CN110549857B - 一种受电弓主动控制装置及其控制方法 - Google Patents

一种受电弓主动控制装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种受电弓主动控制装置及其控制方法，属于电气化铁路受电弓‑接触网系统技术领域。中心导杆下端穿过移动质量块的通孔和作动器套筒式伸缩杆，进入作动器底座并与其下端固定；移动质量块的一端自由，另一端与作动器套筒式伸缩杆上端固结；作动器套筒式伸缩杆下端与作动器底座连接；作动器底座下端与上框架靠近尾部的横杆固结，所述受电弓底架设有控制器，作动器底座的信号输入端通过信号线缆与控制器的输出端连接，信号采集端为控制器的信号输入端。当移动质量块向上框架顶部横杆移动时，上框架整体结构重心向靠近受电弓弓头方向移动，受电弓抬升力下降；移动质量块向上框架靠近尾部的横杆移动时，受电弓抬升力上升。

Description

一种受电弓主动控制装置及其控制方法
技术领域
本发明属于电气化铁路受电弓-接触网系统主动控制技术领域。
背景技术
在高速电气化铁路中，安装于列车车顶的受电弓与架设在轨道线路旁的接触网通过滑动接触实现电能的传输，而受电弓弓头受力环境及接触网-受电弓之间的动态接触力反映了弓网系统的受流质量。通常采用的单臂受电弓存在开口和闭口两种工作模式，两种运行方向时受电弓平均抬升力会有差异，偏离理想受电弓静态抬升力范围。弓网动态接触力必须被控制在合理的范围，动态接触力太大会增加弓网高速运行冲击力和弓网接触副磨损，动态接触力太小，不能保证足够的接触面积，降低弓网接触副电能承载能力，发生燃弧烧蚀接触副表面等不良现象。为了解决上述问题，研究多从受电弓主动控制的角度出发对弓网动态相互作用过程进行控制，从而在保证良好的受流质量的同时，减轻弓网动态冲击，降低滑板和接触线磨耗。
目前国内外较为通常使用的方式是通过升弓机构控制受电弓框架结构抬升力来控制弓网动态相互作用过程，包括文献《基于空气弹簧高速受电弓的气压伺服主动控制研究》、《弓网最优接触压力载荷决策与受电弓主动控制研究》，《中国标准动车组受电弓主动控制单元设计》、《基于气动系统的受电弓主动控制试验装置的研究》以及《Active controlof contact force for high-speed railway pantograph-catenary based on multi-body pantograph model》、《Active Control of a High-Speed Pantograph》等。但这种控制方式应用至实际弓网受流过程中，由于控制时间滞后，动作响应迟缓，灵敏度低，无法满足列车高速运行需求，且控制器功率消耗较大，未达到良好的动态接触力控制效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种受电弓主动控制装置，它能有效地解决优化轨道交通领域弓网系统动态相互作用性能，减少弓网冲击，改善弓网受流质量的技术问题。
本发明的另一个目的是提供一种受电弓主动控制方法，它能有效地解决优化轨道交通领域弓网系统动态相互作用性能，减少弓网冲击，改善弓网受流质量的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种受电弓主动控制装置，包括受电弓底座、受电弓下臂杆、上框架顶部横杆和碳滑板，所述下臂杆的上端与上框架尾部的铰支座铰接，下端为倒“T”字形结构，倒“T”字形横档的两端与受电弓底座两侧纵档中前部的凸耳铰接；拉杆的上端与上框架后端部的铰支座铰接，下端与受电弓底座后横档中部的铰支座铰接；中心导杆上端与上框架顶部横杆中间位置固结；中心导杆下端穿过移动质量块的通孔和作动器套筒式伸缩杆，进入作动器底座并与其下端固定；移动质量块的一端自由，另一端与作动器套筒式伸缩杆上端固结；作动器套筒式伸缩杆下端与作动器底座连接；作动器底座下端与上框架靠近尾部的横杆固结，所述受电弓底架设有控制器，作动器底座的信号输入端通过信号线缆与控制器的输出端连接，信号采集端为控制器的信号输入端。
所述中心导杆、移动质量块、作动器套筒式伸缩杆、作动器底座中心线共线，且中心线位于受电弓中心对称平面内。
所述信号线缆沿着受电弓拉杆或受电弓下臂杆布线至受电弓底架再与连接控制器连接。
所述移动质量块的质量相较于中心导杆、作动器套筒式伸缩杆及作动器底座质量大。
所述作动器采用电力作动器。
本发明的另一个目的是通过以下技术方案来实现：一种受电弓主动控制方法，当移动质量块向上框架顶部横杆移动时，上框架整体结构重心向靠近受电弓弓头方向移动，受电弓抬升力下降；移动质量块向上框架靠近尾部的横杆移动时，上框架整体结构重心向受电弓尾部方向移动，受电弓抬升力上升。
所述电力作动器控制目标是移动质量块质量的动态位移量。
所述信号采集器收集以下信号作为控制器输入信号：列车运行方向、列车速度、列车牵引制动加速度、升弓机构气压力、升弓机构弹簧行程和滑板支撑力中的一种或多种信号。
本发明的工作原理：
(1)信号采集端收集到列车运行方向、列车速度、列车牵引制动加速度、升弓机构气压力、升弓机构弹簧行程、滑板支撑力、滑板加速度、滑板位移等信号后，将其传递给控制器；控制器结合当前信息给出作动器控制位移量。
(2)作动器伸缩杆执行控制器给出的位移命令，与移动质量块一起沿着中心导杆运动；移动质量块与中心导杆的运动，使得上框架整体重心发生纵向偏移：当朝向受电弓弓头运动时，重心偏移使得受电弓总抬升力减小，当朝向受电弓尾部运动时，重心偏移使得受电弓总抬升力增大。基于此，实现弓网动态受流过程中受电弓抬升力的动态控制，减小弓网冲击力，增大弓网接触最小值，从而优化弓网动态相互作用性能。
与现有技术相比的优点或效果：
(1)控制方式简单。仅控制单一位移量，易于实现；控制移动质量块位移的方式，作动器系统功率小，伸缩动作灵敏。
(2)适应性范围广。能够适用于干线受电弓高速受流控制和城轨受电弓大电流受流控制。
(3)功能强大。存在三种工作模式：一种缓慢动作模式，用于修正受电弓开闭口运行方向、气动载荷、列车加减速阶段的受电弓平均抬升力；一种快速动作模式用于减小弓网动态接触力最大值和提高最小值；当受电弓降弓时，移动质量块向上框架/上臂杆顶部移动时，能够增大受电弓落弓保持力，减小受电弓在降弓状态被气动力升起的风险。
附图说明
图1为基于上框架的受电弓主动控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
一种受电弓主动控制装置，包括受电弓底座11、受电弓下臂杆12、上框架顶部横杆14和碳滑板15，所述下臂杆12的上端与上框架2尾部的铰支座铰接，下端为倒“T”字形结构，倒“T”字形横档的两端与受电弓底座11两侧纵档中前部的凸耳铰接；拉杆7的上端与上框架2后端部的铰支座铰接，下端与受电弓底座11后横档中部的铰支座铰接；其特征在于：中心导杆1上端与上框架2顶部横杆14中间位置固结；中心导杆1下端穿过移动质量块3的通孔和作动器套筒式伸缩杆4，进入作动器底座5并与其下端固定；移动质量块3的一端自由，另一端与作动器套筒式伸缩杆4上端固结；作动器套筒式伸缩杆4下端与作动器底座5连接；作动器底座5下端与上框架靠近尾部的横杆6固结，所述受电弓底架11设有控制器9，作动器底座5的信号输入端通过信号线缆8与控制器9的输出端连接，信号采集端10为控制器9的信号输入端。
所述中心导杆1、移动质量块3、作动器套筒式伸缩杆4、作动器底座5中心线共线，且中心线位于受电弓中心对称平面内。
所述信号线缆8沿着受电弓拉杆7或受电弓下臂杆12布线至受电弓底架11再与连接控制器9连接。
所述移动质量块3的质量相较于中心导杆1、作动器套筒式伸缩杆4及作动器底座5质量大。
作动器采用电力作动器。
一种受电弓主动控制方法，当移动质量块3向上框架顶部横杆14移动时，上框架整体结构重心向靠近受电弓弓头方向移动，受电弓抬升力下降；移动质量块3向上框架靠近尾部的横杆6移动时，上框架整体结构重心向受电弓尾部方向移动，受电弓抬升力上升。
所述电力作动器控制目标是移动质量块3质量的动态位移量。
所述信号采集器10收集以下信号作为控制器9输入信号：列车运行方向、列车速度、列车牵引制动加速度、升弓机构气压力、升弓机构弹簧行程和滑板支撑力中的一种或多种信号。
信号线缆8沿着受电弓拉杆7或沿着受电弓下臂杆12走线至受电弓底架11再与控制器9连接；控制器9与信号采集端10安装在受电弓底座11上或者安装在车顶上，安装在车顶时需要通过绝缘子间接与车顶连接固定。

Claims (8)

1.一种受电弓主动控制装置，包括受电弓底座（11）、受电弓下臂杆（12）、上框架顶部横杆（14）和碳滑板（15），所述下臂杆（12）的上端与上框架（2）尾部的铰支座铰接，下端为倒“T”字形结构，倒“T”字形横档的两端与受电弓底座（11）两侧纵档中前部的凸耳铰接；拉杆（7）的上端与上框架（2）后端部的铰支座铰接，下端与受电弓底座（11）后横档中部的铰支座铰接；其特征在于：中心导杆（1）上端与上框架（2）顶部横杆（14）中间位置固结；中心导杆（1）下端穿过移动质量块（3）的通孔和作动器套筒式伸缩杆（4），进入作动器底座（5）并与其下端固定；移动质量块（3）的一端自由，另一端与作动器套筒式伸缩杆（4）上端固结；作动器套筒式伸缩杆（4）下端与作动器底座（5）连接；作动器底座（5）下端与上框架靠近尾部的横杆（6）固结，所述受电弓底座（11）设有控制器（9），作动器底座（5）的信号输入端通过信号线缆（8）与控制器（9）的输出端连接，信号采集端（10）为控制器（9）的信号输入端。
2.根据权利要求1所述的受电弓主动控制装置，其特征在于：所述中心导杆（1）、移动质量块（3）、作动器套筒式伸缩杆（4）、作动器底座（5）中心线共线，且中心线位于受电弓中心对称平面内。
3.根据权利要求1所述的受电弓主动控制装置，其特征在于：所述信号线缆（8）沿着受电弓拉杆（7）或受电弓下臂杆（12）布线至受电弓底座（11）再与连接控制器（9）连接。
4.根据权利要求1所述的受电弓主动控制装置，其特征在于：所述移动质量块（3）的质量相较于中心导杆（1）、作动器套筒式伸缩杆（4）及作动器底座（5）质量大。
5.根据权利要求1所述的受电弓主动控制装置，其特征在于：作动器采用电力作动器。
6.一种基于权利要求1所述的受电弓主动控制装置的受电弓主动控制方法，当移动质量块（3）向上框架顶部横杆（14）移动时，上框架整体结构重心向靠近受电弓弓头方向移动，受电弓抬升力下降；移动质量块（3）向上框架靠近尾部的横杆（6）移动时，上框架整体结构重心向受电弓尾部方向移动，受电弓抬升力上升。
7.根据权利要求6所述的一种受电弓主动控制方法，其特征在于：作动器采用电力作动器，所述电力作动器控制目标是移动质量块（3）质量的动态位移量。
8.根据权利要求6所述一种受电弓主动控制方法，其特征在于：所述信号采集端（10）收集以下信号作为控制器输入信号：列车运行方向、列车速度、列车牵引制动加速度、升弓机构气压力、升弓机构弹簧行程和滑板支撑力中的一种或多种信号。
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