SBF920單臂式受電弓架修后測試平臺的設(shè)計(jì)

陳國合

（廣州中車軌道交通裝備有限公司，廣東 廣州 510000）

SBF920單臂式受電弓架修后測試平臺的設(shè)計(jì)

陳國合

（廣州中車軌道交通裝備有限公司，廣東 廣州 510000）

國內(nèi)設(shè)計(jì)的大部分地鐵車輛采用的是單臂式受電弓（以下簡稱“受電弓”），它性能穩(wěn)定，維護(hù)便捷。在地鐵車輛架修的維護(hù)修程中，需解體檢查、測試受電弓，所以，相關(guān)人員對受電弓提出了非常高的要求。目前，受電弓測試主要依靠人工完成。設(shè)計(jì)了一款受電弓測試平臺，簡要闡述了其結(jié)構(gòu)、測試流程和測試軟件方面的內(nèi)容，使得該測試平臺能夠滿足受電弓測試對精度和自動化的要求，滿足架修后的受電弓測試要求。

地鐵車輛；受電弓；試驗(yàn)裝置；自動測試

1 受電弓的基本結(jié)構(gòu)及其性能參數(shù)

1.1 受電弓基本結(jié)構(gòu)和原理

單臂式受電弓可以裝備在那些需要高架電線系統(tǒng)提供動力的軌道車輛，受電弓結(jié)構(gòu)如圖1所示。受電弓在休息位和升弓位的工作原理是：受電弓采用升弓氣缸為受電弓的驅(qū)動裝置，氣缸升弓位時(shí)，驅(qū)動升弓機(jī)構(gòu)動作，下支架、上支架受推動力驅(qū)動弓頭升起，與高架的接觸網(wǎng)接觸，并保持著弓頭與接觸網(wǎng)的靜壓力（120±10）N，完成升弓過程。受電弓降弓位運(yùn)動則相反，弓頭落到休息位置，并持續(xù)受到降弓位置的靜壓力大于50 N，完成降弓位置。

圖1 受電弓升弓狀態(tài)

1.2 受電弓的重要測試參數(shù)及測試要求

地鐵車輛的受電弓在受流的供電參數(shù)如表1所示。

由表1可知，受電弓工作受流處于車輛的高壓、高電流的高壓系統(tǒng)，高壓系統(tǒng)的受流設(shè)備對接觸時(shí)的接觸速度、接觸距離、接觸的壓力都會引起電弧。經(jīng)調(diào)研，受電弓的關(guān)鍵性能測試的參數(shù)如表2所示。

2 受電弓試驗(yàn)平臺組成及原理

本文設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺由風(fēng)源處理裝置、驅(qū)動裝置、升弓高度和拉力測試測量裝置、電源系統(tǒng)和軟件測控系統(tǒng)組成。系統(tǒng)簡圖如圖2所示。將廠房電源和風(fēng)源接入試驗(yàn)臺，經(jīng)試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)換和控制為驅(qū)動裝置和傳感器提供電源，為受電弓提供風(fēng)源，并通過傳感器采集拉力和高度信號。測試平臺的主要功能為受電弓風(fēng)源的控制，控制受電弓的升降弓，測試機(jī)構(gòu)主要是驅(qū)動裝置，用于測試升弓的拉力。

表1 受電弓供電參數(shù)

表2 受電弓測試的關(guān)鍵參數(shù)

2.1 受電弓風(fēng)源

根據(jù)受電弓的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺有控制受電弓升弓、降弓的氣路控制閥，通過試驗(yàn)臺的軟件控制受電弓升弓或降弓，模擬受電弓在車輛上的實(shí)際工況。

2.2 驅(qū)動裝置

驅(qū)動裝置由拉力傳感器、鋼絲繩和驅(qū)動裝置組成。采用鋼絲拉繩控制被測受電弓勻速升降，通過力的平衡原理，使用拉力傳感器測試受電弓升降弓靜態(tài)接觸力。

圖2 系統(tǒng)簡圖

試驗(yàn)臺的組成三維效果如圖3所示。

3 受電弓關(guān)鍵參數(shù)的測試及原理

3.1 升弓狀態(tài)檢查

在受電弓控制軟件中，設(shè)計(jì)升弓、降弓的功能按鈕。試驗(yàn)臺安裝和準(zhǔn)備就緒后，通過試驗(yàn)臺的功能開關(guān)控制升弓、降弓2種工作狀態(tài)。受電弓升弓是通過設(shè)定光電開關(guān)的高度實(shí)現(xiàn)的，可設(shè)定升弓高度為2 850 mm。當(dāng)受電弓達(dá)到最大的升弓高度時(shí)，光電開關(guān)的位置感應(yīng)開關(guān)得到信號，反饋信號到試驗(yàn)控制臺，試驗(yàn)控制臺控制驅(qū)動裝置的鋼絲拉繩，控制受電弓的升弓高度不變。受電弓升弓完畢后，目視檢查受電弓的弓頭是否保持平衡。

3.2 氣密性試驗(yàn)

在受電弓的風(fēng)源回路中，配置有風(fēng)壓傳感器，該傳感器用于實(shí)時(shí)反饋風(fēng)源的風(fēng)壓值。在進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)，需要截?cái)嗍茈姽L(fēng)源和車間供風(fēng)單元的供氣，在氣路中，升弓的電磁閥選用了3位5通的電磁閥。在此過程中，涉及到的3個(gè)工況為升弓位、降弓位、保壓截止位。在受電弓的測試界面中，顯示受電弓風(fēng)源回路的氣壓值，設(shè)計(jì)氣密性試驗(yàn)的測試按鈕。在升弓狀態(tài)下，按下氣密性試驗(yàn)的按鈕，受電弓控制電磁閥的氣路變?yōu)楸航刂刮唬財(cái)喙╋L(fēng)單元與受電弓氣路的氣源，控制臺開始采集風(fēng)壓傳感器氣壓值P1（bar），開始計(jì)時(shí)，5 min后，采集風(fēng)壓傳感器的氣壓值P2（bar），5 min后，氣壓值為P1＝P2。氣壓值無變化，風(fēng)壓無泄漏。

3.3 升弓時(shí)間、降弓時(shí)間

受電弓實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計(jì)的光電傳感器安裝桿用于安裝受電弓位置的感應(yīng)開關(guān)。位置傳感器可檢測受電弓的最大升弓位置和降弓位置。升降弓的位置信號均反饋至試驗(yàn)控制臺，試驗(yàn)臺可控制驅(qū)動裝置的鋼絲繩，確保受電弓的位置到位，滿足對控制精度的要求。受電弓測試平臺測試界面中設(shè)計(jì)有控制升弓時(shí)間的測試按鈕。點(diǎn)擊該按鈕，受電弓升弓動作的同時(shí)，記錄降弓位置傳感器狀態(tài)變化信號的時(shí)間為T1（s），升弓到位后，升弓的位置傳感器信號變化時(shí)間為T2（s）。升弓時(shí)間T＝T2-T1，該結(jié)果顯示在測試界面上。

在受電弓測試平臺測試界面中設(shè)計(jì)控制降弓時(shí)間的測試按鈕。點(diǎn)擊該按鈕，受電弓升弓動作的同時(shí)，記錄升弓位置傳感器狀態(tài)變化信號的時(shí)間為T1（s），降弓到位后，降弓位置傳感器信號變化的時(shí)間為T2（s）。降弓時(shí)間T＝T2-T1，該結(jié)果顯示在測試界面上。

3.4 升弓壓力測試

受電弓的升弓壓力主要通過驅(qū)動裝置測試，測試裝置由拉力傳感器、鋼絲繩和驅(qū)動裝置組成。采用鋼絲拉繩控制被測受電弓勻速升降，利用力的平衡原理，使用拉力傳感器測試受電弓升降弓的靜態(tài)接觸力。受電弓的拉力在受電弓的整個(gè)升弓過程中實(shí)時(shí)變化，所以，在設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺時(shí)，要求實(shí)時(shí)采集整個(gè)升弓階段的拉力及其計(jì)算數(shù)值。

圖3 試驗(yàn)臺組成

圖4 受電弓升弓位置與壓力的曲線（受電弓靜態(tài)壓力特性曲線）

圖5 受電弓降弓緩沖墊的降弓狀態(tài)

在試驗(yàn)臺的測試界面設(shè)計(jì)一個(gè)受電弓拉力測試按鈕，點(diǎn)擊按鈕后，試驗(yàn)臺控制受電弓升弓，試驗(yàn)臺采集拉力傳感器的實(shí)時(shí)拉力，直至升弓完成。升弓完成后，通過驅(qū)動裝置拉受電弓往降弓的位置降弓。在降弓的過程中，仍需實(shí)時(shí)記錄降弓的拉力，電腦采集的受電弓位置（受電弓的位置以鋼絲繩的長度測量采集的距離數(shù)據(jù)）與拉力的關(guān)系如圖4所示。

圖中外圈的實(shí)線為受電弓理論的壓力與升弓距離的關(guān)系曲線，實(shí)測的受電弓靜態(tài)壓力值均在外圈實(shí)線框內(nèi)，受電弓的靜態(tài)壓力合格。試驗(yàn)臺的試驗(yàn)結(jié)果顯示110～2 448 mm范圍內(nèi)的最小升弓壓力和最大的升弓壓力（N）。

3.5 最低點(diǎn)的受電弓保持力測試

受電弓在降弓位置的保持力檢測主要是將受電弓降弓的緩沖墊位置設(shè)計(jì)為壓力傳感器，在受電弓降弓時(shí)，即可顯示該弓落下來壓力。圖5為受電弓降弓緩沖墊的降弓狀態(tài)。

4 試驗(yàn)臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)及要求

試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)主要參數(shù)如表3所示。

表3 試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)主要參數(shù)

在具體工作中，使用工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析處理、顯示、儲存，由液晶顯示器顯示檢測數(shù)據(jù)。另外，配置打印機(jī)，用于輸出測試圖表，圖表包括各項(xiàng)測試數(shù)據(jù)和靜態(tài)壓力曲線圖。表格可手動輸入作業(yè)日期、地點(diǎn)、編號和各項(xiàng)測試結(jié)果，而且打印時(shí)與測試數(shù)據(jù)一并輸出，支持打印與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。使用編碼型高度傳感器跟蹤測量受電弓升弓的即時(shí)高度和最大高度，采用編碼測量自動限高。力的測試范圍最高為2 448 mm，因此，拉力測試設(shè)在2 500 mm處停止，使

U264.3+4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.132

2095-6835（2017）13-0132-03