CN110303891B - 含减震结构的自润滑模块化金属滚筒电力机车受电弓弓头 - Google Patents

Abstract

一种含减震结构的自润滑模块化金属滚筒电力机车受电弓弓头，U形的绝缘底座的两个上端面上安装有纯碳滑板，一组以上的金属滚筒设置在该底座的水平底板上；每组金属滚筒的设置方式为：两个T字形绝缘支架下部分别伸入水平底板的一个凹槽中，并经其上的孔套装在从水平底板外侧旋入的固定螺栓上，每个绝缘支架左右两侧对称地设置有弹簧减震机构，两个金属滚筒经固定轴设置在该两个支架之间；金属滚筒结构为：金属圆筒经绝缘轴承套装在金属轴上，环形受流电刷固定在金属轴上，环形受流电刷外表面与金属圆筒内壁接触，本发明具有自润滑作用，弓网之间柔性接触并形成滚动摩擦配合，具有能适应列车牵引功率需求变化，使用寿命更长等特点。

Description

含减震结构的自润滑模块化金属滚筒电力机车受电弓弓头

技术领域

本发明涉及有轨交通技术领域，特别涉及地铁轻轨等电力牵引机车的一种受电弓弓头。

背景技术

电力牵引机车通常采用“受电弓—接触网”相互接触传输电能。通常，受电弓安装于列车车厢顶部并托举单支或多支碳滑板，而接触网通过沿铁路线设置的杆塔悬吊于车顶上方， 电能通过接触网与碳滑板接触经过受电弓传向车内。弓网系统是列车获取稳定电能的关键。

为了使列车运行过程中接触线与碳滑板表面尽可能的均匀摩擦，所以悬吊接触线的杆塔普遍采用了沿铁路线两侧交叉设置，故接触线沿线呈‘Z’字型的方式架设，‘Z’字型布线使得接触线与碳滑板表面有更大的接触区域。通常，接触线‘Z’字型的架设使得接触线在碳滑板中心周围约 60%-70%的“甜区”相对往复滑动。‘Z’字型布线一方面为了使碳滑板的材料更均匀的磨耗，另一方面也使得接触线在碳滑板表面的接触点不断移动为滑板提供散热时间。

现有的受电弓与“Z”字形布置的接触线接触受流，列车高速运行过程中弓网间产生高速相对运动，遇到接触网硬点还会产生剧烈冲击，导致受流接触面积小甚至产生拉弧现象，在碳滑板表面将产生电弧烧蚀损伤，影响滑板受流效果及使用寿命。同时，传统滑板虽然与接触线摩擦接触时会发生横向位移，但是就实际使用情况而言，滑板横向有效使用面积仅在“接触甜区”，接触面积并没有覆盖整个滑板，导致滑板材料利用率有限，甚至在滑板报废时，滑板表面仍有 20%左右的区域从未与接触线发生接触。由于车网高速相对运动导致的冲击主要作用于滑板有效使用面积处，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， 严重影响了滑板的使用寿命及材料使用效率。

现有的受电弓碳滑板还存在几个亟待解决的瓶颈问题：（1）碳滑板的材料利用不充分，定期更换磨耗殆尽的碳滑板耗费大量人工成本；（2）在列车高速运行过程中，碳滑板磨耗尤其严重，在列车高速运行下，低速下碳滑板与接触线间的柔性摩擦逐渐演变为接触线与碳滑板间的刚性冲击，刚性冲击容易导致碳滑板出现崩边掉块，而滑板的崩边掉块使得滑板表面面积缩小，而“接触线—碳滑板”接触面积缩小直接导致局部接触区域电流密度激增，随之焦耳热也激升，加速了滑板老化。损伤的区域越多，接触面越有限，形成了恶性循环；（3）列车高速运行时，碳滑板跟随接触线性能不佳，弓网离线率增加，将导致接触线与碳滑板间电弧频发并引起滑板与接触线间受流不稳定而产生电弧，电弧会对滑板表面及内部造成烧蚀而加速滑板的老化；（4）现有搭载碳滑板的弓网系统主要应用于柔性接触网受流，用于刚性接触网时，在刚性悬挂关节、刚性区间大弯道处、刚性分段绝缘器处等位置都容易造成滑板磨耗过快，同时也造成接触线磨耗不均匀影响列车运营。（5）碳滑板与接触线发生相对摩擦时滑动摩擦严重，尤其在极端气候条件下传统碳滑板抗磨耗、抗冲击性能差，例如风沙情况下砂砾附着在碳滑板表面将加快接触线和碳滑板的磨损；此外，在冰雪情况下列车运行过程中接触线表面的覆冰可能与碳滑板产生机械冲击，造成滑板损伤甚至断裂。（6）现有弓网系统碳滑板数量固定，难以通过增减滑板数量适应列车牵引力功率需求的变化，难以满足电力牵引机车速度提高及牵引力功率增加的需求。

中国专利文献有如下公开：

文献一“一种受电弓弓头”（CN201810132964X）：包括支撑结构；能够与接触线接触、滚动的滚筒结构；连接支撑结构和滚筒结构的连接结构以及使滚筒在接触线的径向上移动而与接触线恢复对正的横向对正弹簧。该弓头避免了滑板与接触线在横向和纵向上的滑动摩擦， 提高了弓网间受流效果。

文献二“一种滚动接触受电弓弓头”（CN201410030035X）：它包括：滚筒，具有通孔的左、右端盖，导电叶片，导电液，金属导电轴及左、右导角。金属导电轴设置在滚筒内，并从左、右端盖中伸出，滚筒内装有导电液，导电叶片设置在金属导电轴上；左、右导角设在滚筒两端，并与滚筒无缝对接。它形成弓网滚动摩擦，降低了弓网离线率，改善了受流质量。

上述二者均将弓网接触滑动摩擦改为滚动摩擦，但是，二者的滚筒结构设计方面存在有待改进和完善的地方。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题而提供一种具有自润滑作用、弓（指弓头，具体为金属滚筒）网（刚性接触线）柔性接触并形成滚动摩擦配合、能适应列车牵引功率需求变化、使用寿命更长的含减震结构的自润滑模块化金属滚筒电力机车受电弓弓头。

本发明的目的是这样实现的：一种含减震结构的自润滑模块化金属滚筒电力机车受电弓弓头，绝缘底座由左、右侧立板和水平底板组成，绝缘底座左右侧立板的上端面上分别可拆卸地安装有用作与刚性接触线相接触而起润滑作用的一个纯碳滑板；该绝缘底座的长方形水平底板上沿纵向（长边方向）设置有一组以上的金属滚筒，每组金属滚筒的设置方式为：两个“T”字形的绝缘支架竖向段的下部分别伸入水平底座上一个凹槽中，并经其上的孔套装在从水平底板外侧面旋入的固定螺栓上，且每个绝缘支架左右两侧分别对称地设置有一个具有两自由度的弹簧减震结构，两个绝缘支架的两个水平段之间平行地设置有两个金属滚筒；每个金属滚筒结构为：用作与刚性接触线相接触来传输电能的金属圆筒经绝缘轴承套装在用作经导线将电能传输至车载用电设备的金属轴上，且环形受流电刷固定在金属轴上，且环形受流电刷外表面与金属圆筒内壁接触；每个金属滚筒的金属轴固定座在两个绝缘支架的两个水平段上。

所述弹簧减震结构为：绝缘支架竖向段上向外水平伸出的两个耳板的孔中旋接有一根螺栓，绝缘底座的水平底板上沿纵向固定有两个螺母，另一螺栓旋接在该两个螺母上，弹簧两端分别挂接在上述螺栓和另一螺栓上。

所述绝缘轴承和环形受流电刷均为两个，两个绝缘轴承分别位于金属圆筒内腔左、右两端，两个环形受流电刷左右对称地设置在金属圆筒内腔、且位于两个轴承之间。

所述金属滚筒为均布设置的三组，所述金属圆筒的材质为纯铜或铜合金。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、将传统碳滑板与接触网通过滑动摩擦方式受流转化为金属滚筒与接触网通过滚筒接触传输电能。在列车运行过程中，替代传统碳滑板的金属滚筒与接触线接触，且之间的滚动摩擦力带动金属滚筒旋转，相对于传统的滑动摩擦产生的热量显著降低，且金属滚筒表面较碳基材料更坚硬且散热性能好，导电率更高，列车在高速运动过程中传统碳滑板在过接触线硬点处产生剧烈机械冲击，而金属滚筒与接触线发生高速相对运动的过程中有效降低了列车高速情况下弓网间的剧烈机械冲击，金属滚筒受电弓抗冲击抗磨损性能较传统碳滑板更高；因而，使用寿命更长。

2、为了进一步增加系统的弹性、柔性、获得更佳的随线性能，每支金属滚筒的支撑臂安装了两个自由度的弹簧减震结构，使金属滚筒与刚性接触线之间形成柔性接触，使得每只滚筒能够更好地跟随波动中的接触线，并在遇到冲击时能够独立减震，且能应对垂直、水平等更广角度的冲击，能够更好的跟随波动中的接触线，显著降低了离线率，并减小了因离线产生的电弧对滚筒表面产生的烧蚀概率。

3、安装金属滚筒的绝缘底座前后都安装了纯碳滑块，高度与金属滚筒一致，纯碳滑块可拆卸更换，不起受流作用，为接触线与滚筒提供碳粉，起到润滑的作用，进一步降低了金属滚筒滑板与接触线的摩擦损耗；

4、绝缘底座上可安装多组金属滚筒，以适应列车牵引力功率需求变化，在增加金属滚筒组数情况下，以满足电力牵引机车速度提高及功率增加的需求。

5、本发明多金属滚筒的受电弓头具备的低磨耗及良好的散热及随线性能，也能够直接采用更小的接触线水平拉出值，因接触线水平拉出值减小可直接使得接触线与滚筒的主要接触区域——“甜区”缩小，接触线与滚筒间产生的滚动摩擦也不会对滚筒造成快速磨损，这一改进能够有效减少接触网铺设的用料，降低成本。

6、基于本发明金属滚筒式滑板突出的结构强度及散热性能，“Z”字型铺设的接触线可采用更小的拉出值缩减接触线总长度节省接触线用料量，同时随着接触线拉出值减小也能采用更短的滚筒改善系统气动力学性能。目前电力机车通行的隧道将更多的采用刚性接触网，刚性接触网相比柔性接触网将对传统的弓网碳滑板造成更严重的磨损，而本发明受电弓弓头更能够适应刚性接触网，亦适应刚性与柔性接触网交替使用的情况。

本发明解决了现有技术中滑板存在的抗冲击性较弱、散热效率较低、随线性能不理想、高速下受流不稳定、气候适应性不强等问题，本发明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 1 为受电弓弓头与接触线作用的示意图。

图 2 为受电弓弓头的立体图。

图 3 为受电弓的主视图。

图 4 为金属滚筒滑板的截面图。

图 5 为受电弓转轴的剖面图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下:1—金属滚筒，2—绝缘支架，3—弹簧减震结构，4—绝缘底座，5—纯碳滑板，6—螺栓，6a—另一螺栓，7—固定螺栓，8—绝缘轴承，9—环形受流电刷，10—金属轴，11—金属圆筒，12—刚性接触线。

具体实施方式

图 2、图 3 示出，一种含减震结构的自润滑模块化金属滚筒电力机车受电弓弓头，绝缘底座 4 由左、右侧立板和水平底板组成，绝缘底座 4 左右侧立板的上端面上分别可拆卸地安装有用作与刚性接触线 12 相接触而起润滑作用的一个纯碳滑板 5；该绝缘底座 4 的长方形水平底板上沿纵向设置有一组以上的金属滚筒 1，每组金属滚筒 1 的设置方式为：两个“T”字形的绝缘支架 2 竖向段的下部分别伸入水平底座上一个凹槽中，并经其上的孔套装在从水平底板外侧面旋入的固定螺栓 7 上，且每个绝缘支架 2 左右两侧分别对称地设置有一个具有两自由度的弹簧减震结构 3，两个绝缘支架 2 的两个水平段之间平行地设置有两个金属滚筒 1； 每个金属滚筒 1 结构为：用作与刚性接触线 12 相接触来传输电能的金属圆筒 11 经绝缘轴承8 套装在用作经导线将电能传输至车载用电设备的金属轴 10 上，环形受流电刷 9 固定在金属轴 10 上，环形受流电刷 9 外表面与金属圆筒 11 内壁接触；每个金属滚筒 1 的金属轴 10 固定座在两个绝缘支架 2 的两个水平段上。底座形状为“U”字形（参见图 3），底座的底板为长方形，该长方形的长边为横向。金属圆筒 11 与纯碳滑板 5 等高。同一绝缘支架 2 上的两个金属轴 10 左右对称，见图 3。“T”字形绝缘支架 2 由一竖向段和一水平段组成（二者均为长方形板件）。

弹簧减震结构 3 为：绝缘支架 2 竖向段上向外水平伸出的两个耳板的孔中旋接有一根螺栓 6，绝缘底座 4 的水平底板上沿纵向固定有两个螺母，另一螺栓 6a 旋接在该两个螺母上， 弹簧两端分别挂接在上述螺栓 6 和另一螺栓 6a 上。弹簧、绝缘支架以及纯碳滑板（其两端采用金属压接件经螺栓固定在绝缘底座上）均方便拆卸更换。

绝缘轴承 8 和环形受流电刷 9 均为两个，两个绝缘轴承 8 分别位于金属圆筒11 内腔左、右两端，两个环形受流电刷 9 左右对称地设置在金属圆筒 11 内腔、且位于两个轴承之间。

金属滚筒 1 为均布设置的三组，所述金属圆筒 11 的材质为纯铜或铜合金。

本发明的新型受电弓头的工作模式：金属滚筒 1 与直线布置的刚性接触线 12接触受流，

由于刚性接触线 12 与金属滚筒 1 在运行状态下接触时，滚筒会在摩擦力的作用下发生滚动，使金属滚筒 1 与刚性接触线 12 均匀接触受流。

支撑金属滚筒 1 的绝缘支架 2 与绝缘底座 4 相连，该绝缘支架 2 两个一组，用来固定金属滚筒的位置，绝缘底座 4 左右两侧设置凹槽，用固定螺栓 7 来固定绝缘支架 2（绝缘支架 2铰接在固定螺栓 7 上）的位置，同时凹槽会有多余的裕量，弹簧减震结构3 对称布置，用螺栓 6 和另一螺栓 6a 连接在绝缘支架 2 与绝缘底座 4 之间，在列车高速运行过程中，特别是当接触网不平顺或是滚筒与接触线出现硬接触时，弹簧减震结构可以通过自身的伸缩缓冲压力的变化，使滚筒式滑板即金属滚筒与接触线始终保证良好的接触，从而降低二者的离线率，有效避免电弧产生以及提升受流效果。

绝缘底座 4（呈 U 字形）前后设置有纯碳滑板 5，接触线与纯碳滑板接触后附着碳粉，可以增加与滚筒之间的润滑性，减少摩擦损耗，弥补了用金属滚筒滑板代替目前碳滑板后，润滑性不够的问题。位于金属滚筒内部的绝缘轴承 8 可以保证金属滚筒与接触线接触时绕着金属轴 10 自由滚动，金属圆筒 11 采用纯铜或铜合金，环形受流电刷一侧固定在金属轴 10 上，另一侧紧贴金属圆筒内壁，金属圆筒与接触线 12 接触受流，电流经过受流电刷和金属轴传递到导电线路上，最后为电力牵引机车供能。

Claims (4)

1.一种含减震结构的自润滑模块化金属滚筒电力机车受电弓弓头，其特征在于，绝缘底座（4）由左、右侧立板和水平底板组成，绝缘底座（4）左右侧立板的上端面上分别可拆卸地安装有用作与刚性接触线（12）相接触而起润滑作用的一个纯碳滑板（5）；该绝缘底座（4）的长方形水平底板上沿纵向设置有一组以上的金属滚筒（1），每组金属滚筒（1）的设置方式为：两个“T”字形的绝缘支架（2）竖向段的下部分别伸入水平底座上一个凹槽中，并经其上的孔套装在从水平底板外侧面旋入的固定螺栓（7）上，且每个绝缘支架（2）左右两侧分别对称地设置有一个具有两自由度的弹簧减震结构（3），两个绝缘支架（2）的两个水平段之间平行地设置有两个金属滚筒（1）；每个金属滚筒（1）结构为：用作与刚性接触线（12）相接触来传输电能的金属圆筒（11）经绝缘轴承（8）套装在用作经导线将电能传输至车载用电设备的金属轴（10）上，环形受流电刷（9）固定在金属轴（10）上，环形受流电刷（9）外表面与金属圆筒（11）内壁接触；每个金属滚筒（1）的金属轴（10）固定座在两个绝缘支架（2）的两个水平段上。

2.根据权利要求 1 所述的一种含减震结构的自润滑模块化金属滚筒电力机车受电弓弓头，其特征在于，所述弹簧减震结构（3）为：绝缘支架（2）竖向段上向外水平伸出的两个耳板的孔中旋接有一根螺栓（6），绝缘底座（4）的水平底板上沿纵向固定有两个螺母，另一螺栓（6a）旋接在该两个螺母上，弹簧两端分别挂接在上述螺栓（6）和另一螺栓（6a）上。

3.根据权利要求1 或2 所述的一种含减震结构的自润滑模块化金属滚筒电力机车受电弓弓头，其特征在于，所述绝缘轴承（8）和环形受流电刷（9）均为两个，两个绝缘轴承（8）分别位于金属圆筒（11）内腔左、右两端，两个受流电刷（9）左右对称地设置在金属圆筒（11）内腔、且位于两个轴承之间。

4.根据权利要求 3 所述的一种含减震结构的自润滑模块化金属滚筒电力机车受电弓弓头，其特征在于，所述金属滚筒（1）为均布设置的三组，所述金属圆筒（11）的材质为纯铜或铜合金。