动车组受电弓故障分析及改进设计Word文档格式.doc
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而在高速铁路迅速发展的今天，受电弓故障频繁的发生严重制约了高速铁路的发展，因而研究受电弓的故障原因与其处理方法具有很大的现实意义，同时也顺应了高速铁路的发展。
电力机车获得电能主要是通过牵引供电系统，在牵引供电系统中向电力机车直接供电的是接触网。
在电气化铁道中，接触网是架设在轨道上方，呈现重复“Z”形走向，沿线路线向机车提供的电力传输网。
接触网上的电能是牵引供电所提供的，所以说在机车通过线路的时候，接触网上会一直有电，但是接触网上的电能不可能主动地输送到机车上。
作为接触网和机车之间的过渡受流装置，受电弓的作用就是从接触网接触导线上受取电流供电力机车牵引车辆和照明生活使用的一种受流装置。
在机车正常运行中，机车受电弓靠滑动接触而受流，是电力机车与固定供电装置之间的连接环节，当受电弓升起时，其滑板与接触网导线直接接触，从接触网导线上受取电流，并将其通过车顶母线传送至机车内部，供机车使用。
如果没有受电弓的中间受流，电力机车就不可能从接触网上获得电力供牵引电机使用从而产生牵引力，所以受电弓的中间受流环节作用是电力机车获得电力的关键因素之一。
1.2国内外高速动车组受电弓的发展
随着铁路的发展和列车速度的提高，噪声问题日益严重。
噪声传递到车内，使乘客的乘车舒适度大大降低;
传递到车外，使铁路沿线两侧的居民深受其害，因此降低铁道车辆噪声具有很高的现实意义。
目前，随着列车速度的提高，特别是动车组的投入运营，机械噪声退居次要地位，而气动噪声逐渐占据统治地位。
原因是机械噪声源的散射平均按列车速度的3比率增加，而列车的空动噪声却按5到6的比率增大。
动车组受电弓的气动噪声是主要噪声源之一。
因此，国内外一些国家为了降低高速受电弓产生的气动噪声，而采取了相应的措施。
国内方面，在中国科技速发展的今天，动车具有清洁环保、高效节能等优点，在铁路运输中发展迅速，是今后铁路交通发展的一个重要方向。
正是因为它的大力发展，也突显了受电弓的故障问题。
动车组安全运行的关键部件就是受电弓，它是动车组从接触网上传递能源并获取能源的装置。
受电弓安装在动车的顶部，受电弓在使用的时候会上升，与接触网接触，将接触网上获取电流，然后将电流从动车的顶部向动车的底部传送，使动车可以正常的运转。
在动车停止时，受电弓不会升起而是贴在动车的顶部。
受电弓是动车组与电流之间衔接桥梁，受电弓的好坏会影响动车组在运行过程中的安全问题，现在普遍在对动车进行提速，对于受电弓的性能也提出了比较高的要求，对于受电弓容易出现故障的原因，做出相关处理的措施，对受电弓定期的检测和故障处理，让动车组能够安全的运行。
1.3国内受电弓常见的故障
受电弓故障的分析必须由专业的人员来进行，他们是受过专业的培训并具有良好的专业技术知识水平以及实事求是的科学态度和正确的指导思想，基本要求有：
熟悉受电弓部件系统的结构原理相相互的控制关系，圆熟悉受电弓部件系窦茥菱的有关参数要求，圆掌握受电弓的运用知识。
而对受电弓运用过程中各种故障进行检查的方法
（1）升不起弓或自动降弓。
（2）受电弓升起后放电。
（3）滑板条磨耗。
（4）途中受电弓破损严重或有异物。
（5）受电弓正常升起但MON未显示。
（6）滑板偏磨。
（7）受电弓部件损坏。
（8）受电弓无法升起。
（9）快速阀及ADD供风阀撞击。
（10）连接管接头处漏风。
（11）压力开关显示。
（12）弓头导流翼板、翼片遇阻。
（13）弓网拉弧。
本论文的主要工作在分析论证的基础上；
着重对CRH2A受电弓故障进行分析，CRH2A的故障及其改进。
分析以CRH2A受电弓为例，主要完成以下内容：
（1）分析CRH2A型受电弓的组成结构。
（2）分析CRH2A型受电弓的工作原理。
（3）CRH2A型受电弓的特点及特性。
（4）CRH2A型受电弓的故障进行说明阐述。
（5）CRH2A型受电弓的日常检查。
（6）CRH2A型受电弓故障的原因 。
（7）CRH2A受电弓故障进行分析，并其进行改进处理。
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第2章受电弓概述
2.1CRH2A型受电弓组成结构
CRH2A的编组方式是4节动车配4节拖车（4M4T），每4节为一个单元，牵引功率为4800千瓦，最高营运时速为250公里，标称时速200公里，列车装有两副受电弓。
列车设有一等座车、二等座车和二等座车/餐车，其中一弓等座及二等座座椅均可旋转。
CRH2A可两组重联运行。
CRH2A基本上与日本的原型车E2系相同，并使用与E2系相同的牵引电动机，但也按照中国国情及铁路标准而作出适当的改动，包括安装采用德国斯特曼公司（Stemmann-Technik）技术的DSA250型受电弓（日本的E2-1000使用PS207型），以适应高变化的沿线接触网。
在驾驶拖车顶部均装有多种信号天线，这也是日本本土的同型车所没有的。
DSA250型受电弓适合中国既有线路和客运专线铁路网。
每个基本动力单元1个，4号、6号车车顶各装一台，全列共2个，其间用特高压配线连接。
单臂型，安装有自动降弓装置具有自动降弓功能，适应接触网高度为5300～6500mm，最高运行速度为250
km/h动车组正常运行时，采用单弓受流，另一台备用，处于折叠状态。
图1受电弓结构
1—底架；
2—阻尼器；
3—升弓装置；
4—弓装配；
5—下臂；
6—下导杆；
7—上臂；
8—上导杆；
9—弓头；
10—滑板
受电门由底架、升弓装置、下臂、上臂、弓头、滑板及空气管路等组成升弓装置安装在车顶底架上，通过钢丝绳作用于下臂。
下臂和弓头由质量较轻的铝合金材料结构制成。
滑板安装————在U形弓头支架上，使用材料为浸渍型或混合型碳滑板，弓头支架悬挂在弓装配和拉簧下7方，两个扭簧4安装在弓头和上臂间，这种结构的能缓冲各个方向的冲击，使滑板不至损坏气动元件安装在底架的控制盒内，自动降弓装置可以监测骨板的状态，如果滑板磨耗到限或断裂，受电弓会自动迅速降下，防止弓网事故的扩大
动车组重联运行时，如前弓因故自动降弓ADD装置可通过车辆信息控制装置实现后弓的连锁降弓，保护后弓免受损ADD装置关闭阀安装在车内，当发生自动降弓后，如果接触网没有损坏，并且对受电弓性能没有影响时，可关闭ADD关闭阀，重新升弓。
更换滑板后，应重新启动ADD装置。
表1受电弓参数
型号
DSA250
设计速度
250km/h
落弓位伸展长度
约2600mm
最大升弓高度（包括绝缘子）
3000mm
落弓位高度（包括绝缘子）
588mm
弓头长度
1950
mm
额定电压
25
kV
额定电流
1000A
接触压力
70-120N（可调）
驱动类型
气囊驱动机构
升弓时间
≤5.4s（可调）
降弓时间
≤4s（可调）
整弓质量
约115
kg
材质
底架
钢
上臂
铝合金
下臂
弓头
铝合金/不锈钢
上导杆
碳滑板
铝制支座/硬碳
弓角
钛合金
受电弓是靠滑板与接触网的滑动解除受流，是动车组与接触网之间的连接环节，受电弓的性能优劣直接影响到受流质量，间接影响动车组工作的可靠性，因此，对受电弓的受流性能有极高的要求，其基本要求是滑板与接触网之间接触可靠，离线率低，动态稳定性好，尽可能小的磨耗；
升弓降弓时不能对接触网有过分冲击，升弓降弓过程先快后慢，即升弓时滑板离开底架要快，接近接触网线时要慢，以防弹跳；
降弓时滑板脱离接触网线要快，落在底架上要慢，以防拉弧及对底架的机械冲击。
2.2CRH2A受电弓的工作原理
受电弓配备了一个压缩空气驱动的自动升降装置，当接触带破裂时驱动装置将降低受电弓。
在接触带的摩擦块中央有一条沟槽里面充满来自驱动装置的压缩空气，如果摩擦块断裂压缩空气就会泄露，底部驱动装置就会通过一个快速排气阀将受电弓降低，同时主断路器被触发以免由于电弧引起损坏。
同样的方式当绝缘舵杆损坏时以相同的方式进行控制，该自动升降装置通过塞门在运行状态时进行隔离。
图2CRH2A型动车组受电弓示意图
受电弓所有功能以及监控是通过各自的阀控制模块实现。
受电弓升起是通过一个安装在控制阀模块输入电缆中的电磁阀实现。
升弓时间通过输入电缆中的电抗装置。
降弓时间以及静态接触力以及自动升降装置中的压力开关的压力通过阀控制面板设置。
阀控制模块所需的压缩空气由MR管提供，当列车准备时辅助空气压缩就会被使用。
2.3CRH2A型受电弓特点及其特性
（1）动态接触性能好
整弓采用先进的结构设计及采用大量优质铝合金和不锈钢等轻型材料，保证了较轻的质量；
尤其是轻质量的弓头及较大的弓头自由度实现弓网的良好接触，在已进行的弓网试验检测表明，离线率几近为0%。
（2）寿命长整弓的设计寿命为30年；
易损件设计寿命均在5年以上。
（3）在接触网线正常的情况下，实现10万km免维护。
关键部件采用国际知名品牌，质量可靠，如荷兰KONI公司的阻尼器，德国KNOR只公司和日本SMC公司的阀类，德国JNA.ASK及FAG轴承，法国生产的气囊等。
高质量配件的采用大大降低了产品的故障率及维修费用。
（4）耐候性及耐腐蚀性强产品可在-40～+70℃的气候条件下正常使用，适应中国广大地区及高温、高寒、高空气盐密地区。
（5）独特的自动降弓装置（ADD系统），系统结构简单、可靠性高，反应灵敏，动态情况下1.2s离线150mm。
（6）可匹配集成化主断控制器
在弓网故障发生时，主断控制器可断开主断路器，从而避免了带负载降弓时弓网之间产生拉弧而损坏受电弓和接触网。
该装置输出为无触.点控制，体积小、可靠性高、安装简单
受电弓特性
较小的气动阻力及不同气流条件下保持不变的气动性能；
由于总量较小以及有利质量分配，在低触点压力情况下以少量电弧进行能量传输；
在单牵引以及多牵引时滑板运行效率较高；
组件更换的简单易行使得维修极为方便，维护快捷无障碍，且维修费用极低；
较高的横向稳定性；
带有同高度无关的触点压力的万向运动；
质量最小化的框形弓头；
在4个拉伸弹簧上带有弹性悬挂装置的框形弓头可以向所有三个空同方向运动；
在垂直方向上带有渐进式弹簧特征线的框形弓头。
2.4CRH2A型受电弓升降装置
图3升弓气源控制阀组工作原理
可调节流阀1:
限制升弓速度。
调压阀:
调节受电弓工作压力，精确度20kpa（每10kpa导致10
N压力变化）。
压力表:
粗略控制受电弓接触压力。
可调节流阀2:
限制降弓速度。
排气阀:
调压阀故障时限制接触压力。
升弓时:
压缩空气由气源控制阀组一绝缘软管一升弓机械装置一气囊充气一导盘前移—钢索带动下臂顺时针旋转一上臂杆在推杆作用下逆时针转动一弓头升起。
降弓时:
升弓电空阀内压缩空气排大气，气囊收缩，下臂逆时针转动，弓头落。
自动降装置弓
图4自动降弓装置（ADD）
电动降弓装置由快排阀、自动降弓停止阀、试验阀、主断控制器、控制管路等组成。
运行中，碳滑板破损或磨耗到限时，控制管路内压缩空气经破损处排大气，控制管路内气压下降，快排阀打开，气囊压缩空气由快排阀排至大气，受电弓迅速降下。
同时，断开主断路器，切断受电弓主气路，从而避免了带负载降弓时弓网之间产生严重拉弧而损坏受电弓和接触网。
第3章CRH2A型受电弓模型
3.1CRH2A型受电弓的日常检查
（1）动车组处于静止、停稳状态。
（2）确认接触网断电。
（3）确认VCB断开，降下受电弓。
（4）确认静态接触压力值。
1）受电弓升起，检测受电弓压缩空气压力是否在额定范围内（3.1~3.5bar）；
2）上推力和下拉力是通过弹簧秤使受电弓以0.05m/s士10%的速度匀速朝上或朝运动在1.6m处记录测量值；
3）平均值应在70士15N，且上推力最小值应不下于55N，下拉力最大值不超过85N。
（5）调整静态接触压力（压力达不到要求时进行）。
1）受电弓
升起，确认受电弓气囊压缩空气压力在额定范围内；
2）下降受电弓连接弹簧秤与受电弓的上交叉管，可采用上交叉管上套上绳子向下拉的方式，至高出绝缘子下平面1.6m处以下停止；
3）通过精密调压阀的调整，将受电弓慢慢上升，至于高出车顶1.6m处，在弹簧秤显示为70N时，拉住弹簧秤，停止受电弓的上升，调节好精密调阀
4）
只将精密调压阀手轮的防松螺母拧紧，固定并调整好精密调压阀的最终
压力，最后使用记号笔在上面打上防松标记。
（6）检测受电弓升降弓时间。
1）升起受电弓，以受电弓折叠位
置动作至2.4m处（即碳滑板接触到接触网）为升弓时间t，t=54秒；
2）降下受电弓，以受电弓在2.4m处（即接触网高度）降至折叠位为降弓时间t，t<
4秒；
3）当受电弓在网下快速升高时，可能会破坏接触网和碳滑板。
应采取措施保证受电弓升弓时不允许有任何跳，降弓时应有缓冲。
（7）调整升弓和降弓时间（时间达不到要求时进行）。
1）静态接触压力和气囊压力均正常时，反复操作受电弓上升与降下；
2）通过升弓节流阀和降弓节流阀来调整受电弓从落弓位置上升至指定高度（自绝缘子下平面）及自指定高度降至落弓位置的升弓和降弓时间；
3）升弓时禁止受电弓任何回跳现象；
降弓时允许降弓位弹跳，同时伴有缓冲，上交叉管应落在2个橡胶减振器上。
3.2CRH2A型受电弓的故障
（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）受电弓无法升起Ⅰ
（7）受电弓无法升起Ⅱ
（8）受电弓正常升起但MON未显示
（9）受电弓升起无法下降
（10）途中受电弓破损严重或有异物
（11）受电弓下降
（12）压力开关显示
（13）弓头导流翼板、翼片遇阻
（14）弓网拉弧度
3.3CRH2A型受电弓故障原因
首先是接触网与受电弓的不匹配产生的问题。
对于接触网的标准悬挂就是使悬挂的接触网弹性均匀。
但是这个似乎很难做到，因为接触网的悬挂受到外部环境的影响，所以每一段的弹性都是存在差异的，有些地方安装了过重的装置，就会导致高速运行的动车组的受电弓剧烈波动，就会损坏受电弓。
这种现象下的征状就是硬点，在现有的接触网条件下，动车组的速度越快硬点征状就越是突出。
这并不是一个很好的现象，接触网的剧烈波动会导致它磨损程度的加剧，也对受电弓产生撞击性损害
其次是动车组高速运行中空气的摩擦力对于受电弓的影响。
在动车组保持运动过程中空的阻力会对高速运动的列车产生影响对于动车顶端的受电弓也会产生一定程度的影响，在动车运行中，受电弓需要上升和接触网接触，生振动，而在这一过程中，空气的流动在加速，使受电弓受到空气阻力摩擦的作用，会对动车顶部的受电弓产生较大的影响
第三是受电弓与动车顶端链接不当，动车在高速运行过继中受电弓在频繁工作，如果受电弓链接不当造成的断股，就会造成链接部位的磨损，影响受电弓的使用寿命。
现在受电弓的软连线形状多以扁平形结构，在空气阻力和链接面积相同的情况下，这部分受到的压力是比较大的，受电弓软连线截面形状不当成造成的软连线容易断股这就会造成很多危险，比如局部电流增大，软连线链接的部分湿度过高，这样增大了链接部分的电阻，软连线容易发生热脆，使受电弓发生故障。
总体来说受电弓故障的主要原因有:
接触网与受电弓不匹配产生的问题，空气的摩擦力对于受电弓的影响，受电弓与动车顶端链接不当，碳滑条磨损严重，网线故障，受电弓碳滑条龟，裂检修工艺不太完善，检修人员专业技能不熟练。
动车组在运行过程中受到不可抗力的影响，使受电弓不能正常运行，出现故障。
3.4CRH2A型受电弓故障分析及改造
列车在室外环境下快速行驶时，更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
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时，需应立即处理进行更换，并做好清洁保养工作。
快速阀以及ADD阀之间的连接主要依靠接口处的0环橡胶圈，连接管接头处漏风故障就是O环橡胶圈漏风问题，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力小，小于3N，在碳滑条与PU4管连接处经常安装时扭力过紧；
第三，碳滑条接头盖松。
连接管接头处出现漏风状况时，可能是配件损坏，也可能连接不牢固，在修复作业过程中，应对各管路系统进行全面的检测，做好查漏试验，更换破损配件，保证管路连接处无泄漏。
滑板条磨损过快，是电气化区段运营初期的正常现象。
造成滑板条磨损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，这是新开通路线滑板条急剧磨损的主要原因。
经过多次运行后，接触导线渐趋平整光滑，磨擦系数减小，达到一定磨擦次数后，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，当于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，我段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。
滑板偏磨也是影响滑板寿命的原因之一。
动车发生刮弓4故障既有滑板条磨损过速的原因，也有偏磨使滑板磨透，不能正常于接触网进行接触，使滑板形成沟卡滞接触线从而造成刮弓。
根据理论计算及实际经验，当受电弓发生偏磨时，可将受电弓提到滑板至下臂杆转轴中心1.5m高度处，通过调整平衡机构使吊杆成垂直，滑板托架摆成水平，图以保证受电弓滑板在工作区间处于最佳工作状态
图5滑板偏磨
1—紧固螺栓
2—滑板托架转轴
3—吊杆
4—轴销
5—平衡杆
6—滑板托架
动车高速运行时，受电弓受力复杂，加上恶劣的工作环境，使受电弓的部件易发生各类问题，如不及时发现处理将造成隐患。
部件损坏主要集中在饺链座、三角板、底架、上框架、拐臂等处。
这就要求在库内检查受电弓时，对上述零部件加场检查，对不符合技术要求的零部件进行及时处理，不把隐患带到线路上
（6）受电弓无法升起Ⅰ
表2受电弓无法升起Ⅰ
名称
受电弓无法升起
现象
MON显示受电弓未升起，网压表无显示
车种
CRH2A,
CRH2C,
CRH2B,
CRH2E
原因
1.EGS闭合。
2.VCB闭合。
3.辅助风缸压力过低。
4.两端司机室配电盘中的【受电弓·
VCB】NFB在断开位。
5〖
04.
06
号
车
（
CIH〖
13号车（CRH2B,CRH2E）〗的运行配电盘（升弓）NFB13在断开位
行车
故障处理后正常
步骤
处理过程
1
1.1确人保护接地NFB闭合，右旋司机室配电盘的【保护接地切除】
（EGOS1，断开保护接地NFB.
1.2按【VCB断】和【受电弓折叠】按钮。
1.3将【辅助压缩机控制】旋钮右旋。
1.4将【受电弓•VCB】NFB置闭合位。
1.5通知随车机械师受电弓无法升起
2
2.1行动:
立即到另一司机室确认【受电弓•VCB】NFB闭合和〖04.06号（CRH2A,CRH2c）〗〖04.13（CRH2BCRH2E）〗【升弓】NFB闭合。
操作:
确认是否闭合，若未闭合，则闭合。
2.2：
结果确认完毕，通知司机
3
闭机确认准备未完灯灭后升弓，若仍不能升起，换弓运行（CRH2A,CRH2C）。
若仍不能升起则远程切除所
有受电弓，逐一远程弓，但不能升两近弓（重联，CRH2B,CRH2E）
表3受电弓无法升起Ⅱ
受电弓无法升起（ii）
受电弓自动降弓或受电弓无法升起
CRH2A,CRH2C,CRH2B,CRH2E
1受电弓本身的压力风管漏风。
2受电弓白色风管漏风。
3受电弓控制阀板上的风管漏风。
4受电弓气囊损坏。
5受电弓碳滑板漏风。
换弓运行
过程处理过
1.1右旋【受电弓升起】旋钮后，MON监视屏未显示受电弓升起
1.2远程切除故障弓，换弓运行。
1.3前方停车站停车后，通知随车机械师，到车外确认受电弓状态
2.1随车机械师下车，车下目视故障受电弓外观有无异常。
2.2结果:
确认完毕通知司机检查结果
继续运行
表4受电弓正常升起但MON未显示
受电弓正常升起，但MON未显示
受电弓正常升起，但MON未显示受电弓升起
1.压力传感器无法正常工作。
2.压力开关故障
线路上维持运行，前方停车站检查受电弓升弓状态
确认网压正常，通知随车机械师前方停车站检查受电弓升弓状态
前方停车站随车机械师目视确认受电弓升起后，通知司
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