多滚轮旋转受电弓弓头及双极刚性悬挂汇流排复合系统的制作方法

本发明涉及电气化轨道交通技术领域，具体为一种多滚轮旋转受电弓弓头及双极刚性悬挂汇流排复合系统。

背景技术：

随着我国电气化轨道交通系统的不断发展，不但对受流系统的稳定性提出了更高的要求，而且对电气化铁路接地系统的可靠性也提出了挑战。目前，我国城轨交通普遍采用直流牵引供电，通过车载受流装置从牵引供电系统获取电能，驱动列车正常运行，牵引电流再通过列车钢轨回流至牵引变电所。由于列车钢轨没有完全绝缘于地面，因此流经列车钢轨的牵引回流电流会向大地泄露，从而产生杂散电流。杂散电流容易造成接地网的腐蚀，也容易侵入电网输电线，影响输电质量，甚至造成变电站变压器偏磁。地铁采用的直流供电制式相较于交流供电制式产生的杂散电流更容易对列车钢轨、道床钢筋、土建物结构钢筋造成电化学腐蚀，影响地铁土建结构的安全和使用寿命。在复杂环境的作用下，杂散电流会不断地增大，会对附近交流输电系统造成影响，可能会使变压器铁芯产生直流偏磁，严重影响输电性能质量。

此外，由于地铁工作接地系统与保护接地系统均与列车钢轨连接，在列车运行时，由于列车钢轨的电阻与车体回路电阻存在差异，工作接地的牵引回流电流可能会经保护接地系统流回车体，产生车轨回流。而车体作为车载弱电设备的公共接地点，当车轨回流引起车体电位抬升时，可能导致车载控制及通信系统的逻辑紊乱，直接影响车载弱电设备的正常运行。

为避免杂散电流的危害，国外研究出专设回流轨的“四轨”供电系统，即变电所通过第三轨供电，通过第四轨回流，从根本上解决杂散电流产生的原因，但该方法成本较高。

现有的接地系统分为工作接地和保护接地，工作接地即将列车的工作电流通过列车钢轨回流至牵引变电所；保护接地即将列车车体与车载电气设备与列车钢轨连接，将列车的感应电流或车载电气设备泄露电流流向列车钢轨。由于现有的工作接地系统与保护接地系统会通过列车钢轨形成电流通路，产生车轨回流现象，严重时会对车载弱电设备的运行产生影响，威胁列车的正常运行。

目前，为抑制车轨回流现象，减少经列车钢轨流入车体的电流分量，通常在车体和接地碳刷之间加入一个隔离电阻，使车体等效电阻增大，便可减小车轨回流分量。但是此方法的缺陷也十分明显，当车体发生过电压冲击时，接地开关的闭合，使瞬态冲击电流加载在接地电阻上，造成车体电压的瞬间抬升，由于车体是车载弱电设备的公共参考地，该冲击电压严重时会损坏车载控制、通信等弱电设备。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种多滚轮旋转受电弓弓头及双极刚性悬挂汇流排复合系统，通过平行布置的双极刚性汇流排及多滚轮旋转受电弓弓头，同步实现“供电-接地”系统功能，能有效解决杂散电流和车轨回流问题，保障列车的安全、可靠运行。技术方案如下：

一种多滚轮旋转受电弓弓头及双极刚性悬挂汇流排复合系统，包括多个滚轮模块、固定于旋转电机支架上的旋转电机、平行且水平设置于滚轮模块上方的供电排和回流排；所述滚轮模块依次通过滚轮模块支架和绝缘支架呈辐射状固定于滚轮连接轴上，滚轮连接轴竖直设置于旋转电机的输出端；滚轮模块支架下方固定连接有竖直的滚轮滑板连接轴，滚轮滑板连接轴底端外侧设置有弧形滑板；至少各存在一个滚轮模块的滚轮单独与供电排或回流排的底面滚动接触；还包括连接列车供电线的供电支架和连接列车回流线的回流支架，供电支架和回流支架上均设有多个弧形碳滑块，且至少各存在一个弧形滑板单独与供电支架或回流支架上的弧形碳滑块滑动接触。

进一步的，所述滚轮模块包括滚轮和滚轮连接器，多个滚轮通过水平的滚轮转轴设置于滚轮连接器上，且所有滚轮模块的滚轮位于同一个圆周上，所述滚轮连接轴的轴线穿过该圆的圆心；滚轮连接器连接于滚轮模块支架的末端。

更进一步的，所述弧形碳滑块通过碳滑块支架固定于供电支架或回流支架上；所述供电支架和回流支架分别通过底部绝缘子固定于旋转电机支架上。

更进一步的，所述滚轮模块有四个，每个滚轮模块有三个滚轮；供电支架和回流支架上分别设置三个弧形碳滑块。

更进一步的，将供电排和回流排之间的距离记作l，滚轮旋转路径所在圆的半径记作r，将滚轮模块与弧形滑板所占圆弧度数记作θ和φ，则取l:r=8:5，θ=40°，φ=40°。

本发明的有益效果是：

1）本发明设置平行布置的双极刚性悬挂汇流排，列车牵引电流通过专用的回流排回流，避免了牵引电流通过列车钢轨回流而产生的杂散电流现象，减少了地铁的维护成本，延长了周边埋地金属管线和土建结构钢筋的使用寿命；

2）本发明将列车的牵引电流释放到刚性悬挂的汇流排中，保护接地点仍为列车钢轨，该方式有效抑制了车轨回流现象，保护车载弱电设备的正常运行及车内人员的人身安全；

3）本发明采用多滚轮旋转受电弓弓头，在滚轮的旋转下，能有效的减小弓头与刚性汇流排的摩擦，延长弓头的使用寿命；

4）本发明得益于多滚轮旋转受电弓弓头的旋转特性，能在一个受电弓弓头上确保“供电-接地”系统的安全可靠运行，节约了地铁的运行维护成本。

附图说明

图1为本发明多滚轮旋转受电弓弓头及双极刚性悬挂汇流排复合系统的结构示意图。

图2为本发明多滚轮旋转受电弓弓头及双极刚性悬挂汇流排复合系统的主视图。

图3为本发明多滚轮旋转受电弓弓头及双极刚性悬挂汇流排复合系统的左视图。

图4为本发明多滚轮旋转受电弓弓头及双极刚性悬挂汇流排复合系统的俯视图。

图中：1-供电排；2-回流排；3-定位器；4-绝缘子；5-固定支架；6-滚轮；7-滚轮连接轴；8-绝缘支架；9-弧形碳滑块；10-碳滑块支架；11-回流支架；12-弧形滑板；13-底部绝缘子；14-旋转电机支架；15-电机固定轴；16-旋转电机；17-供电支架；18-滚轮滑板连接轴；19-滚轮转轴；20-滚轮连接器；21-滚轮模块支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，一种多滚轮旋转受电弓弓头及双极刚性悬挂汇流排复合系统，包括多个滚轮模块、固定于旋转电机支架14上的旋转电机16、平行且水平设置于滚轮模块上方的供电排1和回流排2；所述滚轮模块依次通过滚轮模块支架21和绝缘支架8呈辐射状的固定于滚轮连接轴7上，滚轮连接轴7竖直设置于旋转电机16的输出端；滚轮模块支架21下方固定连接有竖直的滚轮滑板连接轴18，滚轮滑板连接轴18底端外侧设置有弧形滑板12；至少各存在一个滚轮模块的滚轮6单独与供电排1或回流排2的底面滚动接触；还包括连接列车供电线的供电支架17和连接列车回流线的回流支架11，供电支架17和回流支架11上均设有多个弧形碳滑块9，且至少各存在一个弧形滑板12单独与供电支架17或回流支架11上的弧形碳滑块9滑动接触。

本实施例的滚轮模块包括滚轮6和滚轮连接器20，多个滚轮6通过水平的滚轮转轴19设置于滚轮连接器20上，且所有滚轮模块的滚轮6位于同一个圆周上，所述滚轮连接轴7的轴线穿过该圆的圆心；滚轮连接器20连接于滚轮模块支架21的末端。

本实施例的弧形碳滑块9通过碳滑块支架10固定于供电支架17或回流支架11上；所述供电支架17和回流支架11分别通过底部绝缘子13固定于旋转电机支架14上。

供电排1和回流排2相互独立，分别实现供电与接地功能，受电弓从供电排1取流至电力机车，再通过回流排2回流至牵引变电所。本多滚轮旋转受电弓弓头，在保证“供电-接地”系统的正常运行下，减小受电弓弓头与汇流排之间的摩擦，提高受电弓弓头的利用率。

多滚轮旋转受电弓弓头顶部为四个相互独立的滚轮模块，每个滚轮模块均包含三个滚轮6，三个滚轮6通过滚轮转轴19及滚轮连接器20连接，滚轮模块再经滚轮模块支架21与绝缘支架8与滚轮连接轴7连接，在旋转电机16的驱动下，滚轮连接轴7带动四个相互独立的滚轮模块绕环形路径旋转，环形路径的圆心位于平行布置的双极刚性悬挂独立汇流排中线处。弧形滑板12通过滚轮滑板连接轴18连接，使弧形滑板12与滚轮6同步旋转，并且位于供电支架17与回流支架11上的弧形碳滑块9各有三个，与弧形滑板12接触取流回流。如图4所示，十二个滚轮6均布置在同一环形路径下，四块弧形滑板12也均布置在同一环形路径下。滚轮模块与弧形滑板12在垂直方向上一一对应，当滚轮模块中的滚轮6取流回流时，与其对应的弧形滑板12对弧形碳滑块9实现供电回流功能。且能保证在任意时刻，至少各存在一个滚轮模块与供电排1和回流排2接触，供电支架17和回流支架11上至少各存在一个弧形碳滑块9与弧形滑板12接触，从而确保牵引供电系统的正常运行。

为确保在任意时刻，任意旋转角度下，均能确保“供电-接地”系统的正常运行，本发明专利设置了供电排1及回流排2之间的距离l与滚轮旋转路径r之间的比例，还设置了滚轮模块与弧形滑板12所占圆弧度数θ和φ之间的大小。经过试验，当l:r=8:5、θ=40°、φ=40°时，能保证任意时刻，供电排1与回流排2至少各存在一个滚轮模块与其接触，供电支架17与回流支架11上的弧形碳滑块9至少各存在一个弧形滑板12与其接触。此外，还能有效保证供电排1与回流排2不短接。

在绝缘支架8与底部绝缘子13的连接下，不仅保证了受电弓弓头的一体性，还有效的隔绝了各滚轮模块及弧形滑板12的电接触性，确保“供电-接地”系统的安全可靠运行。

本发明的工作模式：滚轮模块中的滚轮6与供电排1接触取流，经滚轮滑板连接轴18，由弧形滑板12与供电支架上的弧形碳滑块9接触，将电能传输至列车；列车通过回流支架11上的弧形碳滑块9，将牵引回流传输至与弧形碳滑块9接触的弧形滑板12，再经滚轮滑板连接轴18和与回流排2接触的滚轮6，将牵引电流回送至牵引变电所。