城市軌道車輛受電弓分析

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1、 畢業(yè)設計 課題名稱： 城市軌道交通車輛受電弓分析 專 業(yè) 系 軌道交通系 班 級 長沙地鐵司乘訂單班 學生姓名 鄧成陽 指導老師 唐春林 完成日期 20012.09 2012屆畢業(yè)設計任務書 一、 課題名稱： 城市軌道交通車輛受電弓分析 二、指導教師： 唐春林 三、設計---與要求 1、課題概述： 本課題是對城軌車輛受電弓的學習，學生在掌握城軌車輛受電弓的知識基礎上，掌握

2、受電。弓的電氣線路，能夠對受電弓的控制線路進行分析對地鐵車輛供電原理有一定的了解。課題主要是以廣州地鐵車輛的受電弓。通過本課題的分析設計，使學生理解受電弓的工作原理，培養(yǎng)學生運用所學的基礎知識、專業(yè)知識，并利用其中的基本理論和技能來分析解決本專業(yè)內的相應問題，使學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序和方法，完成電氣工程技術人員必須具備的基本能力的訓練。同時，為今后的工作奠定基礎。 2、設計內容與要求： 1）受電弓簡介 2）受電弓原理功能分析 3）受電弓的控制 4）受電弓的操縱 5）受電弓的常見故障分析 四、設計參考書 《牽引電器》 《城市軌道交通車

3、輛》 《電氣制圖及圖形符號國家標準匯集》 《城市軌道交通車輛電氣控制》 五、設計說明書內容 1. 封面 2. 目錄 3. 內容摘要（200－400字左右，中英文） 4. 引言 5. 正文（設計課題、內容與要求，設計方案，原理分析、設計過程及特點） 6. 結束語 7. 附錄（圖表、參考資料） 六、 設計進程安排 第1周：資料準備與借閱，了解課題思路。 第2-3周：受電弓結構熟悉。 第4周：受電弓控制分析。 第5-6周：受電弓的故障分析與維護。 第7周：撰寫畢業(yè)設計說明書。 第8周：撰寫畢業(yè)設計說明書及畢業(yè)答辯。 七、畢業(yè)設計答辯及論文要求

4、 1、 畢業(yè)設計答辯要求 答辯前三天，每個學生應按時將畢業(yè)設計說明書或畢業(yè)論文、專題報告等必要資料交指導教師審閱，由指導教師寫出審閱意見。 學生答辯時對自述部分應寫出書面提綱，內容包括課題的任務、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻、設計的基本內容和主要方法、成果結論和評價。 答辯小組質詢課題的關鍵問題，質詢與課題密切相關的基本理論、知識、設計與計算方法實驗方法、測試方法，鑒別學生獨立工作能力、創(chuàng)新能力。 2、畢業(yè)設計論文要求 文字要求：說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯別字，不允許抄襲。 圖紙要求：按工程制圖標準制圖，圖面整潔，布

5、局合理，線條粗細均勻，圓弧連接光滑，尺寸標注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。 曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標準或工程要求繪制。 摘要 受電弓是城市軌道交通車輛的受流裝置，安裝在與車體幾何中心點最近的車頂上部。當受電弓升起時，弓與網接觸滑行，從接觸網受取電流，通過車頂母線傳送到車輛內部，供車輛設備使用。 本畢業(yè)設計對車輛受電弓的結構和工作原理進行了的分析，主要對受電弓的電器控制原理和機械控制原理進行了探究，并對受電弓出現(xiàn)的一些常見故障進行了分析和了解

6、，從而對受電弓有一個深入學習，了解和掌握其中的重要知識。 關鍵詞：受電弓結構特點 受電弓電器控制 常見故障 ABSTRACT The bow is by the urban rail transit vehicles by flow device, installed in the body and geometric center of the recent roof. When to electrify bow rises, the bow and the nets

7、 contact slide, from overhead contact by take current, through the roof bus transmitted to vehicle interior, for the vehicles equipment. The graduation design by electric vehicle bow to the structure and working principle of analysis, mainly on the electricity of the electric control principle and

8、bow mechanical control principle carry out the research, and on the electricity bow appear some of the common fault analysis and understanding， thus for the electricity they have a deep study to understand and master the important knowledge。 Keywords： Bow by electricity structure character

9、istic The bow by electric control Common faults 目錄 畢業(yè)設計任務書?????????????????????????????????????????????????????????1 內容摘要??????????????????????????????????????????????????????????????5 前言?????????????????????????????????????????????????????????????????7

10、 第1章　受電弓簡介????????????????????????????????????????????????????8 1.1城市軌道交通車輛的供電與受流????????????????????????????????????8 1.1.1城市軌道交通車輛的供電與受流的概述???????????????????????????8 1.1.2 城市軌道交通車輛的高壓設備???????????????????????????????????8 1.2受電弓的概述???????????????????????????????????????????????

11、?????10 1.2.1受電弓的作用?????????????????????????????????????????????????10 1.2.2受電弓的技術標準?????????????????????????????????????????????11 1.2.3受電弓的主要特點?????????????????????????????????????????????12 1.3受電弓的結構???????????????????????????????????????????????????14 1.4受電弓的動作原理??????????????????

12、?????????????????????????????16 1.5受電弓的靜特性?????????????????????????????????????????????????18 1.6受電弓的技術參數(shù)???????????????????????????????????????????????19 第2章 受電弓的控制??????????????????????????????????????????????????21 2. 1 受電弓電路控制????????????????????????????????????????????????21 2.1.1

13、 升弓控制??????????????????????????????????????????????????21 2.1.2 降弓控制??????????????????????????????????????????????????22 2.2 受電弓氣路控制????????????????????????????????????????????????23 2.3 受電弓狀態(tài)檢測????????????????????????????????????????????????25 第3章 受電弓的應用??????????????????????????????????????

14、????????????26 3.1受電弓的正常操縱??????????????????????????????????????????????26 3.2應急升弓的操縱????????????????????????????????????????????????38 第四章 受電弓的常見故障分析與維護?????????????????????????????????????39 4.1 受電弓的常見故障分析??????????????????????????????????????????39 4.2 受電弓在調試和運營過程中的改進建議?????????

15、????????????????????40 4.3 受電弓的維護保養(yǎng)??????????????????????????????????????????????41 心得體會?????????????????????????????????????????????????????????????44 參考文獻?????????????????????????????????????????????????????????????45 引 言 受流器是列車將外部電源平穩(wěn)地引入車輛電源系統(tǒng)，為列車的牽引設備和

16、輔助設備提供電能的重要電氣設備。根據(jù)線路供電方式的不同，受流器分為集電靴及受電弓兩種形式。集電靴裝置應用于第三軌方式供電的線路，而受電弓裝置主要應用于以接觸網方式供電的線路。由于接觸網方式可以實現(xiàn)長距離供電，受線路變化影響較小，并且能適應列車高速行駛的需要，所以較多的地鐵線路采用受電弓裝置。受電弓一般分為兩種：正弓受電弓和旁弓受電弓。正弓受電弓從上方取流，旁弓受電弓則從側面取流。正弓受電弓又分為兩類：單臂弓和雙臂弓。它們的主要區(qū)別是活動構架的形式不同。 　　受電弓是從接觸網向整個列車電氣系統(tǒng)電以及輸送再生制動能量的必要部件。受電弓在剛性接觸網和柔性接觸網的線路上均能適用在車輛運行速度范圍內，

17、受電弓有良好的動力學性能，能夠保證在各種軌道和速度條件下與接觸網具有良好的接觸狀態(tài)和接觸穩(wěn)定性。它設置有機械止擋，可以限制受電弓在無接觸網區(qū)段上的垂直運動。受電弓在氣路上的特別設計保證了它降弓時有明顯的迅速下降和平穩(wěn)下降兩個階段。 第1章 受電弓簡介 1.1城市軌道交通車輛的供電與受流 1.1.1城市軌道交通車輛的供電與受流的概述 因地鐵和輕軌交通運輸?shù)乃俣纫蟛桓?，所以常采用直流供電。直流供電的電壓制式較多，其發(fā)展趨向是IEC標準中的DC600V、DC750V、DC1500V三種，我國國家標準《地鐵直流供電系統(tǒng)》中

18、的規(guī)定采用DC750V(波動范圍500至900V)和DC1500V(波動范圍1000至1800V)兩種。 我國常采用的供電方式有接觸網供電和接觸軌供電兩種形式。電動列車的受流方式依據(jù)供電方式的不同分為接觸網受流和第三軌受流。接觸網供電是指通過沿軌道路線上空架設的特殊輸電線向行走在路線上的電動列車不間斷地供應電能。電動列車利用頂部的受電弓與接觸網滑動摩擦而獲得電能。接觸軌供電是指在列車行走的兩條路軌以外，再加上帶電的鋼軌（一般使用鋼軌復合軌）。帶電鋼軌設于兩軌之間或其中一軌的外側。列車受流器（集電裝置也叫集電靴或取流靴）在帶電軌上接觸滑行取流。 通常城市軌道交通車輛在電網電壓為1500V時多

19、采用架空接觸網形式，由安裝在車輛頂部的受電弓集電。當電網電壓為750V及以下時，較多由第三軌受流。例如北京地鐵、天津輕軌，采用DC750V電壓，第三軌供電方式；如上海、廣州地鐵大部分線路，采用DC1500V電壓，高架空接觸網供電方式。 1.1.2 城市軌道交通車輛的高壓設備 1500V 的供電電源是通過受電弓從架空電網上得到的。受電弓安裝在B 車車頂（參見圖22 主電路圖）。電流從受電弓終端流到位于B 車底架下部的逆變器箱（PH 箱-牽引-高壓）。 PH 箱的高壓部分（參見圖2 打開狀態(tài)的高壓部分，無頂板俯視）包括大部分用于高壓分配的元件。 主要的元件是： ? 隔離

20、和接地開關， ? 兩個高速斷路器（線路斷路器） ? 車間電源插座 ? 車間電源接觸器 ? 高壓保險 ? 解耦二極管 ? 測量和控制設備 B 車和C 車的牽引逆變器從高速斷路器處獲得供電。輔助逆變器（輸出3 N/AC 380V ）和蓄電池充電器（輸出 DC 110 V）也由PH 箱供電，并帶有保險保護。電流回路通過接地刷閉合。避雷器安裝在每個受電弓的旁邊，用來保護所有的電氣設備，防止來自供電系統(tǒng)不允許的過電壓。 圖 21 打開的高壓部分，無頂板的俯視圖 圖 1 主電路圖

21、圖 1-2 高壓電氣設備 1.2 受電弓的概述 1.2.1受電弓的作用 目前，世界上城市軌道車輛自身不帶能源，所需能源來自機車外部的電能。受電弓就是連接城市軌道交通車輛與外部電能的電器。 城市軌道交通車輛利用車頂?shù)氖茈姽瓘慕佑|網獲得電能，牽引列車運行。一般情況下，一臺電力機車上安裝有兩臺受電弓，正常運行時通常只升后弓、前弓備用。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(wěn)定性好，但其結構復雜、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(tài)跟隨性及受流特性較好。 1.2.2 受電弓的技術標準 受

22、電弓采用了模塊化設計，通用程度高，是專有的單臂設計。該類型的受電弓可以滿足國內地鐵與輕軌車輛的應用。 產品完全符合國際鐵路聯(lián)盟（UIC）、國際電工委員會（IEC）標準，地鐵與輕軌車輛受電弓滿足的主要技術標準如下： IEC-60494－2 鐵路應用—車輛—受電弓—特性與試驗 2：地鐵與輕軌車輛受電弓 IEC-60077－1 鐵路應用—機車車輛電氣設備 第1部分 一般使用條件和通用規(guī)則 IEC-60077－2 鐵路應用—機車車輛電氣設備 第2部分 電工器件—通用規(guī)則 IEC-61373 鐵路應用—鐵道機車車輛設備振動和沖擊試驗 1.2.3受電弓的主要特點 a) 采

23、用氣動式控制、拉伸彈簧驅動升弓，具有良好的穩(wěn)定性。 b) 采用2個加寬的碳滑板，可以集取較大電流； c）采用橡膠彈簧元件，使弓頭具有一定的自由度，減少了弓網高度變化對靜態(tài)接觸壓力的影響，使受流更加穩(wěn)定，同時簡化了弓頭結構。 d) 底架，下臂桿，拉桿和平衡桿由型鋼構成，通過噴漆或鍍鋅進行防腐保護。上框架采用鋁合金焊接而成，具有較好的動態(tài)性能，如輕的重量和慣性阻尼。歸算質量較小，整個受電弓的重量較輕，小于140kg。 e) 上框架上采用斜拉桿結構，增強了受電弓的橫向剛度。 1.3 受電弓的結構 廣州地鐵受電弓圖

24、 1 基礎框架;2 高度止擋;3 絕緣子;4 框架;5 下部支桿;6 下部導桿;7 上部支桿;8 上部導桿;9 集流頭;10 接觸帶;11 端角;12 升高和降低裝置;13 電流傳送裝置;14 吊鉤閉鎖器 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形連接桿；21-連桿絕緣子；22-傳動風缸；23-緩沖閥 TSG3-630/25型單臂受電弓由底架部分、鉸

25、鏈機構、弓頭部分、傳動機構和控制機構等組成。 a. 底架部分是整個受電弓的基座部分，用來支持受電弓。 b. 鉸鏈機構是用來實現(xiàn)弓頭升降運動的機構。 c.弓頭部分由滑板框架、羊角、滑板、彈簧盒、固體潤滑劑等組成，它是直接與接觸線接觸起受流作用的。 d.傳動機構是用來傳遞力矩，實現(xiàn)對受電弓升、降運動的控制，它與受電弓之間電絕緣 e. 控制機構用于實現(xiàn)對受電弓升、降弓運動的控制。 1.4 受電弓動作原理 升弓原理：司機按下受電弓按鍵開關，升弓電控閥得電，氣路打開，壓縮空氣經緩沖閥的節(jié)流閥口進入傳動風缸。氣流推動活塞克服降弓彈簧的作用力，帶動連桿絕緣子和U形連桿右（外）移，

26、從而解除對下臂桿的約束力。升弓彈簧拉動下臂桿和推動順時針轉動，推桿推動鉸鏈座和上部框架逆時針旋轉，帶動受電弓弓頭升起。 升弓過程 降弓原理：降弓時，司機恢復受電弓按鍵開關，受電弓電空閥失電，供風口連接大氣，傳動風缸內的壓縮空氣經快排閥、電空閥排向大氣。在降弓彈簧的作用下，活塞帶動U形連桿左（內）移，當U形連桿與下臂桿轉軸接觸后，迫使轉軸向下移動，強制下臂桿做逆時針轉動，最終使弓頭下降到落弓位。 快速降弓過程 緩慢降弓過程 1.

27、5 受電弓的靜特性 在靜止狀態(tài)下，受電弓滑板在工作高度范圍內對接觸網導線的壓力稱為受電弓的靜態(tài)接觸壓力。該值的大小直接影響受電弓受流的質量。靜態(tài)接觸壓力偏小，則接觸電阻增大，功率損耗增加，機車運行時易產生離線和電初，從而導致接觸導線和滑板的電磨損增加；壓力偏大，則機械磨損增加，甚至造成滑板局部拉槽進而造成接觸導線彈跳拉弧，以致刮弓。因此，要求受電弓在其工作高度范圍內有一個較為合適的、基本不變的接觸壓力，這個接觸壓力由受電弓機械結構和各部分參數(shù)決定。適當?shù)撵o態(tài)接觸壓力可以使受電弓與接觸網導線正常接觸，減少離線，克服風和高速氣流及輪軌傳來的機械振動的影響，保證良好的受流特性。 　　受電弓

28、的靜態(tài)接觸壓力與工作高度之間的關系稱為受電弓的靜特性，它可以用受電弓的靜態(tài)特性曲線來表示，如圖18—5所示。 　　由圖18—5可以看出以下3點： 　　1．在工作高度范圍內，受電弓的靜態(tài)接觸壓力變化不大。這是因為產生接觸壓力的升弓彈簧在升弓高度變化時變形不大和弧形調整板的作用所致。 2．受電弓上升過程與下降過程的靜態(tài)特性曲線不重合。其原因是受電弓活動關節(jié)存在著摩擦力。由于該摩擦力始終與運動方向相反，因此，在升、降弓過程的靜特性曲線之間的接觸壓力差約為兩倍的摩擦力。當接觸網導線向下傾斜而要求弓頭滑板跟隨下降時，該摩擦力使接觸壓力增加；同理，當接觸網導線向上傾斜而要求弓頭滑板跟隨上升時，該摩擦

29、力使接觸壓力減小。所以，為了減小摩擦力，在受電弓的各鉸接部分均裝有滾動軸承。 　3．調整弧形調整板的傾角，可以改變受電弓靜態(tài)接觸壓力的大小。傾角減小，靜態(tài)特性曲線的下端左移，反之則右移。 　 1.6 受電弓的技術參數(shù) 標稱電壓 DC1500V 最大持續(xù)電壓 DC1800V 最高電壓 DC1950V 額定工作電流 1500A 最高工作電流 2700A 最大停車電流 460A 設計速度 90 km/h 運行速度 80 km/h 最小工作高度 140mm 最大工作高度 2050m

30、m 最大升弓高度 ≥2550mm 受電弓弓角長度 1550mm(+10/-10mm) 滑板長度 800mm 滑板數(shù)量 4 滑板類型 碳滑板或浸金屬碳滑板 滑板間距 300mm 標稱靜態(tài)接觸壓力 120N10N 可調節(jié)靜態(tài)接觸壓力范圍 100N ～ 140N 顏色 RAL3020交通紅 工作環(huán)境溫度 - 25℃～＋40℃ 額定工作氣壓 550kPa 最小工作氣壓 300kPa 最大工作

31、氣壓 900kPa 升弓時間 不大于9s 降弓時間 不大于8s 安裝尺寸(四點) 9001100mm 電氣間隙 ≥30mm 總重量（包括支持絕緣子和氣控箱 ≤140kg 第二章 受電弓的控制 受電弓的控制分為電路控制和氣路控制 2.1 受電弓的電路控制 受電弓電路控制如圖3-24所示。有列車電源線（DC110V）正端30420提供電源，由受電弓和高速斷路器控制保護空氣開關2

32、F30進行過電流保護。 當列車激活后，列車控制系統(tǒng)進入工作準備狀態(tài)，列車控制起動繼電器2K04和緊急制動繼電器2K10分別得電工作，駕駛員可以操作升弓開關2S01來執(zhí)行“升弓”指令，操作降弓控制開關2S02來執(zhí)行“降弓”指令。 2.1．1升弓控制 1.升弓繼電器(21-K10線圈得電 從圖3-3中可以看到，如果要進行升弓操作，首先要升弓繼電器(21-K10)的線圈得電，這樣必須滿足以下條件： 1) 控制司機室繼電器(22-K53)的線圈得電，從而使其常開觸點23-24閉合。 2) 緊急停車繼電器(22-K08)的線圈得電，從而使其常開觸點23-24閉合，常閉觸點61-62斷升。

33、 3) 落弓按鈕(21-S03)未被按下，從而使其常閉觸點21-22閉合。 4) 升弓按鈕(21-S04)必須被按下，使其常開觸點13-14處于閉合狀態(tài)。 5) 本車落弓開關(21-S05)未處于切除位置，從而使其常閉開關21-22和31-32：于閉合狀態(tài)。 6) 蓄電池可以提供足夠的電流，供與升弓有關的繼電器和控制閥維持其工作。 當以上條件滿足以后，升弓繼電器(21-K10)的線圈就會得電，從而使21-K10的常開蘭點13-14和23-24閉合，由于常開觸點13-14的閉合，加之落弓繼電器(2l-K12)的常閉觸點2l—22和本車落弓開關(21-S05)的常閉開關21-22處于閉合

34、狀態(tài)，升弓繼電器(21-K10)就得以實現(xiàn)自保持狀態(tài)，使其線圈可以在升弓按鈕(21-S04)被釋放的情況下依然保持得電狀態(tài)。 3.升弓操作的限制條件 從圖3-3可以知道，在以下幾種情況下，升弓操作將不能進行。 1)電池不能提供足夠的電流，使升弓所須的繼電器和控制閥的線圈保持在得電狀態(tài)，直到受電弓完全升起(改由逆變器供電)。 2) 落弓按鈕被按下。 3) 本車落弓開關被撥到切除位置。 4) 車輛處于緊急停車狀態(tài)。 5) 本單元不是受控單元。 2.1.2 降弓控制 從圖3-3中可以發(fā)現(xiàn)，如果要使車輛進行落弓操作一般有兩種方法：按落弓按鈕(21-S03)以及切換本車落弓開關(2

35、1-S05)到切除狀態(tài)。這兩種方法的原理基本相似：使升弓繼電器(21-K10)和受電弓工作控制閥(21-Y01)的線圈失電。下面將分別介紹這兩種方法。 1.按落弓按鈕進行落弓操作 要使用按落弓按鈕來實現(xiàn)落弓操作，必須具備以下幾點條件： (1)控制司機室繼電器(22-K53)的線圈得電，從而使其常開觸點23-24閉合。 (2)緊急停車繼電器(22-K08)的線圈得電，從而使其常開觸點23-24閉合。 (3)落弓繼電器保護空氣開關(21-F08)閉合。 當滿足以上條件以后，司機只要按下落弓按鈕，馬上就會構成一條從蓄電池電源輸出點A33，經過控制司機室繼電器(22-K53)的常開觸點23

36、-24，緊急停車繼電器(22-K08)的三開觸點23-24，落弓按鈕(21-S03)的常開觸點13-14，落弓繼電器保護空氣開關(21-F08)，直到落弓繼電器(21-K12)線圈的供電回路。于是落弓繼電器(21-K12)線圈得電．其常閉觸點21-22和31-32失電斷開，于是升弓繼電器(21-K10)線圈和受電弓工作控制閥(21-Y01)線圈的供電線路被切斷，變?yōu)槭щ姞顟B(tài)，由受電弓工作控制閥(21-Y01)控制的受電弓氣缸向落弓方向運動，直到受電弓完全落下為止。 圖3-24 受電弓電路控制 2．2 受電弓的氣路控制 圖2-2所示

37、，受電弓（U07）供風設備裝設在B車上，主要由截斷塞門(U01)、腳踏升弓泵(U06)、軟管（U08）、濾塵器(U10)、逆止閥(U04.1，U04.2)及受電弓電磁閥(U03)等部件組成。 圖 2-2 雙針壓力表 標志名稱：07P01 動圈表 雙針壓力表指示主風缸(MRE) 壓力和制動管壓力。