CN112498113A - 一种适用于电力牵引机车的柔性履带式受电弓弓头 - Google Patents

Abstract

一种适用于电力牵引机车的柔性履带式受电弓弓头，两个金属滚筒设置在受电弓支架上，绝缘滚筒轴固定在两根滚筒支架上，两滚筒支架固定在受电弓支架上，金属滚筒经两绝缘轴承安装在滚筒轴上，滚筒轴上至少一个通孔内设有金属弹簧，金属弹簧伸出通孔的两端上分别固定一个受流碳刷；柔性履带圈套在两个金属滚筒上，1个以上的绝缘托筒设置在履带下面，该绝缘托筒结构为：可动支柱上端固定托筒轴下端固定活塞，活塞伸入托筒支架内腔组成气缸，托筒支架上有通气孔，限位弹簧圈套在可动支柱上，可动支柱经直线轴承设置在托筒支架上。本发明具有碳滑板抗冲击性好、受流稳定性高、接触受流面积大、弓网离线率低等特点。

Description

一种适用于电力牵引机车的柔性履带式受电弓弓头

技术领域

本发明涉及有轨交通受流技术领域，特别涉及电力牵引机车的一种柔性受电弓弓头。

背景技术

电力牵引机车通常采用受电弓与接触线接触实现受流，受电弓安装于车顶，接触线大多由轨道旁的电线杆支撑架空在车顶上方。受电弓升弓与接触线接触，列车在运行过程中弓头托起的碳滑板通过与接触线滑动接触获取电流，实现列车的电能传输，弓网之间保持良好稳定的接触是机车稳定受流的关键。

随着我国高速铁路的蓬勃发展，电力牵引机车朝着更快、更安全、更可靠的方向发展。受电弓作为电力牵引机车能量获取的关键受流部件，在机车高速运行过程中受电弓需要与接触网良好匹配从而稳定受流。目前，电力牵引机车大多采用车顶受电弓与轨道边架设的接触网通过碳滑块进行接触来实现受流，但随着列车运行速度的提升，以及对牵引功率的更高追求，传统受电弓面临了诸多技术挑战。

传统受电弓碳滑板受流还存在许多需要解决的问题：（1）由于碳滑板是刚性的，尤其在列车高速运行时在经过接触线悬挂硬点时容易产生剧烈的机械性冲击，机械冲击易导致碳滑板出现崩边掉块，弓网接触时碳滑板磨损严重、弓网接触冲击强、工作环境恶劣时效率降低，受电弓与接触线之间将会产生电弧，严重影响受流的稳定性，同时拉弧还会造成电网电压波动，影响牵引供电质量等问题，这些因素均造成碳滑板寿命缩短，频繁更换碳滑板将造成列车运营成本增加。（2）高速运行时，刚性碳滑板离线率较高，造成弓网间拉弧现象，影响受流稳定性与供电质量。（3）现有高铁线路中接触线大多采用“Z”形分布，这样可以扩大“一”字形碳滑板与接触线的接触范围，但是，为了以防发生脱落，碳滑板真正能与接触线接触的只有60%-70%，即所谓的“甜区”；为了防止碳滑板托架挂伤接触网,碳滑板两端余留了约20%左右材料，该部分材料没有机会与接触网接触，因此当碳滑板服役周期结束时，仍有30%-40%左右的滑板未曾与接触网接触，造成了材料的浪费。（4）弓网系统多用与柔性接触网中，对于城轨、地铁线路，刚性接触网对碳滑板的造成的磨损将更加严重，影响受流的稳定性。

发明内容

本发明目的是提供一种适用于电力牵引机车的柔性履带式受电弓弓头，旨在通过履带式碳滑板与接触网以柔性方式接触受流，以提高碳滑板抗冲击性和受流稳定性、提高碳滑板与接触线的接触受流面积以及降低弓网离线率。

本发明的目的是这样实现的：一种适用于电力牵引机车的柔性履带式受电弓弓头，用作安装在电力牵引机车车顶上、呈水平布置的受电弓支架上设置有两个金属滚筒：每个金属滚筒的滚筒轴为绝缘材质，该滚筒轴固定在两根滚筒支架上，该两根滚筒支架竖向固定在受电弓支架上，金属滚筒经两个绝缘轴承可转动地安装在滚筒轴上，且滚筒轴上垂直于轴向的至少一个通孔内设置有金属弹簧，金属弹簧伸出通孔的两端上分别固定有一个受流碳刷，受流碳刷的外端面与金属滚筒的内壁面接触受流，受流碳刷经线缆将电流输出至车载用电设备；由若干碳板和销子制成的用作与接触线接触受流的柔性履带圈盒在两个金属滚筒上，1个以上的绝缘托筒位于两个金属滚筒之间、并设置在柔性履带下面：绝缘托筒经两个轴承可转动地安装在托筒轴上，托筒轴安装固定在一对可动支柱顶部，一对可动支柱固定在受电弓支架上，可动支柱下部伸入托筒支架内腔，且可动支柱下端固定有活塞，活塞与托筒支架内腔滑动配合，托筒支架下部有连通托筒支架内腔与外界的通气孔，托筒支架上与可动支柱接触位置处设置有直线轴承，可动支柱上位于托筒轴与托筒支架顶部之间设置有限位弹簧。

所述绝缘托筒为4个，4个绝缘托筒的顶部与两个金属滚筒的顶部位于同一平面、并与柔性履带底面接触。

所述滚筒轴上垂直于轴向的通孔为三个，每个通孔内均设有金属弹簧，每个金属弹簧伸出通孔的两端上分别固定有一个受流碳刷。

所述托筒轴通过一个弧形板件固定在可动支柱顶部。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1.履带式碳滑板与接触网以柔性方式接触受流，碳滑板抗冲击性更好、受流稳定性更高。本发明受电弓弓头区别于传统的“一”字型弓头在于，“一”字型受电弓弓头与接触网属于点线接触，本发明受电弓弓头不再是刚性碳滑板，而是一种柔性的（碳板式）履带，履带由没有动能的滚筒支撑，由于履带上表面受重力作用，会产生下凹，造成弓网接触不完全，故在两个支撑滚筒之间加入了四个托筒，托筒的加入使得履带上表面与接触网接触面更大，这样受流将会更加充分，在列车运行中，由于接触网与履带之间存在滑动摩擦，故会带动滚筒的旋转,同时滚筒的转动会给履带提供张力，进一步抑制履带因受重力下凹，实现履带上表面与接触线接触，传统的“一”字形碳滑板在高速运行中会与接触网产生强烈的机械冲击，而履带为柔性的，这样就会显著降低电力机车在高速运行时弓头与接触网的机械冲击。与传统碳滑板比较，履带式碳滑板与空气接触更多，故散热性能更好。

2.履带式碳滑板与接触线的接触受流面积更大、有效降低了弓网离线率。

两个滚筒与履带下方的四个托筒都在其两边加宽了直径，增加了履带与接触线的接触面积，降低了列车运行过程中离线故障率，使运行过程中更加安全可靠。本发明托筒结构一方面起支撑导电履带上表面的作用，另一方面在其支架内设置了活塞，这样可以使履带上表面受力均匀，高速过悬挂硬点时，会使此处履带下凹，降低冲击，过硬点后，在限位弹簧作用下，恢复原状。

此外，由于地下隧道大多采用刚性接触网，刚性接触网较传统的刚性碳滑板磨损更严重，而本发明采用的柔性履带式更能适应于刚性接触网。

本发明履带上表面与接触线摩擦后，此处摩擦地方距离下一次摩擦间隔时间变长，散热效果变的更好。

本发明很好地解决了受电弓抗冲击性差，摩擦力大，散热性不良的问题，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为受电弓弓头的立体。

图2为受电弓弓头与接触线作用示意图。

图3为受电弓弓头的主视图。

图4为受电弓弓头的侧视图。

图5为受电弓滚筒转轴的细节图。

图6为受电弓托筒支架剖面图。

图7为受电弓滚筒转轴细节图。

图8为图6的立体图（未示出受电弓支架）。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下:

1—柔性履带（碳板通过碳板销连接构成），2—受电弓支架（参见图2，该支架2为四根圆条，可将四根圆条连接为一体，或采用一个板式基座），3—金属滚筒，4—绝缘托筒，5—托筒轴，6—托筒支架（即气缸的缸筒），7—（绝缘）滚筒轴，8—（金属）滚筒支架，9—（金属滚筒）轮毂（金属），10—可动支柱（即气缸的活塞杆），11—接触线，12—绝缘轴承，13—受流碳刷（图5中为6块），14—活塞，15—直线轴承，16—金属弹簧，17—限位弹簧，18—通气孔。

具体实施方式

图1—4示出，一种适用于电力牵引机车的柔性履带式受电弓弓头，用作安装在电力牵引机车车顶上、呈水平布置的受电弓支架2上设置有两个金属滚筒3：每个金属滚筒3的滚筒轴7为绝缘材质，该滚筒轴7固定在两根滚筒支架8上，该两根滚筒支架竖向固定在受电弓支架2上，金属滚筒3经两个绝缘轴承12可转动地安装在滚筒轴上，且滚筒轴上垂直于轴向的至少一个通孔内设置有金属弹簧16，金属弹簧伸出通孔的两端上分别固定有一个受流碳刷13，受流碳刷的外端面与金属滚筒的内壁面接触受流，受流碳刷经线缆将电流输出至车载用电设备；由若干碳板和销子制成的用作与接触线11接触受流的柔性履带1圈盒在两个金属滚筒3上，1个以上的绝缘托筒4位于两个金属滚筒之间、并设置在柔性履带下面：绝缘托筒4经两个轴承可转动地安装在托筒轴5上，托筒轴安装固定在一对可动支柱10顶部，一对可动支柱固定在受电弓支架2上，可动支柱下部伸入托筒支架6内腔，且可动支柱下端固定有活塞14，活塞与托筒支架内腔滑动配合，托筒支架下部有连通托筒支架内腔与外界的通气孔18，托筒支架6上与可动支柱接触位置处设置有直线轴承15，可动支柱上位于托筒轴5与托筒支架顶部之间设置有限位弹簧17（参见图5、图6、图7）。

金属滚筒和托筒的安装方式相同，轴固定在轴承内圈上，筒体固定在轴承外圈上。受流碳刷为弧形，与金属滚筒内壁弧度相同。金属弹簧在未受外力时，将两个受流碳刷顶压在金属滚筒内壁面上。参见图6，限位弹簧圈套在可动支柱上、且受压于托筒轴5与可动支柱顶面之间（图6中，托筒轴5与可动支柱之间还固定有一块弧形板件（上面弧形，下面为平面）。

滚筒轴7上垂直于轴向的通孔为三个，每个通孔内均设有金属弹簧，每个金属弹簧伸出通孔的两端上分别固定有一个受流碳刷。

本发明受电弓弓头固定安装在受电弓托臂上端，包括（导电）柔性履带1，（支撑弓头的）受电弓支架2，（受流的导电）金属滚筒3，（使履带平直的）绝缘托筒4，托筒轴5，（支撑金属托筒的）托筒支架6，（绝缘）滚筒轴7，（金属）滚筒支架8，（金属滚筒）轮毂9，可动支柱10，（供电）接触线11，（滚筒）绝缘轴承12，（金属滚筒内部）受流碳刷13,（托筒支架内腔）活塞14，直线轴承15，金属弹簧16，限位弹簧17，通气孔18。

本发明的履带式受电弓弓头的工作模式是：导电履带1与接触线11进行接触取电，在列车运行时，接触线11与导电履带1之间的摩擦力，在金属滚筒3的带动下进行转动，由于接触线呈“Z”字形分布，故导电履带1与接触线11的接触范围依旧较大。

支撑金属滚筒的滚筒支架8与受电弓支架2焊接在一起，金属滚筒支架8支撑滚筒轴7（绝缘），滚筒轴7中带有支撑受流碳刷13的金属弹簧16，当受流碳刷13在运行中磨小时，在金属弹簧16的作用下，使碳刷13还可以正常摩擦受流。金属滚筒3两边装有（转动）绝缘轴承12，使滚筒轴7为静止不动的，受流碳刷13与金属滚筒内壁接触摩擦受流。碳刷13受流后（经线缆）流入牵引机车内部，供其使用。

由于导电履带1受重力作用，上方履带会下降，使其无法与接触线正常接触，这时绝缘托筒4在可动支架10的作用下将其托起，使导电履带1的上表面平齐，与接触线11正常接触，使导电履带1上表面平齐为平衡点，当履带上表面受到冲击时，因为活塞14的存在，在直线轴承15以及限位弹簧的作用下，履带上表面下凹，活塞下行，从通气孔18将气体排出，当冲击过后，在限位弹簧17的作用下，从通气孔18进气，履带又恢复到原状。这样可以使托筒支架有上下限度的浮动，提高了受电弓的抗冲击性

两个金属滚筒3结构相同，都带有受流碳刷13，而四个绝缘托筒4并不导电。活塞14的存在，使导电履带1的抗冲击性能更好，也增大了履带1上表面与接触线11的接触面积，受流质量得到提高。

由于履带为柔性装置，故增加了弓头的抗冲击性，降低了弓头纵向离线率，为了防止横向导电履带1离线，在金属滚筒3与托筒4的两边加宽了其直径，用来减少发生横向离线率。

本发明的受电弓受流过程为：电流从接触线11经过导电履带1，然后流经金属滚筒3,受流碳刷13受流后，再经线缆流入机车，实现受流过程。

Claims (4)

1.一种适用于电力牵引机车的柔性履带式受电弓弓头，其特征在于，用作安装在电力牵引机车车顶上、呈水平布置的受电弓支架（2）上设置有两个金属滚筒（3）：每个金属滚筒（3）的滚筒轴（7）为绝缘材质，该滚筒轴（7）固定在两根滚筒支架（8）上，该两根滚筒支架竖向固定在受电弓支架（2）上，金属滚筒（3）经两个绝缘轴承（12）可转动地安装在滚筒轴上，且滚筒轴上垂直于轴向的至少一个通孔内设置有金属弹簧（16），金属弹簧伸出通孔的两端上分别固定有一个受流碳刷（13），受流碳刷的外端面与金属滚筒的内壁面接触受流，受流碳刷经线缆将电流输出至车载用电设备；由若干碳板和销子制成的用作与接触线（11）接触受流的柔性履带（1）圈套在两个金属滚筒（3）上，1个以上的绝缘托筒（4）位于两个金属滚筒之间、并设置在柔性履带下面：绝缘托筒（4）经两个轴承可转动地安装在托筒轴（5）上，托筒轴安装固定在一对可动支柱（10）顶部，可动支柱下部伸入托筒支架（6）内腔，且可动支柱下端固定有活塞（14），活塞与托筒支架内腔滑动配合，托筒支架下部有连通托筒支架内腔与外界的通气孔（18），托筒支架（6）上与可动支柱接触位置处设置有直线轴承（15），可动支柱上位于托筒轴（5）与托筒支架顶部之间设置有限位弹簧（17），托筒支架（6）固定在受电弓支架（2）上。

2.根据权利要求1所述的一种适用于电力牵引机车的柔性履带式受电弓弓头，其特征在于，所述绝缘托筒（4）为4个，4个绝缘托筒的顶部与两个金属滚筒的顶部位于同一平面、并与柔性履带底面接触。

3.根据权利要求1所述的一种适用于电力牵引机车的柔性履带式受电弓弓头，其特征在于，所述滚筒轴（7）上垂直于轴向的通孔为三个，每个通孔内均设有金属弹簧，每个金属弹簧伸出通孔的两端上分别固定有一个受流碳刷。

4.根据权利要求1所述的一种适用于电力牵引机车的柔性履带式受电弓弓头，其特征在于，所述托筒轴（5）通过一个弧形板件固定在可动支柱（10）顶部。

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