一种倾斜式直杆受电弓装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属轨道车辆的受电弓技术领域，具体是涉及一种倾斜式直杆受电弓装置。
【背景技术】
[0002]受电弓(又称集电弓)是电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，通过绝缘子安装在机车或动车的车顶上。当受电弓升起时，其滑板与接触网导线接触，从接触网导线上受流取电供牵引机车及其它电气设备使用。为保证受电弓与接触网良好接触，在接触导线高度允许的范围内，要求受电弓滑板对接触导线有一定的接触压力(一般为70-90N);自发明电力机车以来，曾诞生了各种各样的受电弓，如双臂弓(菱形受电弓，又称钻石受电弓)、单臂受电弓(之字形受电弓)^形受电弓(翼形受电弓或垂直受电弓)、石津式受电弓(冈电式或同轨式受电弓);双臂式受电弓是最传统的受电弓，结构复杂，因保养成本较高，加上故障时有扯断接触线的风险，目前已很少使用；国内外现在的电气铁路大多采用单臂式受电弓。
[0003]受电弓滑板是受电弓最重要的部件之一，滑板与接触网导线构成了一对机械与电气耦合的特殊摩擦副，其主要特点是滑板高速滑动，从接触网受取强电流(500-1000A)。由于弓网系统复杂的力学与电学特性，导致滑板的工作环境非常恶劣，在运行过程中面临振荡、摩擦生热、电弧烧蚀等很多问题，最主要的是滑板的磨耗失效，对于碳系滑板(包括纯碳板、浸金属碳板等)，还存在掉块、断裂、脱落的风险，滑板一旦失效，将严重危及行车安全。
[0004]高速运动的受电弓滑过静止的接触网时，因受到受电弓滑板接触压力的影响，于是在受电弓和接触网之间产生动态的相互作用，引发弓网系统产生特定形态的振动，当振动达到一定程度时即可造成受电弓滑板与接触导线的短暂脱离，形成离线，产生火花和电弧，直接影响受流效果甚至造成供电瞬时中断使列车丧失牵引力和制动力。而弓网之间接触力过大时，虽可降低离线率，但接触导线与受电弓滑板磨耗增大，使用寿命缩短。滑板与接触线的磨耗除了机械摩擦损耗外，更主要的是电弧损耗，它是电弧在热、力作用下发生的严重的烧蚀行为，导致接触面的氧化、熔融、蒸发、喷溅等，电弧侵蚀和机械磨耗必然影响弓网稳定受流，损坏接触导线和滑板，增加维修工作量，严重时则导致接触线断裂，造成机车运行事故。电弧的另外一个危害是，在某些情况下产生过电压，过电压在接触网上传播，会给整个牵引网的绝缘带来威胁；过电压沿着受电弓进入机车内部，可能对机车电气设备、电子器件等造成损坏，对电力机车的安全运行产生严重的影响.电弧的第三个危害是产生高频噪声，对机车沿线的通讯信号和无线电信号造成很大的干扰，严重时会导致通讯间断和无线电信号失效等现象。高频噪声还对机车的控制信号有影响，是机车安全运行的隐患。
[0005]高速列车的运行实践表明，电力机车的速度越高，受电弓与接触导线分离的可能性就越大，弓网电弧越容易产生。国内曾于2006年7月4日在胶济线上的弓网受流试验显示，当列车运行时速达到200km时，弓网电弧现象已经非常严重。洛阳供电段洛阳东变电所和荣阳变电所的运行数据显示，机车在过分相时由于拉电弧而跳闸事故为2006年为32起，2007年为34起，监控录像显示在过分相瞬间，弓网接触处会出现大火球，情况非常严重。随着我国高铁运行速度的不断提高，目前300-350km/h的列车已渐成主流，更高速度如500km/h左右的列车也已列入高铁发展规划中，如不能有效克服弓网电弧造成的危害，将直接制约我国高速铁路的发展。导致电弧产生的因素很多，但最终都归结到滑板与接触网的接触电阻上面，而接触电阻过大及剧烈变化是目前单臂受电弓结构及刚性滑板与接触网滑动摩擦受流取电方式天生的缺陷。
[0006]目前使用最普遍的单臂受电弓，因列车速度要求不同而有各种不同的型式，但总体结构是一样的，均为之字形结构，重量在100-300kg范围。受电弓的结构包括绝缘子、纵梁、推杆支座、调整螺栓、下臂杆、弧形调整板、挂绳、升弓弹簧、弓头(含滑板托架与滑板)、弹簧盒、升弓弹簧调整杆、横梁、转轴、阻尼器、上部框架、推杆、中间铰链座、平衡杆、转臂、U形连杆、拉杆绝缘子、传动气缸、缓冲阀等几十个部件以及其中的轴承、铰链；其中任何一个部件出现问题，都可能会造成弓网故障，引发严重的后果。近年来，动车及高铁发生的一系列故障及事故中，弓网系统的故障占了最大的比例，而这些故障中，受电弓的问题又占了大头。
[0007]高速列车在正常行驶中，速度接近100米/秒，相当于受电弓在超强台风中穿行，一个数百千克的弹性结构体在如此强的风暴中行进，受到的冲击无疑是非常严重的，所引起的振动也是非常复杂的，试验表明，在不同的速度及不同的高度下(如隧洞内与隧洞外)，受电弓对接触线的接触压力变化是非常大的，有时可以相差3倍左右，这说明，受电弓的空气动力学性能对弓网有显著的影响，风洞试验也证实了这一点，另外的试验也表明，仅仅是受电弓沿行进方向的方位即闭口方向与开口方向不同，所产生的接触压力及受流性能也有很大的变化。列车上下行运行试验对比结果如下:动车组上行运行时，被测受电弓处于开口方向，200km/h以下，弓网离线火花为断续火花，单程火花次数最高达416次，平均约110米一次，弓网接触力较小，受电弓滑板所受冲击加速度超过50g的点数约5?6个。当试验速度超过210km/h时，弓网发生连续的离线火花，火花拉得较大，上行试验区段限速220km/h;动车组下行运行时，被测受电弓处于闭口方向，200km/h以下时弓网离线火花为断续火花，单程火花次数最高达140次，平均约300米一次，弓网受流状态正常，200 km/h以上时弓网火花次数没有明显增加，弓网接触力比较稳定。240km/h以上时上行方向弓网接触力平均值分布在50?60N，下行方向弓网接触力分布在140?150N之间；这是不难理解的，受电弓方向不同，迎风结构不同，空气动力学性质自然不同，上下行弓网接触力差异明显，这同样说明受电弓的空气动力学特性的重要作用。
[0008]大量实践表明，减少受电弓的归算质量有助于改善弓网的受流性能，减少归算质量有几个途径，除增加接触压力外，就是减少受电弓的质量，改变受电弓的振动频率。试验表明，影响受电弓框架归算质量的主要部件是上臂杆，它在整个归算质量中所占份额接近80%，故若要降低受电弓的归算质量，应首先减轻上臂杆质量，例如用高强度合金铝代替。然而，为保证整个受电弓结构的强度，即使采用轻质材料，重量的减轻也有限度，而增加活动部件的刚性有可能增加装置受冲击损坏的风险，所以，这些年来在受电弓结构方面的改进一直没有突破性进展。
[0009]针对目前受电弓存在的结构复杂、体积笨重、滑板与接触网刚性接触、离线率高、电弧频繁、风阻过大、振动频繁、寿命过短及维护保养繁重的缺陷，本发明设计了一款全新概念的受电弓装置，它是利用杠杆原理，仅用一根直杆(杆的顶端是弓头)结合传动气囊即实现了受电弓的升弓与降弓操作，同时保持恒定的接触压力，可以将受电弓的总重减轻到30-50千克，零部件减少80%以上，省去了繁琐的框架结构及其附属铰链装置。
【发明内容】
[0010]本发明专利所要解决的技术问题是提供了一种结构简单、重量轻、寿命长及减少电弧产生的受电弓装置。
[0011]一种倾斜式直杆受电弓装置，由如下部分组成:绝缘子1、底架2、气囊3、钢丝绳4、扇形调整板5、转轴6、转臂7、直杆8、Y形支撑头9、悬挂装置10、弓头框架11及管状滑板12组成；当按下升弓按钮时，电磁阀得电，压缩空气进入气囊3，使气囊3膨胀抬升，并带动钢丝绳4拉拽直杆8使受电弓升起，受电弓的管状滑板12与接触网接触而得电；按下降弓按钮时，电磁阀失电，压缩空气被切断，气囊3开始排气，受电弓靠自重迅速下降，然后使弓头落在一个橡胶止挡上，完成一次升降弓操作。
[0012]所述的气囊3安装在底架2的气囊支架上，气囊3的顶端与钢丝绳4的一端连接，钢丝绳4的另一端通过固定在直杆8上的扇形调整板5与直杆8连接。
[0013]所述的转轴6由耐磨合金钢制成，通过轴承安装在有减震措施的支架上；所述的转臂7的一端与转轴6装配在一起，另一端与直杆8连接。
[0014]所述的直杆8为具有一定璧厚的空心管结构，由铝合金或其它高强度轻质材料制成，长度不超过5米；可以是一根直管，也可由多段管子焊接而成；管中心可放置引流线；直杆8的底端与转臂7连接，另一端与Y形支撑头9相连。
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