CN110341485A - 一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电气列车集电系统技术领域，具体为一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，解决现有技术中受流滑板磨损不均匀和弓网接触力波动大带来的问题。在电气列车运行时，圆环形受流滑板与接触网线接触，受流滑板在列车运行时绕垂直于端面的中心轴线转动，受流滑板通过转动，不断改变与接触网线接触部位，实现均匀磨损和磨平接触面，使受流滑板都均匀磨损，提高滑板利用率，降低接触面不平带来冲击、应力集中，提高寿命；通过力传感器实时测量轴向力，得出弓网接触力，通过滑动机构实时调整弓头高度，控制弓网接触力，使受流滑板机械磨损小，离线率大幅降低，提高受电弓寿命。本发明结构简单、易行。
Description
技术领域
本发明涉及电气列车集电系统技术领域。
背景技术
受电弓是电气列车与牵引变电所实现电能交换的媒介，在电气化铁路系统占有十分重要的地位。在铁路牵引供电系统的电流回路中，受电弓是移动设备，架空接触网是固定设施，受电弓的滑板与接触线相互接触和运动，滑板和接触线接触部位磨损。为了保证受流滑板与接触网线接触可靠性，受流滑板长度一般都比较大，电气列车在运行时，受流滑板与接触网接触区主要在受流滑板中间部分，为了增大受流滑板与接触网接触区，接触网一般按之字形布置，拉出值一般为250mm-350mm，这样在一定程度上增大了受流滑板与接触网接触区，但是受流滑板主要接触在之字形网线覆盖区，一般在受流滑板中间600mm内，磨损大，受流滑板长度一般在1200mm及以上，两边很大一部分与接触网线接触少，磨损也很小，导致偏磨很严重，在现行电气列车检修中，受流滑板只要有一处磨损达到极限值就报废受流滑板，导致浪费很多，消耗大量滑板，随着电气列车速度不断提高和铁路、地铁线路不断增加，滑板消耗越来越多。由于受流滑板在列车运行中产生偏磨和局部损伤，导致受流滑板与接触网线的接触面出现凹凸不平，出现表面缺陷、表面尖峰，产生应力集中和增大冲击，容易导致受流滑板开裂等破坏，降低了受流滑板使用寿命。受电弓的滑板与接触网线的磨损与滑板接触网线之间的接触力相关，滑板接触网线之间的接触力增大，滑板、接触网线的机械磨损增大，滑板接触网线之间的接触力不能过大，否则磨损很大，但是接触力过小，在列车运行时，容易导致受流滑板离开网线，引起断电产生电火花，烧腐受流板和接触网线，电冲击电气列车电气设备，影响受电弓和电气设备寿命，控制滑板接触网线之间的接触力，使接触力在一个引起滑板磨损小、不产生离线的范围，也是提高受电弓寿命的一个办法。目前，不管是铁路、地铁电气列车的集电系统，普遍采用滑板与接触网线接触，随着列车速度增加，磨损增大、偏磨严重、冲击更大。目前降低磨损主要技术或者方法是采用各种耐磨材料的滑板，降低离线率的方法是减振等，但难以解决受流滑板偏磨和接触面不平出现的缺陷、离线电火花烧腐导致受流滑板使用寿命低的问题。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，解决现有技术中电气列车集电系统受流滑板偏磨、受流滑板与接触网接触力波动大导致磨损快、寿命偏低的问题。
本发明的技术方案为，一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，受电弓包括圆环形滑板、滑动机构、中心转轴、风轮、力传感器、转臂转动升降机构、计算机控制系统等。所述受流滑板是用导电性能优良耐磨材料制造的外径为R1、内径为R2的圆环或者几块外径为R1、内径为R2的圆环条组成圆环，圆环一个端面为平面与接触网线接触，并且与圆环中心轴线垂直，圆环形受流滑板在列车工作时绕垂直于端面的中心轴线转动，圆环形受流滑板与接触网线接触位置沿着圆环连续变动，整个受流滑板不同位置与接触网线接触概率均衡，磨损均匀，同时磨平受流滑板端面和减少缺陷。
圆环形受流滑板通过由导电性能优良材料制造的几块筋板与导电性能优良中心转轴连接，在中心转轴上紧靠筋板安装一个绝缘套，带内孔的轴向力传感器套在中心转轴绝缘套下面，在中心转轴上轴向力传感器下面再套一个绝缘套，中心转轴穿过安装座上的内孔支撑在安装座上，轴向力传感器实时测量轴向力。在安装座上靠近孔位置安装一个加速度传感器，实时测量受流滑板垂向加速度。圆环形受流滑板的中心转轴穿过安装座内孔，安装座安装在受电弓弓头座上，把接触网线电流传导入电气列车。通过实时测量轴向力和垂向加速度，可以分析得出受流滑板与接触网线接触力，判断接触状态，为控制系统调节弓头高度提供反馈控制信号。
紧靠安装座下面在中心转轴上安装由导电性能优良耐磨材料制造一个导电套，在安装座下面安装一个电刷组件，电刷压紧在导电套上，把接触网线电流传导入安装座。
在中心转轴靠近下面的导电套下方安装一个风轮，风力带动风轮转动，驱动圆环形受流滑板绕中心轴线转动，使受流滑板与接触网线接触部位随转动而沿圆环形受流滑板端面圆周方向连续变动。利用风力驱动，能降低重量和省去马达，结构简单。
圆环形受流滑板的中心转轴穿过支撑座内孔，支撑座安装在受电弓弓头座上，弓头安装在滑块上，把接触网线电流传导入电气列车。
滑动机构由调速电机、丝杆、螺母、导轨、滑块、支撑框架等组成，丝杆、导轨相互平行安装在支撑框架梁上，支撑框架一端安装调速电机，调速电机输出轴与丝杆连接，丝杆上装上螺母，螺母与滑块连接，滑块安装在导轨上，受电弓弓头安装在滑块，调速电机在控制信号控制下，调节转速、转动方向，带动滑块移动，改变受电弓弓头高度，控制受流滑板与接触网线接触状态。由调速电机、丝杆、螺母、导轨、滑块等组成的滑动机构，具有移动快速、灵敏、精度高、可靠，直接驱动弓头移动，迅速调节高度，控制接触网线与滑板接触力。
滑动机构作为一根转动臂安装在支持绝缘子上的底架上，滑动机构支撑框架梁上装有调速电机的一端安装在底架上，底架上安装一台调速电机，调速电机输出轴与滑动机构转轴连接，调速电机正、反转动，带动滑动机构绕转轴线转动，实现受电弓的升与降。
电气列车工作时，压力传感器、加速度传感器实时测出轴向力、加速度，轴向力、加速度信号通过传输线输入到计算机控制系统，由计算机控制系统得出受流滑板与接触网接触力，当接触力大于设定值时，由控制系统发出控制信号控制调速电机带动丝杆转动，驱动滑块向下运动，降低弓头高度，降低受流滑板与接触网线接触力，当接触力小于设定值时，由控制系统发出控制信号控制调速电机带动丝杆转动，驱动滑块向上运动，提高弓头高度，增加受流滑板与接触网线接触力，保持受流滑板与接触网线接触力在一个范围。
本发明在电气列车工作时，圆环形受流滑板一个端面为平面与接触网线接触，传导电流，并且与圆环中心轴线垂直，圆环形受流滑板在列车运行时绕垂直于端面的中心轴线转动，圆环形受流滑板通过转动，不断改变与接触网线接触部位，实现均匀磨损和磨平接触面，使整个受流滑板都均匀磨损，提高受流滑板利用率，降低接触面不平带来冲击、应力集中，提高寿命；通过力传感器实时测量轴向力，分析得出弓网接触力，通过滑动机构实时调整弓头高度，控制弓网接触力，使受流滑板机械磨损小，离线率大幅降低，提高受电弓寿命。本发明结构简单、易行。
附图说明
图1受电弓受流机构三维示意图
图2丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓三维示意图。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
图1所示为本发明的受电弓受流机构结构组成示意图，图中标号1为风轮，图中标号2为受流滑板，图中标号3为支持座，图中标号4为接触网线，图中标号5为绝缘套，图中标号6为力传感器，图中标号7为筋板，图中标号8为加速度传感器，图中标号9为电刷，图中标号10为导电套，图中标号11为中心转轴。在电器列车工作时，升起受电弓，使受流滑板与接触网线接触，接触网线电流经过受流滑板、筋板、中心转轴、导电套传到支持座，支持座安装在受电弓弓头座上，把接触网线电流传导入电气列车。
图1中标号2是圆环形受流滑板，是用导电性能优良耐磨材料制造的外径为R1、内径为R2(R1＞R2)或者几块外径为R1、内径为R2的圆环条组成的圆环，圆环一个端面为平面并与接触网线接触，传导电流，并且与圆环中心转轴(标号11)轴线垂直，圆环形受流滑板在列车运行时绕垂直于端面的中心轴线转动。圆环形受流滑板通过转动，使受流滑板与接触网线接触部位随转动而沿圆环形受流滑板端面圆周方向连续变动，实现均匀磨损和磨平接触面。
图1中标号5为绝缘套，图1中标号6为力传感器，图2中标号7为筋板，图1中标号11为中心转轴，筋板、中心转轴都由导电性能优良材料制造。绝缘套2个，一个紧靠筋板套在中心转轴上，紧靠其下面在中心转轴上套一个力传感器，在力传感器下面套另一个绝缘套。图1中标号8为加速度传感器，紧靠中心转轴安装在支撑座上。加速度传感器实时测量靠近中心转轴处垂向加速度，力传感器用于实时测量接触网线作用于受流滑板接触力和受流滑板、中心转轴、筋板、风轮等重力共同产生的轴向力，通过对测量的加速度和轴向力进行分析计算，得出接触网线作用于受流滑板的接触力，这样可以实时得到接触网线作用于受流滑板接触力。
图1中标号9为电刷，图1中标号10为导电套。导电套通过过盈配合装在中心转轴上，电刷安装在支撑座上，电刷紧压导电套，把电流传到支撑座。
图1中标号1为风轮，图1中标号11为中心转轴。风轮固定安装在中心转轴下端，列车运行时风力驱动风轮转动，风轮带动轴转动，驱动圆环形受流滑板绕中心转轴轴线转动，使受流滑板与接触网线接触部位随转动而变化。圆环形受流滑板在列车运行时绕垂直于端面的中心转轴轴线转动由也可以由马达驱动。
图2所示为丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓三维示意图，图中标号3为支持座，图中标号4为接触网线，图中标号12为弓头座，图中标号13为丝杆，图中标号14为滑块，图中标号15为螺母，图中标号16为调速电机，图中标号17为底架，图中标号18为支持绝缘子，图中标号19为调速电机，图中标号20为转臂转动轴、图中标号21为导轨，图中标号22为支撑框架梁。
滑动机构由调速电机16、丝杆13、螺母15、导轨21、滑块14、支撑框架梁22等组成，丝杆、导轨相互平行安装在支撑框架梁上，支撑框架梁一端安装调速电机，调速电机输出轴与丝杆连接，丝杆上装上螺母，螺母与滑块连接，滑块安装在导轨上，受电弓弓头座安装在滑块，调速电机在控制信号控制下，调节转速、转动方向，带动滑块移动，改变受电弓弓头高度，控制受流滑板与接触网线接触状态。
把滑动机构整体作为一根转动臂，其中包括调速电机16、丝杆13、螺母15、导轨21、滑块14、支撑框架梁22，它安装在支持绝缘子上的底架上，在支撑框架梁装有调速电机16的一端，固定安装转臂转动轴，底架上安装一台调速电机19，调速电机输出轴与转臂转动轴连接，调速电机正、反转动，带动转臂转动，实现受电弓的升与降。受电弓升与降的方式，调速电机19带动转臂转动和调速电机16带动丝杆驱动滑块移动，调速电机19带动转臂转动把转臂从水平位置转到一定角度后，调速电机16带动丝杆驱动滑块在导轨移动，调节高度，实现升弓，调速电机19带动转臂转动把转臂从倾斜位置转到水平位置实现降弓，转臂转动和滑块移动组合，覆盖受电弓行程最低位置和最高位置。
在实施过程中，本发明的圆环形受流滑板机构和滑动机构也可以用于单臂双杆受电弓，弓头受流采用圆环形受流滑板机构，单臂双杆受电弓上框架做成丝杆滑块滑动机构，圆环形受流滑板机构用来实现受流滑板均匀磨损和测量接触力，丝杆滑块滑动机构用来实现受电弓高度调节和接触力控制。
电气列车工作时，压力传感器、加速度传感器实时测出轴向力、加速度，轴向力、加速度信号通过传输线输入到计算机控制系统，由计算机控制系统得出受流滑板与接触网接触力，当接触力大于设定值时，由控制系统发出控制信号控制调速电机带动丝杆转动，驱动滑块向下运动，降低弓头高度，降低受流滑板与接触网线接触力，当接触力小于设定值时，由控制系统发出控制信号控制调速电机带动丝杆转动，驱动滑块向上运动，提高弓头高度，增加受流滑板与接触网线接触力，保持受流滑板与接触网线接触力在一个范围。受流滑板与接触网线接触力在电气列车工作时实时控制，应用现代控制理论和方法、人工智能技术，设计出比较优的控制方案，实施动态控制，在满足弓网受流要求时尽可能降低接触力，最大限度降低磨损。
Claims (9)
1.一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，其特征在于：受流滑板是用导电性能优良耐磨材料制造的外径为R1、内径为R2的圆环或者几块外径为R1、内径为R2的圆环条组成圆环，圆环一个端面为平面，此端面与接触网线接触，传导电流，并且与圆环中心轴线垂直，圆环形受流滑板在列车工作时绕垂直于端面的中心轴线转动。
2.一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，其特征在于：受电弓弓头包括受流滑板等安装在由导轨、丝杆和滑块等组成的滑动机构的滑块上，在电气列车工作时，受电弓弓头能随滑块在导轨上移动，实时调节受电弓弓头高度，改变受流滑板与接触网线接触状态。
3.如权利要求1所述的一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，其特征在于：圆环形受流滑板通过由导电性能优良材料制造的几块筋板与导电性能优良中心转轴连接，在中心转轴上紧靠筋板安装一个绝缘套，带内孔的轴向力传感器套在中心转轴绝缘套下面，在中心转轴上轴向力传感器下面再套一个绝缘套，中心转轴穿过安装座上的内孔支撑在安装座上，轴向力传感器实时测量轴向力。在安装座上靠近安装座内孔位置安装一个加速度传感器，实时测量受流滑板组件垂向加速度。中心转轴穿过安装座内孔，安装座安装在受电弓弓头座上，把接触网线电流传导入电气列车。
4.如权利要求1、3所述的一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，其特征在于：紧靠安装座下面在中心转轴上安装由导电性能优良耐磨材料制造一个导电套，在安装座下面安装一个电刷组件，电刷压紧在导电套上，把接触网线电流传导入安装座。
5.如权利要求1、3、4所述的一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，其特征在于：在中心转轴靠近下面的导电套下方安装一个风轮，风力带动风轮转动，驱动圆环形受流滑板绕中心轴线转动，使受流滑板与接触网线接触部位随转动而沿圆环形受流滑板端面圆周方向连续变动。
6.如权利要求1、3、4、5所述的一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，其特征在于：圆环形受流滑板的中心转轴穿过支撑座内孔，支撑座安装在受电弓弓头座上，弓头座安装在滑块上，把接触网线电流传导入电气列车。
7.如权利要求2所述的一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，其特征在于：滑动机构由调速电机、丝杆、螺母、导轨、滑块、支撑框架梁等组成，丝杆、导轨相互平行安装在支撑框架梁上，支撑框架梁一端安装调速电机，调速电机输出轴与丝杆连接，丝杆上装上螺母，螺母与滑块连接，滑块安装在导轨上，受电弓弓头座安装在滑块上，调速电机在控制信号控制下，调节转速、转动方向，带动滑块移动，改变受电弓弓头高度，控制受流滑板与接触网线接触状态。
8.如权利要求2、7所述的一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，其特征在于：滑动机构作为一根转动臂安装在支持绝缘子上的底架上，在转动臂支撑框架梁上装有调速电机的一端，固定安装转臂转动轴，底架上安装一台调速电机，调速电机输出轴与转臂转动轴连接，调速电机正、反转动，带动转臂转动，实现受电弓的升与降。
9.如权利要求1-8所述的一种丝杆滑块滑动机构自动控制弓网接触力的圆环形受流滑板受电弓，其特征在于：电气列车工作时，压力传感器、加速度传感器实时测出轴向力、加速度，轴向力、加速度信号通过传输线输入到计算机控制系统，由计算机控制系统得出受流滑板与接触网接触力，当接触力大于设定值时，由控制系统发出控制信号控制调速电机带动丝杆转动，驱动滑块向下运动，降低弓头高度，降低受流滑板与接触网线接触力，当接触力小于设定值时，由控制系统发出控制信号控制调速电机带动丝杆转动，驱动滑块向上运动，提高弓头高度，增加受流滑板与接触网线接触力，保持受流滑板与接触网线接触力在一个范围。
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