CN103660957A

CN103660957A - 架空串极滑触线适用的无限电车顶触集电器起落跟随机构

Info

Publication number: CN103660957A
Application number: CN201210321695.4A
Authority: CN
Inventors: 王族伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-03-26

Abstract

一种架空串极滑触线适用的无限电车顶触集电器起落跟随机构，是200910167677.3专利的子项。公知无轨电车、电气机车供电滑触线不能间断；上海世博纯电客车架空接触停车充电。附图1-串极滑触梁是机电集成制品、一节标称10m，构成一档架空串极滑触线，一个站段可设4～10档。2-顶触集电器相对4-横置底座平行升降；6-置底座、12-起落气缸、11-起落转臂构成三角形气动机构，操作8-起落纵梁起落，使顶触集电器起落与串极滑触线分合。跟随机构与起落机构两个平行四边形叠加动作，使集电器接触面与串极滑触线接触面保持平行；电控气动自复归气动三角形分合操作，使机构等效于隔离开关应用，形成串极滑触架空站段供电、行驶中滑移受电、无接地可靠触电预防的无限电车系统。

Description

架空串极滑触线适用的无限电车顶触集电器起落跟随机构

技术领域：

本发明涉及串极滑触线供电技术、城市交通、电气技术、机械制造及自动化控制多个领域，是《串极滑触线站段与无限电车构成的城市全域电动客车系统》200910167677.3发明专利技术的子项。

背景技术：

城市燃油车能效远低于30％。燃油车在有限空间的城市，环境气温、噪声水平、空气质量各种污染问题日益严重。发展城市公共交通是减少污染的首选，城市客车以电力取代燃油是最有效的治理措施，发展电动公交车是趋势所在。

虽无轨电车能效高、车辆造价低、安静环保，但供电滑触线有碍市政规划，连续的滑触线限制公交线路变更，无轨电车技术难以适应城市的发展。传媒报道韩国的埋地电感、日本的轮胎传导充电....对行驶的车辆供电，其电源传输效率值得探讨。

已投入运行的蓄电公交车并没有统一供电方形式。北京奥运电动客车电站机器人换电池。上海使用超级电容车，公交11路沿途站设架空接触线停车充电，世博客车停车场架空接触线充电。使用较多的电动公交车充电采用插电式。

铅蓄电池公交车自重会影响能源效率；锂电池的造价是整车成本的主体；电池寿命与运营成本的矛盾不可忽略，电池容量大是技术的瓶颈问题。供电技术改进是减少蓄电容量的突破方向。上海11公交超级电容车沿途站充电，不需专用充电车场，少装勤充长寿命，车轻价廉维持费用低，但对于以秒计的停站时间，充电操作的安全可靠性并非完美。

《提高电动公交车经济性的营运方式与技术方案》指出，“目前国内正在试运行的电动公交车的营运方式并不经济。提出了电动公交车采用自动集电器的技术方案，一方面能实现大幅度延长电池寿命的‘浅充浅放’的营运方式，另一方面可以省去占地较大的专用充电站…”《汽车科技》2006-3，笔者支持以上所提出的观点，并从综合热效率、技术可能性、实施规范性、运行可靠性、使用安全性、管理信息化全面分析与探讨，提出了《串极滑触线站段与无限电车构成的城市全域电动客车系统》专利方案，再提出架空供电的集成串极滑触梁与顶触集电器起落跟随机构方案，全方位地解决电动客车供电用电问题。

发明内容：

公知的无轨电车、电气机车采用的集电器，其供电滑触线(接触网)不能间断，电气机车采用前后分置集电器，但两集电器接触的是同一电极。不同于上海的两例纯电公交车采用停车充电，本发明是提出与“集成串极滑触梁”配合的顶触集电器起落跟随机构，起落平行四边形与跟随平行四边形叠加，使集电器接触面与串极滑触线接触面保持平行；电控气动自复归气动三角形操作顶触集电器起落、与串极滑触线分合，等效于隔离开关应用，实现架空站段供电、行驶滑移受电、安全可靠运行。

1.0.串极滑触梁(件1)是工厂制品，是无限电车架空供电工程的专用部件。一段串极滑触梁架设，构成一档架空串极滑触线线路，标称长度为4M(4模，12m)，一个站段设4～10档。

2.0.图1所示车顶部靠门侧，顺X方向前后分置纵置底座(件6)、起落转臂(件11)，与平行于X的起落纵梁(件8)组成起落机构。

2.1.图3所示的d₁a、d₁b、d₁c、d₁d轴位按平行四边形布置，起落纵梁随d₁c、d₁d起落，使两端的顶触集电器(件2)同步上下换位，与串极滑触梁(件1的两极)接触或分离。

2.2.图3中起落纵梁在抬起位置，起落纵梁两端上方的顶触集电器与串极滑触梁接触(闭合)；

2.3.图1所示起落纵梁回落在纵置底座(件6)顶部，两端横置底座(件4)上方的顶触集电器明显与串极滑触梁分离(断开)。

3.0.图3所示起落气缸(件12)和伸缩连杆(件12.1)与纵置底座、起落转臂在d₂b、d₂a、d₁a轴位组成气动三角形，伸缩连杆伸缩使d₁a-d₁b-d₁c-d₁d平行四边形变形。

3.1.起落气缸、伸缩连杆操作起落纵梁抬起或落下，使顶触集电器进行分合动作。

3.2.起落气缸送气，伸缩连杆推动起落转臂旋转抬起起落纵梁，形成顶触集电器“合”状态。

3.2.起落气缸排气，压缩弹簧(件12.2)推伸缩连杆缩回，拉起落转臂、起落纵梁下落，顶触集电器随起落纵梁复归“分断”状态。

3.2.气管接口(件12.3)与控制阀连接。控制采用电磁三通阀，通电送气、断电或系统失电自动复归排气位置。

4.0.图5所示件2.1、件2.5装配成为图5中的顶触集电器(件2)，防滴绝缘子(件3)固定在电刷横梁(件2.1)下方。图6所示横置底座(件4)、左右布置的跟随转臂(件4.1)、电刷横梁(件2.1)组成升降跟随机构，轴位d₃a、d₃b、d₃c、d₃d按平行四边形布置，使电刷横梁平行于Z升降。

4.1.跟随机构左右布置的转臂扭簧(件4.3)、轴组件(件4.2)形成跟随转臂扭转力矩，保持对顶触集电器的举升力。

4.2.跟随机构d₃c-d₃d线的下降高程，设计在低于d₃a-d₃b线位置，即跟随转臂相对d₃a-d₃b线夹角在-25°～45°区间，使顶触集电器的接触压力处于平缓变化区域。

5.0.图1中Y₂为顶触集电器(件2)的接触面，要求该平面平行于X-Z平面升降，与串极滑触梁(件1)保持接触面平行的面接触状态：

5.1.改变顶触集电器接触面高程的两个平行四边形机构，图3中的d₁a-d₁b-d₁c-d₁d和图8中的d₃a-d₃b-d₃c-d₃d，在相互垂直的Z-Y与X-Y平面布置。

5.2.图5中电刷横梁(件2.1)受跟随转臂的举升与滑触梁接触面反作用力，在串极滑触梁接触面局部弯曲位置，分置中轴线b前后的电刷(件2.5)会上下摆动，使前后电刷的顶面均与串极滑触梁接触面保持接触。

6.0.图1所示的顶触集电器布置在车顶靠门一侧，利用Z₁靠右行驶范围(站台)限制，防止从串极滑触梁右侧错开。

顶触集电器升起会高于串极滑触梁底部，在串极滑触梁的右侧升起或从右侧滑脱，串极滑触梁与顶触集电器会相互干涉，此状态偏左行驶会引起损坏。允许升起的顶触集电器在行驶中从梁底的左侧滑脱。

7.0.图2表面承力防滴型钢胚覆塑绝缘子件3是本发明的专用器件。

7.1.表面承力防滴型绝缘子用于机械结构的绝缘隔离，比电车绝缘子结构紧凑定位准确。

7.2.采用绝缘层受压而不受拉的外形，以相对小的结构获得足够的机械强度。

7.3.以钢胚下凹的承力表面定位，避免装配孔侧向的绝缘层受力损坏。

8.0.表面承力防滴绝缘子(图2件3)，用于图4、图5机械结构节点的绝缘隔离。

8.1.防滴绝缘子与起落转臂(件11)、跟随转臂(件4.1)相互运动，使节点不易堆积冰雪。

8.2.纵梁绝缘子座板(件10)下设置防滴绝缘子，使起落纵梁上的漏电不向车体(件7)传导。

8.3.对跟随机构、起落机构绝缘状态监控，有触电危险顶触集电器不升起或断电保护。

附图说明：

图1：架空串极滑触线顶触集电器运行条件图

序号名：件1-串极滑触梁，件2-顶触集电器，件4-横置底座，件6-纵置底座，件7-无限电车，件7.1-车轮，件8-起落纵梁，件11-起落转臂，件12-起落气缸。

代号名：X₁-件2间距，Y₁-电极高度，Y₂-集电器落下高度，Y₃-跟随升降幅度，Y₄-底座高程，Z₁-右行区间，Z₂-滑移右偏区间。

图2：表面承力防滴型钢胚覆塑绝缘子图

序号名：件3-表面承力防滴绝缘子，件3.1-精铸钢胚。

图3：气动操作三角形与起落平行四边形机构图

序号名：件1、件2、件6、件8、件11、件12同图1。件9-扁移动电缆，件12.1-伸缩连杆、件12.2-压缩弹簧，件12.3-气管接口，件13-纵梁端子盒。

代号名：d1a、d₁b、d₁c、d₁d为起落平行四边形轴位；d₁a、d₂b、d₂a为气动三角形轴位。

图4：起落纵梁联接结构图

序号名：件8、件11同图1，件3同图2。

件8.1-横置底座紧固组件，件10-绝缘子座板，件10.1-座板紧固组件，件11.1-纵梁转轴，件3.2-转臂轴座。

图5：顶触集电器顶面摆动结构图

序号名：件3同图2。件2.1-电刷横梁，件2.2-摆动鞍座，件2.3-汇流板，件2.4-双头螺杆组件，件2.5-顶触电刷，件3.3-绝缘子紧固组件，件4.4-横梁转轴。

代号意义：a-鞍座摆动夹角。b-集电器中轴线

图6：顶触集电器平行四边形跟随机构图

序号名：件4、件8同图1，件13同图3，件2.1同图5。件4.1-跟随转臂，件4.2-轴组件，件4.3-转臂扭簧，件5-软扁铜线，件14-接近行程开关。

代号意义：d₃a、d₃b、d₃c、d₃d-跟随机构平行四边形轴位点。

具体实施方式：以下分图进行叙述。

图1：本图提出件2与件1实现自动接触、行驶中受电、安全运行的相关技术条件。

1.0.图中无限电车件7未完全进入件1供电站段，起落机构件8在落下的位置。

1.1.件1在《集成串极滑触梁与联接校正器组成的无限电车架空供电段》案介绍。

2.0.要求件2长边顺Z向布置，件2顶面与件1底面接触，实现行驶中进行接触与脱离。

2.1.件1与件2接的触面平行于X-Z平面，构成面接触工作状态。

3.0.件8长轴顺X方向并垂直于Y-Z平面布置，X向平行于车道与路面。

3.1.置于件8两端的件2中心距为X₁，X₁＝2M，M是件1的电极节距模数。

3.2.件8两端的件4、件2跟随机构按镜像对称装配。

4.0.Y₁是件1的电极接触面标称高度。Y₁高度须大于车道通行高度要求。

4.1.Y₁的高差+/-极限状态由路面允许高差、架空串极滑触线公差构成。

4.2.Y₂是机构落下状态件2的接触面标称高度。Y₂高度须低于行驶道其它设施限高要求。

4.3.Y₄是起落机构件6装配件11轴位高程。Y₄高程随件7的悬挂机构状态变化。

4.4.在起落机构升起状态，Y₄高程使件2能稳定接触件1；件1下压件2不出现刚性干涉。

4.5.针对Y₁的极限高差及Y₄升降极限状态，跟随机构相应的高程补偿能力以Y₃表示。

5.0.件2接触面长边顺Z向布置，行驶受电时沿X向接触件1底面滑移。

5.1.Z₂对应Z₁取值，Z₂满足行驶滑移中，件2顶面保持在件1接底面，不从件1右侧滑脱。

5.2.Z₁是件7.1充电行驶偏右范围。利用Z₁右侧限制(如街沿)，使行驶不超出Z₁范围。

5.3.对应件1、件2的中位线重合位置，在车道布置充电行驶标志线引导驾驶。

6.0.控制系统失电及件2与件1电源分断，件12自动应复归静止使件8落下状态。

6.1.件12收缩行程构成件11顺时针转矩，使置放在6顶部的件8行驶中减少振动。

图2；本图提出本发明专用的钢胚覆塑防滴型绝缘子方案。

1.0.绝缘层受压而不受拉，以相对小的外形结构获得足够的机械强度。

1.1.钢胚承力表面下凹定位，避免装配孔侧向绝缘层受力损坏

2.0.钢胚覆塑防滴型绝缘子采用钢胚嵌入注塑成型。

2.0.件3.1铸型钢胚精铸成型，表面磷化处理。

3.1.钢胚下凹表面部位分布的通孔改善注塑工艺效果，增加覆塑面层的受力强度。

3.1.钢胚覆塑防滴型绝缘子须符合户外环境电气指标。

图3：本图提出气动三角形操作的平行四边形起落机构，使前后分置的顶触集电器平行动作。

1.0.件7门侧顶部的件8与前后位置的件6、件11在轴位连接成起落运动机构。

1.1.轴位d₁a、d₁b、d₁c、d₁d布置成平行四边形，件8随d₁c-d₁d平行于d₁a-d₁d起落。

1.2.件6定位紧固在件7顶部，d₁a-d₁d连线平行于X向，d₁a、d₁d的中心线平行于Z向。

1.3.件9敷设在后置的件6和件8后部的件13之间。件9预留件8起落相应的移动长度。

2.0.件11在d₁a轴位点的转动，使件8随d₁c-d₁d轴位起落，带动件2合/分动作。

2.1.图中件8两端装配的件2平行升起，前后置的件2与件1接触闭合。

2.2.图1中件8在落下位置，件2低于行驶道其它设施限高，并明显与件1脱开分断。

3.0.三角形d₂b-d₂a-d₁a机构件12中的件12.1伸缩，使件11与件6夹角起落换位。

3.1.向件12送气并保持、件12.1完全伸出，件11逆时针转动使件8抬起。

3.2.件12排气，件12.2压件12.1缩回，复归静止位置。

3.3.静止位置的件12.1，缩回行程冗余保持件11顺时针转矩，限制件8在件6顶跳动。

3.5.控制气管与件12.3接口连接，用于件12送气/排气控制。排气位置气管与大气接通。

4.0.件12的送/排气控制采用电磁阀，电磁阀的控制由电气系统执行。

4.1.电磁阀在执行“合”命令时通电并保持；执行“分”命令时断电自复归。

4.2.电气系统失电与“分”指令，件12复归静止位置，使系统控制可靠。

图4：本图提出起落纵梁连接和隔离绝缘设置的方案。

1.0.件8.1将前后分置的件4跟随机构固定在件8两端。

2.0.件8通过件3与件11连接，件3绝缘使电源漏电不向车体传导。

2.1.件10布置在d₃c-d₃d轴点相应位置，由件10.1固定在件8下方。

2.2.件3.3将件3固定在件10下方，件3下方以件3.2固定件11.1。

2.3.件11.1是纵梁转轴。

3.0.监测件8与件11间件3的绝缘状态，控制系统采取相应处理措施。

图5：本图提出顶面摆动顶触集电器结构。

1.0.件21是基础构件，下部凸面与件3连接配合，件3.3将件3与件2.1固定。件2.2下部缺口悬挂在件2.1中壁顶部，件2.2两侧承载的件2.3及件2.5，由从件2.1中壁开孔、件2.2缺口及件2.3件2.5通孔穿过的件2.4固定，对称布置的2.5及件2.3与件2.2、件2.1，组成接触面可摆动的顶触集电器。

1.1.件2.2下部缺口骑在件2.1的中壁顶部，件2.1中壁侧面a夹角间隙及其它配合部间隙，件2.2可在件2.1中壁前后方向摆动，使件2.5顶面能以b轴线为中点上下垂摆动。

2.0.件3构成顶触集电器机构的电气绝缘节点，件3下部的件4.4是图8中d₃c、d₃d轴。

2.1.件2.2采用耐磨绝缘材料制成，件2.5磨损到低于件2.2顶面时，可取得相应电信号。

图6：本图提出弹力举升动平行四边形跟随机构方案。

1.0.件13在件8两端底部点固定，用于件5与图3中件9的转接。

1.1.在件13连接的件5预留件2.1升降相应的移动长度。

1.2.件4在件8两端装配固定，件4的d₃a-d₃b轴位连线应平行于Z。

1.2.件8另一端的件4、件4.1、件4.2、件4.3及件2.1按本图镜像装配。

2.0.件4.2将件4、左右件4.1连接，件2.1相关连接在图5中说明。

2.1.件2.1与件4.1、件4组成的跟随机构，轴位d₃a、d₃b、d₃c、d₃d按平行四边形布置。

2.2.件2.1下部的d₃c-d₃d轴位连线高程，相对件4的d₃a-d₃b轴位连线升降。

2.3.件2.1升降幅度，选择件4.1的d₃a-d₃c轴距来确定。

3.0.件4.3的扭力由件4.2作用于件4.1，件4.1转矩保持对件2.1举升。

3.1.左右件4.1的d₃c-d₃d连线下限位置低于d₃a-d₃b，使4.1在-25°～45°区间转动。

3.2.件4.1升起旋转限制45°以内，使件2.1的举升力的变化处于平缓区间。

4.0.件14布置在件4下部，件14的感应体布置件4.1对应部位，位置控制在件4.1下降转动时，件2.1的顶触集电器顶面不低于件4的顶面。

4.1.件2.1被压下至限定高程时，件14指令图3中件12动作，起落机构带件4落下保护。

Claims

1.横置底座所在的跟随机构、起落纵梁所在的起落机构，是两个升降平行四边形机构，跟随机构布置在Z-Y平面，起落机构布置在X-Y平面，两个平面的平行四边形的高程动作配合，使起落纵梁两端的顶触集电器的顶触面，平行于X-Z平面同步起落或升降，其特征是：

1.1.跟随机构镜像布置在起落机构的起落纵梁两端，顶触集电器的升降位置在跟随机构外侧；1.2.在X-Y平面的起落机构，前后分置纵置底座与起落转臂连接的两个轴点的连线，是起落平行四边形的底边，底边平行于X，起落纵梁起落变位平行于底边；

1.3.在Z-Y平面的跟随机构，横置底座两端与跟随转臂连接的两个轴点的连线，是跟随平行四边形的底边，底边平行于Z，顶触集电器的顶部接触面升降变位平行于底边。

2.起落气缸采用单向气动弹力复归，起落气缸操作起落机构升降变位，形成顶触集电器对串极滑触梁的分/合动作，电路效果替代自动隔离开关使用，其特征是：

2.1.起落机构升降变位，使起落纵梁两端的顶触集电器，同步接触或分开串极滑触梁；

2.2.起落气缸的伸缩连杆伸出，推动起落转臂转动抬起起落纵梁形成“合”操作；

2.3.起落气缸的气缸弹簧在排气时压回伸缩连杆，使起落转臂放下起落纵梁完成“分”操作；

2.4.起落气缸动作以电磁阀控制，电磁阀通电送气、断电与失电自复归排气位置；

2.5.断电与失电起落气缸带动起落纵梁回落，顶触集电器瞬时与串极滑触梁电源明显分断。

3.跟随机构的左右跟随转臂，采用扭力弹簧形成转矩转动，维持顶触集电器的高程跟随，跟随转臂转动角度范围，限定在顶触集电器高程变化快、举升力变化平缓的区间，其特征是：

3.1.转臂扭簧与轴组件配合将扭力作用于跟随转臂，跟随转臂扭转输出举升力；

3.2.跟随转臂对顶触集电器跟随举升，转动限定在相对平行四边形的底边-30°～45°角区间。

4.本发明专用的表面承力防滴型钢胚覆塑绝缘子，用于顶触集电器与跟随机构间的绝缘、起落纵梁与车体间的漏电隔离，相比标准电车绝缘子结构紧凑定位准确，其特征是：

4.1.绝缘子在机械结构中的连接承力作用于钢胚，外形保证绝缘表面承受压力、不承受拉力与剪切力，以相对小的结构获得稳定的机械强度；

4.2.装配承力表面部位下凹承受侧向力，降低装配孔侧向绝缘层受力防止损坏。

5.在串极滑触线使用的顶触集电器，滑移换极程序要求接触面有一定宽度，为避免串极滑触梁的接触面局部不平，顶触集电器X方向的顶触面前后部位，不能同时与串极滑触梁贴合，顶触面中心线前后位置能上下摆动，其特征是：

5.1.顶触集电器由一根电刷横梁、一套摆动鞍座、一对汇流板、两组顶触电刷以双头螺杆组件装配构成；

5.2.顶触面X方向中线位置下部设置旋转支点，电刷横梁是基础构件，摆动鞍座下部缺口骑在T型电刷横梁中壁顶部，摆动鞍座两侧承载汇流板及顶触电刷，双头螺杆从中壁开孔、鞍座缺口、汇流板及顶触电刷通孔穿过的固定，顶触电刷对称布置在摆动鞍座两侧，形成可摆动的顶接触面；

5.2.摆动鞍座下部缺口，与电刷横梁中壁有摆动间隙角度，鞍座可在中壁前后方向摆动、中壁中轴线两侧电刷顶触面上下垂摆动，使前后顶触面都能与串极滑触梁贴合。

6.起落机构的起落纵梁增加漏电隔离节点，使起落纵梁对车体漏电的通路阻断，对隔离节点绝缘监测配合起落操作，预防无接地供电系统的触电危险。