CN112793426B - 一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓 - Google Patents

一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓，包括与接触线缆接触连接的弓头、位于弓头下方的升降底座、设置在弓头与升降底座之间的调整机构；弓头顶端固定连接有碳条，且碳条的顶端与弓头的顶端齐平，碳条顶端与接触线缆接触连接；碳条顶端开设有若干微凹坑，微凹坑内填充有导电性固体润滑剂；调整机构固定连接在升降底座顶端，弓头固定连接在调整机构顶端。若干按一定规律排列的微凹坑，可以提高受电弓的抗磨性能，在微凹坑内填充导电性固体润滑剂，在不影响受流质量的同时又可以降低摩擦副之间的磨损，延长受电弓的使用寿命。

Description

一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓
技术领域
本发明涉及电力动车或机车运行的电气设备技术领域，特别是涉及一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓。
背景技术
随着我国电气化铁路的高速发展，弓网系统作为电力机车关键的受流部件，起着至关重要的作用。目前我国高速列车最高时速可达350km/h，受电弓碳条在长期的高速强电流环境下，接触副发生严重磨损(包括机械磨损和电气磨损)，并恶化弓网系统的受流质量，甚至造成弓网故障，影响电力机车正常运行。此外，电力机车在高速运行时接触副摩擦引起的振动加剧，弓网间会发生离线现象，产生离线电弧，加剧接触副的电弧烧蚀。电弧烧蚀现象极其复杂，接触表面不仅会受热熔化，导致材料表面软化、甚至发生蒸发、流动和喷溅等，导致接触副表面不平滑、产生裂纹、坑洼等。严重限制了受电弓碳条的使用寿命，导致碳条需要频繁更换，经济效益低。因此，对减少弓网接触副过度磨损和电弧烧蚀对提高列车运维性能具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓，包括与接触线缆接触连接的弓头、位于所述弓头下方的升降底座、设置在所述弓头与所述升降底座之间的调整机构；
所述弓头顶端固定连接有碳条，所述碳条顶端与所述接触线缆接触连接；所述碳条顶端开设有若干微凹坑，所述微凹坑内填充有导电性固体润滑剂；所述调整机构固定连接在所述升降底座顶端，所述弓头固定连接在所述调整机构顶端。
优选的，所述升降底座包括下H型架、气动加载升降杆、上H型架，所述上H型架的横梁和所述下H架的横梁均与所述接触线缆相垂直，所述气动加载升降杆铰接在所述下H型架的横梁顶端中部，所述气动加载升降杆末端铰接在所述上H型架的横梁底端中部；所述下H型架顶端四角分别铰接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆末端铰接有支撑杆，所述支撑杆末端与所述上H型架底端铰接，所述调整机构固定连接在所述上H型架顶端。
优选的，所述下H型架底端四角固定连接有绝缘子。
优选的，所述上H型架的横梁与所述下H型架的横梁均开设有若干减阻通孔，若干所述减阻通孔沿所述接触线缆的方向分布。
优选的，所述调整机构为两个，所述调整机构包括X型叉架，两个所述X型叉架对称设置在所述上H型架的横梁两端，且所述X型叉架底端分别固定连接有气囊弹簧，所述气囊弹簧的末端固定连接在所述上H型架顶端；所述弓头为两个，两个所述弓头对称设置在所述上H型架的横梁两侧，且所述弓头与所述上H型架的横梁平行设置，所述弓头与所述X型叉架顶端固定连接。
优选的，若干所述微凹坑顶端面的面积之和占所述碳条顶端面总面积的15％-30％。
优选的，所述微凹坑的排列形式为在所述碳条顶端交错型排列。
优选的，所述微凹坑的排列形式为在所述碳条顶端矩阵型排列。
优选的，所述微凹坑在所述碳条顶端面的形状为圆形、椭圆形、水滴形三者中的任意一种。
优选的，所述微凹坑的宽深比为0.5-2。
本发明公开了以下技术效果：
1、本发明在碳条表面按照一定的形状、宽深比和排列方式开设有若干微凹坑，可以提高碳条的抗磨性能，进而延长受电弓的使用寿命。
2、本发明在微凹坑内填充导电性固体润滑剂，在不影响受流质量的同时又可以降低摩擦副之间的磨损，进一步提高了受电弓的使用寿命。
3、本发明通过调整机构对受电弓与接触线缆接触时的角度进行微调，使受电弓与接触线缆的接触更加均匀，进而使受电弓受到的摩擦更加均匀，以减少个别部位摩擦比其他部位摩擦严重的现象，达到延长使用寿命的目的。
4、本发明通过多种方法相互配合减小受电弓的摩擦，增加受电弓的抗磨性能，延长受电弓的使用寿命。
5、本发明采用两个弓头，能够适用于列车的双向行驶。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓的结构示意图；
图2为本发明中碳条的剖视图；
图3为本发明中椭圆形微凹坑的示意图；
图4为本发明中圆形微凹坑的示意图；
图5为本发明中水滴形微凹坑的示意图；
图6为本发明中交错型排列的微凹坑的示意图；
图7为本发明中矩阵型排列的微凹坑的示意图；
其中，1为碳条、2为弓头、3为X型叉架、4为气囊弹簧、5为上H型架、6为支撑杆、7为电动伸缩杆、8为下H型架、9为减阻通孔、10为绝缘子、11为气动加载升降杆、12为微凹坑、13为接触线缆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓，包括与接触线缆13接触连接的弓头2、位于弓头2下方的升降底座、设置在弓头2与升降底座之间的调整机构；
弓头2顶端固定连接有碳条1，碳条1顶端与接触线缆13接触连接；碳条1顶端开设有若干微凹坑12，微凹坑12内填充有导电性固体润滑剂；调整机构固定连接在升降底座顶端，弓头2固定连接在调整机构顶端。
进一步的，升降底座包括下H型架8、气动加载升降杆11、上H型架5，上H型架5的横梁和下H架的横梁均与接触线缆13相垂直，气动加载升降杆11铰接在下H型架8的横梁顶端中部，气动加载升降杆11末端铰接在上H型架5的横梁底端中部；下H型架8顶端四角分别铰接有电动伸缩杆7，电动伸缩杆7末端铰接有支撑杆6，支撑杆6末端与上H型架5底端铰接，调整机构固定连接在上H型架5顶端。
进一步的，下H型架8底端四角固定连接有绝缘子10。
进一步的，为了减轻风在受电弓使用过程中导致其颤动而增加的磨损，在上H型架5的横梁与下H型架8的横梁均开设有若干减阻通孔9，若干减阻通孔9沿接触线缆13的方向分布，以便风顺利通过受电弓碳滑板。
进一步的，调整机构为两个，调整机构包括X型叉架3，两个X型叉架3对称设置在上H型架5的横梁两端，且X型叉架3底端分别固定连接有气囊弹簧4，气囊弹簧4的末端固定连接在上H型架5顶端；弓头2为两个，两个弓头2对称设置在上H型架5的横梁两侧，且弓头2与上H型架5的横梁平行设置，弓头2与X型叉架3顶端固定连接，调整机构可以随着受电弓与电缆的接触自动进行小幅度的调节，使受电弓始终能与电缆接触均匀，避免出现磨损不均的现象。
进一步的，本发明采用热压法在碳条1表面形成规律的微凹坑12形成织构化表面，织构化表面面积过大会导致碳条1在使用过程产生裂纹导致其可靠性下降，而面积过小不足以满足抗磨性能，经过多次试验得出若干微凹坑12顶端面面积之和占碳条1顶端面总面积的15％-30％最适于受电弓碳滑板。
进一步的，经试验表明凹坑形成的织构化表面抗磨效果优于凹槽形成的织构化表面，交错型排布的织构化表面抗磨效果优于矩阵型排布，所以采用规则排布的微凹坑12作为织构化表面，微凹坑12的排列形式为在碳条1顶端交错型排列。
进一步的，微凹坑12的排列形式为在碳条1顶端矩阵型排列。
进一步的，微凹坑12在碳条1顶端面的形状可为圆形、椭圆形、水滴形，但不限于这三种形状，椭圆形微凹坑和水滴形微凹坑里面的固体润滑剂随着列车的运行由宽端向尖端补充，使得碳条1表面有足够的固体润滑剂，以达到良好的减摩效果，且在填充固体润滑剂的步骤中便于填充。
进一步的，微凹坑12的宽深比直接影响其排布密度，排布密集的织构化表面提高的抗磨性能优于排布稀疏的织构化表面，且宽深比过小会出现微凹坑12贯穿碳条1的现象，降低碳条1的可靠性，宽深比过大则会导致导电性固体润滑剂在受电弓碳滑板使用过程消耗过快不能实现很好的减摩效果，经试验测试将微凹坑12的宽深比设置为0.5-2。
进一步，导电性固体润滑剂为石墨或石墨烯基等导电性良好的固体润滑剂，石墨或石墨烯基等导电性良好的固体润滑剂具有良好的导电性能，且具有良好抗高温性能，能有效避免电弧灼烧，石墨烯基导电性固体润滑剂可以很好的满足机械设备在极端环境(大载荷、高真空、高温、低温等)下的减摩耐磨需求，表现出优异的摩擦学性能，同时石墨及石墨烯基价格较低但润滑性能良好，适用于受电弓碳滑板这种更换频换的地方，节约了维护更换成本。
实施例一
如图1、3、7所示，将制备碳条1的原料先通过混料-预压制工艺得到碳条1的初胚，再通过热压机进行热压制胚处理，最后通过焙烧处理制得受电弓碳滑板用的碳条1。热压制胚过程中，通过特定的热压模具压制，热压模具上规则排列有若干椭圆形微柱体，在压制过程中在碳条1表面留有若干椭圆形微凹坑12，若干矩阵型排列的微凹坑12在碳条1表面形成织构化表面，微凹坑12的宽深比为0.5，若干微凹坑12顶端面面积之和碳条1顶端面总面积的15％，微凹坑12内填充的导电性固体润滑剂为石墨。
将带有织构化表面的碳条1固定连接在弓头2上，通过联合控制气动加载升降杆11和电动伸缩杆7的运动，进而带动上H型架5运动，进而实现受电弓碳滑板的升降，待高度调节完毕之后控制气动加载升降杆11和电动伸缩杆7不运动，保证升降底座的稳定性。
经过试验数据显示，采用此种结构的受电弓比普通表面光滑的受电弓的磨损率降低了53％，使用寿命延长了60％。
实施例二
如图1、3、6所示，将制备碳条1的原料先通过混料-预压制工艺得到碳条1的初胚，再通过热压机进行热压制胚处理，最后通过焙烧处理制得受电弓碳滑板用的碳条1。热压制胚过程中，通过特定的热压模具压制，热压模具上规则排列有若干椭圆形微柱体，在压制过程中在碳条1表面留有若干椭圆形微凹坑12，若干交错型排列的微凹坑12在碳条1表面形成织构化表面，微凹坑12的宽深比为2，若干微凹坑12顶端面面积之和碳条1顶端面总面积的30％，微凹坑12内填充的导电性固体润滑剂为石墨。
经过试验数据显示，采用此种结构的受电弓比普通表面光滑的受电弓的磨损率降低了63％，使用寿命延长了70％。
实施例三
如图1、5、6所示，将制备碳条1的原料先通过混料-预压制工艺得到碳条1的初胚，再通过热压机进行热压制胚处理，最后通过焙烧处理制得受电弓碳滑板用的碳条1。热压制胚过程中，通过特定的热压模具压制，热压模具上规则排列有若干水滴形微柱体，在压制过程中在碳条1表面留有若干水滴形微凹坑12，若干交错型排列的微凹坑12在碳条1表面形成织构化表面，微凹坑12的宽深比为1.5，若干微凹坑12顶端面面积之和碳条1顶端面总面积的25％，微凹坑12内填充的导电性固体润滑剂为石墨烯基固体润滑剂。
经过试验数据显示，采用此种结构的受电弓比普通表面光滑的受电弓的磨损率降低了70％，使用寿命延长了77％。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓，其特征在于：包括与接触线缆(13)接触连接的弓头(2)、位于所述弓头(2)下方的升降底座、设置在所述弓头(2)与所述升降底座之间的调整机构；
所述弓头(2)顶端固定连接有碳条(1)，所述碳条(1)顶端与所述接触线缆(13)接触连接；所述碳条(1)顶端开设有若干微凹坑(12)，所述微凹坑(12)内填充有导电性固体润滑剂；所述调整机构固定连接在所述升降底座顶端，所述弓头(2)固定连接在所述调整机构顶端；
所述升降底座包括下H型架(8)、气动加载升降杆(11)、上H型架(5)，所述上H型架(5)的横梁和所述下H型架（8）的横梁均与所述接触线缆(13)相垂直，所述气动加载升降杆(11)铰接在所述下H型架(8)的横梁顶端中部，所述气动加载升降杆(11)末端铰接在所述上H型架(5)的横梁底端中部；所述下H型架(8)顶端四角分别铰接有电动伸缩杆(7)，所述电动伸缩杆(7)末端铰接有支撑杆(6)，所述支撑杆(6)末端与所述上H型架(5)底端铰接，所述调整机构固定连接在所述上H型架(5)顶端；
所述调整机构为两个，所述调整机构包括X型叉架(3)，两个所述X型叉架(3)对称设置在所述上H型架（5）的横梁两端，且所述X型叉架(3)底端分别固定连接有气囊弹簧(4)，所述气囊弹簧(4)的末端固定连接在所述上H型架（5）顶端；所述弓头(2)为两个，两个所述弓头(2)对称设置在所述上H型架（5）的横梁两侧；
若干所述微凹坑(12)顶端面的面积之和占所述碳条(1)顶端面总面积的15％-30％；
所述微凹坑(12)的宽深比为0.5-2。
2.根据权利要求1所述的一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓，其特征在于：所述下H型架(8)底端四角固定连接有绝缘子(10)。
3.根据权利要求1所述的一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓，其特征在于：所述上H型架(5)的横梁与所述下H型架(8)的横梁均开设有若干减阻通孔(9) ，若干所述减阻通孔(9)沿所述接触线缆(13)的方向分布。
4.根据权利要求1所述的一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓，其特征在于：所述弓头(2)与所述上H型架(5)的横梁平行设置，所述弓头(2)与所述X型叉架(3)顶端固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓，其特征在于：所述微凹坑(12)的排列形式为在所述碳条(1)顶端交错型排列。
6.根据权利要求1所述的一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓，其特征在于：所述微凹坑(12)的排列形式为在所述碳条(1)顶端矩阵型排列。
7.根据权利要求1中所述的一种适合双向行驶的减摩抗磨受电弓，其特征在于：所述微凹坑(12)在所述碳条(1)顶端面的形状为圆形、椭圆形、水滴形三者中的任意一种。
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