三轨受流器受流装置在地铁列车上的应用

三轨受流器受流装置在地铁列车上的应用

韩国hanwah-rotm集团购买了14辆独立供电系统（dc7.80v）和7辆双供电系统（dc7.80v和ac25kv）。这些车辆在现有的2条隧道线路和通往国际机场的新联络线上使用。第三轨受流器是车辆和基础设施之间的敏感接口。在结构上,除了对车辆电气设备的电气性能要求外,还应关注钢轨及接触轨的位置和容许误差以及受流装置在转向架上的装配情况。此外,由于受流装置直接安装在转向架构架上,因此,通过曲线时车辆的荷载和横向摆动也对受流器的滑行性能产生影响。为使车辆投入运营时不致发生意外,生产新车受流装置的Stemman公司决定把一个原形受流器安装在现有的车辆上进行试验。1斜度的模拟及分析在这些试验中,除了检测其运行稳定性外,还需获取车辆通过道岔和钢轨接头以及受流器滑过接触轨缝隙时受流装置的滑板、旋转臂和基架所承受的机械荷载参数,以及受流器滑过极端位置的接触轨斜面情况。正常情况下,滑板滑过接触轨缝隙时斜面比为1∶50,也可能超出一些。在最高速度为80km/h(22m/s)时滑板也能顺利向下向上滑过。斜面终端的斜度变大(1∶6),并因此形成一个下滑的保护。对这种大斜度终端的冲击情况,同样也应当进行模拟。为了进行这种研究,把原型受流器安装在转向架上,并保持这样的位置:即使在最高速度时,每个斜面均能保持在1∶6斜度范围内。将测量结果传送到1台有限元分析装置中,以便审查构件的结构设计。通过这些细致的研究工作,在车辆投入运营之前发现受流器新结构可能出现的薄弱环节,并在开始生产之前改正。2带折式主体区域第三轨受流器(SG100型)是气动受流器,它与接触轨上部接触。这种装置直接安装在车辆转向架构架上。受流器在司机室遥控气动升降,但在紧急情况下,也可以由一个绝缘手柄进行人工操作。使用直接装在滑板上面的橡胶支承可以减少来自接触轨的冲击,如短距离的表面不平顺、进出接触轨斜面和斜面终端的极端状态的接触。此外,橡胶支承还经常对滑板的相互交替位置进行补偿,使滑板磨耗量小且均匀。3dtk测试系统DTK公司研发了一种新的测试系统,可以采集到受流器在接触轨上滑行情况。在受电弓的设计中,借助有限元法计算,对使用新的DTK系统采集的测量数据进行分析并给出提示。试验时在滑板和滑板托的规定部位安装膨胀应变片和加速度传感器。根据有限元法模型,分析和决定测试探头的准确位置。直接在接触轨上安装测试接收装置。由1台分辨率为1/100mm的绳索牵引滑轮角位转换装置来测量滑板在接触轨上的高度。所有测试值进入控制器,它对数据进行处理,并通过光纤导线传送到车内。使用DTK软件记录测试时,车辆运行速度、地点和具有显著特征的线路点可作为测试信号的补充。此外,用一台录像机拍摄滑板在接触轨上滑行情况,并与计算机监视器叠加记录在录像带上。图1表示用DTK测试技术和摄像设备对受流器进行试验的结构方案之一,它记录受流器和接触轨的相互作用。图2是与计算机监视器上测试值图示叠加的录像图像。图中受流器处于即将滑上斜面的位置,在图的左侧可见到4根图示轴线,每根轴线有2条颜色带,表示2个传感器各自的数值。在图的右侧,上方分别表示滑板和接触轨的高度,而下方表示运行速度。在图的下边缘给出试验日期、时间、有显著特征线路点的号码、所运行的路段、接触轨相对于轨道的高度和运行速度。能够记录的其他数值是:流过滑板的电流、电流方向、接触轨相对于轨道的侧向位置、受流器/接触轨的接触力、接触质量和接触轨接触面的质量。DTK软件提供许多调整和分析可能性,包括:(1)从图中切割下某些段落;(2)行程轴线返回,供双向行车的单线路段作比较之用;(3)使数据与实际行程长度相一致(在行程出现误差时);(4)寻找功能和整理分类;(5)延伸和缩短图中轴线(为了更好地分析);(6)制表。4滑动托的膨胀情况用DTK系统提供的可能性可以方便地查找故障原因。图3显示从数据库下载的部分图形。上方条状图形是运行速度,第2个条状图形是接触轨的高度位置,第3个条状图形是滑板在水平和垂直方向的加速度,第4个条状图形是滑板托在水平和垂直方向的加速度,第5个条状图形是滑板托2个测点的膨胀情况,下方的条状图形是其他2个测点的膨胀情况。图下边缘处表示两个光标位置的数据及数据之间的差值。4.1斜截面下受流器滑上150在测试运行中,对受流器进行了调整:在一次运行中滑板上滑到1∶50的斜面;而在另一次运行中滑板则上滑到1∶6的斜面。图4显示上滑到1∶6的斜面。所有其他的轴线都被渐隐去。滑板滑行在接触轨上的高度曲线表示各种不同的斜面形式。在正常运行速度下,第三轨受流器冲击和上滑到斜面时承受强大的加速度。由于其惯性,因此,上滑到斜面时,受流器仍保持其向上运动。于是在从1∶6到1∶50的斜面过渡和斜面终端时会造成滑板抬离接触轨,而滑板和接触轨之间的接触力变小。与严重抬离有关的接触中断和这时产生的电弧会导致重大故障。这种抬离现象可通过选用适当的橡胶弹簧件来降低或避免。图6表示使用非常硬的橡胶弹簧的受流器从接触轨上抬离而短时后又复位的情况。在斜面第一部分(抬离前),受流器滑板经历抬离。受流器在这里在510mm行程长度上平均向上运动27mm。在斜面的第二部分,在1913mm行程距离上受流器的高度变化为41mm。在从1∶50斜面到正常接触轨的过渡或接触轨连接处,滑板也会从接触轨上抬离。图7表示2次通过接触轨缝隙,上面为慢速,下面为快速的测试运行。在慢速运行时,在滑板上滑到接触轨及其结束时,加速力很小。在速度提高时,加速力有了很大提高而且材料出现膨胀。在从斜面到正常接触轨的过渡区,在速度提高时,滑板稍微从接触轨上抬离,这种抬离通过合适的橡胶弹簧予以补偿,橡胶连接件出现膨胀。同时主弹簧将受流器压向接触轨。由于橡胶弹簧而使滑板托产生弹力,同时滑板具有足够良好的电气接触性能。因此,滑板和接触轨之间出现的接触压力波动很小。这样降低了滑板和接触轨的机械磨耗。此外,图7的比较还表明,在开始滑向斜面时,滑板朝着冲击滑行,因此形成加速度,大都是垂直方向。在滑上斜面时,形成相对运行方向的加速度,而且有垂直方向的。但是相对运行方向的力变得非常大。如果在运行速度80km/h下把滑板滑上1∶50斜面(条状图形1、2)与滑上1∶6斜面(条状图形3、4)进行比较时(图7),会看到:在滑板滑上1∶6斜面时受流器出现大得很多的加速力和材料膨胀。这些力由橡胶弹簧件来承受。由1∶50斜面过渡到接触轨时,受流器摆动到接触轨的高度处。这样就防止滑板从接触轨抬离,因而也防止与此相关的接触中断及电弧形成。选用滑板和滑板托之间弹性连接的受流器形式可以使滑板在接触轨上平稳滑行。最大程度地避免接触中断及电弧形成。以这种方式采集了受流器滑过接触轨连接处和接触轨缝隙区时的加速力、材料膨胀和接触轨的高度位置。借助于测试结果,设定了下列荷载情况,并用有限元法计算,求出受流器所需的稳定性。这些荷载情况是:(1)与接触轨接触,在平顺的接触轨上滑行;(2)与接触轨接触,在不平的接触轨上滑行;(3)冲击滑上1∶50斜面;(4)冲击滑上1∶6斜面;(5)滑上接触轨缝隙的下冲击点;(6)越过道岔和交叉。4.2道岔对于荷载的讨论在平顺的接触轨上滑行以及冲击滑上1∶50斜面时,受流器所承受的荷载是微小的。在越过道岔时,产生的荷载大于正常冲击滑上1∶50斜面的荷载。但是这些荷载相对于在不平接触轨上滑行的荷载来说,则居于次要地位。在不平情况下测得的荷载达到冲击滑上1∶6斜面时相同的数量级。因此,冲击滑上1∶6斜面的接触轨缝隙,对强度设计来说具有决定性的意义。5图形结合荷载方面的改进建议为了进行有限元分析,利用了“nastranforWindoais”程序,用壳形件来模仿受流器。在这种做法中出现各种不同型式超应力元件之间的过渡区,对此,必须进行单独观察。没有充分的玻璃增强塑料材料和橡胶缓冲器生产厂家的有关数据是一个难点。因此,必须做出在实际受流器上经受检验的设想。比较应力曲线图形结合荷载方面的知识,非常清楚地为设计者指明在什么地方和怎样进行改进。图8表示受流器滑到下缓冲区时比较应力变化过程曲线。可以清楚看到,因滑板重量而造成滑板梁在绝缘子凸缘前所承受的弯曲荷载。由于力的对称分布,因此旋转臂承受轻微的荷载。在受流器冲击滑上接触轨时(图9)荷载图发生变化,这时旋转臂扭曲。这在刚性过渡区应力增大时可以看到。在受流器滑过不平的接触轨时(图10)所承受的荷载与上述情况相似。在这种情况下,所承受的荷载达到与受流器滑上大坡度斜面时相同的数量级。如果这些不平顺能够通过更好的检查和养护予以减少,那么就能提高受流器及其磨耗件的使用寿命。受流器的重量也可以降低。6受流器试验结果的讨论和描述新型车辆的匹配在现有线路上仍潜伏着风险。虽然一些有关标准确定了铁路车辆组装部件的机械荷载,但是构件的结构设计是非常困难的。在这里,“问题区”就是组装部位本身,在铁路车辆上转向架是承受机械荷载最大的部件。根据轨道状态,横向加速度达到50g及其以上是很平常的。在结构设计和审查时,有价值的帮助是获取现场试验的实际数据。为了得到受流器临界部位的可靠数据,直接从电流通过的滑板获得测试数据是必要的。DTK测试方法必须满足这样的要求:在AC750V时,测试电子设备必须去耦。通过把所有测试数据汇集在一台监视器中做到这一点,监视器同样处于750V电位。在那里数据被转换成光学信号,并通过光纤导体传送到车辆电子分析装置中。事先共同确定原型受流器测点后,把采集的测试结果传输到受流器模型中,并借助比较荷载变化过程曲线,对受流器各个部件的荷载进行了研究。从上述计算中产生光学图,图中受流器的“问题区”清晰可见并被指明怎样通过更有利的结构或改变尺寸进行部件优化。在研究工作中令人关注的是:除了“冲击滑上1∶6斜面”的极端荷载情况外,斜面上滑行过程、不平接触轨上滑行过程和跨越道岔(滑板与接触轨不接触)也使受流器承受强大的机械荷载。Stemmann公司根据所进行的研究和测试工作,在产品投产前,还能够对弹性受流器系统进行优化,这样就把部件的损坏或功能损失的风险降到最低。DTK软件提供各种可能性:以任意方式用图形表示数据。轴线可以延伸和缩短,图形可以渐强或渐隐等。在图3中,“选项”窗口已打开,它给出可能的子菜单。从图3中可以看到,滑过接触轨斜面时力作用于滑板(条状图形2、3、4和6)并通过在受流器上使用的橡胶件使滑板托的加速度得到衰减(条状图形5)。在试验运行中,受流器安装各种不同的硬质橡胶件。此外,滑板上滑到斜面的点发生变化。第一个光标处在行程位置,在这里滑板上滑到斜面。第2个光标处在从1∶6斜面到1∶50斜面的过渡。过渡点前25.5cm处滑板进入斜面。在这次测试运行中,运行速度非常低。因此,滑板在接触轨上似乎达到无冲击滑行。在上滑到斜面上滑点时