探討SS4B電力機車PDU受電弓升降保護裝置

楊建喜

摘 要：在文章中，將受電弓作為重要研究內容，闡述其在機車運行安全性方面的重要作用，并闡述了受電弓工作原理。綜合考慮直流機車故障，提出了構建PDU受電弓升降保護裝置的具體方式，有效地規避了弓網故障的發生，進一步優化了機車運行安全水平與效率。

關鍵詞：SS4B電力機車 PDU受電弓 升降保護裝置 研究

中圖分類號：U260.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）09-0-01

電力機車牽引運行的過程中，因電弓與接觸線接觸十分緊密，所以必須要具備特定接觸力。在電力機車中，受電弓是十分關鍵的電器元件，具有電力連接與傳輸的功能。特別是牽引滑動的過程中，牽引動力需要通過接觸網獲取必要的電流并實現動能的轉換。如果受電弓亦或是接觸網有設備質量問題，就難以與安全運行需求相適應，引發嚴重的弓網故障。要想有效地規避故障發生，深入研究并分析SS4B電力機車PDU受電弓升降保護裝置具有一定的現實意義。

一、受電弓基本工作原理闡釋

以型號為TSG15的受電弓為例，其屬于鉸接式的機械構建，主要的組成部分是框架、氣路控制閥、升弓裝置與弓頭等，屬于空間結構。TSG15型號受電弓主要是通過接觸網集電受流，向機車內部的供電機傳送并使用，使得電力機車運行獲取了充足的動力源。

型號為TSG15的受電弓，其升降動作一般需要借助空氣回路加以控制。司機室內的司機需要按下升弓按鈕，確保電磁閥獲得電能[1]。而壓縮空氣則在受電弓氣閥板的作用下，進入到氣囊升弓裝置當中，確保氣囊碰撞并抬升，對下臂桿鋼絲繩發生作用。在這種情況下，鋼絲繩就會對下臂桿進行拉拽，使得弓頭升起，并和接觸網相互接觸。而在受電弓弓頭和接觸網相互接觸的情況下，在弓頭上滑板的作用下，會在網線中獲得相應的電流，經由受電弓框架，就會向底架傳送電流，再利用底架接線端，向車頂裝置引入相應的電流，向機車變壓器進行傳輸。

而在司機室內司機按動降弓按鈕的時候，電磁閥就會失去電能的支持，且供風被切斷。而弓頭則保持在受電弓底架兩橡膠止擋部位，使得接觸網和機車間的電力源供應被切斷。而在受電弓滑板被磨耗到特定限度，亦或是刮弓被折斷，那么滑板內部的氣腔就會漏氣，而ADD裝置則會發生動作，在短時間內降弓，以達到自動保護的目標。

對于機車的壓縮空氣而言，則會借助電控閥進行控制，在受電弓氣閥板的作用下，過濾器即可進入到升弓節流閥，并在精密性的調壓閥整流基礎上，向安全閥與降弓節流閥內進入[2]。隨后即可進入到受電弓氣囊，確保受電弓實現升弓的目的。

二、SS4B電力機車PDU受電弓升降保護裝置研究

所謂的PDU受電弓升降保護裝置，在機車中的應用具有一定的適用性，屬于可編程邏輯控制裝置。在實際應用的過程中，能夠對機車升弓回路風壓予以實時地監測，并結合風壓限值，完成受電弓的升降動作，確保受電弓升降更加安全，有效地規避燒損接觸網等方面的風險發生。

1.PDU受電弓升降保護裝置組成結構

PDU受電弓升降保護裝置的主要組成部位就是控制器與壓力傳感器，其本身具備獨立的升降弓保護性能，能夠與LCU相互配合，進而實現功能與價值的發揮。將壓力傳感器安裝在機車制動柜的內部控制風管之上，而傳感器則通過模擬量控制器給予必要的電能。當控制器對傳感器電流信號有效采集的情況下，就能夠實現AD轉換與濾波。在此基礎上，可以結合控制邏輯與壓力值，合理地生成110V控制信號。所形成的信號，即可結合壓力開關信號，對機車內部其他設備加以控制[3]。

2.內部組成結構

PDU受電弓升降保護裝置的構成模塊主要包括了數字量輸入/輸出模塊、主控制器模塊與AD采集模塊，在運行狀態下，即可有效地監測管道壓力，而機車DC110V信號則能夠對信號的采集加以有效地控制。

對于PDU受電弓升降保護裝置而言，其屬于可編程邏輯器件，在微控制器芯片的作用下，即可將自動化控制功能充分發揮出來。在對LED顯示模塊加以驅動的基礎上，就能夠將風缸的壓力數值顯示出來，充分發揮記錄數據信息的功能。對于AD采集模塊來講，在PDU受電弓升降保護裝置中占據關鍵地位，能夠對壓力變送器中的電流模擬量信號進行有效地采集，同時實現控制器芯片的轉換，對數字量信號加以有效地處理。

在PDU受電弓升降保護裝置內部的設計方面，AD采集通道的數量是四路，而其中的一路主要負責檢測風缸壓力，而剩余的三路則預留。此外，對機車控制信號加以采集，特別是劈相機完成信號與壓縮機板件等方面。借助六路數字量輸出通道，將DC110V信號輸出來，使得受電弓電控閥、主斷路器以及壓縮機接觸器等相應的負載被驅動，充分發揮升降弓保護功能[4]。要想確保此裝置隔離功能更好地實現，就要將第一路輸出通道設計成獨立的電源通道。而在PDU面板轉換開關位于隔離位的情況下，外部電源可以獨立控制第一路通道輸出，而不會受到PDU的影響。與此同時，要將其他的通道電源關斷，以保證裝置隔離目標的實現。在此基礎上，在風壓顯示以外，PDU受電弓升降保護裝置對于外部并不具備控制功能。

3.PDU受電弓升降保護裝置基本工作原理

在PDU受電弓升降保護裝置實際運行的過程中，可以對機車升弓回路的風壓進行有效地監測。如果風壓不超過440千帕，那么司機室會向升弓發出命令，而受電弓難以升起。在風壓值超過440千帕的情況下，受電弓即可升起，有效地規避壓力不充足而無法升起的情況發生。而PDU受電弓升降保護裝置在和電網處于懸浮狀態的情況下，機車負載被啟動的情況下，電網就會強拉弧，導致接觸網被燒斷，且受電弓被嚴重損壞。

而在機車處于運行狀態下，受電弓正處于升起的狀態，那么 受電弓升降保護裝置對升弓回路風壓的監測結果不超過440千帕，裝置本身就會優先執行跳主斷而后降弓的指令，以免機車帶全負載而降弓，使得接觸壓力不充足，而接觸網則會被嚴重燒損，受電弓風險也會隨之增加[5]。

當劈相機起來的情況下，壓縮機的指令就不會在被司機室的開關所控制，而是默認成起動的狀態并加以補風處理。其中，總風缸在超過900千帕的情況下，壓縮機就會停止運行，以免受人為因素影響而忘記向壓縮機傳送指令，最終使得總風缸的壓力降低，致使機車受電弓帶全載而出現接觸網燒損的情況。

PDU受電弓升降保護裝置的主要功能就是對受電弓氣路的壓力進行實時地監測，并以數字顯示出來，為乘務工作人員提供有價值的參考依據。而在PDU面板轉換開關處于隔離位置的情況下，只能夠顯示出風壓力，而PDU受電弓升降保護裝置的氣壓功能則會被隔離，以免對機車的運行帶來不利的影響。

除此之外，PDU受電弓升降保護裝置還支持故障日志記錄，對輸入通道狀態、輸出通道狀態等予以實時地記錄，并為故障的分析提供必要的參考。

4.PDU受電弓升降保護裝置的應用

在制動機柜內部安裝PDU受電弓升降保護裝置的過程中，裝置上的數碼顯示管，會將受電弓氣壓回路壓力值顯示出來。特別是機車處于正常運行的情況下，要求PDU受電弓升降保護裝置轉換開關處于自動擋的位置[6]。一旦發生以下情況，司機室內的司機就應當將轉換開關轉換至隔離位置：

4.1在受電弓不升起的情況下，司機應當對制動柜顳部的PDU受電弓升降保護裝置數碼管顯示加以觀察。如果并沒有顯示出故障代碼，且數值已經超過450仍然無法實現受電弓的升起目標，就需要將轉換開關由自動擋轉換至隔離檔。隨后，再次嘗試升弓的動作。

4.2如果PDU受電弓升降保護裝置顯示出故障代碼，則要嘗試著使轉換開關轉變成隔離檔，隨后再次嘗試升弓。其中，在壓力傳感器出現故障的情況下，具體的故障碼會顯示為E-01；在主斷分通道出現故障的情況下，具體的故障碼會顯示為E-02；在壓縮機自起通道出現故障的情況下，具體的故障碼會顯示為E-03；在AD采樣通道出現故障的情況下，具體的故障碼會顯示為E-04。

5.PDU受電弓升降保護裝置試驗

要科學合理地控制輔助缸的風壓，并且在PDU受電弓升降保護裝置氣壓回路顯示數值不超過440千帕的情況下，司機室內部司機要給出升弓的命令，但是受電弓卻難以升起。此時，則要接觸輔助壓縮機打風處理[7]。而在PDU受電弓升降保護裝置風壓數值超過440千帕的情況下，受電弓就可成功升起。在機車欠壓隔離的情況下，受電弓升起并且處于主斷合的情況下，就可以對輔助缸風壓加以控制。只要PDU受電弓升降保護裝置的受電弓氣壓回路顯示不超過440千帕，那么PDU則會優先執行跳主斷而后降弓。

綜上所述，對于機車而言，受電弓是十分關鍵的電器元件，負責電能的傳輸。伴隨科學技術的快速發展與創新進步，制約重載技術發展的問題得到了解決，而重載機車裝置的深入研究，確保運輸的安全性，已經逐漸成為時代發展亟待解決的問題。

參考文獻

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[2]屈春華，喬小平.SS4B型電力機車PDU受電弓升降保護裝置的研究[J].中國新技術新產品，2017（1）：41-42.

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