CN111016668B - 一种适用于高速铁路的双环型“受流--接地”兼容系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于高速铁路的双环型“受流‑‑接地”兼容系统，包括结构对称的受电弓组件和回流弓组件；受电弓组件的环形弓头通过支架结构铰接于受电弓底座上；弓头凹槽外壳为环状结构，其顶部沿环面设有环形的凹槽，凹槽设有环形的碳滑块底座，碳滑块底座底部与凹槽底部之间设有底座滚轴，凹槽两侧槽壁上通过弹簧固定有电刷和滚轴，且电刷连接到引出电缆线上；环形碳滑板通过绝缘垫固定于碳滑块底座上方；受电弓组件中的环形碳滑板与接触网线接触受流，回流弓组件中的环形碳滑板与回流线接触回流。本发明避免了大电流长时间作用于固定的受流电刷上，避免电刷受到过度的电化学侵蚀，延长了受流电刷的使用寿命。

Description

一种适用于高速铁路的双环型“受流--接地”兼容系统

技术领域

本发明涉及有轨轨道交通弓网受流技术领域，具体为一种适用于高速铁路的双环型“受流--接地”兼容系统。

背景技术

轨道交通作为我国基础设施建设中重要组成部分，对维持我国经济持续稳定发展，加强城市之间高效快速的交流合作起着十分重要的作用。在轨道交通中，电能是驱动电力机车重要能源，安全稳定的电能供应对轨道交通的正常运转意义重大。目前，电力牵引机车的受流方式大多采用弓网受流，即“受电弓-接触网”系统，接触网一般通过立柱、腕臂等结构沿列车运行线路架设在轨道上方，受电弓通过底座固定在机车车顶。通过受电弓上的碳滑板与接触线摩擦接触，将电能从接触网传输到电力牵引机车内，实现列车的正常运行。

在电力牵引机车的核心装置中，受电弓占据着重要的地位，它是电力机车与牵引变电所实现电能传输的媒介，是列车正常运行的重要保障。在铁路牵引供电系统的电流回路中，受电弓属于可动设备，而位于车顶上方的架空接触网是固定装置，在列车高速运行时，受电弓的直型碳滑板与接触线发生高速相对滑动摩擦，虽然按之字形布置的接触网在与碳滑板接触时，会在横向上发生相对位移，从而达到尽可能均匀摩擦碳滑板整个表面的效果，但是为了保证接触网和弓头接触的相对稳定性，避免接触线滑落受电弓事故的发生，实际上完整的碳滑板只有一半左右的表面可以与接触线接触摩擦受流，同时碳滑板也容易出现严重的偏磨，即中间区域磨损严重，两端磨损不明显。在电力机车检修中，衡量滑板是否需要更换取决于滑板最薄的区域是否满足要求，所以受流滑板只要有一处磨损达到某一值就需要报废更换，这就导致了滑板的利用率较低，浪费严重。由于受流滑板在列车运行中产生偏磨和局部损伤，受流滑板与接触网线的接触面出现凹凸不平，接触不良特别容易引起电弧烧蚀，强烈的电化学腐蚀作用更加剧了滑板的磨损老化。

作为弓网系统的关键耗材，弓网碳化板在列车运行过车中不断磨耗，并需要定期更换。为了使列车运行过程中接触线与碳化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‘之’字型的方式架设。但是，目前受电弓的碳滑板在与接触网线接触移动受流的过程中，将受电弓电流引入车体的电缆铜线分别连接单个碳滑板的两个固定受流点，固定受流点承担传导牵引电能的作用，这导致高功率密度载流长时间作用于固定受流点，加剧了固定受流点周围碳滑板材料老化和损耗。同时由于车网高速相对运动导致的机械冲击，以及弓网接触不良导致的电弧侵蚀等因素使得滑板与接触线接触位置的滑板磨损于电化学侵蚀加剧，严重影响了滑板的使用寿命。

与此同时，轨道交通供电系统的牵引电流是通过走行轨接地回流至变电所，由于走行轨道相对大地并不是完全绝缘的，所以会有一部分的电流通过走行轨道泄露到大地中，这部分电流被称为杂散电流。杂散电流危害性很大，无论对硬件设施还是对电气设备的可靠工作，都具有严重的威胁，它会使走行钢轨产生电化学腐蚀，同时还会产生相应的轨道电压，威胁列车及维修人员的安全。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于高速铁路的双环型“受流--接地”兼容系统，可以解决现有技术中电力机车集电系统受流滑板偏磨、材料利用率低、受流不稳定、寿命偏低等问题，同时回流线连接至变电所，牵引电流通过回流线流回变电所，阻断了杂散电流的产生路径，能够彻底解决因目前接地系统引起的杂散电流的危害。技术方案如下：

一种适用于高速铁路的双环型“受流--接地”兼容系统，包括结构对称的受电弓组件和回流弓组件；受电弓组件包括受电弓底座、支架结构和环形弓头，环形弓头通过支架结构铰接于受电弓底座上；环形弓头包括弓头凹槽外壳和环形碳滑板，弓头凹槽外壳为环状结构，其顶部沿环面设有环形的凹槽，凹槽设有环形的碳滑块底座，碳滑块底座底部与凹槽底部之间设有底座滚轴，凹槽两侧槽壁上通过弹簧固定有电刷和滚轴，电刷和滚轴通过弹力抵靠于碳滑块底座的内外两侧，且电刷连接到引出电缆线上；环形碳滑板固定于碳滑块底座上方；受电弓组件中的环形碳滑板与架设在轨道一侧的接触网线接触受流，回流弓组件中的环形碳滑板与架设在轨道另一侧的回流线接触回流。

进一步的，所述支架结构包括受电弓弓头托臂、受电弓支杆和受电弓拉杆；受电弓拉杆下端铰接于受电弓底座的中间，上端通过拉杆上轴铰接于受电弓弓头托臂的下端；受电弓弓头托臂的上端通过弓头转轴铰接于环形弓头底部两侧的轴托架片上；受电弓支杆下端通过受电弓支杆下轴铰接于受电弓底座的左侧，上端通过托臂下轴铰接于受电弓弓头托臂的中下部。

更进一步的，受电弓组件中的受电弓底座与回流弓组件中的回流弓底座通过底座隔离绝缘子固定连接。

更进一步的，所述环形弓头顶部外沿两侧设有回线托臂。

更进一步的，所述受电弓底座下方设置有受电弓底座支脚，用于在底座支脚下方和列车车顶之间安装隔离绝缘子。

本发明的有益效果是：

1） 本发明在列车运行时，环形受电弓材料和接触线稳定、均匀摩擦，因此受电弓取流稳定。环形的碳滑板弓头可以解决现有技术中电力机车集电系统受流滑板偏磨、材料利用率低、受流不稳定、寿命偏低等问题；

2） 本发明受电弓弓头上，多个受流电刷和滚轴沿圆环四周对称安置，分别用于将环形碳滑板从接触线上获取的电流传导到列车内牵引供电系统，和使碳滑板底座能在最小摩擦力下转动。由于环形碳滑板在列车运行过程中处于旋转状态，使得多个受流电刷可以在受流过程中交替使用，避免了大电流长时间作用于固定的受流电刷上，避免电刷受到过度的电化学侵蚀，延长了受流电刷的使用寿命；

3） 本发明设置一条与接触线并列架设的回流线，回流线连接至变电所，回流弓将接地电流引入回流线流回变电所，阻断了杂散电流的产生路径，从而彻底解决了因目前接地系统引起的杂散电流的危害；

4） 本发明装在碳滑板托架外侧的弧回线托臂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，也可以在两端回线托臂的作用下通过协助回到与环形滑板接触的受流区域。

附图说明

图1为受电弓、回流弓组件俯视图。

图2为受电弓、回流弓组件侧视图。

图3为受电弓弓头接头示意图。

图4为受电弓、回流弓与接触线作用示意图。

图5为受电弓和回流弓弓头切面示意图。

图中：1-受电弓底座支脚；2-受电弓底座；3-底座隔离绝缘子；4-环形弓头；5-受电弓弓头托臂；6-受电弓支杆；7-受电弓拉杆；8-弓头转轴；9-拉杆上轴；10-托臂下轴；11-受电弓支杆下轴；12-回线托臂；13-弓头凹槽外壳；14-引出线保护壳；15-轴托架片；16-电刷和滚轴；17-环形碳滑板；18-引出电缆线；19-绝缘垫；20-弹簧；21-螺丝；22-内嵌电刷；23-底座滚轴；24-碳滑块底座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本发明的双环受电弓、回流弓结构对称，双环型滑板内嵌式受电弓弓头4和回流弓头固定于列车车顶受电弓底座上部，受电弓底座2的四个角侧安装有四个受电弓底座支脚1，以便在底座支脚下方和列车车顶之间安装隔离绝缘子，使列车运行时受电弓和列车之间绝缘。受电弓底座和回流弓底座连接处装有隔离绝缘子3，使得受流和回流可以相互独立工作。

包括结构对称的受电弓组件和回流弓组件；受电弓组件包括受电弓底座2、支架结构和环形弓头4，环形弓头4通过支架结构铰接于受电弓底座2上；环形弓头4包括弓头凹槽外壳13和环形碳滑板17，弓头凹槽外壳13为环状结构，其顶部沿环面设有环形的凹槽，凹槽设有环形的碳滑块底座24，碳滑块底座24底部与凹槽底部之间设有底座滚轴23，凹槽两侧槽壁上通过弹簧20固定有电刷和滚轴16，电刷和滚轴16通过弹力抵靠于碳滑块底座24的内外两侧，且电刷连接到引出电缆线18上；环形碳滑板17固定于碳滑块底座24上方；受电弓组件中的环形碳滑板17与架设在轨道一侧的接触网线接触受流，回流弓组件中的环形碳滑板17与架设在轨道另一侧的回流线接触回流。

受电弓底座2和弓头凹槽外壳13通过受电弓弓头托臂5、 受电弓支杆6 、受电弓拉杆7连接组成可进行升降操作的受电弓，受电弓弓头托臂5、 受电弓支杆6 、受电弓拉杆7通过弓头转轴8 、拉杆上轴9 、托臂下轴10、 受电弓支杆下轴11相连接。受电弓拉杆7下端铰接于受电弓底座2的中间，上端通过拉杆上轴9铰接于受电弓弓头托臂5的下端；受电弓弓头托臂5的上端通过弓头转轴8铰接于环形弓头4底部两侧的轴托架片15上；受电弓支杆6下端通过受电弓支杆下轴11铰接于受电弓底座2的左侧，上端通过托臂下轴11铰接于受电弓弓头托臂5的中下部。

弓头的凹槽壳13内嵌着碳滑块底座24， 碳滑块底座上方设置环形碳滑板17，环形碳滑板17和碳滑块底座24打孔并通过螺丝21连接固定，螺丝21和环形碳滑板17间设有绝缘垫19，避免螺丝和环形碳滑块刚性接触而损坏滑块。弓头凹槽外壳13上侧呈弧形设计，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，协助回线，内两侧都内嵌电刷和滚轴16，如图3所示。碳滑块底座两侧接触到凹槽内的内嵌电刷和滚轴16，碳滑块底座24接触着底座滚轴23，两侧的内嵌电刷连接着弹簧20压接在电刷内侧面与隔板之间，引出电缆线18连接在电刷22上，并从引出线保护壳14输电导线置于其内引出。另外，一条与接触线并列架设的回流线架设在沿轨道一侧，如图4所示。

环形的碳滑板17与现有“之”字型布置的接触网接触受流，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。环形碳滑板下底面固定在一个环形金属底座24上，碳滑板与金属底座间镶嵌有绝缘层19，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。固定螺钉21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。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16，能够实现环形滑板在环形托架中绕中空圆环转动。与碳滑块底座24接触着的底座滚轴23，可以使得转动摩擦力减小，在与碳滑块底座24的两侧面接触的电刷上都连接着弹簧20，弹簧20压接在电刷内侧面与隔板之间，电刷受力时可压缩弹簧，减小侧面的刚性摩擦。弓头可以通过弓头转轴8连接，可以在通过刚性节点时自由的转动，减小刚性冲击和减小弓头与接触网线或者回流线之间的硬摩擦。

传统轨道交通运行方式下，牵引电流通过走行轨接地回流，由于走行轨对地不能完全绝缘，所以会有部分电流从走行轨泄露到大地中去，形成杂散电流。杂散电流无论对硬件设施还是对电气设备的可靠工作，都具有严重的威胁。所以本发明为了避免这种情况出现，设计了新的回流通道。通过设置专用回流线，将其与牵引变电所负极相连，列车的牵引电流通过回流受电弓弓头和专用回流线回到牵引变电所。这样的设计，避免了通过走行轨回流，可以从根本上避免杂散电流的产生，因此可以延长走行轨的使用寿命和确保电气设备的正常工作。从而彻底解决了因目前接地系统引起的杂散电流的危害。

Claims (5)

1.一种适用于高速铁路的双环型“受流--接地”兼容系统，其特征在于，包括受电弓组件和回流弓组件，所述受电弓组件与回流弓组件是结构对称的；受电弓组件包括受电弓底座（2）、支架结构和环形弓头（4），环形弓头（4）通过支架结构铰接于受电弓底座（2）上；环形弓头（4）包括弓头凹槽外壳（13）和环形碳滑板（17），弓头凹槽外壳（13）为环状结构，其顶部沿环面设有环形的凹槽，凹槽设有环形的碳滑块底座（24），碳滑块底座（24）底部与凹槽底部之间设有底座滚轴（23），凹槽两侧槽壁上通过弹簧（20）固定有电刷和滚轴（16），电刷和滚轴（16）通过弹力抵靠于碳滑块底座（24）的内外两侧，且电刷连接到引出电缆线（18）上；环形碳滑板（17）固定于碳滑块底座（24）上方；受电弓组件中的环形碳滑板（17）与架设在轨道一侧的接触网线接触受流，回流弓组件中的环形碳滑板（17）与架设在轨道另一侧的回流线接触回流。

2.根据权利要求1所述的适用于高速铁路的双环型“受流--接地”兼容系统，其特征在于，所述支架结构包括受电弓弓头托臂（5）、受电弓支杆（6）和受电弓拉杆（7）；受电弓拉杆（7）下端铰接于受电弓底座（2）的中间，上端通过拉杆上轴（9）铰接于受电弓弓头托臂（5）的下端；受电弓弓头托臂（5）的上端通过弓头转轴（8）铰接于环形弓头（4）底部两侧的轴托架片（15）上；受电弓支杆（6）下端通过受电弓支杆下轴（11）铰接于受电弓底座（2）的左侧，上端通过托臂下轴（10）铰接于受电弓弓头托臂（5）的中下部。

3.根据权利要求1所述的适用于高速铁路的双环型“受流--接地”兼容系统，其特征在于，受电弓组件中的受电弓底座（2）与回流弓组件中的回流弓底座通过底座隔离绝缘子（3）固定连接。

4.根据权利要求1所述的适用于高速铁路的双环型“受流--接地”兼容系统，其特征在于，所述环形弓头（4）顶部外沿两侧设有回线托臂（12）。

5.根据权利要求1所述的适用于高速铁路的双环型“受流--接地”兼容系统，其特征在于，所述受电弓底座（2）下方设置有受电弓底座支脚（1），以便在受电弓底座支脚（1）下方和列车车顶之间安装隔离绝缘子。

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