[发明专利]一种刚柔结合的受电弓滑板装置

说明书

技术领域

本发明属轨道车辆包括地铁、轻轨、磁悬浮列车、高速电力机车及高速动车组等的受电弓装置技术领域，具体涉及一种刚柔结合的受电弓滑板装置。

背景技术

受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，通过绝缘子安装在机车或动车的车顶上。当受电弓升起时，其滑板与接触网导线接触，从接触网导线上受流取电供牵引机车及其它电气设备使用。目前使用最普遍的单臂受电弓由滑板、上框架、下臂杆、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成,其中滑板是受电弓最重要的部件之一，滑板与接触网导线构成了一对机械与电气耦合的特殊摩擦副，其主要特点是滑板高速滑动,从接触网受取强电流。由于弓网系统复杂的力学与电学特性，导致滑板的工作环境非常恶劣，在运行过程中面临振荡、摩擦生热、电弧烧蚀等很多问题，最主要的就是滑板的磨耗失效，对于碳系滑板(包括纯碳板、浸金属碳板及碳纤维增强复合碳板等)，还存在掉块、折断、脱落的风险。滑板一旦失效，将严重危及行车安全，因此要求它的使用必须经济安全，既对接触网导线磨耗小，自身有足够的使用寿命，又不影响弓网关系。

为保证受电弓与接触网良好接触，在接触导线高度允许的范围内，要求受电弓滑板对接触导线有一定的接触压力（一般为70-90N），当高速运动的受电弓滑过静止的接触网时,接触网受到受电弓滑板接触压力的影响,于是在受电弓和接触网之间产生动态的相互作用,引发弓网系统产生特定形态的振动。当振动达到一定程度时,可以造成受电弓滑板与接触导线的短暂脱离,形成离线,产生电弧和火花,直接影响受流,甚至会造成供电瞬时中断使列车丧失牵引力和制动力。而弓网之间接触力过大时,虽可降低离线率,但接触导线与受电弓滑板磨耗增大,使用寿命缩短。

滑板与接触线的磨耗除了机械摩擦损耗外，更主要的是电弧损耗，它是电弧在热、力作用下发生的严重的烧蚀行为，导致接触面的氧化、熔融、蒸发、喷溅等,造成接触线和受电弓滑板的凹凸不平,增大了弓网接触电阻,在接触表面发生局部高温甚至熔化金属而产生熔接点，如果机车在高速下行驶,熔接点瞬间脱落,使接触线和受电弓滑板损坏情况更加严重。侵蚀和磨耗必然影响弓网稳定受流,损坏接触导线和滑板,增加维修工作量，严重时则导致接触线断裂,造成机车运行事故。电弧的另外一个危害是，当弓网电弧产生时,牵引网和电力机车的电气传动系统通过电弧连接在一起,在接触网和受电弓之间的电弧上有压降,当电弧消失后,如果电力机车还处于离线状态,则导致电路中的电流发生突变,产生过电压，过电压在接触网上传播,会给整个牵引网的绝缘带来威胁;过电压沿着受电弓进入机车内部,可能对机车电气设备、电子器件等造成损坏,对电力机车的安全运行产生严重的影响。电弧的第三个危害是产生高频噪声，电弧产生时向周围发射高频噪声,对机车沿线的通讯信号和无线电信号造成很大的干扰,严重时会导致通讯间断和无线电信号失效等现象。高频噪声还对机车的控制信号有影响,是机车安全运行的隐患。

高速列车的运行实践表明,电力机车的速度越高,受电弓与接触导线分离的可能性就越大,弓网电弧越容易产生。随着我国高铁运行速度的不断提高,目前300-350km/h的列车已渐成主流，更高速度如500km/h左右的列车也已列入高铁发展规划中，如不能有效克服弓网电弧造成的危害，将直接制约我国高速铁路的发展。

导致电弧产生的因素很多，但最终都归结到滑板与接触网的接触电阻上面，而接触电阻过大及剧烈变化是目前受电弓刚性滑板与接触网滑动摩擦受流取电方式天生的缺陷。虽然研发人员为此采取了种种措施，譬如通过开发低电阻率滑板材料而降低接触电阻，如浸金属碳滑板、粉末冶金滑板，但由于弓网接触面的导电斑点数量无法有效的增加，因此仅通过改良滑板材质减少电弧的效果不很理想。

针对传统受电弓所存在的问题,本发明设计了一种刚性滑板与柔性滑板结合的受电弓滑板装置,其原理是在传统的刚性滑板基础上增加一块柔性滑板，静接触压力主要由刚性滑板承担，而柔性滑板与接触线之间的接触压力则主要由柔性滑板自带的压缩弹簧提供，在刚性滑板弹簧被压缩到极限的情况下,柔性滑板的弹簧仍处于较松弛的状态,柔性滑板由柔性导电材料制成，所以即使很小的接触压力即可实现良好的接触，从而减少了滑板的接触电阻，而且随着弓网的起伏振荡，柔性滑板可以随时保持与接触网的接触，减少离线的几率，从而大大减少电弧的发生,减少滑板与接触网的电磨损，同时,由于柔性滑板大大改善了弓网的接触性能，增加了大量的导电斑点，使得弓网接触压力可以明显减小，从而减少刚性滑板的机械摩擦损耗，因此大大延长滑板的使用寿命，减少维修、更换成本。该款滑板可适用于地铁、轻轨等低速电力机车，也适合350公里以上的高速列车乃至超高速列车使用。