動車組受電弓故障診斷與處理

動車組受電弓故障診斷與處理分析摘要：當前，我國的科技水平在不斷提高，高速列車的制造水平也在不斷提高。高鐵受電弓是用來牽引列車懸鏈導線上電流的設(shè)備。其運行過程受滑移、摩擦、電能、化學等多種因素影響。在運行過程中很容易出現(xiàn)各種各樣的異常故障。在實際應(yīng)用中，為了使受電弓保持良好的工作性能，必須對其常見故障進行分析，找出行之有效的解決方法。針對上述問題，通過查閱相關(guān)文獻，對高鐵受電弓的基本結(jié)構(gòu)及主要部件進行了概述，并對其工作原理及常見三種形式進行了介紹。之后，對動車組受電弓的一些常見故障進行了分析，并提出了解決辦法。在此基礎(chǔ)上，對受電弓的每日巡視、維修、網(wǎng)絡(luò)改造以及維修的最佳方案提出了一些有借鑒意義的建議。關(guān)鍵詞：動車組；受電弓；故障分析1、引言動車組作為現(xiàn)代鐵路運輸?shù)闹匾M成部分，其運行的安全性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到旅客的出行體驗和社會的經(jīng)濟發(fā)展。受電弓作為動車組獲取電能的關(guān)鍵設(shè)備，其故障診斷與處理分析顯得尤為重要。隨著動車組技術(shù)的不斷發(fā)展，受電弓的結(jié)構(gòu)和性能也在不斷優(yōu)化，但同時也面臨著更為復(fù)雜的運行環(huán)境和更高的運行要求。在實際運行過程中，受電弓可能會因各種原因出現(xiàn)故障，如機械磨損、電氣故障、環(huán)境因素等，這些故障不僅會影響動車組的正常運行，還可能對旅客的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。因此，對動車組受電弓的故障診斷與處理進行深入分析，具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。通過故障診斷，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，避免事故的發(fā)生；通過處理分析，可以總結(jié)故障發(fā)生的規(guī)律和原因，為后續(xù)的維護和保養(yǎng)提供科學依據(jù)。本文旨在探討動車組受電弓故障診斷與處理分析的方法和技術(shù)，通過對現(xiàn)有文獻的梳理和實踐經(jīng)驗的總結(jié)，提出一套有效的故障診斷與處理流程，為動車組的安全運行提供有力保障。2、動車組受電弓概述2.1受電弓的基本結(jié)構(gòu)及主要部件在該滑板架上裝有兩排的粉末合金滑板，以及兩排的固態(tài)潤滑油。而在這些部件中，滑塊就是其中故障發(fā)生率較高的部件。由于滑動塊是與接觸面的直線相連接，所以容易出現(xiàn)的問題有：摩擦極限問題、斷縫問題等。主要成分是鐵質(zhì)、銅質(zhì)及潤滑油。懸鏈線具有良好的自潤滑性能，高的機械強度，低的電阻率，良好的接觸電流收集性能。2.2受電弓的工作原理在受電弓的時候，通過對受電弓按鈕開關(guān)的按壓，讓受電弓空氣閥充電，將壓縮空氣送入動力缸中，從而使得活塞能夠抵抗船頭向下運動的彈性力，從而釋放對下臂桿的約束，弓形提升彈簧就能夠?qū)⑾卤蹢U進行牽引，使得推桿進行轉(zhuǎn)動。最終將上框架和鉸鏈座的移動，進而將縮放儀進行上升。當受電弓下降時，受電弓按鍵的開關(guān)恢復(fù)正常，氣壓閥門關(guān)閉后，受電弓的壓力通過受電弓的迅速排氣閥門和受電弓的氣壓閥門向大氣中排放。通過下臂旋轉(zhuǎn)弓形機構(gòu)的彈性，使弓形機構(gòu)向下運動，最后弓形機構(gòu)迅速下降。2.3幾種常用的動車組受電弓2.3.1DSA250型受電弓圖1：DSA250型受電弓DSA250受電弓片可用于CRH1、CRH2、CRH5等車輛，結(jié)構(gòu)如圖1所示。本機為單片型，配有雙重炭滑塊，保證工作時具有良好的導電性能。受電弓由三部分組成，分別為：底板、上板、下板和弓頭。為了滿足輕質(zhì)的工藝要求，對受電弓的移動部分及弓首采用了鋁合金結(jié)構(gòu)。由于要根據(jù)滑動式的構(gòu)造進行作業(yè)，所以滑動式的極值不小于5毫米，兩個滑動式的高低差異不大于3毫米。為了防止出現(xiàn)碳滑板出現(xiàn)磨損過大的現(xiàn)象，在設(shè)計過程中，一般都是將其設(shè)計成中控結(jié)構(gòu)，并經(jīng)由氣道與控制閥板中的壓力開關(guān)相連，在摩擦超限的時候（也就是，當壓縮空氣的數(shù)值降低到2.Sbar時），壓力開關(guān)被觸發(fā)，ADD功能被激活，受電弓最終快速下降以達到降弓保護的目的。2.3.2SSS400+型受電弓如圖2所示，SSS400以上為CRH3型汽車新型受電弓，也可采用單臂、雙滑板結(jié)構(gòu)。一整臺受電弓，主要包括受電弓自身及裝設(shè)于汽車內(nèi)的氣動控制閥板兩部分。圖2：SSS400+型受電弓圖3受電弓控制網(wǎng)絡(luò)如圖3所示，受電弓的操縱是通過網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。司機操縱起弓式起重裝置，啟動螺線管閥門，開啟氣路，操縱壓縮氣體，將受電弓式起重裝置提升，實現(xiàn)起重。將操作的收發(fā)機通過壓力開關(guān)傳送到CCU；通過車載總線將該數(shù)據(jù)從CCU發(fā)送到上位機。如果受電弓在使用中發(fā)生了一些問題，比如炭滑塊出現(xiàn)了損壞或者炭滑塊到了最大值時，就會啟動急降閥門，使得受電弓迅速落下。在此基礎(chǔ)上，利用高壓開關(guān)將相關(guān)的信號傳送給控制中心，由控制中心對控制中心進行診斷、處置，再將相關(guān)的錯誤代碼傳送給控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了人－機交互，提示控制中心對變電所進行切換的方法。2.3.3CX主動控制型受電弓如圖4所示，CX受電弓在CRH380B型車上的應(yīng)用是由Favelle創(chuàng)造的。該裝置與一般的受電裝置有很大區(qū)別。首先，本設(shè)計采用單一的導軌設(shè)計，導軌材質(zhì)為滲銅的導軌，延長了導軌的使用時間；其次，增設(shè)了可實現(xiàn)受電弓壓差調(diào)節(jié)和受電弓壓差調(diào)節(jié)等功能的受電弓壓降調(diào)節(jié)裝置。所述新組合的弓身，使所述的弓身電流降低30%—40%；最終采用了更加精密的空調(diào)設(shè)備。因此，CX式受電弓結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，動態(tài)接觸力可調(diào)，可靠性高。圖4CX主動控制型受電弓圖5CX受電弓控制系統(tǒng)如圖5所示，受電弓本身是通過壓縮氣體來實現(xiàn)的。來自交通工具導管的壓力氣體通過APIM裝置進入弧狀提升氣袋內(nèi)。在氣壓作用下，氣囊被氣壓所擠壓，從而形成轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩由凸輪與彈簧聯(lián)結(jié)而成，從而達到提升的目的。當弓矢下降時，由于受到弓矢本身的重力作用，從而使弓矢下降。如果高壓氣體供應(yīng)被切斷，或是高壓電力供應(yīng)被破壞，則受電弓將觸發(fā)輔助裝置，使得受電弓的升降。該縮放儀在工作機理上與DSA250縮放儀類似，但其動力性能具有一定的可調(diào)節(jié)性。利用兩段式懸掛裝置，可以調(diào)節(jié)受電弓的動力學性能。第一次使用了氣袋來懸浮。受電弓形件控制裝置可以確保氣袋的壓力恒定，而不會受到受電弓形件的高度的影響。通過弧狀的彈簧來調(diào)整第二懸掛裝置。由于采用二級懸架系統(tǒng)，受電弓的動力調(diào)整能力較強。3受電弓的故障形式3.1機械部件故障3.1.1上臂頂管裂紋故障受電弓上臂頂套是弓身下表面與弓身表面的關(guān)鍵聯(lián)結(jié)構(gòu)件，承擔著承載弓身與網(wǎng)片碰撞的重大任務(wù)，在高強度的沖擊力下，極易發(fā)生斷裂破壞。一般來說，上臂沖頭的裂縫破壞主要發(fā)生在沖頭的末端，即尼龍襯套與旋轉(zhuǎn)軸以及不銹鋼套管的連接處。引起上臂式頂桿發(fā)生破壞的原因有二：一是由于彎頭式頂桿回轉(zhuǎn)軸線上的構(gòu)造形成了階梯，階梯上的應(yīng)力在回轉(zhuǎn)軸線上形成了應(yīng)力集中的區(qū)域，從而引起了表面的微觀裂縫。在高周交變加載條件下，材料內(nèi)部的微觀裂縫發(fā)展緩慢，導致材料的大應(yīng)變和破壞，降低了材料的承載性能，降低了材料的碰撞振動強度。弓與網(wǎng)完全由前臂支撐；第二個問題是，受電弓上臂環(huán)與上臂環(huán)之間的連接距離短，將導致上臂環(huán)的觸點壓力過低，而在上臂環(huán)的末端載荷壓力較大，會導致上臂環(huán)的破裂。3.1.2彈簧盒管壁及彈簧失效故障車載受電弓的弓頭吊放彈性箱一般為弓頭吊放圓筒體和扭簧構(gòu)成，而在高速下，由于受到了受電弓面的擠壓以及受電弓面的相互撞擊，使得受電弓面的應(yīng)力集中在受電弓面上。常規(guī)的弓形彈性殼體的內(nèi)壁是沿長度方向產(chǎn)生裂紋的，裂紋通常在彈性殼體的下端產(chǎn)生裂紋。而彈簧的失效問題多發(fā)生在限制桿、彈性銷和扭簧上，尤其是彈性銷的變形和斷裂最為嚴重，見附圖2-6。由于受電弓在弓身運動時受到氣流的影響，因此，在弓身運動時，由于氣流的影響，使得弓身受到較大的阻力。該系統(tǒng)的故障原因為高頻與大型網(wǎng)架的非正常撞擊。在限制棒與彈性銷釘?shù)慕孛嫔洗嬖谥S多的微裂，這些微裂持續(xù)地擴展直至破壞，這種零件的損壞也會導致扭簧所承受的負荷越來越大，最終造成失效的進一步惡化。3.2電氣系統(tǒng)故障3.2.1壓力開關(guān)故障受電弓的升弓壓力是由壓力開關(guān)來控制的，該壓力開關(guān)根據(jù)壓力值產(chǎn)生電信號送到電子控制閥，并通過該電信號作用在電子控制閥上的電信號來控制氣路的啟閉。因此，不管是壓力開關(guān)發(fā)生故障還是壓力值預(yù)設(shè)不當，都會引起受電弓不能正常提升，或者在提升后沒有反饋信號?？纱_診壓力開關(guān)故障。3.2.2電氣回路故障受電弓是汽車獲得牽引動力的最重要部件，電路系統(tǒng)復(fù)雜，主要由各種管路、連接器和執(zhí)行機構(gòu)組成。其中，電連接器中的插針往往存在機械變形、接觸不良等問題，容易出現(xiàn)因電路信號發(fā)射異常造成電控閥不能正常工作和壓縮空氣無法進入升弓氣囊造成受電弓升弓失敗的情況。3.3風管系統(tǒng)故障風管系統(tǒng)失效主要表現(xiàn)為快速閥，ADD閥和其他元件漏風。漏風有兩方面原因：第一是異物擊打。由于受電弓處于汽車頂部，沒有保護措施，所以很容易被外部物體擊中，再加上汽車運行速度快，即使是一些細小的物件，也會對快捷鍵和ADD鍵有一定的作用，并且會導致一些比較惡劣的結(jié)果，比如零件的變形，斷裂，松動等，導致風管系統(tǒng)的漏風缺氣；ADD閥門間的密封件以O(shè)型膠圈為主，若因使用年限過長而破裂，將導致風道內(nèi)氣體泄漏；此外，在裝配時，連接處的螺絲及其他機器裝配部分的扭矩不正確，也容易引起風管的泄漏問題。4動車組受電弓常見故障分析及處理動車組運行過程中，由接觸網(wǎng)、受電弓和車輛和接觸網(wǎng)構(gòu)成的復(fù)合振動體系。弓絲與弓絲之間的接觸狀況差，會導致弓絲的摩擦損耗增大，從而降低弓絲的過水流品質(zhì)。因此當前，在鐵路朝著信息化方向發(fā)展的情況下，減少甚至于消除受電弓事故的出現(xiàn)，顯得更為重要和有意義。4.1滑板磨耗過快滑板作為消耗品，其磨損現(xiàn)象普遍存在于某一范圍。但磨損過快時，要注意把無謂的磨損減少到最低限度。對于新線路，滑塊磨耗較大。在這兩個方面，既有機器損耗，又有電力損耗。新的直線接觸器上出現(xiàn)了大量的硬毛邊，這就造成了機械磨耗。在高鐵受電弓運行初期，因為滑板與接觸網(wǎng)都沒有經(jīng)過多少次運行，所以二者的摩擦系數(shù)會比較大。這樣就會造成磁頭迅速的損耗。在摩擦過程中，接觸不好主要是因為接觸網(wǎng)的表面不平，或是被污穢所引起的。因此，在日常對高鐵滑板的故障預(yù)處理上，不僅要時刻儲備足夠的滑板，而且還要盡可能地使用耐磨的鐵基滑板，以此來減小滑塊接觸線的摩擦力，讓接觸網(wǎng)盡可能地平滑。也可以在接觸網(wǎng)面摩擦力變化的時候，替換底部比較軟的滑片，減少了損耗，也可以防止對該滑片的無謂維護和替換。4.2受電弓接觸壓力受電弓接觸壓強是受電弓滑板與受電弓接觸狀態(tài)的電氣指標。受電弓和接觸網(wǎng)之間的接觸壓力不是恒定的。通常由多個數(shù)值綜合衡量，其中包括：方差、平均值、最大和最小的接觸壓力。標準偏差在平均值的范圍內(nèi)上下波動。受電弓間的接觸壓力過高或過低都會影響列車的正常、良好工作。接觸壓力過高還會使兩種材料間的機械摩擦加劇，如果接觸壓力過低，則脫線率會顯著提高。中線雖然不影響機車的運行，但這會使得接觸網(wǎng)和受電弓滑板間的電磨損增加，并且一旦發(fā)生大范圍下線就會對機車運行和安全帶來很大的傷害。因此，保持合適的接觸壓力對動車組來說是至關(guān)重要的。所以，為了確保機車運行安全、延長接觸網(wǎng)及受電弓滑板使用壽命、采取措施避免脫線就顯得尤為重要了。針對接線問題，就弓身而言，應(yīng)采取如下措施進行處理：（1）要提高受電弓的接觸面壓強，但受機車車速、接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和機車運行線路條件等因素的影響。（2）受電弓片的可移動連接件應(yīng)該得到很好的潤滑劑和平滑的移動。（3）在保證托架的彈性的前提下，使滑塊能夠自由地旋轉(zhuǎn)。4.3滑板偏磨滑片的偏磨度是影響其使用時間的重要因素。如果滑塊的不對稱摩擦會使滑塊與鋼絲的接觸頻率增大，如果發(fā)生不對稱摩擦，則會使滑塊的表面形成溝槽。在此過程中，滑塊與線材的碰撞是導致刮板失效的重要原因。對于有偏壓的情況，應(yīng)對其進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，以保證其工作范圍內(nèi)的良好工作狀況。4.4刮弓弓刮刀是嚴重的缺點，各單位都十分認真對待。造成弓式刮板的主要因素有：機器的故障和人的失誤。弓形彎道的出水段是事故頻發(fā)的部位，而人的原因比較復(fù)雜。若因訊號失誤而使列車駛?cè)敕请娋€，乘務(wù)員若不能迅速減速，很可能會擦到車頭。為了預(yù)防受電弓故障的出現(xiàn)，首先應(yīng)加大對受電弓的檢測與維修力度，使受電弓在任何時候都處于最佳的工作狀態(tài)。二是要在運行中，強化對接觸線狀態(tài)的觀察和監(jiān)測，站內(nèi)尤其如此，調(diào)車作業(yè)及惡劣天氣，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。4.5瓷瓶故障在高鐵受電弓各環(huán)節(jié)中，支承瓷瓶均為現(xiàn)行牽引供電系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。瓷瓶是一種常見的故障類型，如破裂閃絡(luò)造成電網(wǎng)直接接地故障、車頂瓷瓶接地故障等，往往造成難以估計的損失。為了防止瓷瓶失效，必須做好預(yù)防性維修工作：一是每天對瓷瓶進行例行檢查，排除破損和其他安全隱患；其次，要選擇具有良好絕緣性能的外包裝材料來保護瓷瓶。4.6受電弓部件損壞高鐵列車行駛速度較快，使受電弓的調(diào)整、操縱變得更為困難，且受電弓的三角板、底盤、框架、支撐桿等構(gòu)件極易發(fā)生損傷。若不能及時發(fā)現(xiàn)受電弓，將會產(chǎn)生潛在的危險。事不宜遲。所以，在對受電弓進行檢驗時，必須注意受電弓各個部位的檢驗，對出現(xiàn)的問題要進行及時的整改，以確保列車在軌不發(fā)生任何事故的前提下，不發(fā)生任何事故。5、結(jié)語當前，國家科技進步的速度越來越快，高速列車的研制的更迭也在持續(xù)推進。高速列車上的受電弓是用于牽引列車運行中的電力的設(shè)備。它的運行過程受到許多影響。在實際操作中，容易產(chǎn)生多種失效現(xiàn)象。時下，為了保證列車的正常運行，必須對列車上的受電弓結(jié)構(gòu)進行全面的分析，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。為此本文在參考國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了高鐵受電弓的基本結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵元件，并對其工作機理和三種常見的受電弓類型作了簡單的闡述。最后就受電弓日常巡