電氣化鐵路受電弓淺述

苑照國(guó) 李笑顏

摘要：在軌道交通領(lǐng)域中，電能是大多數(shù)列車(chē)的動(dòng)力來(lái)源。電氣列車(chē)一般通過(guò)受電弓這一裝置實(shí)現(xiàn)從接觸網(wǎng)取電，為列車(chē)上的用電設(shè)備提供電能。文章簡(jiǎn)述了受電弓基本分類(lèi)及結(jié)構(gòu)，闡述了日本、法國(guó)、德國(guó)以及我國(guó)的電氣化鐵路受電弓發(fā)展過(guò)程及主要型號(hào)。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路;高速列車(chē);受電弓

Abstract：In the field of rail transit， electric energy is the power source of most trains. The electric train generally uses the pantograph device to obtain electricity from the catenary network to provide electric energy for the electric equipment on the train. This paper briefly introduces the basic classification and structure of pantograph， and expounds the development process and main models of electric railway pantograph in Japan， France， Germany and China.

Keywords：Electrified railway; High speed train; Pantograph

引言

隨著高速鐵路的不斷發(fā)展，高鐵列車(chē)日益成為人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾鲂泄ぞ摺Ｊ茈姽鳛楦咚勹F路的重要組成部分，是弓網(wǎng)受流系統(tǒng)中的重要部件。迄今為止，世界上主要研究和使用高速電氣列車(chē)的國(guó)家，如日本、法國(guó)、德國(guó)、中國(guó)等國(guó)家的高速電氣列車(chē)均采用受電弓作為取電裝置。保持其良好的工作狀態(tài)對(duì)維持列車(chē)的安全平穩(wěn)運(yùn)行具有重要意義，應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)研究。

一、受電弓概述

受電弓是電力機(jī)車(chē)從接觸網(wǎng)上獲取電能的裝置，主要由弓頭、框架、底架和傳動(dòng)裝置等部分組成。依照框架結(jié)構(gòu)的不同可分為單臂受電弓和雙臂受電弓。其中雙臂受電弓又稱(chēng)菱形受電弓，可分為二腕菱形受電弓、四腕菱形受電弓以及四腕交叉形受電弓;單臂受電弓是目前大部分電氣列車(chē)所采用的類(lèi)型。依照不同的升弓方式，受電弓可分為彈簧式受電弓和氣囊式受電弓。彈簧式受電弓通過(guò)調(diào)節(jié)升降弓彈簧的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)升降弓，根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的不同又可分為氣缸式和電機(jī)式。氣囊式受電弓則通過(guò)氣路充放氣調(diào)節(jié)氣囊厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)升降弓。

常見(jiàn)的單臂受電弓通過(guò)弓頭的滑板與接觸網(wǎng)接觸實(shí)現(xiàn)取電。弓頭下是受電弓的框架部分，主要是由兩個(gè)鉸接的四連桿機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)受電弓工作高度，支撐弓頭并傳遞靜態(tài)接觸力。框架安裝于底架上，底架上安裝有升降弓裝置及阻尼器等部件，并通過(guò)絕緣子安裝于列車(chē)車(chē)頂。

二、國(guó)內(nèi)外受電弓運(yùn)用發(fā)展

世界范圍內(nèi)在受電弓領(lǐng)域研究較為深入的國(guó)家有日本、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)家。他們結(jié)合自身國(guó)情及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)發(fā)展出了具有不同技術(shù)特色的受電弓。我國(guó)雖然在相關(guān)領(lǐng)域起步較晚，但在充分研究借鑒各國(guó)技術(shù)的基礎(chǔ)上近年來(lái)也取得了很大發(fā)展。

（一）日本新干線(xiàn)受電弓

1964年日本新干線(xiàn)開(kāi)通初期0系動(dòng)車(chē)組采用的受電弓是雙臂菱形、下臂交叉的PS200A型受電弓。該型受電弓及與之匹配的接觸網(wǎng)雖然滿(mǎn)足了210km/h的運(yùn)行速度，但難以滿(mǎn)足更高速度的使用要求。為減小受電弓離線(xiàn)率，減小滑板及接觸線(xiàn)磨耗，降低弓網(wǎng)系統(tǒng)噪聲，日本開(kāi)始發(fā)展輕型化受電弓，如500系電動(dòng)車(chē)組采用的T形受電弓及700系電動(dòng)車(chē)組采用的V形單臂受電弓。這些受電弓結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔，采用的碳材料滑板重量輕、壽命長(zhǎng)，擁有更加出色的弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸特性。

（二）法國(guó)鐵路受電弓

法國(guó)比較具有代表性的是Faiveley公司生產(chǎn)的受電弓。于20世紀(jì)80年代建成的法國(guó)東南高速線(xiàn)上運(yùn)行的TGV-PSE型高速動(dòng)車(chē)組采用的是AMDE型受電弓，該型受電弓由Faiveley（法維萊）公司生產(chǎn)，為雙層小開(kāi)度型受電弓。20世紀(jì)90年代開(kāi)始，F(xiàn)aiveley公司生產(chǎn)的GPU、CX等型號(hào)的新型受電弓開(kāi)始陸續(xù)投入使用，其中CX型受電弓采用了根據(jù)速度等級(jí)調(diào)節(jié)受電弓接觸力以及具有反饋控制機(jī)制的新技術(shù)。2007年4月3日，使用CX25型受電弓的TGV150試驗(yàn)列車(chē)更是創(chuàng)造了試驗(yàn)速度574.8km/h的世界紀(jì)錄。

（三）德國(guó)鐵路受電弓

德國(guó)電力機(jī)車(chē)初期采用SBS65型受電弓，后期研制出了新型的DSA350S受電弓。1988年5月1日，ICE/V試驗(yàn)列車(chē)采用該型受電弓跑出了當(dāng)時(shí)最高速度406.9km/h的世界記錄。后續(xù)又在該型受電弓基礎(chǔ)上改進(jìn)出DSA350SEK型受電弓。該型采用了新型的弓頭懸掛裝置，可以保證滑板均勻磨耗，延長(zhǎng)了使用壽命;此外還采用了ADD自動(dòng)降弓裝置，當(dāng)碳滑板磨損到限時(shí)自動(dòng)降弓來(lái)避免進(jìn)一步損壞接觸線(xiàn)和碳滑板。后又根據(jù)該型受電弓改進(jìn)出了DSA380型受電弓用以滿(mǎn)足更高速度的使用需求。

（四）國(guó)內(nèi)鐵路受電弓

1958年，由電力機(jī)車(chē)設(shè)計(jì)處設(shè)計(jì)的6Y1型干線(xiàn)電力機(jī)車(chē)采用了蘇制的ДЖ-5型四腕菱形受電弓。20世紀(jì)60年代，株洲電力機(jī)車(chē)廠(chǎng)研制出Q3型單臂受電弓，并于1978年改進(jìn)出TSG1型受電弓。2002年11月，中國(guó)北車(chē)集團(tuán)大同電力機(jī)車(chē)有限責(zé)任公司從德國(guó)Stemmann公司購(gòu)買(mǎi)了DSA250等型號(hào)受電弓的全套技術(shù)并將之國(guó)產(chǎn)化。2008年8月1日，我國(guó)第一條運(yùn)營(yíng)時(shí)速達(dá)到350km/h的京津城際鐵路上的動(dòng)車(chē)組采用了SSS400+型受電弓。目前，我國(guó)的高速動(dòng)車(chē)組還大量采用了德國(guó)Stemmann公司生產(chǎn)的DS380型受電弓及Faiveley公司生產(chǎn)的CX-25型受電弓。

三、結(jié)束語(yǔ)

受電弓作為電氣列車(chē)的主要受流方式，為電氣列車(chē)的運(yùn)行提供電力，是維持列車(chē)平穩(wěn)、安全運(yùn)行的重要保障。受電弓的動(dòng)態(tài)接觸性能往往也很大程度上決定了列車(chē)的運(yùn)行速度上限。通過(guò)研究不同國(guó)家受電弓的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，期望為今后我國(guó)受電弓的發(fā)展提供方向和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] K. Jager，等，王渤洪（譯），張文茂（校）.DSA350SEK型高速受電弓[J].電力牽引快報(bào)， 1998，3：21-26.

[2] 周寧.350km/h及以上弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)行為研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2013.

[3] 吳積欽.受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)[M].西南交通大學(xué)出版社：成都，2010：9-64.

[4] 鄧明麗，吳廣寧，張雪原，等.電力機(jī)車(chē)受電弓發(fā)展綜述[J].電氣化鐵道，2008，1：43-47.

[5] 侯艷，張武.高速受電弓概況及發(fā)展[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2016，2：173-174.