一种基于电气化铁路的多滚筒受流-接地系统的制作方法

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种基于电气化铁路的多滚筒受流-接地系统。

背景技术：

随着我国社会和经济的快速发展，我国国民经济持续稳步向前发展，轨道交通技术作为国民经济发展的重要支撑在近十年来飞速发展。目前，我国现役的轨道交通已经全面实现电气化，主要采用电能对列车进行牵引驱动。作为驱动电力机车的核心，牵引供电系统主要包含了电网输电线路、牵引变电所、馈电线、牵引接触网、走行轨和回流线等。电气牵引机车主要通过车载受电弓与车顶假设的接触网相互接触进行电能传输。但是现有电力牵引系统采用的弓网结构普遍存在碳滑板跟随接触线性能不佳、列车告诉运行时离线率高、离线造成电弧频发，多种因素导致列车受流性能不稳定，抗恶劣气候性能较差。这些均造成碳滑板的服役寿命短，更换频繁，维护成本较高。

受流系统是能量输入列车牵引及控制系统的通道，而列车的接地系统是牵引供电系统中电能回流大地或回馈牵引变电所的主要通道。目前轨道交通供电系统多是通过走行轨回流，牵引电流通过走行轨回到牵引变电所。由于走行轨对地不能完全绝缘，所以还有部分电流从走行轨泄露到大地中，形成杂散电流。杂散电流危害重大，不仅会对走行轨及其附件产生电化学腐蚀，还会产生轨地电位，可能威胁到乘客和工作人员的安全。而且，大多数城轨交通都采用直流供电，因此直流杂散电流在大地中的弥散，更容易对周围的交流输电线形成干扰，导致变电站中变压器铁芯直流偏磁，严重影响电能质量并加剧了输电损耗。目前针对杂散电流的防治已有一些方案，如涉及规避输电线的排流网、设置杂散电流补偿装置等。这些措施不能从根本上解决问题，需要根据不同线路量身打造，成本高昂。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的问题提供一种能够彻底解决杂散电流问题的基于电气化铁路的多滚筒受流-接地系统。

本发明采用的技术方案是：一种基于电气化铁路的多滚筒受流-接地系统，包括设置在受电弓底座上的第一受电弓和第二受电弓；第一受电弓通过受流弓头连接接触线接触受流；第二受电弓通过回流弓头接触连接回流线；回流线连接牵引变电所到牵引变电所负极柜；受流弓头和回流弓头结构相同，受流弓头包括长方体箱型的弓头本体、设置在弓头本体内可转动的多个金属滚筒和设置在弓头本体宽边两端分别设置有第一碳滑块和第二碳滑块；金属滚筒的滚动方向与机车行进方向相互平行。

进一步的，所述金属滚筒包括中间设置有通孔筒状结构的金属外层和滚筒转轴；金属外层通过轴承绕滚筒转轴转动；金属外层与滚筒转轴之间设置有电刷；滚筒转轴两端均设置有一卡槽，减震螺丝从卡槽上端穿过从下端穿出固定在弓头本体内；卡槽下的减震螺丝上套设有弹簧。

进一步的，所述第一受电弓和第二受电弓结构相同；第一受电弓包括设置在下部的第一下连杆、第二下连杆，设置在上部的上连杆；第一下连杆、第二下连杆和上连杆构成平行四边形结构。

进一步的，所述弓头本体下方设置有连接板，弓头本体外表面设置有多个固定板；固定板通过固定螺丝将弓头本体和连接板固定。

进一步的，所述轴承为绝缘材料制备，具体为陶瓷制备。

进一步的，所述金属外层采用纯铜或铜合金制备。

进一步的，所述受电弓底座设置在车体上，与车体之间设置有第四隔离绝缘子。

进一步的，所述受电弓底座1通过第一隔离绝缘子11、第二隔离绝缘子12和第三隔离绝缘子13分为相互绝缘的两部分，分别用于设置第一受电弓和第二受电弓。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中增设一条并列于接触线的专用回流线，回流线与牵引变电所负极柜相连，电流不再经过走行轨回流，彻底解决杂散电流问题；

（2）本发明受电弓弓头采用多金属滚筒结构代替碳滑板，将滑动摩擦受流方式转化为金属滚筒与接触网通过滚动接触受流，可有效减小受电弓弓头与接触网之间的摩擦；

（3）本发明在多滚筒结构中，前后设置起润滑作用的碳滑块，滚筒下方设置有减震装置，可有效降低列车告诉情况下弓网间的剧烈机械冲击；

（4）本发明中的多滚筒结构受电弓既能应用于柔性接触网也能很好适应刚性接触网。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明整体结构俯视图。

图3为本发明中双受电弓弓头结构示意图。

图4为本发明中受电弓弓头结构示意图。

图5为本发明中受电弓弓头侧视图。

图6为本发明中受电弓弓头俯视图。

图7为本发明中金属滚筒剖面结构示意图。

图8为本发明中减震装置结构示意图。

图9为本发明中减震螺丝结构示意图。

图中：1-受电弓底座，2-第一下连杆，3-第二下连杆，4-上连杆，5-第四隔离绝缘子，6-接触线，7-回流线，8-限位螺栓，9-受流弓头，10-回流弓头，11-第一隔离绝缘子，12-第二隔离绝缘子，13-第三隔离绝缘子，14-第一碳滑块，15-第二碳滑块。16-金属滚筒，17-固定板，18-固定螺丝，19-卡槽，20-减震螺丝，21-轴承，22-电刷，23-滚筒转轴，24-金属外层，25-减震弹簧。

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说明。

如图1～9所示，一种基于电气化铁路的多滚筒受流-接地系统，包括设置在受电弓底座1上的第一受电弓和第二受电弓；第一受电弓通过受流弓头9连接接触线6接触受流；第二受电弓通过回流弓头10接触连接回流线7；回流线7连接牵引变电所到牵引变电所负极柜；受流弓头9和回流弓头10结构相同；受流弓头9包括长方体箱型的弓头本体、设置在弓头本体内可转动的多个金属滚筒16和设置在弓头本体宽边两端分别设置有第一碳滑块14和第二碳滑块；金属滚筒16的滚动方向与机车行进方向相互平行。

金属滚筒16包括中间设置有通孔筒状结构的金属外层24和滚筒转轴23；金属外层24通过轴承21绕滚筒转轴23转动；金属外层24与滚筒转轴23之间设置有电刷22；滚筒转轴23两端均设置有一卡槽19，减震螺丝20从卡槽19上端穿过从下端穿出固定在弓头本体内，卡槽19下的减震螺丝20上套设有弹簧25。

第一受电弓和第二受电弓结构相同；第一受电弓包括设置在下部的第一下连杆2、第二下连杆3，设置在上部的上连杆4；第一下连杆2、第二下连杆3和上连杆4构成平行四边形结构。

弓头本体下方设置有连接板，弓头本体外表面设置有多个固定板17；固定板17通过固定螺丝18将弓头本体和连接板固定。

轴承21为绝缘材料制备，具体为陶瓷制备。金属外层24采用纯铜或铜合金制备。

受电弓底座1设置在车体上，与车体之间设置有第四隔离绝缘子5。受电弓底座1通过第一隔离绝缘子11、第二隔离绝缘子12和第三隔离绝缘子13分为相互绝缘的两部分，分别用于设置第一受电弓和第二受电弓。

本发明针对电气化铁路供电系统通过走行轨回流存在杂散电流的问题提出了受流系统与接地回流系统兼容的方案。如图1所示，在原有接触线6旁并列的回流线7（回流线连接牵引变电所负极柜）用于接地回流。将回流通道由原来的走行轨-牵引变电所改为回流弓头9-回流线7-牵引变电所，不再通过走行轨回流，可以彻底解决杂散电流的问题。

本发明中受电弓结构如图所示，双受电弓弓头结构如图3所示。该受电弓结构分为相互绝缘的两部分，两部分对称且机械结构相同，均包括设置在下部的第一下连杆2、第二下连杆3，设置在上部的上连杆4；第一下连杆2、第二下连杆3和上连杆4构成平行四边形结构。上连杆和下连杆之间通过限位螺栓8固定。第一受电弓用于与接触线6接触受流，为列车运行传输电能，第二受电弓与回流线7接触用于接地回流，为牵引电流提供回流通道。

其中受流部分与传统轨道交通中的受流方式一致，牵引变电所通过连接的馈电线将电流传输到接触网，列车通过受流弓头9与接触线6接触受流获得驱动电能。传统电气化铁路中，大多采用走行轨回流，由于走行轨对地不能完全绝缘，会有部分电流从走行轨泄露到大地中取，形成杂散电流。杂散电流危害重大，不仅会对走行轨及其附件造成电化学腐蚀，而且直流杂散电流在大地中的弥散，导致变电站中变压器铁芯直流偏磁，严重影响电能质量并加剧了输电损耗。本发明的回流方式避免了通过走行轨回流，可以从根本上避免杂散电流的产生，可以延长走行轨的使用寿命并确保电气设备的正常工作。

本发明针对现有电力牵引系统采用的弓网结构普遍存在碳滑板跟随接触线性能不佳、高速下离线率高、离线造成电弧频发、受流性能不稳定、抗恶劣天气性能差和碳滑板磨损严重问题，通过多金属滚筒结构的受电弓弓头代替碳滑板。可以达到减小磨损、降低冲击力和降低离线率的目的。受电弓弓头结构如图4所示，金属滚筒16与接触线6接触滚动受流，为列车运行提供电能。将原有碳滑板与接触线的滑动摩擦变为滚动摩擦，可以有效降低磨损。金属滚筒的剖面图如图7所示，金属滚筒16内部的轴承21可以保证金属滚筒16与接触线6接触时绕着滚筒转轴23转动，轴承21采用绝缘轴承避免电流对轴承21的电蚀作用。金属外层24采用纯铜或铜合金。并且每个金属滚筒16下方均设置减震装置，如图8所示，减震装置包括卡槽19、滚筒转轴23和减震螺丝20；减震螺丝20上套设有减震弹簧25。接触线6与多金属滚筒受电弓弓头接触，由减震弹簧25将受电弓压到接触线6上滚动摩擦受流。这样可以降低由于轨道不平或者过接触网硬点时带来的机械冲击，同时可以使得受电弓与接触线6紧密贴合，降低离线率。

本发明以多金属滚筒受电弓弓头代替传统碳滑板受电弓弓头，以滚动摩擦代替滑动摩擦，并通过减震弹簧，降低磨损和特殊工况下带来的机械冲击，以及降低离线率，保证受流质量。通过采用受流与接地回流兼容的方法，改变了牵引电流的回流通道，不再通过走行轨回流，可以彻底解决杂散电流的问题，确保了列车的安全运营。