一種機車受電弓平衡桿的設計

馮 葉，李 軍，王秋紅，孫 寧

（中車株洲電力機車有限公司電氣分公司，湖南 株洲 412001）

一種機車受電弓平衡桿的設計

馮 葉，李 軍，王秋紅，孫 寧

（中車株洲電力機車有限公司電氣分公司，湖南 株洲 412001）

受電弓在升降弓過程中保持弓頭水平的方式，目前為平衡桿方式，現開發一種通過限制受電弓弓頭轉軸自由度的方式，來實現此功能，以適應日益多樣的線路環境。

受電弓；平衡桿；自由度

1 概述

配屬某機務段HXD1型回段檢修時發現A節受電弓止擋桿伸出到碳滑板上表面，受電弓在非正常工作狀態下受流回段。根據某機務段客戶意見：在不改變受電弓原有技術條件的基礎上，對其在線運行的HXD1機車受電弓平衡桿組裝進行重新設計改造，消除平衡桿伸出碳滑板上表面的可能性。現對新平衡桿進行了試制，并完成靜態驗證，如圖1所示。

圖1 止擋桿伸出碳滑板上表面圖

2 平衡桿功能及結構

根據單臂受電弓的工作原理，平衡桿起到穩定弓頭組裝的作用，在升降弓過程中避免弓頭發生傾翻從而引起弓網匹配故障。目前單臂受電弓平衡桿的功能主要有以下兩種結構形式實現：

（1）設置平衡桿止擋，即目前受電弓的方案。這種結構僅在受電弓升降過程限制弓頭自由度，當受電弓在正常工作狀態，平衡桿止擋在滑板接觸網線后不與弓頭接觸，弓頭完全處于自由狀態。如圖2所示，止擋處于下臂桿、上框架、平衡桿、止擋桿組焊組裝形成的平行四邊形結構中。在受電弓工作范圍內，止擋始終保持近似水平位置，保證在升降過程托舉滑板避免弓頭發生傾翻。

（2）限制弓頭轉軸的方案。平衡桿直接與弓頭轉軸相連，限制轉軸的轉動以達到不傾翻弓頭的目的。這種結構弓頭本身就具有超過10°的弓頭自由度，不管在升降弓過程還是受電弓正常工作狀態，平衡桿始終限制著轉軸的轉動，如圖3所示。

圖3 限制轉軸方案

3 受電弓平衡桿優化方案

3.1 設計原則

設計原則：①弓頭自由度≥10°；②不與其他部件發生干涉；③靜態接觸壓力不受影響。

3.2 設計項點

（1）平衡桿四桿尺寸鏈確定。基于現有TSG15B受電弓下臂桿、上框架的尺寸，參考限制轉軸方案的平衡桿原理及尺寸，進行優化，選取導桿組焊長度100，平衡桿長度1930。如表1所示。

表1 平衡桿原理及尺寸表

（2）緩沖部件。由于TSG15B受電弓原平衡桿方案在受電弓工作狀態時不限制弓頭轉動，弓頭本身不具有轉動自由度。優化為限制轉軸方案后，為保證滑板接觸網線后保證貼合，弓頭需要在工作范圍內靈活偏轉±5°以上。因此平衡桿需設置緩沖作用的彈簧盒，可以按照弓頭偏轉角度自動調節長度適應四桿結構，如圖4所示。

圖4 彈簧盒原理圖

彈簧盒中活塞在套筒內左右移動，移動范圍為0-40，活塞兩側為彈簧，彈力在+20到+20（1910到1950）范圍由40N降低到0N，其中1930位置，彈簧盒彈力為25N，如圖5所示。

圖5 彈力行程圖

（3）具體方案。優化方案平衡桿長度為1930，兩端為活接頭，中間為具有緩沖作用的彈簧盒。1930長度時，弓頭處于水平位置，提供25N的支撐力，且在1930長度有正負20調節。

經計算，平衡桿由最短1910逐漸變長到1950時，弓頭擺動從負15°變化到正15°，平衡桿對弓頭提供的支撐力由正40N降低到0N，后滑板受力由-7N增大到+7N，前滑板受力從+7N降低到-7N，對應數據如表2所示。

表2 對應數據表

4 試制調試

（1）試制檢查。試制出樣品后，通過反復升降弓試驗檢查，在落弓位、最大升弓位、常用工作位均未發現與弓頭鉸接、下臂桿鉸接、上框架、電流連接等部件存在接觸干涉。如圖6、圖7、圖8、圖9所示。

圖6 最大升弓位下臂桿端

圖7 最大升弓位弓頭端

圖8 常用工作位下臂桿端

圖9 常用工作位弓頭端

圖10 弓頭自由度1（7.7°）

圖11 弓頭自由度2（6.4°）

（2）受電弓特性檢查。由于新平衡桿方案一端直接與弓頭轉軸相連，限制了弓頭的轉動量，而受電弓標準中要求弓頭具有一定的自由度（大于10°），因此在受電弓工作范圍內對自由度進行了檢測，如圖10、圖11所示，自由度為14.1°，符合要求。

5 結語

通過理論分析計算、實物試制以及靜態調試的結果，可以得知新平衡桿能夠在受電弓靜態下保證升弓特性及弓頭的穩定性。后續對新平衡桿進行試裝車考核，進一步考察其在長期動態作用下的各項性能。

Design of a Locomotive Pantograph Balance Bar

FENG Ye，LI Jun，WANG Qiu-hong，SUN Ning
（Electrical Branch of Zhongche Zhuzhou Electric Locomotive Co.,LTD.，Zhuzhou，Hunan 412001，China）

The pantograph keeps the head of a bow at a level in the process of lifting the bow.At present，it is balance bar，and the paper intends to develop a way of limiting the pantograph head rotating degree of freedom to achieve the function to adapt to the increasingly diverse circuit environment.

pantograph；balance bar；freedom

U264.34

A

2095-980X（2016）10-0027-02

2016-09-15

馮葉（1985-），男，陜西寶雞人，大學本科，工程師，主要研究方向：機車車輛高壓電器。