本发明涉及轨道交通供电领域，具体涉及一种轨道回路供电系统。
背景技术：
既有城市轨道交通牵引供电系统普遍采用走行轨实现牵引回流，由于走行轨很难做到对大地的完全绝缘，所以牵引电流并非全部经由走行轨流回至牵引变电所，而是有一部分由走行轨泄露到大地，再由大地流回走行轨并返回至牵引变电所，这一部分电流就是杂散电流。杂散电流的存在，将对城市轨道交通线路道床钢筋结构、隧道内钢筋结构和沿线金属管线等设施都产生电化学腐蚀，从而影响这些构筑物和金属设施的安全和使用寿命。现行杂散电流腐蚀防护措施主要有排流保护法、走行轨降阻法、杂散电流收集法和管道外涂法等，均要求大量资金的投入，并且不能从根本上消除杂散电流的产生及其长期腐蚀影响。
因此，提出城市轨道交通可以采用新型四轨牵引供电系统，通过绝缘安装的牵引轨和回流轨，与车辆的牵引靴和回流靴接触运行，构成与走行轨独立的，与道床(大地)完全绝缘的牵引供电回路，彻底消除杂散电流的产生及其长期腐蚀影响。
另外，在大气中开断电路时，若开断电流大于0.25-1a，电路开断后加在触头上的电压大于12-20v，在触头间隙(简称弧隙)中，通常会产生一团温度极高、发出强光、能够导电，外形近似圆柱形的气体——电弧，这种由触头断开电路而引燃的电弧通常称为拉弧。拉弧实质上就是气体放电的一种形式。在靴轨系统中，大部分情况下，集电靴与端部弯头脱离的瞬间，其开断电流和间隙电压都大于生弧电流和生弧电压，因此不可避免的会产生电弧。
集电靴与端部弯头件产生的拉弧，对靴轨系统的危害主要表现在电弧熔损，即电弧对接触材料的侵蚀而加剧的损耗。当集电靴每次经过相同的端部弯头位置时，在拉弧较为严重的情况下，可能烧伤接触轨钢带，产生麻点。周而复始，在长时间的运营过程中，由于电弧引起的磨损导致钢带产生鱼鳞状的磨痕，整个钢带面坑洼不平，局部磨损严重甚至出现凹槽，同时也将缩短端部弯头和集电靴碳滑板的使用寿命，导致整个轨道回路供电系统受到影响，增加设备维护工作量和维护成本。
电弧消除的方法有吹弧灭弧法，即利用外力(如气流、油流或电磁力)来吹动电弧，使电弧加速冷却，同时拉长电弧，降低电弧中的电场强度，加速电弧的熄灭。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种轨道回路供电系统，以降低碳滑板与接触轨分离时形成的电弧对接触轨道的损伤。
为达到上述目的，本发明的基础方案如下：
轨道回路供电系统在车辆走行轨旁边设置整体绝缘支撑，并在整体绝缘支撑上安装两根接触轨，两根接触轨分别为牵引轨和回流轨；车辆转向架绝缘底座上安装两个集电靴，两个集电靴分别为牵引靴和回流靴，牵引靴可与牵引轨接触，回流靴可与回流轨接触；
所述牵引靴和回流靴上均设有灭弧机构；所述灭弧机构包括固定在碳滑板上的风管，风管内设有气箱，气箱通过辐条固定在风管内，风管和气箱之间形成气流通道，气流通道依次由入口段、喉道和扩散段组成，喉道的横截面积小于入口段和扩散段的横截面积；
所述入口段内设有扇叶，扇叶的转轴与气箱转动连接并伸入气箱内，气箱内设有仅可沿气箱轴向滑动的活塞，活塞的中心设有驱动块，驱动块通过离合器与活塞转动连接，扇叶的转轴贯穿驱动块，且扇叶的转轴与驱动块之间设有相互配合的螺旋凹槽和螺旋凸棱；所述活塞朝向扩散段一端设有与活塞相抵的第一压簧；
所述气箱朝向碳滑板的一侧设有限位杆，限位杆包括垂直地贯穿碳滑板并与碳滑板滑动连接的外杆，以及与外杆滑动连接的内杆，外杆的一端伸入喉道内，外杆的另一端与碳滑板之间设有第二压簧；外杆内设有空腔，内杆的一端伸入空腔内，空腔内设有与内杆相抵的第三压簧，且外杆侧壁设有将喉道和空腔连通的连通孔，内杆的另一端伸入气箱内并可对活塞进行限位；
所述碳滑板的两侧设有延伸至碳滑板底面的吹气孔，气箱朝向入口段一端设有与外部连通的进气单向阀及与吹气孔连通的出气单向阀。
本方案轨道回路供电系统的原理在于：
当牵引靴和回流靴的碳滑板均与相应的接触轨接触后，供电系统形成一个闭合回路，从而可驱动车辆行驶。当碳滑板与接触轨接触时，外杆的一端将同时受到挤压并克服第二压簧的弹力，外杆的另一端则向喉道内滑动，同时内杆也将向气箱内滑动。
当车辆运行时，气流将推动扇叶转动，同时扇叶的转轴与活塞形成相对转动关系；且由于转轴与驱动块之间具有相互配合的螺旋凹槽和螺旋凸棱，因此转轴转动将驱动活塞在气箱内滑动以克服第一压簧的弹力；由于驱动块通过离合器向活塞传递扭力，当驱动块与活塞之间的扭力增大到一定值后，驱动块将克服离合器对驱动块的反作用力，从而转轴将带动驱动块一同转动，则活塞将不在气箱内继续滑动，气箱朝向入口段一端将形成一个相对稳定的空间。
当车辆运行时，气流通道内将形成气流，由于喉道的横截面较小，气流经过喉道时，喉道对气流具有压缩作用，从而气流经过喉道的流速将进一步加快，使得喉道处形成负压。且由于外杆内部的内腔通过连通孔与喉道连通，因此喉道将对内杆产生吸力，从而在车辆运行时，内杆将从气箱内退出，进而在车辆运行时，内杆不会对活塞的滑动形成阻碍，以使得活塞可以越过内杆。
当车辆停止运行时，气流通道内不再有气流经过，则喉道不再对内杆产生吸力，内杆将伸入气箱内以阻碍活塞在第一压簧的作用下返回。而当集电靴与接触轨脱离时，第二压簧将使外杆返回，从而外杆将带动内杆从气箱内退出，以使得活塞能在第一压簧的作用下返回。活塞返回时，将挤压气箱内的气体，则出气单向阀将打开，气体将通过吹气孔排出，以吹灭电弧。
本方案产生的有益效果是：
(一)车辆运行时，灭弧机构可以存储气流的能量；而当车辆停止运行，且集电靴与接触轨还未脱离时，灭弧机构不会释放能量。当集电靴与接触轨脱离时，吹气孔内会迅速排出气流，且此时也是电弧产生的关键时期，从而该气流可迅速使电弧衰减，以防止损坏集电靴和接触轨。
(二)灭弧机构根据车辆不同的运行状态进行储能和释放能量，其通过机械结构进行控制，而无需电控装置进行控制，使得其结构更简单可靠，维护成本更低。
优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，所述碳滑板内设有散热气道，散热气道的一端与外部连通，散热气道的另一端与喉道连通。当车辆运行时，碳滑板与接触轨摩擦，因此碳滑板的温度将升高；而此时由于喉道处的压强小，且散热气道与喉道连通，因此喉道将通过散热气道从外部吸入空气，从而在散热气道内形成流动的气流，进而可加快碳滑板的散热。
优选方案二：作为对优选方案一的进一步优化，所述散热气道呈“s”形，从而散热气道更广地分布在碳滑板内部，可以提高散热气道对碳滑板的散热效率。
优选方案三：作为对优选方案二的进一步优化，所述离合器包括设置在驱动块外周的安装孔、设置在活塞上并可与安装孔相对的半球凹槽、设于安装孔内的钢球以及与钢球相抵的第四弹簧，所述安装孔与半球凹槽相对时，钢球嵌入半球凹槽内；本优选方案所采用的离合器安装空间小且结构简单。
优选方案四：作为对优选方案三的进一步优化，所述吹气孔的下端向碳滑板的中部倾斜；由于碳滑板的两侧都设有吹气孔，从而从吹气孔吹出的气流将向碳滑板的中部聚拢，并相互撞击形成扰流，更有利于吹灭电弧。
优选方案五：作为对优选方案四的进一步优化，所述气箱朝向入口段的一端呈锥形；由于气箱的前端朝向入口段，因此气箱朝向入口段的一端呈锥形，有利于对气流进行导流，同时增大入口段的空间，从而增大进气量。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中灭弧机构的结构示意图；
图3为本发明实施例中碳滑板的断面图；
图4为图2中a部分的放大图；
图5为图2中b部分的放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：走行轨11、转向架12、牵引轨21、回流轨22、回流靴23、牵引靴24、碳滑板30、吹气孔31、散热通道33、风管40、入口段41、喉道42、扩散段43、气箱50、辐条51、第一压簧52、扇叶53、转轴54、进气单向阀55、出气单向阀56、活塞60、驱动块61、安装孔62、第四弹簧63、钢球64、挡板65、限位杆70、外杆71、内杆72、第二压簧73、第三压簧74、空腔75、连通孔76。
本实施例的轨道回路供电系统如图1所示，在车辆走行轨11旁边的道床上安装整体绝缘支撑，并在其上部安装防护罩，用于防尘、防雨。绝缘支撑上分别采用绝缘卡块固定牵引轨21和回流轨22，牵引轨21和回流轨22保持彼此之间的安全距离为150mm。车辆转向架12上的绝缘底座上安装有牵引靴24和回流靴23，牵引靴24和回流靴23与牵引轨21、回流轨22之间的距离一致并相互垂直。牵引轨21和回流轨22均采用侧面受流方式，且牵引靴24和回流靴23均是通过水平摆臂和气动杆控制，以实现工作位置和非工作位置的调整及转换。
水平摆臂及气动杆通过绝缘底座固定于转向架12上，实现对牵引靴24及回流靴23的摆动和限位控制，以保证良好的接触力和受流效果。牵引靴24和回流靴23对应于绝缘底座上分别安装有铜排及电缆，铜排和电缆分别连接至贯通车辆内部对应的牵引母排和回流母排上，实现与车辆内部牵引供电回路的连接。
如图2所示，牵引靴24和回流靴23的主体结构为碳滑板30，碳滑板30和牵引轨21或回流轨22直接接触，以进行电流传输。当碳滑板30与牵引轨21或回流轨22分离时，碳滑板30与牵引轨21或回流轨22之间会形成电弧，从而会对牵引轨21、回流轨22和碳滑板30形成损伤。因此在牵引靴24和回流靴23上设有灭弧机构，灭弧机构包括固定在碳滑板30上的风管40，风管40内设有气箱50，气箱50通过辐条51固定在风管40内，并在风管40和气箱50之间形成气流通道。气流通道依次由入口段41、喉道42和扩散段43组成，喉道42的横截面积小于入口段41和扩散段43的横截面积，从而使得气流通道形成文丘里管。当车辆运行时，空气将从气流通道的入口段41进入气流通道内，从而在气流通道内形成气流；气流经过喉道42时，由于喉道42的横截面积较小，因此喉道42对气流具有压缩作用，则气流经过喉道42时的流速更快，使得喉道42处的压强较小。另外，气箱50朝向入口段41的一端设置为锥形，以对气流具有导流作用，并增大入口段41的空间，从而增大进气量。
如图2、图4所示，入口段41内设有扇叶53，扇叶53通过转轴54与气箱50转动连接，且转轴54伸入气箱50内。气箱50内设有可沿气箱50的轴向滑动的活塞60，且气箱50的侧壁上设有导向棱，而活塞60上设有与导向棱配合的导向槽，从而使得活塞60沿气箱50的轴向滑动时，活塞60不会相对于气箱50转动。活塞60的中心设有驱动块61，驱动块61与活塞60转动连接，且活塞60的两侧设有挡板65对驱动块61进行限位，以防止驱动块61与活塞60发生相对滑动，从而导致驱动块61脱离活塞60。驱动块61与活塞60之间设有离合器结构，即驱动块61的外周设有六个安装孔62，安装孔62沿驱动块61的周向均匀分布，且安装孔62沿驱动块61的径向设置；活塞60的内周设有六个半球凹槽，半球凹槽同样沿驱动块61的周向均匀设置，从而通过转动驱动块61可以使半球凹槽和安装孔62相对；安装孔62内设有钢球64和第四压簧，第四压簧将钢球64顶入半球凹槽内，从而要使驱动块61相对于活塞60转动，则需要克服离合器结构所产生的扭力。转轴54贯穿驱动块61，转轴54与驱动块61之间设有相互配合的螺旋凹槽和螺旋凸棱，螺旋凹槽的螺旋角为55°，且其断面为矩形，即转轴54与驱动块61之间形成不具有自锁性能的螺纹连接。当转轴54转动时，由于螺旋凹槽和螺旋凸棱的相互挤压，将驱动活塞60朝向扩散段43一端滑动。活塞60朝向扩散段43一端设有与活塞60相抵的第一压簧52，当活塞60朝扩散段43滑动的同时，第一压簧52将被压缩，以阻碍活塞60继续滑动，此时驱动块61将克服离合器结构所产生的扭力，并相对活塞60转动。
如图2、图5所示，气箱50朝向碳滑板30的一侧设有限位杆70，限位杆70包括外杆71和内杆72，外杆71的一端与碳滑板30滑动连接并与碳滑板30垂直，且外杆71的该端套设有第二压簧73，第二压簧73的两端分别与碳滑板30和外杆71的端部相抵。外杆71的一端伸入喉道42内，当碳滑板30与牵引轨21或回流轨22接触时，将挤压外杆71以使外杆71继续向喉道42内推进；外杆71内设有空腔75，内杆72的一端伸入空腔75内并可在空腔75内滑动，空腔75内设有与内杆72相抵的第三压簧74，克服第三弹簧的弹力可使限位杆70收缩；内杆72的另一端伸入气箱50内，在限位杆70收缩的情况下，内杆72可从气箱50内退出。外杆侧壁设有将喉道42和空腔75连通的连通孔76，当车辆运行时，喉道42处的压强降低，即空腔75内的压强也降低，从而空腔75将对内杆72产生吸力并克服第三压簧74的弹力，以使内杆72从气箱50内退出。
如图2所示，气箱50朝向入口段41一端设有进气单向阀55和出气单向阀56，当活塞60朝向扩散段43一端滑动时，活塞60朝向入口段41一端的气箱50的空间增大，则气箱50将通过进气单向阀55从外部吸入气体。当活塞60在第一压簧52的弹力作用下复位时，活塞60将挤压气箱50内的空气，则空气将通过出气单向阀56排出。如图3所示，碳滑板30的两侧设有延伸至碳滑板30底面的吹气孔31，碳滑板30底面为与牵引轨21或回流轨22接触的表面；出气单向阀56与吹气孔31连通，从气箱50通过出气单向阀56向外排气时，气流最终将经吹气孔31排出；吹气孔31向碳滑板30的中部倾斜，有利于气流向碳滑板30的中部流动。
碳滑板30内设有呈“s”型的散热气道，散热气道的一端与外部连通，散热气道的另一端与喉道42连通；从而当车辆运行时，喉道42内形成负压，因此喉道42将通过散热气道从外部吸入空气，从而在散热通道33内形成流动的气流，以对碳滑板30进行降温。
用以吹灭电弧的灭弧机构共具有三种状态：
1)当碳滑板30与牵引轨21或回流轨22接触时，限位杆70的外杆71受到牵引轨21或回流轨22的挤压，外杆71将向喉道42内推进，同时内杆72将伸入气箱50内。
2)当车辆运行时，气流通道内形成流动的气流，喉道42处形成负压，使得外杆71内的空腔75中也形成负压并对内杆72产生吸力，从而使内杆72从气箱50内退出，以防止内杆72对活塞60的滑动形成阻碍；同时气流还会推动扇叶53转动，从而转轴54转动将推动活塞60在气箱50内滑动，以使气箱50吸气。
3)当车辆停止运行时，将回到第1)状态，即内杆72伸入气箱50内对活塞60形成限位，防止车辆停止运行后，活塞60在第一压簧52的作用下立即复位。当碳滑板30与牵引轨21或回流轨22分离时将形成电弧，同时限位杆70的外杆71也将不再受到挤压，从而外杆71将从喉道42内推出，进而带动内杆72从气箱50内退出，则内杆72将不在对活塞60具有限位作用，因此吹气孔31将吹出气流以吹灭电弧。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。