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          地鐵車輛構造之--受電弓

          更新時間:2021-02-06 點擊數:145

          地鐵車輛構造之--受電弓

          地鐵車輛是城市軌道交通系統的重要組成部分,也是技術含量較高的機電設備。一般地鐵車輛由多部分組成,如車體、受電弓、通風系統、制動系統、牽引系統、內裝體統等等,而每一個構造又包含了千千萬萬個小零件。復雜,但融入了地鐵研發人員的創造與智慧。

           

          今天,我們著重來說一下關于受電弓,希望可以對其中的一個構造有較為清晰的了解。

           

          電氣化鐵路的牽引動力是電力機車,機車本身不帶能源,所需能源由電力牽引供電系統提供。牽引供電系統主要是指牽引變電所和接觸網兩大部分。變電所設在鐵道附近,它將從發電廠經高壓輸電線送來的電流,送到鐵路上空的接觸網上。接觸網是向電力機車直接輸送電能的設備,是電氣化鐵路的動脈。我國電氣化鐵路的牽引供電制式從一開始就采用單相工頻(50赫)25KV交流制。

           

          電力機車利用車頂的受電弓從接觸網獲得電能,牽引列車運行。因此,受電弓是電力機車從接觸網接觸導線上受取電流的一種受流裝置。它通過絕緣子安裝在電力機車的車頂上,是一種鉸接式的機械構件。當受電弓升起時,其滑板與接觸網導線直接接觸,從接觸網導線上受取電流,并將其通過車頂母線傳送至機車內部,供機車使用。

           

          全世界多數地鐵均采用直流電作供電,不使用所需設備較復雜,車身和架空電纜也需要較高的交流電作供電。

          很多地鐵系統為了減少隧道的建造成本,會使用第三軌供電而不采用高架電纜,以降低隧道鉆掘的高度來節省建造成本。也有使用高架電纜的地鐵,它們的高架電纜,一般也非常低矮,接近緊貼車頂,以減低隧道高度來節省建造成本。

           

          使用受電弓的地鐵:如上海軌道交通、廣州地鐵(一號線、二號線、三號線、八號線)、深圳地鐵(除龍崗線外)、南京地鐵、成都地鐵、沈陽地鐵、東京地下鐵(并非全部)、京都市營地下鐵。

           

          受電弓類型

          按結構形式分,受電弓分為雙臂受電弓和單臂受電弓兩種。

           

          雙臂受電弓結構對稱,側向穩定性好,但結構復雜,調整困難。

           

          單臂受電弓結構簡單,尺寸小,重量輕,調整容易,具有良好的動特性,高速時動態跟隨性及受流特性較好,故而被現代電力機車廣泛采用。

           

          動作原理

          電力機車上安裝有兩臺受電弓,正常運行時一般只升后弓,前弓備用。

           

          (1)升弓:壓縮空氣經電空閥均勻進入傳動氣缸,氣缸活塞壓縮氣缸內的降弓彈簧,此時升弓彈簧使下臂桿轉動,抬起上框架和滑板,受電弓勻速上升,在接近接觸線時有一緩慢停滯,然后迅速接觸接觸線。

           

          (2)降弓:傳動氣缸內壓縮空氣經受電弓緩沖閥迅速排向大氣,在降弓彈簧作用下,克服升弓彈簧的作用力,使受電弓迅速下降,脫離接觸網。

           

          怎樣檢測受電弓?

          流程

           

          具體實施步驟:

          如何對受電弓故障車處理?

          主要有三種處理:1、升不起弓的處理;2、受電弓絕緣子閃絡的處理;3、機械部件損壞的處理。

           

          受電弓故障相關事件:深圳地鐵停運六小時

          2012年9月5日下午,深圳地鐵龍華線發生因供電故障導致停運6個多小時的事故。

           

          事故原因是:9月5日下午13時37分,列車上行福田口岸方向至少年宮區間時,受電弓故障,將接觸網承力索打斷,接觸網分段絕緣器斷裂,受影響范圍大約為150米,造成上梅林站-會展中心站上行區段整個接觸網斷電。

           

          舉例:TSG3-630/25型單臂受電弓

          目前,電力機車上采用有各種型號的受電弓,如SS1型、SS3B型機車采用的TSG1-600/25型受電弓,SS4改型機車采用的TSG1-630/25型和LV260-2型受電弓,SS6型機車上采用的TSG3-630/25型單臂受電弓,SS9型機車上采用的DSA-200型受電弓等。各型受電弓的某些零部件雖略有不同,但其基本結構有許多相似之處。

           

          這里以SS6型機車上采用的TSG3-630/25型單臂受電弓為例加以介紹。

          TSG3-630/25型單臂受電弓外形

           

          TSG3-630/25型單臂受電弓由底架部分、鉸鏈機構、弓頭部分、傳動機構和控制機構等組成,其基本結構如下圖

           

          TSG3-630/25型單臂受電弓結構簡圖

           

          1-絕緣子;2-縱梁;3-推桿支座;4-調整螺栓;5-下臂桿;6-弧形調整板;

           

          7-掛繩;8-升弓彈簧;9-弓頭;10-彈簧盒;11-升弓彈簧調整桿;12-橫梁;

           

          13-轉軸;14-阻尼器;15-上部框架;16-推桿;17-中間鉸鏈座;18-平衡桿;

           

          19-轉臂;20-U形連桿;21-連桿絕緣子;22-傳動氣缸;23-緩沖閥。

           

          1.底架部分

           

          底架部分是整個受電弓的基座部分。

           

          底架由縱梁2和橫梁12組成,用型材組焊成“T”字形。作為受電弓的基礎,通過三個絕緣子固定在機車頂蓋上,因此整個受電弓具有耐受一定電壓的電氣性能。為了使受電弓不發生變形而影響其性能,要求剛性底架有一定的機械強度。

           

          縱梁2上組焊有推桿支座3,此外,底架上還裝有兩組升弓彈簧8,一套鉸鏈機構和一副阻尼器14等部件。升弓彈簧由外圈和內圈兩組彈簧套裝而成,其一端與縱梁相連,另一端與下臂桿的底部相連。阻尼器用于有效地吸收機車高速運行時產生的沖擊和振動,保證滑板與接觸導線良好的接觸,其一端與下臂桿鉸鏈,另一端與推桿支座鉸鏈。

           

          2.鉸鏈機構

           

          鉸鏈機構是用來實現弓頭升降運動的機構。

           

          它包括下臂桿5、上部框架15、推桿16、平衡桿18、中間鉸鏈座17等。這些部件由無縫鋼管組焊而成,通過鉸鏈座鉸鏈,各鉸鏈處都裝有滾動軸承,并采用金屬軟編織線進行短接,防止電流對軸承的電蝕。

           

          上部框架15其一端與弓頭彈簧盒10的上鉸鏈用螺栓連接,另一端借助于壓板用螺栓裝在中間鉸鏈座17上。

           

          上部框架上還裝有平衡桿18,其功能是保證弓頭滑板面在受電弓整個工作高度范圍內,始終保持水平狀態。

           

          下臂桿5用無縫鋼管組焊成“T”字形構件,在轉軸13一端有兩組升弓彈簧8,與升弓彈簧連接的掛繩7緊貼著弧形調整板6,這樣受電弓在工作高度范圍內,盡管升弓彈簧拉力有變化,但所產生的升弓轉矩,足以維持弓頭的接觸壓力基本不變。阻尼器14一端與下臂桿5鉸鏈,另一端與推桿支座3鉸鏈,當機車高速運行時,弓頭滑板與接觸導線跟隨性更好。

           

          調節螺栓4的伸出量,便可改變弧形調整板6上的傾角,也就改變了壓力特性的擺動趨向。

           

          3.弓頭部分

           

          弓頭部分由滑板框架、羊角、滑板、彈簧盒、固體潤滑劑等組成,如上面的結構簡圖重(c)所示。

           

          滑板框架用鋼板壓制后鍍鋅而成,羊角為鑄鋁件。羊角與滑板框架組裝,連接成整個弓頭外形。在滑板框架上裝有兩排粉末冶金滑板和兩排固體潤滑劑。

           

          滑板是直接與接觸導線接觸受流的部件,它是受電弓故障率較高的部件之一,最常見的故障是磨耗到限和拉槽。

           

          目前采用的滑板有碳滑板、鋼滑板、鋁包碳滑板、粉末冶金滑板等。其中,碳滑板較軟,滑板自身磨耗較大,需經常更換,適用于銅接觸導線;鋼滑板較硬,對接觸網磨耗較大,適用于鋼鋁接觸導線;粉末冶金滑板的主要成分是鐵、銅和潤滑油,它有較好的自潤滑性和一定的機械強度,電阻率也較小,與接觸網導線接觸受流性能良好,既能同時適用于銅接觸導線和鋼鋁接觸導線,又有助于減少因滑板損壞而造成的刮弓事故,是目前較為理想的滑板材料。

           

          SS8型電力機車上采用的TSG3-630/25型單臂受電弓使用的就是粉末冶金滑板,其初始厚度為10mm,磨損至3mm后必須更換。

           

          彈簧盒使弓頭與鉸鏈機構進行彈性連接,保證機車運行時,弓頭能隨著接觸網導線高度和馳度的變化而作前后點頭、上下動作,以便改善受流質量。

           

          4.傳動機構

           

          傳動機構是用來傳遞力矩,實現對受電弓的升、降運動的控制,它與受電弓為電絕緣。

           

          傳動機構由傳動氣缸22、連桿絕緣子21、U形連桿20、轉臂19等組成。連桿絕緣子連接在傳動氣缸與U形連桿之間,U形連桿與轉臂連接,轉臂再與下臂桿轉軸連接在一起。

           

          傳動氣缸是受電弓的動力裝置,進氣時升弓,排氣時降弓,其缸體與水平面成15°仰角,安裝在機車頂蓋上。

           

          5.控制機構

           

          控制機構實現對受電弓的升、降弓運動的控制。

           

          TSG3-630/25型受電弓的控制機構由緩沖閥和升弓電空閥組成,安裝在機車內部,以便在機車內部調整升、降弓時間。

           

          緩沖閥結構示意圖

          1-緩沖閥排氣口;2-快排閥快排口;3-快排閥活塞;4-氣室;5-快排閥反力彈簧;

           

          6-快排閥調節螺釘;7-節流閥調節螺釘;8、9-暗道;10-進氣口;11-電空閥。

           

          緩沖閥實際上是一個流量控制閥,它借助改變通流管路的截面大小來調節氣流量,滿足受電弓升、降弓過程先快后慢的動作要求,減小對接觸網和車頂的沖擊和振動,避免降弓時的拉弧現象。

           

          它由快排閥和節流閥兩部分組成,主要包括氣室4、快排閥活塞3、快排閥反力彈簧5、快排閥調節螺釘6、節流閥調節螺釘7、暗道8和9等部件。緩沖閥的進氣口10與升弓電空閥下方的進氣口相連,壓縮空氣經緩沖閥閥體內的小孔,通過不同截面的暗道,分別送入節流閥和快排閥。緩沖閥的排氣口1與受電弓傳動氣缸的進風口相連。

           

          下圖的(a)、(b)、(c)圖分別表示了受電弓升弓、快速降弓、緩慢降弓的動作原理示意圖。

           

          緩沖閥動作原理示意圖

           

          (a)升弓過程;(b)快速降弓過程;(c)緩慢降弓過程。

           

          升弓過程是壓縮空氣壓縮降弓彈簧的過程,節流閥口的大小,直接控制著壓縮空氣進入傳動氣缸的快慢。當節流閥口調好后,升弓初始,降弓彈簧的壓力最小,克服該力所需要的氣壓較小,節流閥口的進出氣壓差最大,此時傳動氣缸中活塞的移動較快,升弓迅速;隨著弓頭的逐漸上升,降弓彈簧的壓力逐漸增大,克服該力所需要的氣壓也逐漸增大,因此,節流閥口的氣壓差逐漸減小,進入氣缸的氣流逐漸減慢,升弓的速度也逐漸減慢。

           

          這就實現了受電弓升弓時先快后慢的動作要求,減小了對接觸網的沖擊和振動。

           

          降弓時,電空閥失電,傳動氣缸內的壓縮空氣經節流閥、電空閥排向大氣。降弓初始,傳動氣缸內氣壓較大,作用于快排閥上方的力大于快排閥下方彈簧所產生的力,快排閥閥口打開,傳動氣缸內的壓縮空氣通過快排閥閥口大量排向大氣,使受電弓弓頭迅速脫離接觸網。

           

          隨著傳動氣缸內氣壓的逐漸下降,在快排閥內彈簧作用下,快排閥閥口關閉,氣缸內的殘余氣體從節流閥口徐徐排出,受電弓下降的速度減慢。

           

          這就保證了弓頭迅速脫離接觸網避免了拉弧現象,后變成緩慢下降,不會對受電弓底架和車頂產生有害沖擊。

           

          緩沖閥的閥體上有兩個成錐形的調節螺釘,如圖緩沖閥結構示意圖,上面的是降弓時間調節螺釘,下面的是升弓時間調節螺釘。順時針旋轉升弓時間調節螺釘時,節流閥閥口進風量減小,升弓時間延長;反之,則升弓時間縮短。同理,可以調整降弓時間。

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