礦用無軌架線車用集電裝置弓頭的設計與應用

楊俊哲

(中國神華能源股份有限公司 神東煤炭分公司， 陜西 神木 719315)

0 引言

集電弓頭是有軌/無軌運輸供電系統中的重要部件之一,它通過與接觸網滑動接觸而受流，是電力運輸車與供電系統的重要連接環節，其性能的優劣直接影響到電力運輸車的可靠性。

目前在有軌運輸供電系統中，集電裝置采用受電弓的結構形式，弓頭安裝在受電弓框架的頂端，直接與接觸網接觸，匯集電流[1]。在無軌運輸供電系統中，集電裝置采用集電桿的結構形式，桿頭(弓頭)安裝在集電桿頂端，桿頭又被稱為“靴頭”，外觀看似一個倒置的靴子，“靴子”底部是一個U型槽，里面安裝著石墨滑塊，接觸線在U型槽中與石墨滑塊直接接觸獲取電力。本文應用的是一種適用于煤礦井下無軌架線車的新型集電裝置的集電弓頭。

1 概述

中國神華神東補連塔煤礦新建輔運平硐全長2 745 m，平均坡度5.5°，屬于連續長距離坡度巷道。為了解決輔助運輸使用傳統柴油機車引起的尾氣排放嚴重和下坡車輛制動安全問題，采用了電驅動無軌架線車的方案，如圖1所示。巷道頂部架設新型三軌式剛性懸掛接觸網，電壓DC 1 500 V，車輛運行動力依靠車輛頂部集電裝置的集電弓頭從接觸網導流軌上取電。

1-三軌式剛性接觸網； 2-集電弓頭； 3-受電弓擺臂； 4-受電弓底座。

該礦用無軌架線車用集電裝置與地面無軌電車集電裝置的受電原理類似，均為集電弓頭托舉導流軌，平移滑行取電。集電弓頭作為無軌運輸車輛與三軌式剛性接觸網的結合部分，是集電裝置的關鍵部件，決定車輛受流的穩定性。由于接觸網結構為剛性懸掛，車輛減震性能又很差，運行過程中垂直振幅較大，對集電弓頭的舉升力補償提出了更高的要求[2]。

2 結構形式及技術要求

2.1 集電弓頭結構

新型三軌式剛性懸掛接觸網如圖2所示。懸掛底座一端為化學錨栓，嵌入巷道頂部混凝土中，承擔接觸網質量。懸掛橫梁固定于懸掛底座上，懸掛定位座用以確定上、下行線接觸網位置，雙懸掛絕緣子固定于懸掛定位座之上，兩段分別懸掛正負極接觸網受流導軌。

1-懸掛底座； 2-懸掛橫梁； 3-懸掛定位座； 4-雙懸掛絕緣子； 5-受流導軌。

集電弓頭和三軌式剛性懸掛接觸網是配套的，結構如圖3所示。大多數零件均通過螺栓連接，其結構簡單，易于安裝和維修。

受電弓弓頭主體主要由本體、彈簧軸、內彈簧、上端蓋、下端蓋及配套連接零件組成。本體由絕緣樹脂材料模具整體成型，其放射型的結構增大了弓頭的爬電距離。在本體兩端安裝了4組內彈簧，其作用是快速消除軌道不平順引起的振動，保證受電弓與導電軌持續接觸。

受電刷組合安裝內彈簧，上端由受電刷和導電銅板構成，其材質為銅，具有優良的導電性能。受電刷通過與接觸網滑動接觸，使集電弓頭受電，再通過編制軟銅排將電流引入車內[3]。

導軌輪組合用螺栓連接在弓頭主體兩側的預留孔上，主要由導軌輪裝配體、輪支架、軸套、拉簧及配套連接零件組成。其主要用于集電裝置導向和接地。

中心軸彈簧組合安裝在弓頭主體的中心孔上，由中心軸彈簧、中心軸、軸套、上端蓋、軸承等組成。其不僅起到連接集電弓頭與受電弓抬升機構的作用，還能消除線路不平順引起的振動。

彎板組合安裝在弓頭主體前后兩端，它裝有接近開關，用于檢測受電弓在工作狀態時是否接觸導電軌。弓頭后端的彎板組合用螺栓與接地刷組合相連接，其作用主要是實現集電裝置的接地功能。

2.2 技術要求

集電弓頭是弓網關系的重要連接部件，其性能的優劣直接影響電力運輸車的性能。集電弓頭的技術要求為：

1) 弓頭在工作狀態時，能持續的接觸導電軌，保證受流質量。

2) 弓頭在接觸軌上滑行時，不應產生火花；在通過分岔裝置時，不應產生過大火花[4]。

3) 為防止短路，弓頭主體應有絕緣層或使用絕緣材料制成。

4) 碳刷壽命符合現場運營需求。

5) 導軌輪能左右轉動，保證集電弓頭始終平行于接觸軌，不發生脫軌事故。

3 檢修維護

礦用無軌架線車用集電裝置弓頭如圖4所示。

圖4 集電裝置弓頭

集電弓頭長時間運行，碳刷磨耗增加，各緊固件產生松動，影響車輛運輸安全，需定時定期進行檢修維護。檢查事項如下：

1) 每班檢查電刷磨損程度，適時更換。更換時電刷與底座間涂導電膏，螺紋間涂螺紋膠。

2) 每班檢查導向輪，要轉動靈活無阻滯。

3) 每班檢查接地線螺栓，如有松動，加以緊固。

4) 每周檢查各部件連接情況，如有松動，加以緊固；連接件損壞，予以更換。

5) 每月檢查弓頭預緊力，保證弓頭與接觸網壓力在80 N左右[5]。

4 應用情況

新型的礦用無軌架線車用集電裝置弓頭研發試產后，從2017年3月底開始在神華神東集團的補連塔煤礦新建的2#輔運平硐接觸網工程進行了冷滑及熱滑試驗，運人車試驗如圖5所示。在為期3個月的初次試驗期間，集電弓頭對接觸軌的跟隨性良好，試驗車輛受流穩定，使用情況良好。

圖5 運人車集電弓頭試驗

5 結論

配套礦井DC 1 500 V三軌式剛性接觸網使用的無軌架線車集電裝置集電弓頭，其結構簡單，易于安裝，對接觸軌的跟隨性良好，掉線頻率低，受流質量高，火花控制效果好。機械、電氣和絕緣性能均滿足DC 1 500 V供電系統及煤礦行業要求，能很好地適應無軌架線膠輪車在煤礦輔運巷道內的運行工況。