CN104129307B - 基于双并联机构的三自由度混联受电弓 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双并联机构的三自由度混联受电弓，包括底座、双并联支撑架、纵向减振器、安全销轴、滑板支柱和滑板。在底座中央设有圆形工艺孔，且在底座下方的四个角上设有支撑绝缘子；双并联支撑架由结构完全相同的左并联支撑架、右并联支撑架和中连板组成；两组纵向减振器对称固定安装在中连板上；安全销轴采用非金属绝缘材料，其下端与导向支架固连，其上端与滑板支柱固连，滑板通过螺钉与滑板支柱相连接。本发明能克服现有受电弓的技术缺陷，不仅能实现空间三个自由度方向的承载与减振，还可避免脱弓和刮网等安全事故的发生，提高受电弓的结构稳定性和对接触网的适应性，还具有工作稳定可靠、操作维护便捷等优点。

Description

基于双并联机构的三自由度混联受电弓

技术领域

本发明涉及一种电力动车或机车运行的电气设备领域，特别涉及一种基于双并联机构且在空间三个方向均能减振的三自由度混联减振受电弓。

背景技术

受电弓也称集电弓，是电力机车从接触网受取电能的电气设备，安装在车顶上。受电弓作为电机车的关键部件之一，对车辆的高速安全稳定运行起着关键作用。在高速列车行车中，对于受电弓与接触网之间的平顺度要求非常高，稍有差错，就容易发生故障。尤其是在动车组的运行中，要依靠受电弓从接触网中获取电力，驱动机车前进，一旦两者脱离，机车就会断电并失去控制，甚至有可能导致列车脱轨。

目前电机车所使用的受电弓可分为双臂式，单臂式，垂直式和石津式四大类。其中，双臂式受电弓亦称“菱”形受电弓，但现因保养成本较高，加上故障时有扯断电车线的风险，目前部分新出厂的铁路车辆，已改用单臂式受电弓；亦有部分铁路车辆(例如新干线300系列车)从原有的双臂式受电弓，改造为单臂式受电弓。用的最多的是“之”(Z)(ㄑ)字形的受电弓，其优点是比双臂式受电弓噪音较低，故障时也较不易扯断电车线，为目前较普遍的受电弓类型。垂直式受电弓亦称“T”字形(亦叫作翼形)受电弓，其低风阻的特性较适合高速行驶，以减少行车时的噪音，主要用于高速铁路车辆。但是由于成本较高，垂直式受电弓已经没有使用(日本新干线500系改造时由垂直式受电弓改为单臂式受电弓)。石津式受电弓是由日本冈山电气轨道的第六代社长、石津龙辅于1951年发明的，又称为“冈电式”、“冈轨式”。除双臂式外，其它结构的受电弓都采用串联式结构。

电气化铁路停电、停运事故中弓网事故占总事故的80％左右，每年由于弓网事故造成的经济损失计算是相当可观的。目前使用的受电弓造成的弓刮网或网刮弓的事故比较严重。表现为，轻则刮断一根吊铉和打掉受电弓接触板条，重则刮断接触网导线、承力索，支柱倾倒，机车受电弓完全毁坏，接触网停电，中断行车等。所有这些事故若发生在一些特殊地域环境条件下，将会给抢修带来很多困难和危险。近年来，针对弓网事故,虽然从受电弓到接触网都不同程度地作了改善，从管理上提高设备技术性能，弓网事故有一定下降，但由于受电弓结构上的固有缺限，并未从根本上解决上述问题。

电机车的受电弓与接触线的受流质量主要取决于受电弓和接触网之间的相互作用。为保证牵引电流的顺利流通，受电弓和接触线之间必须有一定的接触压力。弓网接触压力如果太小，会增加离线率；如果太大，会使滑板和接触线间产生较大的机械磨耗。弓网实际接触压力由四部分组成：受电弓升弓装置施加于滑板，使之向上的垂直力为静态接触压力；由于接触悬挂本身存在弹性差异，接触线在受电弓抬升作用下会产生不同程度的上升，从而使受电弓在运行中产生上下振动，使受电弓产生一个与其本身归算质量相关的上下交变的动态接触压力；受电弓在运行中受空气流作用产生的一个随速度增加而迅速增加的气动力；受电弓各关节在升降弓过程中产生的阻尼力。此外，电机车在运行过程中如遇侧风，还会对受电弓产生较大的侧向力。

传统受电弓受固有结构形式的限制，弓头以垂直方向的运动为主，仅在垂直方向上设置预紧力和用于减振的缓冲装置，而在车辆前进方向和侧向没有减振装置。此外，现有受电弓没有设置弓头分离装置，在发生弓网相刮时，弓头上的刮板无法脱开，这容易导致弓网相刮事故。现有的受电弓不仅结构稳定性差，而且很少考虑侧向受力和弓网相刮时的保护措施，存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是针对现有受电弓技术的不足，提供一种基于双并联机构且在空间三个方向上均能减振的三自由度混联减振受电弓。本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种基于双并联机构的三自由度混联受电弓，包括底座、滑板，其特征在于：还包括双并联支撑架、纵向减振器、安全销轴和滑板支柱。所述的底座中央的设有圆形工艺孔，且在底座下方的四个角上设有与车顶相连接的支撑绝缘子。所述的双并联支撑架由左并联支撑架、右并联支撑架和中连板组成，用于支撑滑板并实现滑板的升降和触网功能，左并联支撑架和右并联支撑架的结构完全相同且对称布置在底座上。所述的纵向减振器用于实现受电弓的纵向减振，所述的纵向减振器有两组且对称固定安装在双并联支撑架顶部的中连板上。所述的安全销轴用于在受电弓发生刮网事故时将滑板、滑板支柱与纵向减振器分离；所述的安全销轴共有四个，其底端与纵向减振器固连，其顶端与滑板支柱固连；所述的安全销轴采用非金属绝缘材料，安全销轴为阶梯轴，且在其中部设有安全断槽。当发生刮网事故时，安全销轴将从安全断槽处断裂以保护受电弓和避免其它安全事故的发生。所述的滑板支柱的下端设有上销轴安装孔，安全销轴的上端通过胶接的方式固定在滑板支柱的上销轴安装孔内；所述的滑板通过螺钉与滑板支柱相连接。

所述的纵向减振器由耳座、导向杆、弹簧和导向支架组成，所述的耳座固定安装在中连板的顶端面；所述的导向杆的两端安装在耳座内；每组纵向减振器上设有两组共四根弹簧，所述的弹簧套在导向杆上且位于导向支架的两侧；所述的导向支架的底部设有导向套，导向支架通过其底部的导向套安装在导向杆上并可沿着导向杆滑移，形成一个移动副；导向支架的顶部设有下销轴安装孔，安全销轴的下端通过胶接的方式固定在导向支架的下销轴安装孔内。

所述的左并联支撑架由下底板、上顶板和连接在下底板、上顶板之间的水平滑移组、两级气缸或三级气缸构成的三条支链组成。所述的下底板与底座固连为一体；所述的上底板与中连板固连为一体；所述的水平滑移组共有三组，均采用无杆气缸或液压缸，水平滑移组固定安装在下底板上形成第一移动副，三组水平滑移组的轴线互不平行；所述的两级气缸或三级气缸作为左并联支撑架上的第二移动副，两级气缸或三级气缸的底端与水平滑移组通过第一转动副相连接，其顶端与上顶板通过第二转动副相连接，且第一转动副的轴线与第二转动副的轴线相互平行。所述的水平滑移组即可以驱动两级气缸或三级气缸的底部向内或向外滑移，也可以作为水平方向的减振器使用。所述的两级气缸或三级气缸主要用于实现上顶板的升降，进而驱动双并联支撑架升降。

所述的双并联支撑架采用{3PRPR+3PRPR}结构的双并联机构，其中左并联支撑架与右并联支撑架均为{3PRPR}结构的三平移三自由度并联机构。纵向减振器所形成的移动副作为串联的移动副与双并联支撑架一起构成一个结构为{3PRPR+3PRPR}-P的三自由度混联机构。

本发明置于电力动车或机车的顶部，其工作过程是：车辆进站后，双并联支撑架上的六个两级气缸或三级气缸伸长，带动中连板、纵向减振器以及滑板上升，当滑板接近电网高度后，两级气缸或三级气缸停止伸长。接着，水平滑移组驱动左并联支撑架、右并联支撑架的底部向内滑移以实现滑板的二次上升。当滑板接触到电网并达到设定预紧力后，水平滑移组停止运动，滑板与电网有效接触并同时充电。充电完毕后，水平滑移组驱动左并联支撑架、右并联支撑架的底部向外移动以实现滑板的下降，使滑板与电网有效脱开。接着，双并联支撑架上的六个两级气缸或三级气缸回缩，滑板高度降低，受电弓完成一次作业。

本发明的有益效果是，与现有的技术相比，本发明采用{3PRPR+3PRPR}结构的双并联支撑架串联具有纵向滑移减振功能的纵向减振器组成一个{3PRPR+3PRPR}-P结构的混联支撑装置替代传统受电弓的串联结构的连杆式升降机构，使滑板具有空间三平移三个运动自由度，主要实现滑板在垂直方向的升降、承载与减振功能，同时还能在水平面内两个方向承受侧向力与有效减振；安全销轴的设置还可避免脱弓和刮网等安全事故的发生，提高受电弓的结构稳定性和对接触网的适应性，还具有工作稳定可靠、操作维护便捷等优点。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的左并联支撑架的结构示意图；

图3为本发明的左并联支撑架的机构原理示意图；

图4为本发明的纵向减振器的结构示意图；

图5为本发明的纵向减振器的导向支架的结构示意图；

图6为本发明的安全销轴与导向支架、滑板支柱之间的装配关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

如图1、图4和图6所示，一种基于双并联机构的三自由度混联受电弓，包括底座1、滑板5，其特征在于：还包括双并联支撑架2、纵向减振器3、安全销轴4和滑板支柱6。所述的底座1的中央设有圆形工艺孔101，且在底座1下方的四个角上设有与车顶相连接的支撑绝缘子102。所述的双并联支撑架2由左并联支撑架21、右并联支撑架22和中连板23组成，用于支撑滑板5并实现滑板5的升降和触网功能，左并联支撑架21和右并联支撑架22的结构完全相同且对称布置在底座1上。所述的纵向减振器3用于实现受电弓的纵向减振，所述的纵向减振器3有两组且对称固定安装在双并联支撑架2顶部的中连板23上。所述的安全销轴4用于在受电弓发生刮网事故时将滑板5、滑板支柱6与纵向减振器3分离；所述的安全销轴4共有四个，其底端与纵向减振器3固连，其顶端与滑板支柱6固连；所述的安全销轴4采用非金属绝缘材料，安全销轴4为阶梯轴，且在其中部设有安全断槽401。当发生刮网事故时，安全销轴4将从安全断槽401处断裂以保护受电弓和避免其它安全事故的发生。所述的滑板支柱6的下端设有上销轴安装孔601，安全销轴4的上端通过胶接的方式固定在滑板支柱6的上销轴安装孔601内；所述的滑板5通过螺钉7与滑板支柱6相连接。

如图1、图4、图5和图6所示，所述的纵向减振器3由耳座301、导向杆302、弹簧303和导向支架304组成。所述的耳座301固定安装在中连板23的顶端面；所述的导向杆302的两端安装在耳座301内；每组纵向减振器3上设有两组共四根弹簧303，所述的弹簧303套在导向杆302上且位于导向支架304的两侧；所述的导向支架304的底部设有导向套3041，导向支架304通过其底部的导向套3041安装在导向杆302上并可沿着导向杆302滑移，形成一个移动副；导向支架304的顶部设有下销轴安装孔3042，安全销轴4的下端通过胶接的方式固定在导向支架304的下销轴安装孔3042内。

如图1、图2和图3所示，所述的左并联支撑架21由下底板201、上顶板204和连接在下底板201、上顶板204之间的水平滑移组202、两级气缸或三级气缸203构成的三条支链组成。所述的下底板201与底座1固连为一体；所述的上底板204与中连板23固连为一体；所述的水平滑移组202共有三组，均采用无杆气缸或液压缸，水平滑移组202固定安装在下底板201上形成第一移动副P1，三组水平滑移组的轴线互不平行；所述的两级气缸或三级气缸203作为左并联支撑架21上的第二移动副P2，两级气缸或三级气缸203的底端与水平滑移组202通过第一转动副(R1)205相连接，其顶端与上顶板204通过第二转动副(R2)206相连接，且第一转动副(R1)205的轴线与第二转动副(R2)206的轴线相互平行。所述的水平滑移组202即可以驱动两级气缸或三级气缸203的底部向内或向外滑移，也可以作为水平方向的减振器使用。所述的两级气缸或三级气缸203主要用于实现上顶板204的升降，进而驱动双并联支撑架2升降。

所述的双并联支撑架2采用{3PRPR+3PRPR}结构的双并联机构，其中左并联支撑架21与右并联支撑架22均为{3PRPR}结构的三平移三自由度并联机构。纵向减振器3所形成的移动副作为串联的移动副与双并联支撑架2一起构成一个结构为{3PRPR+3PRPR}-P的三自由度混联机构。

使用时，将本发明置于电力动车或机车的顶部。车辆进站后，双并联支撑架2上的六个两级气缸或三级气缸203伸长，带动中连板23、纵向减振器3以及滑板5上升，当滑板5接近电网高度后，两级气缸或三级气缸203停止伸长。接着，水平滑移组202驱动左并联支撑架21、右并联支撑架22的底部向内滑移以实现滑板5的二次上升。当滑板5接触到电网并达到设定预紧力后，水平滑移组202停止运动，滑板5与电网有效接触并同时充电。充电完毕后，水平滑移组202驱动左并联支撑架21、右并联支撑架22的底部向外移动以实现滑板的下降，使滑板5与电网有效脱开。接着，双并联支撑架2上的六个两级气缸或三级气缸203回缩，滑板5高度降低，受电弓完成一次作业。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种基于双并联机构的三自由度混联受电弓，包括底座、滑板，其特征在于：还包括双并联支撑架、纵向减振器、安全销轴和滑板支柱，所述的底座中央设有圆形工艺孔，且在底座下方的四个角上设有支撑绝缘子；所述的双并联支撑架由左并联支撑架、右并联支撑架和中连板组成，左并联支撑架和右并联支撑架的结构完全相同且对称布置在底座上；所述的纵向减振器有两组，且对称固定安装在双并联支撑架顶部的中连板上；所述的安全销轴共有四个，其底端与纵向减振器固连，其顶端与滑板支柱固连；所述的安全销轴采用非金属绝缘材料，安全销轴为阶梯轴，且在其中部设有安全断槽；所述的滑板支柱的下端设有上销轴安装孔，安全销轴的上端通过胶接的方式固定在滑板支柱的上销轴安装孔内；所述的滑板通过螺钉与滑板支柱相连接；

所述的纵向减振器由耳座、导向杆、弹簧和导向支架组成，所述的耳座固定安装在中连板的顶端面；所述的导向杆的两端安装在耳座内；每组纵向减振器上设有两组共四根弹簧，所述的弹簧套在导向杆上且位于导向支架的两侧；所述的导向支架的底部设有导向套，导向支架通过其底部的导向套安装在导向杆上；导向支架的顶部设有下销轴安装孔，安全销轴的下端通过胶接的方式固定在导向支架的下销轴安装孔内。

2.根据权利要求1所述的一种基于双并联机构的三自由度混联受电弓，其特征在于：所述的左并联支撑架由下底板、上顶板和连接在下底板、上顶板之间的水平滑移组、两级气缸或三级气缸构成的三条支链组成；所述的下底板与底座固连为一体；所述的水平滑移组共有三组，均采用无杆气缸或液压缸，水平滑移组固定安装在下底板上，三组水平滑移组的轴线互不平行；两级气缸或三级气缸的底端与水平滑移组通过第一转动副相连接，其顶端与上顶板通过第二转动副相连接，且第一转动副的轴线与第二转动副的轴线相互平行。