阿根廷布市薩緬托線的受流裝置設(shè)計(jì)

■ 肖嬋娟 張會(huì)青

1 概述

受流器是用于為軌道列車(chē)供電的設(shè)備。因此受流器要與運(yùn)行軌道邊上的供電軌進(jìn)行接觸受電。受流器需要進(jìn)行可靠設(shè)計(jì)，以滿足車(chē)輛的安全用電要求。

阿根廷布市薩緬托線的受流器是下部受流，回流由車(chē)軸上安裝的接地回流裝置完成。所有受流器都安裝在轉(zhuǎn)向架軸箱之間的橫梁上。受流器通過(guò)扭力彈簧提供接觸力支持，使受流靴能與供電軌緊密接觸。該受流器具有非常低的動(dòng)態(tài)質(zhì)量，適用于導(dǎo)電軌。由于導(dǎo)電軌和受流器的配合很重要，對(duì)入口端部彎頭及特性等設(shè)計(jì)，以減少接口負(fù)荷。如任何具有相同特性的接口一樣，受流器系統(tǒng)的成功與否取決于良好的接口設(shè)計(jì)，因此要求在接觸軌的設(shè)計(jì)上給予足夠的關(guān)注。

熔斷器是在受流裝置中起保護(hù)作用的電器元件。如熔斷器可以避免電機(jī)受到車(chē)輛電系統(tǒng)短路造成的損壞。選擇熔斷器要非常謹(jǐn)慎，以避免損害到電器系統(tǒng)的安全。

對(duì)阿根廷布市薩緬托線的受流器、熔斷器箱及安裝橫梁進(jìn)行介紹。此受流器額定工作電壓DC 800 V，為三軌下部受流。

2 產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)

2.1 受流器主要技術(shù)參數(shù)

構(gòu)造速度：120 km/h；

最大運(yùn)營(yíng)速度：100 km/h；

額定工作電壓：DC 800 V；

電壓范圍：DC 500～1 000 V；

受流器質(zhì)量（包括橫梁，不包含熔斷器）：不大于70 kg；

熔斷器盒質(zhì)量：不超過(guò)15 kg；

受流器本體使用壽命：30年；

受流器滑塊：5萬(wàn)~8萬(wàn)km；

受流器滑塊最大磨耗量：10~12 mm；

熔斷器額定工作電流：700 A；

接觸壓力：150 N；

工作壓力：120~180 N；

熔斷器箱出線形式：1進(jìn)2出；

熔斷器箱電纜固定頭適應(yīng)進(jìn)出線規(guī)格：適應(yīng)線纜外徑范圍φ18～21 mm；

熔斷器箱與受流器主體連接電纜：1根截面積95 mm2的軟電纜，橫梁與構(gòu)架間的預(yù)留長(zhǎng)度需滿足構(gòu)架相對(duì)于橫梁上下相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍向上30 mm、向下50 mm要求；

集電靴通過(guò)與第三軌的下部接觸集電；

受流器材質(zhì)：鑄鐵；

受流器高度調(diào)節(jié)：手動(dòng)垂向位移大于48 mm，向上可調(diào)40 mm，向下可調(diào)8 mm，4 mm/齒。

受流器集電靴工作位置要求：受流器初裝狀態(tài)下，即受流器自由狀態(tài)下（過(guò)斷電區(qū)位置），受流器集電靴最高點(diǎn)距離軌面86+35=121 mm；保證受流器接觸壓力狀態(tài)下（非斷開(kāi)位），受流器集電靴自上述最高點(diǎn)向下最大運(yùn)動(dòng)行程35+23=58 mm。

電氣間隙、爬電距離符合IEC 60077-1要求：最小電氣間隙27 mm，最小爬電距離72 mm；

沖擊振動(dòng)條件：受流器主體滿足IEC 61373的要求3類(lèi)車(chē)軸安裝的沖擊振動(dòng)要求（實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)按國(guó)內(nèi)設(shè)備最大允許范圍進(jìn)行確定）。振動(dòng)滿足垂向45g、橫向27g、縱向13.5g各5 h；沖擊垂向148g、橫向102g、縱向100g。

熔斷器盒滿足IEC 61373的要求2類(lèi)轉(zhuǎn)向架安裝的沖擊振動(dòng)要求，非金屬材料橫梁和防護(hù)罩滿足DIN 5510防火要求。橫梁為玻璃纖維復(fù)合材料。

2.2 珩架

珩架為整個(gè)受流器的基礎(chǔ)支撐件，采用具有阻燃、耐老化、高電氣絕緣性、高強(qiáng)機(jī)械性能的復(fù)合材料模壓成型。

復(fù)合材料作為受流器的兼具絕緣與承載受流器機(jī)械負(fù)荷的功能結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外的地鐵車(chē)輛上，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用最早是在2004年，至今連續(xù)使用將近10年，該產(chǎn)品目前性能狀態(tài)正常，未見(jiàn)異常。珩架材料主要典型技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

3 受流器結(jié)構(gòu)和工作原理

3.1 受流器結(jié)構(gòu)

受流器由橫梁、高度調(diào)節(jié)裝置、擺動(dòng)組件裝置、受流滑塊上下擺幅限位調(diào)整裝置及熔斷器盒等組成；熔斷器的配置可實(shí)現(xiàn)短路熔斷保護(hù)。復(fù)合材料橫梁作為受流器主體的支撐結(jié)構(gòu)，橫梁采用高性能的SMC模塑料制造，具有優(yōu)良的機(jī)械性能和電氣絕緣性能，使得受流器受流組件等帶電部位與車(chē)輛上支架間具有足夠的爬電距離，保證受流器電氣絕緣的可靠性與結(jié)構(gòu)支撐的可靠性。第三軌下部受流器主體外觀見(jiàn)圖1。

受流器與熔斷器箱分左、右型配對(duì)使用，受流器與熔斷器箱（見(jiàn)圖2）均為左右型成鏡像對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。熔斷器箱出線形式為1進(jìn)2出，與受流器連接端為1個(gè)進(jìn)線孔，與車(chē)載電纜連接端為2個(gè)出線孔。受流器主體除橫梁外，受流器左右型其他零部件都是通用的；熔斷器箱除外部熔斷器盒體外，左右型熔斷器箱的其他零部件（包括熔斷器盒蓋）都是通用件。

受流器與車(chē)輛的裝配見(jiàn)圖3。受流器主體通過(guò)橫梁掛接在轉(zhuǎn)向架的兩軸箱處的安裝座上，熔斷器盒安裝在轉(zhuǎn)向架側(cè)梁上。

高度調(diào)節(jié)裝置：由金屬基架與安裝底板等組成，通過(guò)金屬基架與安裝底板上的齒槽進(jìn)行調(diào)節(jié)，向上最大可調(diào)量40 mm（10個(gè)齒），向下最大可調(diào)量8 mm（2個(gè)齒），單位調(diào)節(jié)量4 mm。

表1 珩架材料主要典型技術(shù)參數(shù)（樣品實(shí)測(cè)參數(shù)）

圖1 第三軌下部受流器主體外觀（右型）

圖2 受流器左型熔斷器箱

圖3 第三軌下部受流器與車(chē)輛的裝配

擺動(dòng)組件裝置：由擺桿、受流滑塊、芯桿、彈簧、金屬橡膠軸承等組成，適應(yīng)車(chē)輛的顛簸及供電軌受流軌面的波動(dòng)，在彈簧的壓力下，將受流滑塊壓緊貼合供電軌受流軌面進(jìn)行高速動(dòng)態(tài)受流，金屬橡膠軸承可減緩受流器與供電軌的沖擊振動(dòng)。

受流滑塊上下擺幅限位調(diào)整裝置：限制受流滑塊的上下擺動(dòng)極限，滑塊向上擺動(dòng)最高點(diǎn)距離三軌接觸面35 mm，向下運(yùn)動(dòng)行程最大35+23=58 mm。

前罩、后罩：材料與珩架材料相同，擔(dān)當(dāng)受流器帶電體與周邊轉(zhuǎn)向架金屬構(gòu)架電氣絕緣作用，滿足列車(chē)的電氣絕緣要求。

3.2 受流器電氣工作原理

受流器安裝在車(chē)輛轉(zhuǎn)向架軸箱上，在機(jī)械部分的彈簧壓力下，通過(guò)受流器擺桿上的受電靴，接觸于供電軌（第三軌），吸收與傳遞電能，輸送給車(chē)輛牽引機(jī)車(chē)上，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)供電。電連接及熔斷保護(hù)裝置的電路：第三軌→滑靴→擺桿→內(nèi)連電纜→金屬機(jī)架→受流器與熔斷器箱連接電纜→熔斷器連接板→熔斷器→熔斷器出線端連接板→車(chē)載電纜。受流器電氣原理見(jiàn)圖4。

4 受流器主體結(jié)構(gòu)

受流器主體主要由橫梁、調(diào)節(jié)齒板、橡膠墊、受流組件、后罩組成（見(jiàn)圖5）。

圖4 受流器電氣工作原理

圖5 受流器主體結(jié)構(gòu)

例行試驗(yàn)主要內(nèi)容：（1）絕緣耐壓測(cè)試；（2）靜態(tài)壓力測(cè)試。

型式試驗(yàn)主要內(nèi)容：（1）耐久性試驗(yàn)；（2）溫升試驗(yàn)；（3）防火性能試驗(yàn)；（4）金屬部件鹽霧試驗(yàn)；（5）振動(dòng)沖擊試驗(yàn)；（6）尺寸測(cè)量；（7）靜態(tài)壓力測(cè)量；（8）受流器動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)。

驗(yàn)收方法：（1）首件鑒定；（2）例行出場(chǎng)試驗(yàn)；（3）裝車(chē)運(yùn)行試驗(yàn)。

5 結(jié)論

受流器設(shè)計(jì)可靠，能滿足地鐵車(chē)輛的安全用電要求。該受流器根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了例行試驗(yàn)，并進(jìn)行了基于IEC 61373標(biāo)準(zhǔn)的沖擊振動(dòng)測(cè)試及耐久性能等測(cè)試。在受流器設(shè)計(jì)階段還進(jìn)行了部件有限元計(jì)算，以檢測(cè)尺寸、質(zhì)量、強(qiáng)度等，滿足了設(shè)計(jì)指標(biāo)和試驗(yàn)要求。