CN113022316A - 一种地铁刚性接触网同相供电装置及其供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地铁刚性接触网同相供电装置，涉及城市轨道交通相关技术领域，包括基座、受电弓安装座、受电弓弓臂、受电弓上框架、总供电输电线和主控单元，所述受电弓上框架的顶部设有碳滑板安装机构，所述受电弓弓臂的顶部设有自动吹弧机构，所述基座与受电弓安装座之间设有多重缓冲机构。本发明还公开了一种地铁刚性接触网同相供电装置的供电方法，A：弓网接触、B：接触灭弧、C：弓网分离、D：分离灭弧。本发明通过碳滑板安装机构的设置，解决了现有的地铁刚性接触网同相供电装置碳滑板更换过程繁琐的问题，通过多重缓冲机构的设置，解决了现有的地铁刚性接触网同相供电装置电弧容易损伤碳滑板和接触网的问题。
Description
技术领域
本发明涉及城市轨道交通相关技术领域，特别涉及一种地铁刚性接触网同相供电装置及其供电方法。
背景技术
现有的城市地铁电力牵引系统通常采用单相供电的方式对机车组进行供电，机车组在运行至换相区时需要收起受电弓，避免机车接触不同相序的电路导致短路，在受电弓与刚性接触网分离或将要接触时，受电弓与接触网之间的电压过大会击穿空气介质而产生电弧，电弧长时间存在时会损坏刚性接触网或受电弓，此外在机车组运行一段时间后需要操作人员对碳滑板进行更换，现有的碳滑板固定方式是使用多组螺栓进行固定，安装人员在安装碳滑板时需要对此找准对正螺栓与螺栓孔，操作麻烦，更换工作的周期较长，并且在机车运行时，受电弓的碳滑板与刚性接触网之间会产生刚性的碰撞，容易损坏刚性接触网或受电弓碳滑板。
因此，提出一种地铁刚性接触网同相供电装置及其供电方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种地铁刚性接触网同相供电装置及其供电方法，解决了现有的地铁刚性接触网同相供电装置碳滑板更换过程繁琐、电弧容易损伤碳滑板和接触网的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种地铁刚性接触网同相供电装置，包括基座、受电弓安装座、受电弓弓臂、受电弓上框架、总供电输电线和主控单元，所述受电弓上框架的顶部设有碳滑板安装机构，所述受电弓弓臂的顶部设有自动吹弧机构，所述基座与受电弓安装座之间设有多重缓冲机构；
所述碳滑板安装机构包括滑触碳滑板、碳滑板固定座、接触头、安装滑槽、安装滑块、安装固定孔、应力挡板和螺栓副，所述滑触碳滑板固定连接在碳滑板固定座的内部，所述接触头固定连接在碳滑板固定座的底部，所述安装滑槽开设在受电弓上框架的两侧内壁，所述安装滑块固定连接在碳滑板固定座的两侧，所述安装固定孔开设在受电弓上框架的顶部，所述应力挡板固定连接在碳滑板固定座的底部外侧，所述螺栓副与安装固定孔活动连接；
所述自动吹弧机构包括固定环、冷却介质储罐、压缩泵、上层喷气管和压力管道，所述冷却介质储罐固定连接在受电弓弓臂的底部，所述压缩泵通过固定环固定连接在受电弓弓臂的中部，所述压缩泵通过压力管道与冷却介质储罐固定连接，所述上层喷气管固定连接在压缩泵的顶部；
所述主控单元的内部设有电源模块、微处理器、处理模块、光电传感器和信号发射模块，所述光电传感器的输出端和受电弓弓臂的输出端均与处理模块的输入端信号连接，所述处理模块的输出端与微处理器的输入端信号连接，所述微处理器的输出端与信号发射模块的输入端信号连接，所述信号发射模块的输出端与压缩泵的输入端信号连接。
可选的，所述受电弓上框架固定连接在受电弓弓臂的顶部，所述受电弓弓臂固定连接在受电弓安装座的顶部，所述总供电输电线固定连接在受电弓弓臂的内部。
可选的，所述滑触碳滑板与碳滑板固定座之间设有绝缘层，所述绝缘层的内侧与滑触碳滑板固定连接，所述绝缘层的外侧与受电弓上框架固定连接，所述接触头位于碳滑板固定座的内部，所述接触头的底部伸出碳滑板固定座并与总供电输电线电性连接。
可选的，所述压力管道的一端与冷却介质储罐固定连接，所述压力管道的另一端与冷却介质储罐固定连接，所述固定环固定连接在受电弓弓臂上，所述上层喷气管的下方设有底部喷气管，所述底部喷气管与压缩泵固定连接。
可选的，所述电源模块的输出端与微处理器、光电传感器和压缩泵电性连接，所述电源模块用于为微处理器、光电传感器和压缩泵的运行提供电力。
可选的，所述多重缓冲机构包括中心安装块和四个径向减震弹簧，所述中心安装块位于基座的中部，所述中心安装块通过四个径向减震弹簧与基座活动连接。
可选的，四个所述径向减震弹簧呈环形阵列分布，所述中心安装块的底部伸出基座并固定连接有底部滑动板，所述底部滑动板与基座活动连接，所述中心安装块的顶部伸出基座并与受电弓安装座固定连接。
一种地铁刚性接触网同相供电装置的供电方法，包括以下步骤：
A：弓网接触：受电弓弓臂升起，滑触碳滑板接触刚性接触网，并将电能通过接触头传输给总供电输电线为地铁机车组供电；
B：接触灭弧：受电弓弓臂将升起的信号传输给处理模块，光电传感器接收受电弓弓臂与刚性接触网之间的信号，并将此部分信号传输给处理模块，微处理器接收处理模块发出的信号并将指令发送至信号发射模块，信号发射模块控制压缩泵的启停；
C：弓网分离：受电弓弓臂收起，滑触碳滑板脱离刚性接触网，总供电输电线断电使地铁机车组脱离单相供电网络；
D：分离灭弧：受电弓弓臂将收起的信号传输给处理模块，光电传感器接收受电弓弓臂与刚性接触网之间的信号，并将此部分信号传输给处理模块，微处理器接收处理模块发出的信号并将指令发送至信号发射模块，信号发射模块控制压缩泵的启停。
可选的，光电传感器用于检测电弧产生，信号发射模块用于启动压缩泵，压缩泵的出口气压为3mPa。
可选的，处理模块的输入端信号连接有环境参数传感器，环境参数传感器用于捕捉电弧产生时的环境参数，处理模块的输出端信号连接有参数储存模块，参数储存模块用于存储电弧产生时的环境参数。
本发明提供了一种地铁刚性接触网同相供电装置及其供电方法，具备以下有益效果：
1、本发明通过碳滑板安装机构的设置，操作人员将螺栓副对准安装固定孔插入并预紧，即可完成安装，无需操作人员多次对准与预紧螺栓，减小了操作人员的操作难度与定位难度，解决了现有的地铁刚性接触网同相供电装置碳滑板更换过程繁琐的问题。
2、本发明通过自动吹弧机构的设置，受电弓安装座下移能够压迫中心安装块下移，避免滑触碳滑板与接触网之间的应力过大而使接触网或滑触碳滑板损坏，当车组转弯时，四个径向减震弹簧牵扯中心安装块，避免车组转弯时因向心力产生的震动损坏接触网或滑触碳滑板。
3、本发明通过多重缓冲机构的设置，在滑触碳滑板与接触网处产生拉弧时，压缩泵将冷却介质储罐中存放的高压介质压缩并从底部喷气管和上层喷气管处喷射，吹灭电弧，避免电弧长时间存在而损坏接触网或滑触碳滑板，解决了现有的地铁刚性接触网同相供电装置电弧容易损伤碳滑板和接触网的问题。
附图说明
图1为本发明结构的主视示意图；
图2为本发明碳滑板安装机构结构的爆炸示意图；
图3为本发明多重缓冲机构结构的爆炸示意图；
图4为本发明主控单元结构的模块示意图；
图5为本发明供电方法的示意图。
图中：1、基座；11、受电弓安装座；12、受电弓弓臂；13、受电弓上框架；14、总供电输电线；2、碳滑板安装机构；21、滑触碳滑板；22、碳滑板固定座；23、绝缘层；24、接触头；25、安装滑槽；26、安装滑块；27、安装固定孔；28、应力挡板；29、螺栓副；3、自动吹弧机构；31、固定环；32、冷却介质储罐；33、压缩泵；34、底部喷气管；35、上层喷气管；36、压力管道；4、主控单元；41、电源模块；42、微处理器；44、处理模块；45、光电传感器；46、信号发射模块；47、环境参数传感器；48、参数储存模块；5、多重缓冲机构；51、中心安装块；52、径向减震弹簧；53、底部滑动板。
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。
根据如图1-5所示，本发明提供了一种技术方案：
一种地铁刚性接触网同相供电装置，包括基座1、受电弓安装座11、受电弓弓臂12、受电弓上框架13、总供电输电线14和主控单元4，受电弓上框架13的顶部设有碳滑板安装机构2，受电弓弓臂12的顶部设有自动吹弧机构3，基座1与受电弓安装座11之间设有多重缓冲机构5；
碳滑板安装机构2包括滑触碳滑板21、碳滑板固定座22、接触头24、安装滑槽25、安装滑块26、安装固定孔27、应力挡板28和螺栓副29，滑触碳滑板21固定连接在碳滑板固定座22的内部，接触头24固定连接在碳滑板固定座22的底部，安装滑槽25开设在受电弓上框架13的两侧内壁，安装滑块26固定连接在碳滑板固定座22的两侧，安装固定孔27开设在受电弓上框架13的顶部，应力挡板28固定连接在碳滑板固定座22的底部外侧，螺栓副29与安装固定孔27活动连接；
自动吹弧机构3包括固定环31、冷却介质储罐32、压缩泵33、上层喷气管35和压力管道36，冷却介质储罐32固定连接在受电弓弓臂12的底部，压缩泵33通过固定环31固定连接在受电弓弓臂12的中部，压缩泵33通过压力管道36与冷却介质储罐32固定连接，上层喷气管35固定连接在压缩泵33的顶部；
主控单元4的内部设有电源模块41、微处理器42、处理模块44、光电传感器45和信号发射模块46，光电传感器45的输出端和受电弓弓臂12的输出端均与处理模块44的输入端信号连接，处理模块44的输出端与微处理器42的输入端信号连接，微处理器42的输出端与信号发射模块46的输入端信号连接，信号发射模块46的输出端与压缩泵33的输入端信号连接。
作为本发明的一种可选技术方案：受电弓上框架13固定连接在受电弓弓臂12的顶部，受电弓弓臂12固定连接在受电弓安装座11的顶部，受电弓弓臂12通过控制能够相对于受电弓安装座11升起，总供电输电线14固定连接在受电弓弓臂12的内部，总供电输电线14在通电时需要承担1000A（25KV）的电流，避免了输电线外露而产生的短路或击穿空气介质。
作为本发明的一种可选技术方案：滑触碳滑板21与碳滑板固定座22之间设有绝缘层23，绝缘层23的内侧与滑触碳滑板21固定连接，绝缘层23的外侧与受电弓上框架13固定连接，绝缘层23能够避免滑触碳滑板21与碳滑板固定座22发生电流导通，提高了碳滑板固定座22工作的稳定性，接触头24位于碳滑板固定座22的内部，接触头24的底部伸出碳滑板固定座22并与总供电输电线14电性连接，采用接触头24的方式与总供电输电线14电性连接，无需操作人员在更换滑触碳滑板21跳线，进一步节省了操作人员更换滑触碳滑板21的作业时间。
作为本发明的一种可选技术方案：压力管道36的一端与冷却介质储罐32固定连接，压力管道36的另一端与冷却介质储罐32固定连接，固定环31固定连接在受电弓弓臂12上，上层喷气管35的下方设有底部喷气管34，底部喷气管34与压缩泵33固定连接，在列车组运行时，滑触碳滑板21与刚性接触网摩擦会产生碎屑，底部喷气管34在工作时能够吹去滑触碳滑板21产生的碎屑，避免碎屑影响电流的传输，也进一步避免了电火花的产生，当列车运行时的环境气温过低时，有可能在滑触碳滑板21表面形成冰晶，底部喷气管34的出口气流也能够将此部分冰晶吹散，避免冰晶影响电流的传输。
作为本发明的一种可选技术方案：电源模块41的输出端与微处理器42、光电传感器45和压缩泵33电性连接，电源模块41用于为微处理器42、光电传感器45和压缩泵33的运行提供电力，独立的电源模块41，使得列车组在经过换相区时仍然能够维持主控单元4的基本运作。
作为本发明的一种可选技术方案：多重缓冲机构5包括中心安装块51和四个径向减震弹簧52，中心安装块51位于基座1的中部，中心安装块51通过四个径向减震弹簧52与基座1活动连接，中心安装块51的初始位置位于基座1的中轴线处，中心安装块51在基座1的内侧拥有完全的六个空间自由度，能够为受电弓安装座11提供多面的减震。
作为本发明的一种可选技术方案：四个径向减震弹簧52呈环形阵列分布，中心安装块51的底部伸出基座1并固定连接有底部滑动板53，底部滑动板53与基座1活动连接，中心安装块51的顶部伸出基座1并与受电弓安装座11固定连接，底部滑动板53为中心安装块51提供底部形成约束，避免中心安装块51的减震缓冲运动超程。
工作原理：在安装滑触碳滑板21时，操作人员只需将碳滑板固定座22两侧的安装滑块26对准安装滑槽25插入受电弓上框架13，操作人员持续推进直至应力挡板28接触受电弓上框架13，此时安装滑块26紧贴安装滑槽25的内壁，安装固定孔27贯穿受电弓上框架13和碳滑板固定座22，随后操作人员将螺栓副29对准安装固定孔27插入并预紧，即可完成安装，无需操作人员多次对准与预紧螺栓，减小了操作人员的操作难度与定位难度，在弓网接触时，滑触碳滑板21接触刚性接触网，并将电能通过接触头24和总供电输电线14传输给机车组，地铁车组在运行时，车组顶面至接触网之间的距离时刻变动，当此部分距离变小时，受电弓安装座11下移并压迫中心安装块51下移，避免滑触碳滑板21与接触网之间的应力过大而使接触网或滑触碳滑板21损坏，当车组转弯时，四个径向减震弹簧52牵扯中心安装块51，避免车组转弯时因向心力产生的震动损坏接触网或滑触碳滑板21，在滑触碳滑板21与接触网处产生拉弧时，压缩泵33将冷却介质储罐32中存放的高压介质压缩并从底部喷气管34和上层喷气管35处喷射，吹灭电弧，避免电弧长时间存在而损坏接触网或滑触碳滑板21，底部喷气管34也能够将滑触碳滑板21处的灰尘、碎屑或冰晶吹散，避免滑触碳滑板21与接触网之间接触不良。
一种地铁刚性接触网同相供电装置的供电方法，其特征在于，包括以下步骤：
弓网接触：受电弓弓臂12升起，滑触碳滑板21接触刚性接触网，并将电能通过接触头24传输给总供电输电线14为地铁机车组供电；
接触灭弧：受电弓弓臂12将升起的信号传输给处理模块44，光电传感器45接收受电弓弓臂12与刚性接触网之间的信号，并将此部分信号传输给处理模块44，微处理器42接收处理模块44发出的信号并将指令发送至信号发射模块46，信号发射模块46控制压缩泵33的启停；
弓网分离：列车组运行至换相区前受电弓弓臂12收起，滑触碳滑板21脱离刚性接触网，总供电输电线14断电使地铁机车组脱离单相供电网络；
分离灭弧：受电弓弓臂12将收起的信号传输给处理模块44，光电传感器45接收受电弓弓臂12与刚性接触网之间的信号，并将此部分信号传输给处理模块44，微处理器42接收处理模块44发出的信号并将指令发送至信号发射模块46，信号发射模块46控制压缩泵33的启停。
作为本发明的一种可选技术方案：光电传感器45用于检测电弧产生，信号发射模块46用于启动压缩泵33，压缩泵33的出口气压为3mPa，3mPa的出口气压能够快速的将冷却介质吹向电弧所在区域，快速吹灭电弧。
作为本发明的一种可选技术方案：处理模块44的输入端信号连接有环境参数传感器47，环境参数传感器47用于捕捉电弧产生时的环境参数，包括温度、风速、空气湿度、滑触碳滑板21至刚性接触网的距离，处理模块44的输出端信号连接有参数储存模块48，参数储存模块48用于存储电弧产生时的环境参数，在列车检修时，操作人员能够对此部分数据进行读取，分析电弧多发区域的环境参数。
综上所述：本发明通过碳滑板安装机构2的设置，操作人员将螺栓副29对准安装固定孔27插入并预紧，即可完成安装，无需操作人员多次对准与预紧螺栓，减小了操作人员的操作难度与定位难度，解决了现有的地铁刚性接触网同相供电装置碳滑板更换过程繁琐的问题，通过多重缓冲机构5的设置，受电弓安装座11下移能够压迫中心安装块51下移，避免滑触碳滑板21与接触网之间的应力过大而使接触网或滑触碳滑板21损坏，当车组转弯时，四个径向减震弹簧52牵扯中心安装块51，避免车组转弯时因向心力产生的震动损坏接触网或滑触碳滑板21，通过自动吹弧机构3的设置，在滑触碳滑板21与接触网处产生拉弧时，压缩泵33将冷却介质储罐32中存放的高压介质压缩并从底部喷气管34和上层喷气管35处喷射，吹灭电弧，避免电弧长时间存在而损坏接触网或滑触碳滑板21，解决了现有的地铁刚性接触网同相供电装置电弧容易损伤碳滑板和接触网的问题。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种地铁刚性接触网同相供电装置，包括基座（1）、受电弓安装座（11）、受电弓弓臂（12）、受电弓上框架（13）、总供电输电线（14）和主控单元（4），其特征在于：所述受电弓上框架（13）的顶部设有碳滑板安装机构（2），所述受电弓弓臂（12）的顶部设有自动吹弧机构（3），所述基座（1）与受电弓安装座（11）之间设有多重缓冲机构（5）；
所述碳滑板安装机构（2）包括滑触碳滑板（21）、碳滑板固定座（22）、接触头（24）、安装滑槽（25）、安装滑块（26）、安装固定孔（27）、应力挡板（28）和螺栓副（29），所述滑触碳滑板（21）固定连接在碳滑板固定座（22）的内部，所述接触头（24）固定连接在碳滑板固定座（22）的底部，所述安装滑槽（25）开设在受电弓上框架（13）的两侧内壁，所述安装滑块（26）固定连接在碳滑板固定座（22）的两侧，所述安装固定孔（27）开设在受电弓上框架（13）的顶部，所述应力挡板（28）固定连接在碳滑板固定座（22）的底部外侧，所述螺栓副（29）与安装固定孔（27）活动连接；
所述自动吹弧机构（3）包括固定环（31）、冷却介质储罐（32）、压缩泵（33）、上层喷气管（35）和压力管道（36），所述冷却介质储罐（32）固定连接在受电弓弓臂（12）的底部，所述压缩泵（33）通过固定环（31）固定连接在受电弓弓臂（12）的中部，所述压缩泵（33）通过压力管道（36）与冷却介质储罐（32）固定连接，所述上层喷气管（35）固定连接在压缩泵（33）的顶部；
所述主控单元（4）的内部设有电源模块（41）、微处理器（42）、处理模块（44）、光电传感器（45）和信号发射模块（46），所述光电传感器（45）的输出端和受电弓弓臂（12）的输出端均与处理模块（44）的输入端信号连接，所述处理模块（44）的输出端与微处理器（42）的输入端信号连接，所述微处理器（42）的输出端与信号发射模块（46）的输入端信号连接，所述信号发射模块（46）的输出端与压缩泵（33）的输入端信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种地铁刚性接触网同相供电装置，其特征在于：所述受电弓上框架（13）固定连接在受电弓弓臂（12）的顶部，所述受电弓弓臂（12）固定连接在受电弓安装座（11）的顶部，所述总供电输电线（14）固定连接在受电弓弓臂（12）的内部。
3.根据权利要求1所述的一种地铁刚性接触网同相供电装置，其特征在于：所述滑触碳滑板（21）与碳滑板固定座（22）之间设有绝缘层（23），所述绝缘层（23）的内侧与滑触碳滑板（21）固定连接，所述绝缘层（23）的外侧与受电弓上框架（13）固定连接，所述接触头（24）位于碳滑板固定座（22）的内部，所述接触头（24）的底部伸出碳滑板固定座（22）并与总供电输电线（14）电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种地铁刚性接触网同相供电装置，其特征在于：所述压力管道（36）的一端与冷却介质储罐（32）固定连接，所述压力管道（36）的另一端与冷却介质储罐（32）固定连接，所述固定环（31）固定连接在受电弓弓臂（12）上，所述上层喷气管（35）的下方设有底部喷气管（34），所述底部喷气管（34）与压缩泵（33）固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种地铁刚性接触网同相供电装置，其特征在于：所述电源模块（41）的输出端与微处理器（42）、光电传感器（45）和压缩泵（33）电性连接，所述电源模块（41）用于为微处理器（42）、光电传感器（45）和压缩泵（33）的运行提供电力。
6.根据权利要求1所述的一种地铁刚性接触网同相供电装置，其特征在于：所述多重缓冲机构（5）包括中心安装块（51）和四个径向减震弹簧（52），所述中心安装块（51）位于基座（1）的中部，所述中心安装块（51）通过四个径向减震弹簧（52）与基座（1）活动连接。
7.根据权利要求6所述的一种地铁刚性接触网同相供电装置，其特征在于：四个所述径向减震弹簧（52）呈环形阵列分布，所述中心安装块（51）的底部伸出基座（1）并固定连接有底部滑动板（53），所述底部滑动板（53）与基座（1）活动连接，所述中心安装块（51）的顶部伸出基座（1）并与受电弓安装座（11）固定连接。
8.一种地铁刚性接触网同相供电装置的供电方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：弓网接触：受电弓弓臂（12）升起，滑触碳滑板（21）接触刚性接触网，并将电能通过接触头（24）传输给总供电输电线（14）为地铁机车组供电；
B：接触灭弧：受电弓弓臂（12）将升起的信号传输给处理模块（44），光电传感器（45）接收受电弓弓臂（12）与刚性接触网之间的信号，并将此部分信号传输给处理模块（44），微处理器（42）接收处理模块（44）发出的信号并将指令发送至信号发射模块（46），信号发射模块（46）控制压缩泵（33）的启停；
C：弓网分离：受电弓弓臂（12）收起，滑触碳滑板（21）脱离刚性接触网，总供电输电线（14）断电使地铁机车组脱离单相供电网络；
D：分离灭弧：受电弓弓臂（12）将收起的信号传输给处理模块（44），光电传感器（45）接收受电弓弓臂（12）与刚性接触网之间的信号，并将此部分信号传输给处理模块（44），微处理器（42）接收处理模块（44）发出的信号并将指令发送至信号发射模块（46），信号发射模块（46）控制压缩泵（33）的启停。
9.根据权利要求8所述的一种地铁刚性接触网同相供电装置的供电方法，其特征在于：光电传感器（45）用于检测电弧产生，信号发射模块（46）用于启动压缩泵（33），压缩泵（33）的出口气压为3mPa。
10.根据权利要求8所述的一种地铁刚性接触网同相供电装置的供电方法，其特征在于：处理模块（44）的输入端信号连接有环境参数传感器（47），环境参数传感器（47）用于捕捉电弧产生时的环境参数，处理模块（44）的输出端信号连接有参数储存模块（48），参数储存模块（48）用于存储电弧产生时的环境参数。
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