CN109795325B - 一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头 - Google Patents

Abstract

一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头，沿同一圆周方向均布的多个托臂顶部固联有一环形托架槽，托架槽内腔中没有转动底座，转动底座左、右底面均设有滑轮；环形碳滑板设置在托架槽顶开口上，并固联在转动底座上；对应于每个托臂位置处的托架槽的顶部开口的内侧均设置有一个电刷，且该电刷经弹簧抵压在环形碳滑板的内侧面上，输电导线一端连接电刷，另一端穿过对应托臂内腔后接至列车车体内的用电设备。本发明具有滑板接触面大、受流稳定、散热效果好、使用寿命长等特点。

Description

一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头

技术领域

本发明涉及有轨交通技术领域，特别涉及电力牵引机车的一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头。

背景技术

目前，电力牵引机车的受流方式大多采用弓网受流。接触网一般通过立柱、腕臂等结构架设在空中，受电弓固定于车顶并随列车运行，通过受电弓弓头的碳滑板与接触线的接触取流。通常接触网呈“之”字形布置（牵拉悬挂接触线的杆塔支柱沿机车运行线路左右布置），目的是为了在列车运行时，“之”字形布置的接触线与传统 “一”字形碳滑板在横向上产生相对滑动摩擦，使滑板磨损相对均匀。

受电弓滑板通过与接触线的接触完成受流，电流经过连接在碳滑板底座的编织铜线流入弓体并传入车内。传统双滑板结构共有四条编织铜线传导电流，每两条编织铜线分别连接单个碳滑板的两个固定点。在正常受流时，该四个固定接触点承担传导牵引电能的作用，导致长时间、高功率密度载流作用于该四个固定接触点，加剧了四个固定接触点周围的滑板材料老化。列车高速运行过程中弓网间产生高速相对摩擦并伴随剧烈刚性冲击，导致受流不稳定，滑板与接触线间电弧频发，加剧了碳滑板电化学侵蚀的严重性。

同时，为了防止高速相对运动中的接触线滑出碳滑板范围，滑板与接触线的有效接触面积小于滑板实际面积，必将有部分滑板表面没有有效使用。因此，传统碳滑板两端的利用率普遍不高，导致材料的浪费。弓网高速相对运动产生的冲击力主要作用于滑板有效使用面积处，由于电弧侵蚀及机械冲击等因素使得有效面积区域的滑板磨损加剧，严重影响滑板的使用寿命。

现有技术中滑板存在着发材料利用率低、热量大、散热差、受流不稳定、使用寿命短、气动力学性能不理想等问题。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的问题而提供一种滑板受流面积大、受流稳定、散热效果好、使用寿命长的电力牵引机车受电弓弓头。

本发明的目的是这样实现的：一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头，用作安装固定在列车车顶的托臂底座上部沿同一圆周方向均布设置有多个托臂，每个托臂均沿一内凹弧线向上延伸而成，上述多个托臂的顶部固联有一呈环形的中空托架槽，托架槽内腔中设置有截面为长方形的环形转动底座，转动底座的左、右侧以及底部分别设置有左、右侧边滑轮以及底部滑轮；截面为矩形的环形碳滑板设置在托架槽的与其内腔连通的顶部开口上、并固联在转动底座上；对应于每个托臂位置处的托架槽的顶部开口的内侧均设置有一个电刷，且该电刷经弹簧抵压在环形碳滑板的内侧面上，输电导线一端连接电刷，另一端穿过对应托臂内腔后接至列车车体内的用电设备。

所述环形滑板底部固联有绝缘层以及绝缘层再经螺钉固联在环形金属底座上，金属底座再固定在转动底座上。

所述托架槽顶部开口外侧上还经螺钉固定有一个环形的圆角块，圆角块的形状由两个直角边和一个弧形边围合组成。

所述每个托臂顶部位置处还设置有导线保护壳，所述输电导线置于导线保护壳内；所述弹簧压接在电刷内侧面与导线保护壳的隔板之间。

所述托架槽上左右对称地设置有两个回线支架，回线支架为圆弧形且由内向外倾斜。

所述托臂底座为圆筒形。

所述托臂为沿同一圆周方向均布设置的4个。

与现有技术和结构相比，本发明的有益效果是：

1、相较于传统碳滑板，环形碳滑板在与接触网发生相对运动的过程中跟随性更好，环形滑板在旋转过程中，能够适应“之”字接触线与列车行进方向呈更大夹角的情况，因此环形碳滑板的外直径相较于传统的“一”字形滑板的长度可设计为更小长度，故减小了有效迎风面积，相应地减小了风阻，并改善了滑板的空气动力学性能，更加利于列车高速运行。环形碳滑板较传统的“一”字形滑板与接触网有效接触面积更大，能够在列车高速运动时更可靠地与接触网接触，减少离线率。同时，大接触面积能为列车传输更大容量电功率提供可行通道。

2、新型环形碳滑板依靠滑板表面与接触线间的产生的摩擦力以及空气阻力推动环形滑板旋转。列车运行过程中，接触线与转动的环形滑板间产生均匀摩擦，使环形碳滑板表面得到了完全的利用，提高了滑板材料的利用率，降低碳滑板的维护成本。

3、传统的“一”字形双弓结构的碳滑板依靠双弓碳滑板矩形分布的四点向车内传导电流，电流主要通过其中一点或两点传导，故高温点主要分布在这四点，温度分布不均匀，持续的高温容易造成碳滑板产生裂缝。新型环形碳滑板配有四个电刷，电流同样是通过四点传导。主要电流通过与接触点最近的电刷传入车内，环形碳滑板与接触网最多二个接触点，但碳滑板一直处于旋转状态，与电刷接触的触点时刻在改变，电流不会只在碳滑板固定一点与电刷接触，旋转结构为碳滑板提供了冷却时间，使碳滑板不会因为持续高温而损坏。

4、因此，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，在轨道交通领域具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明

图1a和图1分别为受电弓与接触线作用摩擦力推动滑板时以及摩擦力制动滑板时的示意图(受电弓工作状态下的示意图）。

图2为受电弓弓头的立体图。

图3为图2所示受电弓弓头的俯视图。

图4为图2所示受电弓弓头的截面图。

图5为受电弓弓头托架槽和碳滑板的截面细节图。

具体实施方式

附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1环形碳滑板，2（碳滑板）金属底座，3绝缘层，4转动底座，5（碳滑板）托架槽，6回线支架，7圆角块，8托臂，9托臂底座（圆筒形），10底部滑轮，11侧边滑轮，12电刷，13螺钉，14导线保护壳，15导线，16弹簧，17（导线保护壳内）隔板。

图5示出，一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头，用作安装固定在列车车顶的托臂底座9上部沿同一圆周方向均布设置有多个托臂8，每个托臂均沿一内凹弧线向上延伸而成，上述多个托臂8的顶部固联有一呈环形的中空托架槽5，托架槽5内腔中设置有截面为长方形的环形转动底座4，转动底座的左、右侧以及底部分别设置有左、右侧边滑轮11以及底部滑轮10；截面为矩形的环形碳滑板1设置在托架槽的与其内腔连通的顶部开口上、并固联在转动底座4上；对应于每个托臂位置处的托架槽的顶部开口的内侧均设置有一个电刷12，且该电刷12经弹簧16抵压在环形碳滑板1的内侧面上，输电导线一端连接电刷12，另一端穿过对应托臂8内腔后接至列车车体内的用电设备（此情况下，托架槽采用绝缘材质）。环形滑板1底部固联有绝缘层3以及绝缘层3再经螺钉13固联在环形金属底座2上，金属底座2再固定在转动底座4上。

本发明新型的受电弓弓头结构包括1环形碳滑板，2环形碳滑板金属底座，3碳滑板底部的绝缘层，带有4转动底座的5环形碳滑板托架槽，6防止接触线意外滑落的两端回线支架（圆弧形且由内向外倾斜，见图3、图4），7协助回线导弧圆角块（经螺钉固定在托架槽顶开口外侧上，截面形状由两个直角边和一个弧形边围合而成），8支撑托臂（沿同一圆周均布），9托臂底座，10支撑和传动碳滑板的底部滑轮，11传动固定和传动碳滑板的两侧边滑轮，12带固定关节的受流电刷，13固定螺钉，14导线保护壳（位于每个托臂顶部，输电导线置于其内），15输电导线。16弹簧（压接在电刷内侧面与导线保护壳内的隔板17之间）。

本发明所设计的新型受电弓结构的工作模式：环形的碳滑板与现有“之”字型布置的柔性接触网接触受流，由于接触线与环形碳滑板的纵向（即列车行进方向）存在一个夹角，因此接触线-环形滑板之间的摩擦力中存在一部分沿环形滑板切线方向的分力，带动环形碳滑板转动或制动。接触网“之”字型线路一个周期的间距相对于碳滑板外环半径足够长，运行中滑板上表面材料都能稳定与接触线摩擦，因此环形碳滑板整体上表面均能与接触线接触受流，且能够保证接触线与滑板间的均匀摩擦。

环形碳滑板下底面固定在一个环形金属底座上，碳滑板与金属底座间镶嵌有绝缘层，金属底座宽度略大于环形碳滑板宽度，便于将环形碳滑板安装于底座并用螺钉固定。托架亦为环形结构，带中空卡槽结构，可将含底座的环形碳滑板镶嵌其中。依靠金属底座的转动和固定依靠其底部和卡槽内部两侧的滚轮，能够实现环形滑板在环形托架中绕中空圆环转动。固定螺钉用于固定安装碳滑板金属底座和托架槽转动底座，便于碳滑板的安装、替换。运行过程中，通过接触线与碳滑板表面间产生的摩擦力，其中沿切线方向的分力使其顺时针/逆时针转动或制动。

装在碳滑板托架外侧的弧形回线支架可以有效避免掉线的发生，即使在接触线滑出环形碳滑板的受流范围，也可以在两端回线支架的作用下通过协助回线圆角块回到与环形滑板接触的受流区域。

受流电刷用螺钉固定在托架槽环形内环上端，便于安装和维护。4个受流电刷沿圆环四周对称安置，用于将滑板从接触线上获取的能量传导到受电弓并传输入车中。由于环形滑板在列车运行过程中处于旋转状态，4点对称放置的电刷在环形滑板旋转受流的过程中，设置多个电刷的原因在于受流过程中能够交替使用4个电刷（同理，可采用每个或6个电刷等），避免了长时间电流作用于一个电刷导致的过度电化学侵蚀，使得每个电刷都有散热窗口期，延长了电刷的使用寿命。电刷受流后，通过镶嵌在托臂中间的导线将电能通过托臂及底座传入车内，完成电能的输送。

Claims (6)

1.一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头，其特征在于，用作安装固定在列车车顶的托臂底座（9）上部沿同一圆周方向均布设置有多个托臂（8），每个托臂均沿一内凹弧线向上延伸而成，上述多个托臂（8）的顶部固联有一呈环形的中空托架槽（5），托架槽（5）内腔中设置有截面为长方形的环形转动底座（4），转动底座的左、右侧以及底部分别设置有左、右侧边滑轮（11）以及底部滑轮（10）；截面为矩形的环形碳滑板（1）设置在托架槽的与其内腔连通的顶部开口上、并固联在转动底座（4）上；对应于每个托臂位置处的托架槽的顶部开口的内侧均设置有一个电刷（12），且该电刷（12）经弹簧（16）抵压在环形碳滑板（1）的内侧面上，输电导线一端连接电刷（12），另一端穿过对应托臂（8）内腔后接至列车车体内的用电设备；

所述环形碳滑板（1）底部固联有绝缘层（3）以及绝缘层（3）再经螺钉（13）固联在环形金属底座（2）上，金属底座（2）再固定在转动底座（4）上；金属底座宽度大于环形碳滑板宽度。

2.根据权利要求1所述的一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头，其特征在于，所述托架槽（5）顶部开口外侧上还经螺钉固定有一个环形的圆角块（7），圆角块的形状由两个直角边和一个弧形边围合组成。

3.根据权利要求2所述的一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头，其特征在于，所述每个托臂顶部位置处还设置有导线保护壳（14），所述输电导线（15）置于导线保护壳（14）内；所述弹簧（16）压接在电刷（12）内侧面与导线保护壳（14）的隔板（17）之间。

4.根据权利要求3所述的一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头，其特征在于，所述托架槽（5）上左右对称地设置有两个回线支架（6），回线支架（6）为圆弧形且由内向外倾斜。

5.根据权利要求4所述的一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头，其特征在于，所述托臂底座（9）为圆筒形。

6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的一种环形滑板内嵌式电力牵引机车受电弓弓头，其特征在于，所述托臂（8）为沿同一圆周方向均布设置的4个。