一种受电弓上框架的制作方法

本发明属于轨道车辆受电弓技术,具体涉及一种受电弓上框架。

背景技术：

受电弓是轨道车辆从线路接触电网获取电能的一种装置，上框架是受电弓的一个组成部分。上框架的下端与拉杆和下臂杆分别以转动副相连，上端与碳滑板安装支架以转动副相连，上框架是驱动碳滑板升降的关键部件。同时，弓网之间的动态接触力也通过碳滑板和碳滑板安装支架传递给了上框架，再通过上框架把动态接触力传递给拉杆和下臂杆。

上框架的关键承载部件是上臂杆，现有技术的上臂杆是由三段空心圆截面管组成，上段为直径较小的圆形等截面管，下段为直径较大的圆形等截面管，中间段为连接上段与下段的圆形变截面管。由于其不同段的直径存在突变，所以称之为阶梯管。

阶梯管主要承受弯矩和剪力，同时还承受部分扭矩，阶梯管上端与顶管连接处承受剪力，阶梯管下端与连接管连接处承受剪力、弯矩和扭矩。由于连接管和阶梯管均为圆截面管，二者连接处的边界线为相贯线，焊接后的焊缝的走向与扭矩产生的最大主应力方向垂直，导致在实际应用中阶梯管下端与连接管连接处焊缝极易出现裂纹，是强度的薄弱环节。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在提供一种强度高、重量轻、随网性能好的受电弓上框架。

本发明解决问题的技术方案是：一种受电弓上框架,包括顶管、对称布置的两根上臂杆,两上臂杆下端之间通过连接管连接,顶管的两端分别横向穿过两根上臂杆上端，并与上臂杆上端固定连接,所述上臂杆为工字型梁,连接管和顶管分别与工字型梁的腹板固定连接。

上述方案中,工字型截面是所有截面中承受弯矩能力最强的截面，采用工字型截面的上臂杆代替传统圆截面的上臂杆,工字型截面梁主要由上、下翼板承受弯矩，由腹板承受剪力。

由于连接管和工字梁的腹板连接，其连接处的交界线是在同一平面上的曲线，沿交界线焊接后焊缝的走向不再与连接管上的主应力方向垂直，从而使得连接管与上臂杆之间连接焊缝的强度极大提高。

进一步的，所述工字型梁结构为变截面梁,从上臂杆上端至上臂杆下端，梁截面尺寸逐渐呈线性增大。

上述方案中，采用线性变截面梁可减轻上框架的重量。同时，由于上臂杆上端截面尺寸小，可减小上臂杆上端的刚度，使其具有一定的柔性，在保证上框架必要的强度和弓网之间必要的接触力的情况下，可以减缓弓网之间的冲击。

可以根据受电弓顶管承受的电网的最大接触压力、上臂杆承受的最大弯矩、受电弓连接管承受的最大扭矩和剪力计算出顶管的截面尺寸、工字型变截面梁的最小截面尺寸和最大截面尺寸、连接管的截面尺寸，把工字型变截面梁设计成等强度梁，使整个上臂杆各个截面承受弯矩后产生的弯曲正应力都相等。充分发挥工字型变截面梁各个截面的承载能力，从而充分减轻上框架的重量，减小上框架对连接管的转动惯量，进一步改善上框架的动力学性能和对电网的跟随性能。

更进一步的，所述上臂杆外表面喷涂有阻尼层。上框架在与弓网接触发生突然变化的接触压力作用下，会引起上臂杆的振动，设计的阻尼层可以很快耗散上臂杆的振动能量，让其迅速回到最佳工作状态,有利于稳定受流。

具体的，所述阻尼层为水性阻尼涂料层或阻尼片。

所述两根上臂杆中下部位置处通过加强管连接。

所述加强管与上臂杆的连接处设有加强板。

本发明采用工字型变截面上臂杆杆代替传统受电弓上框架的阶梯管，可以最大限度地提高上臂杆承受弯矩的能力，最大限度减轻上臂杆的重量，改善上框架的力学性能和对电网的跟随性能。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为上框架主视图。

图2为上框架俯视图。

图3为上臂杆与连接管连接的局部放大图。

图4为现有技术的受电弓上框架示意图。

图中：1-上臂杆，2-顶管，3-连接管，4-加强管，5-加强板，11-腹板，12-上翼板，13-下翼板。

具体实施方式

如图1～3所示，一种受电弓上框架,包括顶管2、对称布置的两根上臂杆1,两上臂杆1下端之间通过连接管3连接,顶管2的两端分别横向穿过两根上臂杆1上端，并与上臂杆1上端固定连接。所述两根上臂杆1中下部位置处通过加强管4连接。所述加强管4与上臂杆1的连接处设有加强板5。

所述上臂杆1为工字型梁,连接管3和顶管2分别与工字型梁的腹板11固定连接。所述工字型梁结构为变截面梁,从上臂杆1上端至上臂杆1下端，梁截面尺寸逐渐呈线性增大。

更进一步的，所述上臂杆外表面喷涂有阻尼层。具体的，所述阻尼层为所述阻尼层为水性阻尼涂料层或阻尼片。

工字型截面梁主要由上翼板12、下翼板13承受弯矩，由腹板11承受剪力。

由于连接管3和工字梁的腹板11连接，其连接处的交界线是在同一平面上的曲线，沿交界线焊接后焊缝的走向不再与连接管3上的主应力方向垂直，从而使得连接管3与上臂杆1之间连接焊缝的强度极大提高。

由于上臂杆1上端截面尺寸小，可减小上臂杆1上端的刚度，使其具有一定的柔性，在保证上框架必要的强度和弓网之间必要的接触力的情况下，可以减缓弓网之间的冲击。

现将本发明改进后的受电弓上框架和现有技术的上框架进行对比，以说明本发明的先进性。

图4为现有技术的受电弓上框架结构，依据受电弓的技术条件，在顶管2两端分别作用60牛的垂直向下的作用力。

计算得出:

整个上框架的最大等效应力为74.442MPa；连接管3与上臂杆1之间连接焊缝的最大等效应力为68.16MPa。整个上框架的最大主应力为90.482MPa；连接管3与上臂杆1之间连接焊缝的最大主应力为81.364MPa。整个上框架的最大变形为23.076mm。

在本发明改进后的受电弓上框架的顶管2两端分别作用60牛的垂直向下的作用力。

计算得出：

整个上框架的最大等效应力为66.8MPa；连接管3与上臂杆1之间连接焊缝的最大等效应力为13.731MPa。整个上框架的最大主应力为81.453MPa；连接管3与上臂杆1之间连接焊缝的最大主应力为10.457MPa。整个上框架的最大变形为45.103mm。

从改进前后上框架结构的对比计算结果可以看出，改进后的上框架整体结构强度以及在连接管3与上臂杆1之间连接焊缝强度大幅度提高。同时，上框架最大变形增大，说明其柔性也增加了，这样可以有效缓冲弓网之间的振动和冲击往下传递。总而言之，改进后各方面性能与现有技术相比，都有大幅度提高。