CN210454472U - 一种用于轨交列车的阻尼受电弓 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于轨交列车的阻尼受电弓，包括依次连接的碳滑板、上框架、下臂杆、受电弓底座框架、绝缘件和车顶安装底座，其特征在于，还包括谐振动力阻尼单元和隔振单元，所述的上框架包括上梁和横梁，所述的谐振动力阻尼单元安装在上梁、横梁或下臂杆上，所述的隔振单元设置在与绝缘件和车顶安装底座之间。与现有技术相比，本实用新型确保了碳滑板和接触网点之间的没有大幅度的跳动，从而防止受电弓的异常磨耗，对轨道交通的日常运行具有经济和安全意义。

Description

一种用于轨交列车的阻尼受电弓

技术领域

本实用新型涉及轨道交通领域和电气化铁路技术，尤其是涉及一种带隔振吸振装置的阻尼受电弓。

背景技术

受电弓是轨道交通中电气化铁路列车的受流装置，安装在电力机车车顶上，是电力机车从接触网获取电能的电器设备。为了保持受流的稳定性和连续性，受电弓与接触网(导线)需要保持良好的跟随性。

在列车行驶过程中，由于道床、轨道及车轮之间存在的动态耦合特性，会导致不同幅度及不同频率的振动激励，并通过车体直接传输到受电弓底座上而引起受电弓的振动。受电弓取电的过程是通过其弓头上的碳滑板与上方的接触网导线滑动接触获取电能，在这个过程中，碳滑板表面会因滑动接触摩擦而产生磨耗。在车辆运行动态环境符合设计标准的情况下，碳滑板的摩擦损耗在其设计工作寿命中能够保持在允许的范围内。然而，在列车的实际运行过程中，轨道波浪磨耗的出现和发展和其它动态激励源的存在以及轮轨之间接触冲击力的变化，必然会造成车体振动的增加进而使通过车体传递到受电弓结构的振动幅值提高。而受电弓结构振动水平的变化，直接影响到碳滑板和接触网之间的接触压力并出现大幅度弹跳，使受电弓碳滑板磨耗出现异常，磨耗量增大、表面磨耗均匀性差，使用寿命大幅降低。

和高速铁路主要采用柔性接触网不同，城市轨道交通的地下线路受空间的限制，广泛采用刚性接触网，与柔性接触网相比，刚性接触网弹性差，弓网的跟随性变差，在受电弓振动的时，造成的危害更大。目前，城市轨道交通碳滑板超磨现象更为普遍。

因此，碳滑板的异常磨耗最终导致的是受电弓跟随性不稳定，受流质量差，甚至导致弓网事故；同时碳滑板使用寿命的降低，也需要花费大量的人力和财力去频繁更换。碳滑板的异常磨耗不仅增加列车运行的经济成本，更重要的是也带来了很大的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于轨交列车的阻尼受电弓。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于轨交列车的阻尼受电弓，包括依次连接的碳滑板、上框架、下臂杆、受电弓底座框架、绝缘件和车顶安装底座，其特征在于，还包括谐振动力阻尼单元和隔振单元，所述的上框架包括上梁和横梁，所述的谐振动力阻尼单元安装在上梁、横梁或下臂杆上，所述的隔振单元设置在与绝缘件和车顶安装底座之间。

进一步地，所述的谐振动力阻尼单元包括至少一层弹性元件层和至少一层质量元件层，弹性元件层和质量元件层互相间隔设置。

进一步地，所述的上梁、横梁或下臂杆均为空心管，内有空腔，所述谐振动力阻尼单元件设置在空腔中，谐振动力阻尼单元的最外层为弹性元件层并且紧贴空腔的内壁。

进一步地，所述的谐振动力阻尼设置在上梁、横梁或下臂杆的外侧，谐振动力阻尼单元的最内层为弹性元件层并且紧贴上梁、横梁或下臂杆的外壁。

进一步地，所述的弹性元件层为高阻尼弹性材料；所述的质量元件层为高密度刚性材料。

进一步地，所述的弹性元件层和质量元件层之间采用胶粘剂、硫化工艺或机械结构复合成一体。

进一步地，所述的谐振动力阻尼单元由颗粒状碰撞体组成。

进一步地，所述的谐振动力阻尼单元设置在上梁、横梁或下臂杆上振动模态幅值高的局部位置，呈分段式布置。

进一步地，所述的隔振单元还设置在受电弓底座框架和下臂杆之间，或者下臂杆和上框架的连接处内。

进一步地，其特征在于，所述的隔振单元为橡胶弹簧隔振器、钢弹簧隔振器或空气弹簧隔振器，并且隔振单元的刚度参数和阻尼参数为非线性设计。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型通过谐振动力阻尼单元和隔振单元的设置来控制受电弓的振动响应幅值，使碳滑板和接触网接滑动触点的由于高振动引起的弹跳幅度大幅度降低，降低碳滑板的异常磨耗，提高其使用寿命和安全系数；同时由于受电弓结构阻尼的增加和振动水平的下降，有利于受电弓结构动态应力范围的下降，因此提高受电弓结构的疲劳寿命。

2、本实用新型结构简单，使用时可以不改变现有的受电弓设计和安装方式，不需要改动原有结构的零部件和结构维护保养程序，既可以在正在使用中的受电弓结构上实施、也可在受电弓设计生产过程中引入；而且谐振动力阻尼单元和隔振单元附加质量低，不会大幅度改变原有的设计技术要求。

3、通过多层的弹性元件层和质量元件层的组合适用频率范围可以是单频、多频或任何特定的频率范围。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。

图2为实施例一的谐振阻尼梁管示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为实施例一谐振动力阻尼单元的理论模型示意图。

图5为实施例二的谐振动力阻尼梁管剖视示意图。

图6为实施例二的谐振阻尼体梁杆剖视示意图。

图7为实施例二的“T”型杆的谐振阻尼体梁杆剖视示意图。

图8为实施例二的空心管的谐振阻尼体梁杆剖视示意图。

图9为实施例三的谐振动力阻尼梁管剖视示意图。

图10为实施例三谐振动力阻尼单元的理论模型示意图。

图11为实施例四的谐振阻尼体梁杆轴向剖视示意图。

图12为实施例四的谐振阻尼体梁杆横向剖视示意图。

附图标记：1、碳滑板，2、上框架，21、上梁，3、下臂杆，4、受电弓底座框架，5、绝缘件，6、车顶安装底座，7、隔振单元，8、谐振动力阻尼单元，81、弹性元件层，82、质量元件层，9、谐振阻尼杆梁管，10、谐振阻尼梁杆，11、颗粒状碰撞体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种用于轨交列车的阻尼受电弓，尽管根据不同受电弓结构设计以及机车的行驶环境条件，受电弓的结构会有一定的差异，但基本结构都包括碳滑板1、上框架2、下臂杆3、受电弓底座框架4、绝缘件5和车顶安装底座6。本实施例在受电弓上还设置了谐振动力阻尼单元8和隔振单元7。上框架2由上梁21和横梁组成，上梁21、横梁以及下臂杆3均为受电弓的梁杆结构，这也是产生共振响应最严重的部分之一。上梁21和横梁多为空心管，下臂杆3既有空心管也有其他型材，本实施例中的上梁21、横梁和下臂杆3均采用空心管。

如图2和图3所示，以上梁2为例，谐振动力阻尼单元8包括一层弹性元件层81和一层质量元件层82，设置在空心管的空腔中，弹性元件层81紧贴空腔的内壁。弹性元件层81和质量元件层82以及对应的该段空心管共同组成了谐振阻尼杆梁管9。弹性元件层81采用高阻尼弹性材料，质量元件层82采用高密度刚性材料，如高密度合金钢等。弹性元件层81和质量元件层82之间通过灌注型阻尼材料固化前粘结性能连接成一起。弹性元件层81的厚度和质量元件层82的重量取决于梁杆结构最大振动响应幅值和峰值频率。

如图4所示为谐振动力阻尼单元8的理论模型示意图，由于高阻尼弹性材料本身具有一定的刚度(但远低于上框架2和质量元件层82的刚度)，所以理论模型也包括了这部分刚度。弹性元件层81的杨氏模量为1×105～1×108N/m2，其阻尼损耗因子大于0.1，可以采用阻尼橡胶或粘弹阻尼材料。

谐振阻尼管梁9的长度则取决于上梁21、横梁以及下臂杆3的振动、振动模态形状以及峰值频率的分布，可以是覆盖整个梁杆长度，也可以局部区域或多个局部区域分段式布置。

如图1所示，受电弓底座框架4为矩形，通常是把四个角通过绝缘件5固定在车辆顶上，车体的振动会通过车顶安装底座6传递到受电弓，引起受电弓的共振响应而导致碳滑板1与接触网的接触出现弹跳，造成碳滑板1的异常磨耗。本实施例在在绝缘件5和车顶安装底座6之间设置了隔振单元7。在车顶安装底座6处，安装金属平板及固定件，在其上安装隔振单元7，然后把绝缘件5与其连接固定，并与受电弓底座框架4固定。隔振单元7还设置在受电弓底座框架4和下臂杆3之间，以及下臂杆3和上框架2的连接处内，起到全面的隔振作用。隔振单元7的隔振频率小于受电弓振动控制频率，隔振单元7包括但不限于橡胶弹簧隔振器、钢弹簧隔振器或空气弹簧隔振器，并且隔振单元7的刚度参数和阻尼参数为非线性设计，根据需要隔离的动态激励的频率范围和振动幅值优化设计。

受轨道交通线路运行环境、车体结构动态特性的影响和接触网接触冲击力的作用，同时考虑受电弓结构的设计差异，对动态激励的响应特征会不同，在综合各种影响因素包括受电弓工作条件的限制的情况下，可以通过合理布局谐振动力阻尼单元8和隔振单元7的在受电弓的位置和数量，达到最好隔振吸振结构。

实施例二

如图5和图6所示，本实施例的基本结构与原理同实例化一相同，其不同处在于：谐振动力阻尼单元8设置在梁杆结构的外部而不是内部。谐振动力阻尼单元8的最内层为弹性元件层81并且紧贴上梁21、横梁或下臂杆3的外壁。图5中以上梁为例。弹性元件层81、质量元件层82以及对应的该段梁杆共同组成了谐振阻尼梁杆10。弹性元件层81和质量元件层82之间采用胶粘剂、硫化工艺或机械粘接复合成一体。这种设计适用于任何形式的梁杆，包括空心管梁和截面各异的各种型材杆梁，如图7所示的“T”型杆件，如图8所示，设置在空心管的外侧单面上。该结构对现有受电弓结构的减振吸振处理非常方便，易于实施。

与实施例一相同，谐振阻尼梁杆10的长度和谐振阻尼管梁9一样取决于上梁21、横梁以及下臂杆3的振动、振动模态形状以及峰值频率的分布，可以是覆盖整个梁杆长度，也可以局部区域或多个局部区域。

实施例三

如图9和图10所示，本实施例的基本结构与原理与实例化一相同，其不同处在于：谐振动力阻尼单元8由多层弹性元件层81和多层质量元件层82组成，用于应对多个高振动幅值的情况。图9以同样采用上梁21中两层弹性元件层81和两层质量元件层82组成的谐振动力阻尼单元8为例。弹性元件层81和质量元件层82间隔设置，最外层为弹性元件层81紧贴空腔的内壁，最内层为质量元件层82。

多个弹性元件层81和多个质量元件层82组成形成一个或多个具有不同共振频率的动力吸振器，谐振频率范围0-2000Hz。动力吸振器的动态特性和受电弓网作用力边界条件下的多阶模态频率对应一致，达到抵消受电弓网结构运营条件下相应模态频率的高幅值振动响应。

实施例四

如图11和图12所示，本实施例的基本结构与原理同实例化一相同，其不同处在于：弹性元件层81和质量元件层82均由颗粒状碰撞体11组成。用颗粒状碰撞体11代替弹性元件层81和质量元件层82填充在个空心管内。每个颗粒状碰撞体11为高密度刚性材料的核心外面包裹高阻尼弹性材料，形成圆球体。当梁杆结构产生振动时，带动这些颗粒状碰撞体11一起振动，颗粒状碰撞体11之间相互碰撞摩擦消耗梁杆的振动能量，从而降低受电弓结构的振动幅值，改善碳滑板1的与接触网的接触平稳性和跟随性，降低其异常磨耗。当然也有助于受电弓整体动态应力水平的降低，提高其疲劳寿命。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于轨交列车的阻尼受电弓，包括依次连接的碳滑板(1)、上框架(2)、下臂杆(3)、受电弓底座框架(4)、绝缘件(5)和车顶安装底座(6)，其特征在于，还包括谐振动力阻尼单元(8)和隔振单元(7)，所述的上框架(2)包括上梁(21)和横梁，所述的谐振动力阻尼单元(8)安装在上梁(21)、横梁或下臂杆(3)上，所述的隔振单元(7)设置在与绝缘件(5)和车顶安装底座(6)之间。

2.根据权利要求1所述的用于轨交列车的阻尼受电弓，其特征在于，所述的谐振动力阻尼单元(8)包括至少一层弹性元件层(81)和至少一层质量元件层(82)，弹性元件层(81)和质量元件层(82)互相间隔设置。

3.根据权利要求2所述的用于轨交列车的阻尼受电弓，其特征在于，所述的上梁(21)、横梁或下臂杆(3)均为空心管，内有空腔，所述谐振动力阻尼单元(8)件设置在空腔中，谐振动力阻尼单元(8)的最外层为弹性元件层(81)并且紧贴空腔的内壁。

4.根据权利要求2所述的用于轨交列车的阻尼受电弓，其特征在于，所述的谐振动力阻尼设置在上梁(21)、横梁或下臂杆(3)的外侧，谐振动力阻尼单元(8)的最内层为弹性元件层(81)并且紧贴上梁(21)、横梁或下臂杆(3)的外壁。

5.根据权利要求2所述的用于轨交列车的阻尼受电弓，其特征在于，所述的弹性元件层(81)为高阻尼弹性材料；所述的质量元件层(82)为高密度刚性材料。

6.根据权利要求2所述的用于轨交列车的阻尼受电弓，其特征在于，所述的弹性元件层(81)和质量元件层(82)之间采用胶粘剂、硫化工艺或机械结构复合成一体。

7.根据权利要求1所述的用于轨交列车的阻尼受电弓，其特征在于，所述的谐振动力阻尼单元(8)由颗粒状碰撞体(11)组成。

8.根据权利要求1所述的用于轨交列车的阻尼受电弓，其特征在于，所述的谐振动力阻尼单元(8)设置在上梁(21)、横梁或下臂杆(3)上振动模态幅值高的局部位置，呈分段式布置。

9.根据权利要求1所述的一种用于轨交列车的阻尼受电弓，其特征在于，所述的隔振单元(7)还设置在受电弓底座框架(4)和下臂杆(3)之间，或者下臂杆(3)和上框架(2)的连接处内。

10.根据权利要求1所述的一种用于轨交列车的阻尼受电弓，其特征在于，所述的隔振单元(7)为橡胶弹簧隔振器、钢弹簧隔振器或空气弹簧隔振器。

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