黔桂線SS3型電力機車TDSA-300型受電弓慣性故障及改進措施

邱發(fā)先

（南寧鐵路局安全監(jiān)管辦駐柳州機務(wù)段驗收室，廣西 柳州545007）

受電弓是電力機車上一個重要的高壓電氣部件，通過支持絕緣子安裝在機車車頂上。受電弓弓頭升起后使碳滑板與接觸網(wǎng)導線接觸，從接觸網(wǎng)上集取電流，并將電流通過車頂母線傳送到車內(nèi),供車內(nèi)的電氣設(shè)備使用。

1 黔桂線SS3型電力機車受電弓裝車使用概況

2011年黔桂線（柳州-麻尾區(qū)段）電力改造完工通車運行，南寧鐵路局陸續(xù)由外局調(diào)撥了80臺SS3型電力機車配屬柳州機務(wù)段，擔當黔桂線（柳州-麻尾區(qū)段）列車的牽引任務(wù)。這批調(diào)撥回的機車大部分使用的是TSG400/25型單臂彈簧弓，該型受電弓由于使用年份較長，運用一段時間后，因受電弓質(zhì)量問題造成的電力機車臨修問題頻發(fā)，影響機車的正常運用，嚴重打亂了該段的生產(chǎn)秩序。

柳州機務(wù)段從2012年6月份起到8月份止，對25臺機車受電弓進行了改造：將老式TSG400/25型單臂彈簧弓改為株洲新時代工業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)的TDSA-300型單臂氣囊式受電弓。改裝后的受電弓在使用近兩年時間，期間逐漸暴露出一些慣性質(zhì)量問題，如弓頭碳滑板支撐座焊波裂斷、上臂平衡桿桿端軸承外圈脫（落）離等質(zhì)量問題（見下圖）。

圖1

如不及時采取措施消除TDSA-300型受電弓存在的上述慣性質(zhì)量問題，運用中一旦發(fā)生故障，很容易引發(fā)弓網(wǎng)事故，對鐵路運營秩序構(gòu)成影響。

2 原因分析

2.1 弓頭滑板支撐座焊波慣性裂斷的分析

弓頭由弓頭支架裝置、碳滑板、弓角、橫向、縱向彈簧及氣動軟管連接（ADD）等部件構(gòu)成。弓頭是直接與接觸網(wǎng)導線接觸受流的部分，能夠承受橫向和縱向沖擊力。滑板用螺栓安裝在滑板座上，滑板座與弓頭支架通過焊接連為一體。滑板安裝在受電弓的最上部，直接與接觸網(wǎng)導線接觸。機車運行中滑板與接觸網(wǎng)導線構(gòu)成一對機械與電氣耦合的特殊摩擦副作用，不斷產(chǎn)生摩擦和沖擊。電力機車在升弓運行時，四個弓頭支架共同承受垂直方向上網(wǎng)線對滑塊的壓力N（數(shù)值＝升弓壓力）、弓頭部件自身的重力G和機車左右擺動時兩側(cè)產(chǎn)生的沖擊力F1（或F2）（見下圖），在這幾個力的共同作用下，弓頭滑板座焊波部位容易發(fā)生裂、斷現(xiàn)象。通過比對湘桂線電力機車其他廠家生產(chǎn)的氣囊式受電弓發(fā)現(xiàn)，黔桂線電力機車TDSA-300型受電弓滑板座焊波部位在結(jié)構(gòu)設(shè)計存在薄弱環(huán)節(jié)。要防止弓頭滑板支撐座焊波裂、斷現(xiàn)象的發(fā)生，有必要對該部位進行改造。

圖2

2.2 上平衡桿桿端軸承外圈脫（落）離原因分析

上臂導桿也稱上平衡桿，是受電弓上臂的組成部件；上臂主要用以支撐弓頭重量，傳遞向上壓力，保證受電弓工作高度。上平衡桿作用是升弓后，將弓頭保持水平就位，有助于實現(xiàn)2個碳滑板的均等或均勻磨損。我們對上平衡桿軸承外圈脫離的幾起典型故障部件（位）進行測量、分析、比對，發(fā)現(xiàn)上平衡桿安裝軸空格距離為73mm，而關(guān)節(jié)軸承外圈的寬度為60mm（見下圖），電力機車運用中，當關(guān)節(jié)軸承出現(xiàn)內(nèi)外圈磨損超過一定限度時，在機車晃動等外力作用下，上平衡桿軸承外圈就容易滑（落）到導桿安裝軸空格處，使導桿失去了約束定位作用，弓頭保持水平狀態(tài)的約束力解除，弓頭前后滑塊失去平衡，短時間內(nèi)出現(xiàn)非正常磨損現(xiàn)象，容易造成受電弓自動降弓。

3 改進措施

3.1 弓頭滑板支撐座焊波裂斷改進措施

通過對弓頭滑板座受力分析，找出弓頭滑板座焊波裂斷的原因，我們從改變滑板座結(jié)構(gòu)著手對滑板座進行改進，以改善滑板座的受力分布。按下圖所示的改進方案，在四個支撐底座與碳滑塊托架座位置分別加裝一個加強筋板，配置好加強筋板兩端安裝板的角度，安裝時要使兩端安裝板與托架底部和托架的豎版無縫貼合，消除內(nèi)應(yīng)力；同時利用碳滑板安裝螺栓及弓頭拉簧支撐螺栓，并使用螺釘膠分別將加強筋兩端安裝板與托板、豎板緊固結(jié)合成一個整體，以增強強度。

圖3

3.2 上平衡桿桿端軸承外圈脫（落）離改進措施

針對上平衡桿桿端軸承外圈脫（落）離的問題，我們設(shè)計了以下改進方案（見下圖）：在桿端軸承安裝軸空余寬度（73mm）處，加裝一個寬度為35 mm的防脫墊圈，作用是對桿端軸承軸向位移進行限位；一旦關(guān)節(jié)軸承出現(xiàn)內(nèi)外圈磨損超限時，桿端軸承外圈得到限位無法滑脫（落）。由于關(guān)節(jié)軸承的組裝較精密且涉及到冷裝技術(shù)，我們與受電弓廠家聯(lián)系，由其完成該項改造工作，并將添加好防脫墊圈的上平衡桿提供給段方，進行整套更換。

圖4

3.3 改造后的試驗

對受電弓進行上述兩項改造裝車后，為了確保受電弓的工作可靠性必須進行綜合調(diào)試試驗，檢查、測量、校正受電弓的三個參數(shù)：靜態(tài)接觸壓力、同高壓力差、同向壓力差符合有關(guān)要求，方能將機車交付使用。調(diào)試靜態(tài)接觸壓力的步驟及方法：

3.3.1 粗調(diào)靜態(tài)接觸壓力

使升弓電空閥得電，升起受電弓，松開調(diào)壓閥手輪鎖緊螺母調(diào)節(jié)升弓壓力，順時針調(diào)大氣壓，逆時針調(diào)小氣壓，設(shè)定值在340～380kPa（3.4～3.8bar）。調(diào)節(jié)調(diào)壓閥直到受電弓慢慢上升為止，然后在高出車頂1.6m處拉彈簧秤下端使受電弓不再上升。此時彈簧秤示值應(yīng)為70N。

3.3.2 精調(diào)靜態(tài)接觸壓力

先拉動彈簧秤使受電弓緩慢向下運動，拉力值在80N左右，再稍微減小對彈簧稱的拉力，拉力值60N左右，使受電弓向上緩慢運動（上升和下降運動均是在大約1.6m高度上進行，且每次向上或向下移動的距離為0.5m）。讀取彈簧秤所測的力，取平均值即為平均接觸壓力，其值為70N。

受電弓向下運動時，力的最大值不超過85N，向上運動時，力的最小值不低于55N。在同一升弓高度，兩個值之差不應(yīng)超過20N。由于滑板上的磨損 （重量損耗），接觸壓力最大可以增加 10N，這時不必再調(diào)整壓力，因為一旦安裝上新的滑板時又恢復(fù)到以前的接觸壓力值。擰緊精密調(diào)壓閥手輪防松螺母，固定調(diào)壓閥的最終調(diào)整壓力。

靜態(tài)接觸壓力調(diào)好后，受電弓從落弓位升至到2m高（包含絕緣子）的升、降弓時間，應(yīng)調(diào)整為升弓時間：≤5.4s，降弓時間：≤4.0s。

調(diào)試過程升弓時受電弓不允許有任何彈跳，降弓時，受電弓必須有緩沖，并落在兩個橡膠減振器上。

4 實施效果

到2014年6月份，按照改造方案全部完成了25臺SS3型電力機車TDSA-300型單臂氣囊式受電弓上述慣性質(zhì)量問題的改造工作；改造后的受電弓投入運用至今已有半年時間，我們對受電弓進行了跟蹤檢查，未發(fā)現(xiàn)TDSA-300型單臂氣囊式受電弓有弓頭碳滑板支撐座焊波慣性裂斷及上臂平衡桿桿端軸承外圈脫（落）離的故障發(fā)生，改造后的受電弓的工作可靠性和穩(wěn)定性達到預(yù)期效果。

［1］劉友梅.韶山3型4000系電力機車[M].中國鐵道出版社.