CN101612896A - 一种受电弓运动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种受电弓运动控制系统，其气囊(2)连有受电弓气路控制系统，该气路控制系统的具体组成为：电磁换向阀(7)串接在定压减压阀(8)和过滤器(6)之间的气路上，比例方向阀(9)一端与电磁换向阀(7)气连接相连，另一端与气囊(2)气连接；比例方向阀(9)的控制端与计算机气路控制器(5)的输出端相连，测风仪(51)、GPS定位装置(52)、列车的车载里程表(53)和车载速度表(54)与计算机气路控制器(5)的相应输入端相连。该系统能主动补偿接触网因各种因素产生的接触压力变化，明显减少接触压力的波动，确保机车在运行过程中弓网接触良好，机车受流平稳，从而保证电气化铁路的安全、可靠、高速运行。且其实施容易，费用低，尤其适合于高速列车。

Description

一种受电弓运动控制系统

技术领域

本发明涉及一种电气化铁路机车的受电弓运动控制系统。

背景技术

电气化铁路均采用电力牵引，来自电网的电能通过接触网分布于铁路沿线，机车上设置有受电弓，受电弓及与其相关机械部件的结构见图1。受电弓的框架1下端通过气囊2连接在受电弓的底座3上，受电弓底座3通过绝缘子12固定在机车的车顶13上。机车在运行过程中，受电弓向上抬起与接触网接触，实现随时从接触网取电。机车在运行过程中必须保证其供电的绝对可靠和不间断，否则将影响高速列车运行和电气驱动系统的性能。所以，高速电气化铁路的关键技术之一是如何保证在高速运行条件下具有良好的受流质量，即在列车高速运行时保持均匀、稳定的受流状态。

电气化铁路接触网是通过锚段连接起来的周期系统，一个锚段为一周期，在一个锚段中包含多个跨，每一跨中接触线通过多条吊弦悬吊在承力索的下方，而承力索由安装在地面的支柱固定。列车在线路上运行，受电弓与接触网的接触状态会由于多种因素的影响而发生变化。

首先，接触网跨内刚度不同，一跨内在支柱附近的刚度大，而在跨中的刚度最小。受电弓在与接触网保持接触的同时，由于接触网不同位置处的刚度不同，导致弓头在运行过程中会在接触线的垂向上下波动，弓网接触处的接触压力也会不断变化，支柱附近刚度大、弓头抬升量小，接触压力小，而跨中附近的接触压力大。接触压力的波动，会使得弓网接触状态不断变化，甚至会产生离线和接触线的破坏等不利的现象产生。接触压力小，接触电阻大，产生大量的能耗和电热，甚至造成离线，即受电弓弓头脱离接触线而产生电弧，造成弓网接触界面的烧伤；相反，当接触网压力大时，将使接触线局部弯曲，引起接触线疲劳损伤，同时也使受电弓弓头滑板和接触线磨耗增大，严重时造成弓网事故。

其次，由于受电弓有开口和闭口两种不同的工作方式，当受电弓仅在一个方向运行时，会造成碳滑板的偏磨，影响受电弓的使用寿命。因此列车运行时，当受电弓开、闭口运行方式是交替进行的。而两种不同工作方式下，受电弓受到的附加空气抬升力是不同的，附加的空气抬升量也不同，从而使得受电弓开闭口运行时，弓网接触处的接触压力也不同。

第三，在列车运行过程中，风力也会对弓网接触力产生影响。

因此，为了保证弓网接触良好，机车受流良好，提高铁路运输的安全性、可靠性和稳定性，要求弓网接触处的接触压力波动小，这就需要对弓网接触处的接触压力进行补偿控制。

现有受电弓的运动是通过其气路结构来补偿弓网接触压力的变化，其气路结构见图2：安装在受电弓的框架(1)下端的气囊(2)，以及与气囊(2)依次气路连接的定压减压阀(8)、过滤器(6)、截止阀(4)和列车气路系统的管道(20)；气囊(2)上还气连接有限压安全阀(11)。受电弓通过定压减压阀(8)向框架下端的气囊充入的气压恒定，提供恒定不变的静态抬升力，通过这种被动的阻尼结构可以在一定程度上减缓弓网间的接触压力的变化。但弓网间的接触压力变化范围还是偏大，不能适应高速列车运行的需要，仍然容易产生离线事故或弓网疲劳损伤。

发明内容

本发明的目的就是提供一种受电弓运动控制系统，该系统能主动补偿接触网因各种因素产生的接触压力变化，明显减少接触压力的波动，确保机车在运行过程中弓网接触良好，机车受流平稳，从而保证电气化铁路的安全、可靠、高速运行。且其实施容易，费用低，尤其适合于高速列车。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种受电弓运动控制系统，包括安装在受电弓的框架下端的气囊，以及与气囊依次气路连接的定压减压阀、过滤器、截止阀和列车气路系统的管道；气囊上还气连接有限压安全阀，其结构特点是，气囊还连有受电弓气路控制系统，该气路控制系统的具体组成为：电磁换向阀串接在定压减压阀和过滤器之间的气路上，比例方向阀一端与电磁换向阀气连接相连，另一端与气囊气连接；比例方向阀的控制端与计算机气路控制器的输出端相连，测风仪、GPS定位装置、列车的车载里程表和车载速度表与计算机气路控制器的相应输入端相连。

本发明的工作原理和工作过程是：

将电磁换向阀切换至与比例方向阀连通，而与定压减压阀断开，受电弓进入主动控制工作状态。

计算机气路控制器根据当前运行路段的接触网的跨距，吊弦间距，接触线材料，承力索材料和张力等接触网信息，得出在运行区间内各位置处可保证理想弓网接触处的接触压力所对应的受电弓的理想抬升量。

列车运行时，根据列车上的GPS定位装置的数据，结合列车的车载里程表和车载速度表的数据，计算机气路控制器得出列车在接触网中所处的位置，得出在该位置处可保证理想弓网接触处的接触压力对应的受电弓的理想抬升量。

根据车载速度表的数据和列车上测风仪得到的风向、风力数据以及输入的受电弓信息比如受电弓型号，开闭口运行方向和是否使用导流板等，并结合当前位置的接触网刚度值，计算出当前由风力附加在受电弓上产生的瞬时抬升量以及因受电弓的不同运动状态产生的瞬时抬升量，据以得出受电弓的总抬升量。

当总抬升量高于理想抬升量时，计算机气路控制器据以得出气囊压力降低值及放气量，控制比例方向阀向气囊定量放气；相反，则得出气囊压力升高值及充气量控制比例方向阀向气囊定量充气。从而通过气囊的充、放气的主动开环控制，可补偿跨内接触网刚度值的不一致及列车的不同速度、开闭口运行状态等参数的影响以及风力影响等因素所造成的接触压力不同，从而使弓网接触处的接触压力达到理想的优化值且始终保持基本一致。

当控制系统发生故障时，手动控制电磁换向阀的电磁开关按钮，切换至定压减压阀，压缩空气经定压减压阀至气囊，采用现有的气路系统工作，保证列车也能运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在计算机气路控制器的控制下，根据受电弓抬升量的实际变化情况，气囊的充气量也相应变化，从而主动补偿调整跨内接触网的刚度变化及受电弓开闭口运行方式、空气阻力和运行速度等因素带来的接触压力变化，使弓网接触处的接触压力始终保持最优值附近，波动范围小，列车在整个运行过程中，弓、网接触始终良好，保证了受电弓良好的受流质量，提高了铁路运输的安全性、可靠性和稳定性，尤其适用于高速列车。同时它不需要对铁路的现有接触网系统进行大的改造，只需要在受电弓上附加一车载的计算机气路器及比例方向阀，就可以对既有线弓网系统进行提速改造，费用低。

上述气囊上还连接有压力传感器，压力传感器的输出端与计算机气路控制器的相应输入端相连。

计算机气路控制器将压力传感器测得的气囊压力与该位置处的理想抬升量所对应的气囊压力值进行比较，以确定气囊的定量充、放气是否符合要求，当气囊压力值不够时，则充气；否则放气。这样，则可实现计算机气路控制器对气囊充气量的主动式反馈闭环控制，其控制效果更加精确可靠。

下面结合附图和具体的实施方式，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是现有及本发明实施例受电弓的机械结构示意图。

图2是现有受电弓的气路原理示意图。

图3是本发明实施例气路及电路原理示意图。

具体实施方式

实施例

图1、2、3示出，本发明的一种具体实施方式为：一种受电弓运动控制系统，包括安装在受电弓的框架1下端的气囊2，以及与气囊2依次气路连接的定压减压阀8、过滤器6、截止阀4和列车气路系统的管道20；气囊2上还气连接有限压安全阀11。气囊2还连有受电弓气路控制系统，该气路控制系统的具体组成为：电磁换向阀7串接在定压减压阀8和过滤器6之间的气路上，比例方向阀9一端与电磁换向阀7气连接相连，另一端与气囊2气连接；比例方向阀9的控制端与计算机气路控制器5的输出端相连，测风仪51、GPS定位装置52、列车的车载里程表53和车载速度表54与计算机气路控制器5的相应输入端相连。

图3示出，气囊2上还连接有压力传感器10，压力传感器10的输出端与计算机气路控制器5的相应输入端相连。

Claims (2)

1、一种受电弓运动控制系统，包括安装在受电弓的框架(1)下端的气囊(2)，以及与气囊(2)依次气路连接的定压减压阀(8)、过滤器(6)、截止阀(4)和列车气路系统的管道(20)；气囊(2)上还气连接有限压安全阀(11)，其特征在于，所述的气囊(2)还连有受电弓气路控制系统，该气路控制系统的具体组成为：电磁换向阀(7)串接在定压减压阀(8)和过滤器(6)之间的气路上，比例方向阀(9)一端与电磁换向阀(7)气连接相连，另一端与气囊(2)气连接；比例方向阀(9)的控制端与计算机气路控制器(5)的输出端相连，测风仪(51)、GPS定位装置(52)、列车的车载里程表(53)和车载速度表(54)与计算机气路控制器(5)的相应输入端相连。

2、如权利要求1所述的一种受电弓运动控制系统，其特征在于：所述气囊(2)上还连接有压力传感器(10)，压力传感器(10)的输出端与计算机气路控制器(5)的相应输入端相连。

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