加挂于弓头上铰链的中间位置，测出使上转轴离开止挡最多约5mm的垂直向上的力。

一般的调整方法：

通过调节传动风缸连杆的长度来调整降弓位保持力，使之达到合适。

5.3北京地铁受电弓静态接触压力

静态接触压力是指：

受电弓在升弓后作用于接触网导线上的力。

在受电弓的工作高度内，该力应尽可能地保持不变；使用受电弓试验台，按操作规程进行测量。

●测量时应得结果：

在0.5—2.25m间静态接触压力为60—80N。

●调整方法：

如静态接触压力过大，则调整升弓弹簧螺杆来放松升弓弹簧

如静态接触压力过小，则按与上述逆方向进行调整

如果上述调整均不能使受电弓满足要求时，则在弓头上挂一70N的重物，将弓头升至2.1m处，通过拉紧或放松升弓弹簧将受电弓系统进行平衡，然后将弓头拉至0.1m的高度，先松开凸轮板的紧固螺栓，沿顺时针或逆时针方向转动凸轮调节螺栓，使得受电弓系统得到平衡，最后拧紧各紧固螺栓。

5.4北京地铁受电弓弹簧盒杆的功能

受电弓的弓头通过弹簧盒杆弹性状态地与弹簧盒连接，弹簧盒杆在弹簧盒内应保持一定规律的运动。

本项检查可确认弓头弹簧支撑的功能是否完好。

检查方法：

与每个弹簧盒杆成直线地加挂一重量为8kg的重物，弹簧盒杆进入弹簧盒前后的尺寸差值应为14—20mm。

如不满足上述要求，需拆下弹簧盒杆来检查弹簧的状况，或进行更换。

5.5北京地铁受电弓弓头的自由度及水平度

无论受电弓的升弓高度多少，受电弓头应能绕其水平轴线自由地摆动，以便其摩擦面与接触网导线均匀接触。

升弓1.7m时，受电弓平衡杆应能使弓头摩擦面的前后倾角与水平面保持对称。

检测方法：

传动风缸供风（在工作气压范围内），用一绳索使受电弓头固定在1.7m处不动，用一带刻度的水平尺测量弓头的总摆动值，然后测量弓头的前、后倾角。

调整方法：

通过将平衡杆的叉形接头旋进或旋山1／2圈来调整弓头的水平度整完成后，拧紧各紧固螺栓。

5.6北京地铁受电弓升、降弓时间

受电弓的升、降弓时间，是通过控制风路（包括传动风缸、控制阀）实现的。

受电弓应在传动风缸供风520—1OOOLPa和升弓高度极限为1．8m的条件下，从电磁阀开始控制到弓头停止不动间的时间，有如下结果：

0—1.8m的升弓时间在6-8