架空串极滑触线适用的无限电车顶触集电器起落跟随机构的制作方法
【专利摘要】一种架空串极滑触线适用的无限电车顶触集电器起落跟随机构，是200910167677.3专利的子项。公知无轨电车、电气机车供电滑触线不能间断；上海世博纯电客车架空接触停车充电。附图1-串极滑触梁是机电集成制品、一节标称10m，构成一档架空串极滑触线，一个站段可设4～10档。2-顶触集电器相对4-横置底座平行升降；6-置底座、12-起落气缸、11-起落转臂构成三角形气动机构，操作8-起落纵梁起落，使顶触集电器起落与串极滑触线分合。跟随机构与起落机构两个平行四边形叠加动作，使集电器接触面与串极滑触线接触面保持平行；电控气动自复归气动三角形分合操作，使机构等效于隔离开关应用，形成串极滑触架空站段供电、行驶中滑移受电、无接地可靠触电预防的无限电车系统。
【专利说明】架空串极滑触线适用的无限电车顶触集电器起落跟随机构
【技术领域】:
[0001]本发明涉及串极滑触线供电技术、城市交通、电气技术、机械制造及自动化控制多个领域，是《串极滑触线站段与无限电车构成的城市全域电动客车系统》200910167677.3发明专利技术的子项。
【背景技术】:
[0002]城市燃油车能效远低于30%。燃油车在有限空间的城市，环境气温、噪声水平、空气质量各种污染问题日益严重。发展城市公共交通是减少污染的首选，城市客车以电力取代燃油是最有效的治理措施，发展电动公交车是趋势所在。
[0003]虽无轨电车能效高、车辆造价低、安静环保，但供电滑触线有碍市政规划，连续的滑触线限制公交线路变更，无轨电车技术难以适应城市的发展。传媒报道韩国的埋地电感、日本的轮胎传导充电....对行驶的车辆供电，其电源传输效率值得探讨。
[0004]已投入运行的蓄电公交车并没有统一供电方形式。北京奥运电动客车电站机器人换电池。上海使用超级电容车，公交11路沿途站设架空接触线停车充电，世博客车停车场架空接触线充电。使用较多的电动公交车充电采用插电式。
[0005]铅蓄电池公交车自重会影响能源效率；锂电池的造价是整车成本的主体；电池寿命与运营成本的矛盾不可忽略，电池容量大是技术的瓶颈问题。供电技术改进是减少蓄电容量的突破方向。上海11公交超级电容车沿途站充电，不需专用充电车场，少装勤充长寿命，车轻价廉维持费用低，但对于以秒计的停站时间，充电操作的安全可靠性并非完美。
[0006]《提高电动公交车经济性的营运方式与技术方案》指出，“目前国内正在试运行的电动公交车的营运方式并不经济。提出了电动公交车采用自动集电器的技术方案，一方面能实现大幅度延长电池寿命的‘浅充浅放’的营运方式，另一方面可以省去占地较大的专用充电站…”《汽车科技》2006-3，笔者支持以上所提出的观点，并从综合热效率、技术可能性、实施规范性、运行可靠性、使用安全性、管理信息化全面分析与探讨，提出了《串极滑触线站段与无限电车构成的城市全域电动客车系统》专利方案，再提出架空供电的集成串极滑触梁与顶触集电器起落跟随机构方案，全方位地解决电动客车供电用电问题。
【发明内容】
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[0007]公知的无轨电车、电气机车采用的集电器，其供电滑触线(接触网)不能间断，电气机车采用前后分置集电器，但两集电器接触的是同一电极。不同于上海的两例纯电公交车采用停车充电，本发明是提出与“集成串极滑触梁”配合的顶触集电器起落跟随机构，起落平行四边形与跟随平行四边形叠加，使集电器接触面与串极滑触线接触面保持平行；电控气动自复归气动三角形操作顶触集电器起落、与串极滑触线分合，等效于隔离开关应用，实现架空站段供电、行驶滑移受电、安全可靠运行。
[0008]1.0.串极滑触梁(件I)是工厂制品，是无限电车架空供电工程的专用部件。一段串极滑触梁架设，构成一档架空串极滑触线线路，标称长度为4M(4模，12m)，一个站段设4~10档。
[0009]2.0.图1所示车顶部靠门侧，顺X方向前后分置纵置底座(件6)、起落转臂(件11)，与平行于X的起落纵梁(件8)组成起落机构。
[0010]2.1.图3所示的(!々、(!山、dp、did轴位按平行四边形布置,起落纵梁随df、did起落，使两端的顶触集电器(件2)同步上下换位，与串极滑触梁(件I的两极)接触或分离。
[0011]2.2.图3中起落纵梁在抬起位置，起落纵梁两端上方的顶触集电器与串极滑触梁接触(闭合)；
[0012]2.3.图1所示起落纵梁回落在纵置底座(件6)顶部，两端横置底座(件4)上方的顶触集电器明显与串极滑触梁分离(断开)。
[0013]3.0.图3所示起落气缸(件12)和伸缩连杆(件12.1)与纵置底座、起落转臂在d2b、d2a、轴位组成气动三角形,伸缩连杆伸缩使c^a-cyD-c^c-c^d平行四边形变形。
[0014]3.1.起落气缸、伸缩连杆操作起落纵梁抬起或落下，使顶触集电器进行分合动作。
[0015]3.2.起落气缸送气,伸缩连杆推动起落转臂旋转抬起起落纵梁,形成顶触集电器“合”状态。
[0016]3.2.起落气缸排气，压缩弹簧(件12.2)推伸缩连杆缩回，拉起落转臂、起落纵梁下落，顶触集电器随起落纵梁复归“分断”状态。
[0017]3.2.气管接口(件12.3)与控制阀连接。控制采用电磁三通阀，通电送气、断电或系统失电自动复归排气位置。
[0018]4.0.图5所示`件2.1、件2.5装配成为图5中的顶触集电器(件2)，防滴绝缘子(件3)固定在电刷横梁(件2.1)下方。图6所示横置底座(件4)、左右布置的跟随转臂(件4.1)、电刷横梁(件2.1)组成升降跟随机构，轴位d3a、d3b、d3c、d3d按平行四边形布置，使电刷横梁平行于Z升降。
[0019]4.1.跟随机构左右布置的转臂扭簧(件4.3)、轴组件(件4.2)形成跟随转臂扭转力矩，保持对顶触集电器的举升力。
[0020]4.2.跟随机构d3c-d3d线的下降高程，设计在低于d3a_d3b线位置，即跟随转臂相对(13&-(1313线夹角在-25°~45°区间，使顶触集电器的接触压力处于平缓变化区域。
[0021]5.0.图1中Y2为顶触集电器(件2)的接触面，要求该平面平行于X-Z平面升降，与串极滑触梁(件I)保持接触面平行的面接触状态:
[0022]5.1.改变顶触集电器接触面高程的两个平行四边形机构，图3中的dia-dib-diC-did和图8中的d3a-d3b-d3c_d3d，在相互垂直的Z-Y与X-Y平面布置。
[0023]5.2.图5中电刷横梁(件2.1)受跟随转臂的举升与滑触梁接触面反作用力，在串极滑触梁接触面局部弯曲位置，分置中轴线b前后的电刷(件2.5)会上下摆动，使前后电刷的顶面均与串极滑触梁接触面保持接触。
[0024]6.0.图1所示的顶触集电器布置在车顶靠门一侧，利用Z1靠右行驶范围(站台)限制，防止从串极滑触梁右侧错开。
[0025]顶触集电器升起会高于串极滑触梁底部，在串极滑触梁的右侧升起或从右侧滑脱，串极滑触梁与顶触集电器会相互干涉，此状态偏左行驶会引起损坏。允许升起的顶触集电器在行驶中从梁底的左侧滑脱。
[0026]7.0.图2表面承力防滴型钢胚覆塑绝缘子件3是本发明的专用器件。[0027]7.1.表面承力防滴型绝缘子用于机械结构的绝缘隔离，比电车绝缘子结构紧凑定位准确。
[0028]7.2.采用绝缘层受压而不受拉的外形，以相对小的结构获得足够的机械强度。
[0029]7.3.以钢胚下凹的承力表面定位，避免装配孔侧向的绝缘层受力损坏。
[0030]8.0.表面承力防滴绝缘子(图2件3)，用于图4、图5机械结构节点的绝缘隔离。
[0031]8.1.防滴绝缘子与起落转臂(件11)、跟随转臂(件4.1)相互运动，使节点不易堆积冰雪。
[0032]8.2.纵梁绝缘子座板(件10)下设置防滴绝缘子，使起落纵梁上的漏电不向车体(件7)传导。
[0033]8.3.对跟随机构、起落机构绝缘状态监控，有触电危险顶触集电器不升起或断电保护。
【专利附图】
【附图说明】:
[0034]图1:架空串极滑触线顶触集电器运行条件图
[0035]序号名:件1-串极滑触梁，件2-顶触集电器，件4-横置底座，件6-纵置底座，件7-无限电车，件7.1-车轮，件8-起落纵梁，件11-起落转臂，件12-起落气缸。
[0036]代号名:X「件2间距，Y「电极高度，Y2-集电器落下高度，Y3-跟随升降幅度，Y4-底座闻程，Z1-右行区间，Z2-滑移右偏区间。
[0037]图2:表面承力防滴型钢胚覆塑绝缘子图
[0038]序号名:件3-表面承力防滴绝缘子，件3.1-精铸钢胚。
[0039]图3:气动操作三角形与起落平行四边形机构图
[0040]序号名:件1、件2、件6、件8、件11、件12同图1。件9_扁移动电缆，件12.1-伸缩连杆、件12.2-压缩弹簧，件12.3-气管接口，件13-纵梁端子盒。
[0041]代号名:dla、(!山、(I1C^ (I1Cl为起落平行四边形轴位；(1卢、d2b、d2a为气动三角形轴位。
[0042]图4:起落纵梁联接结构图
[0043]序号名:件8、件11同图1，件3同图2。
[0044]件8.1-横置底座紧固组件，件10-绝缘子座板，件10.1-座板紧固组件，件
11.1-纵梁转轴，件3.2-转臂轴座。
[0045]图5:顶触集电器顶面摆动结构图
[0046]序号名:件3同图2。件2.1-电刷横梁，件2.2_摆动鞍座，件2.3_汇流板，件
2.4-双头螺杆组件，件2.5-顶触电刷，件3.3-绝缘子紧固组件，件4.4-横梁转轴。
[0047]代号意义:a_鞍座摆动夹角。b_集电器中轴线
[0048]图6:顶触集电器平行四边形跟随机构图
[0049]序号名:件4、件8同图1，件13同图3，件2.1同图5。件4.1_跟随转臂，件4.2_轴组件，件4.3-转臂扭簧，件5-软扁铜线，件14-接近行程开关。
[0050]代号意义:d3a、d3b、d3c、d3d_跟随机构平行四边形轴位点。
[0051]【具体实施方式】:以下分图进行叙述。
[0052]图1:本图提出件2与件I实现自动接触、行驶中受电、安全运行的相关技术条件。[0053]1.0.图中无限电车件7未完全进入件I供电站段，起落机构件8在落下的位置。
[0054]1.1.件I在《集成串极滑触梁与联接校正器组成的无限电车架空供电段》案介绍。
[0055]2.0.要求件2长边顺Z向布置，件2顶面与件I底面接触，实现行驶中进行接触与脱离。
[0056]2.1.件I与件2接的触面平行于X-Z平面，构成面接触工作状态。
[0057]3.0.件8长轴顺X方向并垂直于Y-Z平面布置，X向平行于车道与路面。
[0058]3.1.置于件8两端的件2中心距为X1, X1 = 2M，M是件I的电极节距模数。
[0059]3.2.件8两端的件4、件2跟随机构按镜像对称装配。
[0060]4.0.Y1是件I的电极接触面标称高度。Y1高度须大于车道通行高度要求。
[0061]4.1.Y1的高差+/_极限状态由路面允许高差、架空串极滑触线公差构成。
[0062]4.2.Y2是机构落下状态件2的接触面标称高度。Y2高度须低于行驶道其它设施限高要求。
[0063]4.3.Y4是起落机构件6装配件11轴位高程。Y4高程随件7的悬挂机构状态变化。
[0064]4.4.在起落机构升起状态，Y4高程使件2能稳定接触件I ;件I下压件2不出现刚性干涉。
[0065]4.5.针对Y1的极限高差及 Y4升降极限状态，跟随机构相应的高程补偿能力以Y3表不。
[0066]5.0.件2接触面长边顺Z向布置，行驶受电时沿X向接触件I底面滑移。
[0067]5.1.Z2对应Z1取值，Z2满足行驶滑移中，件2顶面保持在件I接底面，不从件I右侧滑脱。
[0068]5.2.Z1是件7.1充电行驶偏右范围。利用Z1右侧限制(如街沿)，使行驶不超出Z1范围。
[0069]5.3.对应件1、件2的中位线重合位置，在车道布置充电行驶标志线引导驾驶。
[0070]6.0.控制系统失电及件2与件I电源分断，件12自动应复归静止使件8落下状态。
[0071]6.1.件12收缩行程构成件11顺时针转矩，使置放在6顶部的件8行驶中减少振动。
[0072]图2 ;本图提出本发明专用的钢胚覆塑防滴型绝缘子方案。
[0073]1.0.绝缘层受压而不受拉，以相对小的外形结构获得足够的机械强度。
[0074]1.1.钢胚承力表面下凹定位，避免装配孔侧向绝缘层受力损坏
[0075]2.0.钢胚覆塑防滴型绝缘子采用钢胚嵌入注塑成型。
[0076]2.0.件3.1铸型钢胚精铸成型，表面磷化处理。
[0077]3.1.钢胚下凹表面部位分布的通孔改善注塑工艺效果，增加覆塑面层的受力强度。
[0078]3.1.钢胚覆塑防滴型绝缘子须符合户外环境电气指标。
[0079]图3:本图提出气动三角形操作的平行四边形起落机构，使前后分置的顶触集电器平行动作。
[0080]1.0.件7门侧顶部的件8与前后位置的件6、件11在轴位连接成起落运动机构。
[0081]1.1.轴位c^a、(!山、(I1C^ (I1Cl布置成平行四边形,件8随diC-did平行于(!々-(^(1起落。
[0082]1.2.件6定位紧固在件7顶部，c^a-c^d连线平行于X向，dp、dj的中心线平行于Z向。
[0083]1.3.件9敷设在后置的件6和件8后部的件13之间。件9预留件8起落相应的移动长度。
[0084]2.0.件11在dia轴位点的转动，使件8随diC-did轴位起落，带动件2合/分动作。
[0085]2.1.图中件8两端装配的件2平行升起，前后置的件2与件I接触闭合。
[0086]2.2.图1中件8在落下位置，件2低于行驶道其它设施限高，并明显与件I脱开分断。
[0087]3.0.三角形姑-如-一机构件12中的件12.1伸缩，使件11与件6夹角起落换位。
[0088]3.1.向件12送气并保持、件12.1完全伸出，件11逆时针转动使件8抬起。
[0089]3.2.件12排气，件12.2压件12.1缩回，复归静止位置。
[0090]3.3.静止位置的件12.1，缩回行程冗余保持件11顺时针转矩，限制件8在件6顶跳动O
[0091]3.5.控制气管与`件12.3接口连接，用于件12送气/排气控制。排气位置气管与大气接通。
[0092]4.0.件12的送/排气控制采用电磁阀，电磁阀的控制由电气系统执行。
[0093]4.1.电磁阀在执行“合”命令时通电并保持；执行“分”命令时断电自复归。
[0094]4.2.电气系统失电与“分”指令，件12复归静止位置，使系统控制可靠。
[0095]图4:本图提出起落纵梁连接和隔离绝缘设置的方案。
[0096]1.0.件8.1将前后分置的件4跟随机构固定在件8两端。
[0097]2.0.件8通过件3与件11连接，件3绝缘使电源漏电不向车体传导。
[0098]2.1.件10布置在d3c_d3d轴点相应位置，由件10.1固定在件8下方。
[0099]2.2.件3.3将件3固定在件10下方，件3下方以件3.2固定件11.1。
[0100]2.3.件11.1是纵梁转轴。
[0101]3.0.监测件8与件11间件3的绝缘状态，控制系统采取相应处理措施。
[0102]图5:本图提出顶面摆动顶触集电器结构。
[0103]1.0.件21是基础构件，下部凸面与件3连接配合，件3.3将件3与件2.1固定。件2.2下部缺口悬挂在件2.1中壁顶部，件2.2两侧承载的件2.3及件2.5，由从件2.1中壁开孔、件2.2缺口及件2.3件2.5通孔穿过的件2.4固定，对称布置的2.5及件2.3与件
2.2、件2.1，组成接触面可摆动的顶触集电器。
[0104]1.1.件2.2下部缺口骑在件2.1的中壁顶部，件2.1中壁侧面a夹角间隙及其它配合部间隙，件2.2可在件2.1中壁前后方向摆动，使件2.5顶面能以b轴线为中点上下垂摆动。
[0105]2.0.件3构成顶触集电器机构的电气绝缘节点，件3下部的件4.4是图8中d3c、d3d 轴。
[0106]2.1.件2.2采用耐磨绝缘材料制成，件2.5磨损到低于件2.2顶面时，可取得相应电信号。
[0107]图6:本图提出弹力举升动平行四边形跟随机构方案。
[0108]1.0.件13在件8两端底部点固定，用于件5与图3中件9的转接。
[0109]1.1.在件13连接的件5预留件2.1升降相应的移动长度。
[0110]1.2.件4在件8两端装配固定，件4的d3a_d3b轴位连线应平行于Z。
[0111]1.2.件8另一端的件4、件4.1、件4.2、件4.3及件2.1按本图镜像装配。
[0112]2.0.件4.2将件4、左右件4.1连接，件2.1相关连接在图5中说明。
[0113]2.1.件2.1与件4.1、件4组成的跟随机构，轴位d3a、d3b、d3c、d3d按平行四边形布置。
[0114]2.2.件1.1下部的d3c_d3d轴位连线高程,相对件4的d3a_d3b轴位连线升降。
[0115]2.3.件2.1升降幅度，选择件4.1的d3a_d3c轴距来确定。
[0116]3.0.件4.3的扭力由件4.2作用于件4.1，件4.1转矩保持对件2.1举升。
[0117]3.1.左右件4.1的d3c_d3d连线下限位置低于d3a_d3b,使4.1在-25°?45°区间转动。
[0118]3.2.件4.1升起旋转限制45°以内，使件2.1的举升力的变化处于平缓区间。
[0119]4.0.件14布置在件4下部，件14的感应体布置件4.1对应部位，位置控制在件
4.1下降转动时，件2.1的顶触集电器顶面不低于件4的顶面。
[0120]4.1.件2.1被压下至限定高程时，件14指令图3中件12动作，起落机构带件4落下保护。
【权利要求】
1.横置底座所在的跟随机构、起落纵梁所在的起落机构，是两个升降平行四边形机构，跟随机构布置在Z-Y平面，起落机构布置在X-Y平面，两个平面的平行四边形的高程动作配合，使起落纵梁两端的顶触集电器的顶触面，平行于X-Z平面同步起落或升降，其特征是: 1.1.跟随机构镜像布置在起落机构的起落纵梁两端，顶触集电器的升降位置在跟随机构外侧；1.2.在X-Y平面的起落机构，前后分置纵置底座与起落转臂连接的两个轴点的连线，是起落平行四边形的底边，底边平行于X，起落纵梁起落变位平行于底边； 1.3.在Z-Y平面的跟随机构，横置底座两端与跟随转臂连接的两个轴点的连线，是跟随平行四边形的底边，底边平行于Z，顶触集电器的顶部接触面升降变位平行于底边。
2.起落气缸采用单向气动弹力复归，起落气缸操作起落机构升降变位，形成顶触集电器对串极滑触梁的分/合动作，电路效果替代自动隔离开关使用，其特征是: 2.1.起落机构升降变位，使起落纵梁两端的顶触集电器，同步接触或分开串极滑触梁； 2.2.起落气缸的伸缩连杆伸出，推动起落转臂转动抬起起落纵梁形成“合”操作； 2.3.起落气缸的气缸弹簧在排气时压回伸缩连杆，使起落转臂放下起落纵梁完成“分”操作； 2.4.起落气缸动作以电磁阀控制，电磁阀通电送气、断电与失电自复归排气位置； 2.5.断电与失电起落气缸带动起落纵梁回落，顶触集电器瞬时与串极滑触梁电源明显分断。
3.跟随机构的左右跟随转臂，采用扭力弹簧形成转矩转动，维持顶触集电器的高程跟随，跟随转臂转动角度范围，限定在顶触集电器高程变化快、举升力变化平缓的区间，其特征是: 3.1.转臂扭簧与轴组件配合将扭力作用于跟随转臂，跟随转臂扭转输出举升力； 3.2.跟随转臂对顶触集电器跟随举升，转动限定在相对平行四边形的底边-30°~45°角区间。
4.本发明专用的表面承力防滴型钢胚覆塑绝缘子，用于顶触集电器与跟随机构间的绝缘、起落纵梁与车体间的漏电隔离，相比标准电车绝缘子结构紧凑定位准确，其特征是: 4.1.绝缘子在机械结构中的连接承力作用于钢胚，外形保证绝缘表面承受压力、不承受拉力与剪切力，以相对小的结构获得稳定的机械强度； 4.2.装配承力表面部位下凹承受侧向力，降低装配孔侧向绝缘层受力防止损坏。
5.在串极滑触线使用的顶触集电器，滑移换极程序要求接触面有一定宽度，为避免串极滑触梁的接触面局部不平，顶触集电器X方向的顶触面前后部位，不能同时与串极滑触梁贴合，顶触面中心线前后位置能上下摆动，其特征是: 5.1.顶触集电器由一根电刷横梁、一套摆动鞍座、一对汇流板、两组顶触电刷以双头螺杆组件装配构成； 5.2.顶触面X方向中线位置下部设置旋转支点，电刷横梁是基础构件，摆动鞍座下部缺口骑在T型电刷横梁中壁顶部，摆动鞍座两侧承载汇流板及顶触电刷，双头螺杆从中壁开孔、鞍座缺口、汇流板及顶触电刷通孔穿过的固定，顶触电刷对称布置在摆动鞍座两侧，形成可摆动的顶接触面； 5.2.摆动鞍座下部缺口，与电刷横梁中壁有摆动间隙角度，鞍座可在中壁前后方向摆动、中壁中轴线两侧电刷顶触面上下垂摆动，使前后顶触面都能与串极滑触梁贴合。
6.起落机构的起落纵梁增加漏电隔离节点，使起落纵梁对车体漏电的通路阻断，对隔离节点绝缘监测配合起落操作，预防`无接`地供电系统的触电危险。
【文档编号】B60L5/32GK103660957SQ201210321695
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月4日 优先权日:2012年9月4日
【发明者】王族伟 申请人:王族伟