高速動車組受電弓性能和檢測試驗臺研究

姚 斌 曾側倫

南車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島 266000

高速動車組受電弓性能和檢測試驗臺研究

姚 斌 曾側倫

南車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島 266000

本研究主要以目前國內高速動車組和地鐵車輛常用高壓受流設備件受電弓為對象，依據最新的受電弓性能和試驗標準，展開對車輛受電弓的各功能參數和檢測各功能參數的設備進行研究，最終試制出受電弓地面模擬試驗臺，并通過受電弓地面模擬試驗臺檢測得到受電弓性能檢測參數報告。

高速動車組；受電弓；性能試驗方法；模擬試驗臺

引言

隨著人們生活水平的提高和國內經濟對軌道交通事業的依賴，使得我國高速動車組和城市地鐵車輛快速發展。為保證車輛設備在實際運行過程中的良好運用以及整體車輛的安全、平穩運營，研究車輛主要設備件的性能特征成為確保車輛各設備件在運營過程發揮更加良好狀態的一個必要環節。

動車組及地鐵受電弓是整個車輛高電壓受流的重要部件，如出現故障整個車輛將失去動力。為提前解決動車組和城市地鐵車輛運行中暴露出的問題，通過搭建受電弓試驗臺，進行地面模擬試驗，研究測試掌握受電弓設備件的各種性能參數，以確保車輛的安全運營。

1 理論依據和目標

以目前國內生產的不同類型動車組和地鐵用受電弓主要參數為基礎，結合機車車輛受電弓特性和試驗標準（國際/國家標準）為理論依據，以受電弓特性和試驗標準中例行試驗各項目為基礎，結合各類型受電弓本身特性，以達到對受電弓基本性能參數檢測為目的，研究形成受電弓地面模擬試驗臺，滿足不同類型受電弓的裝配和試驗檢測的通用要求和自動采集測量并記錄動車組或地鐵用受電弓各性能參數等各項功能。

2 研究內容

根據受電弓特性和試驗標準中例行試驗項目為主體，結合研究目標對受電弓試驗臺進行研究，其中受電弓特性和試驗標準例行試驗項目主要有目測檢查，集電頭長度、高度、外形，受電弓升工高度、時間，靜態工作壓力，ADD功能檢測，垂向振動，橫向振動，氣密性試驗，接觸壓力，溫升試驗等試驗內容。

根據以上受電弓例行試驗項目，形成以下研究主要內容：

1）受電弓性能檢測數據參數自動化采集

利用數據采集硬件及編寫控制軟件程序，實現對受電弓性能檢測全過程數據采集的自動化，優化目前對受電弓性能檢測手段的弊端。

2）受電弓氣密性功能檢測

在環境溫度下對試驗受電弓裝置氣路充以標稱工作氣壓進行檢測的整個氣路密封性。氣密性檢測標準：保壓時間10min后，氣壓壓力下降不超過初始壓力的5%。

3）受電弓靜態升降過程壓力檢測

在拆下阻尼器情況下，在一個持續的升降周期內，受電弓升降速度預設定為（0.05±0.005）m/s的情況下，在受電弓弓頭懸掛件下直接測量靜態力，包括載荷量測量、信號處理和數據記錄系統等，準確度應不低于3%。

4）受電弓升、降弓時間檢測

升弓時間規定從受電弓開始上升時刻算起，升至最高工作高度的上升時間。上升時間標準應不超過10秒。

降弓時間規定從受電弓最高工作高度下降時刻算起，降至最低工作高度的下降時間。

5）受電弓氣壓可連續性控制

采用氣壓比例閥，軟件控制氣壓比例閥從0kPa至1MPa之間任意調節，實現受電弓給定氣壓的連續性控制。

6）受電弓ADD功能試驗

在受電弓升至落弓位置以上工作范圍的20%時（或最大工作高度），模擬ADD功能故障，受電弓ADD因氣路故障而降弓，測量從信號產生至降到最低工作高度（考核高度以下20cm處）的反應時間，應≤1s，且ADD動作正常。

7）受電弓動作特性曲線實時顯示

編寫受電弓動作特性檢測軟件，實時顯示受電弓動作壓力和高度關系曲線。

8）受電弓動作特性及數據參數存儲和打印

編寫受電弓動作特性數據采集軟件，同時可根據需要記錄儲存數據參數和打印輸出試驗檢測報告。

3 研究方法

3.1 動作過程的研究方法

受電弓動作過程包括受電弓的上升及下降動作過程，連接外部風源通過受電弓閥板給測試用受電弓供風，在提供設定的風壓情況下，用軟件控制受電弓升弓電磁閥進行通斷，使受電弓氣囊充氣，受電弓上升；用軟件控制受電弓降弓電磁閥進行通斷，使受電弓氣囊排氣，受電弓下降；

ADD功能模擬動作過程，由于試驗受電弓未出現有本身漏氣，為模擬受電弓ADD功能試驗，在氣壓保壓箱內加設一個ADD泄氣電磁閥，通過控制泄氣電磁閥的通斷，來實現受電弓ADD功能模擬動作。

3.2 數據檢測、采集的研究方法

受電弓試驗臺對受電弓檢測的基本參數是：風壓，受電弓動作靜態力，受電弓升降高度。速度的控制和采集、受電弓動作時間的采集，都可以通過硬件對變量的采集記錄和模擬計算獲得。

·風壓檢測和采集：通過安裝在風管路的壓力傳感器獲得，并直接傳給控制軟件顯示。

·受電弓動作靜態力采集：通過設置在控制箱內的拉力傳感器、滑輪、鋼絲繩和伺服電機傳動系統共同構成靜態力檢測系統；在受電弓靜止時，靜態力=測量力/2+掛件重量+鋼絲繩重量。儀表顯示的數值為實際傳感器測得的力量的一半，同時反饋給控制軟件進行實時顯示和曲線的繪制。

·受電弓升降行程和高度數據采集：通過記錄伺服電機編碼器脈沖數獲得受電弓的動作行程，同時記錄兩個位置點，通過編碼器計算得出受電弓升降高度，同時將計算得出的數據直接反饋給控制軟件并顯示。

·受電弓升降時間數據采集：通過對光電開關和限位開關，對受電弓動作開始時間和結束的時間間隔,PLC記錄所得。

·受電弓靜態力檢測時升降速度的控制：監測電機編碼器脈沖數，速度=單位時間內位移。

實驗過程中，伺服電機通過滑輪組將受電弓拉住；以固定速度(0.05±0.005）m/s運行，拉力傳感器測出的拉力代表了受電弓向上的力量，也就是實際中對接觸網的壓力。受電弓帶動鋼絲繩上升或下降，鋼絲繩的行程即為受電弓的高度。

空氣壓力傳感器檢測供氣回路氣壓。人工調節空氣壓力，或者使用伺服閥控制氣壓，可以獲得不同的受電弓上升靜態力和高度。

ADD試驗和自由升降時，按設定的高度用一根軟繩掛住受電弓，通過行程開關記錄受電弓的下降開始和停止，測得其動作時間。

3.3 地面模擬試驗臺基本構成

地面模擬受電弓試驗臺（以下簡稱試驗臺）由試驗臺固定底座、受電弓安裝柱、安裝過渡板、試驗控制箱、保壓控制箱、閥板放置工裝、上位機等七部分組成，下圖1為受電弓地面模擬試驗臺系統結構圖：

圖1

4 研究結果

通過研究的內容和研究的方法過程，最終得到檢測高速動車組及地鐵用受電弓性能的檢測地面模擬受電弓試驗臺，下圖2為測試檢測受電弓數據參數時的試驗過程流程圖。

4.1 結構特點

試驗臺安裝過渡板以多種受電弓類型參數為理論依據進行結構設計，能對動車組DSA250、DSA380、TSG18、QG-120等多種類型受電弓進行試驗。

4.2 技術指標

·額定輸入電壓：

AC220V(1±10%)

頻率：50HZ±1HZ

·功率：不大于500W

·供壓范圍：0～1MPa

·拉力測量范圍：(0～150)N

精度：±1N

·最大升弓高度測量范圍：(0～4000)mm 精度：±10%

·壓力傳感器非線性度：0.5%

·升降弓速度：(0.05±0.005)m/s

·升降弓時間精度：0.1s

·系統采集、反饋時間：小于50ms；

·系統測試精度：2‰

圖2

4.3 軟件設計

試驗臺控制系統采用西門子PLC和WINCC V7軟件設計?？刂粕喜捎蒙衔粰C和紅外線遙控兩種方式操作，其主要技術特點如下：

·準確檢測受電弓氣路的密封性能。

·準確測量出受電弓的最大升弓高度。

·準確測量出受電弓上所加的靜態壓力。

·實時給出升降弓時力與高度的靜態特性曲線。

·實時顯示氣壓變化曲線。

·自動測試受電弓升降弓時間。

·準確測量受電弓起始壓力值。

·模擬ADD故障并采集反應時間。

·試驗過程故障查詢。

·測試結果存儲、打印輸出。

5 研究結語

試驗臺的結構設計解決了以往試驗臺在地面試驗僅針對一種結構的受電弓弊端，完全兼容目前裝車使用的動車組和地鐵受電弓，為一綜合試驗臺；控制方式智能化、多樣化、人性化，上位機操作界面清晰易懂；試驗數據及測試曲線自動采集，實時顯示并打印。

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.07.049

姚斌（1982.06-）.男，漢族，本科，現就職于南車青島四方機車車輛股份有限公司，工程師，從事車輛高級檢修工作；

曾側倫（1983.04-）.男，漢族，本科，現就職于南車青島四方機車車輛股份有限公司，工程師，從事車輛調試工作。