动车组受电弓故障诊断与处理

动车组受电弓故障诊断与处理分析摘要：当前，我国的科技水平在不断提高，高速列车的制造水平也在不断提高。高铁受电弓是用来牵引列车悬链导线上电流的设备。其运行过程受滑移、摩擦、电能、化学等多种因素影响。在运行过程中很容易出现各种各样的异常故障。在实际应用中，为了使受电弓保持良好的工作性能，必须对其常见故障进行分析，找出行之有效的解决方法。针对上述问题，通过查阅相关文献，对高铁受电弓的基本结构及主要部件进行了概述，并对其工作原理及常见三种形式进行了介绍。之后，对动车组受电弓的一些常见故障进行了分析，并提出了解决办法。在此基础上，对受电弓的每日巡视、维修、网络改造以及维修的最佳方案提出了一些有借鉴意义的建议。关键词：动车组；受电弓；故障分析1、引言动车组作为现代铁路运输的重要组成部分，其运行的安全性和稳定性直接关系到旅客的出行体验和社会的经济发展。受电弓作为动车组获取电能的关键设备，其故障诊断与处理分析显得尤为重要。随着动车组技术的不断发展，受电弓的结构和性能也在不断优化，但同时也面临着更为复杂的运行环境和更高的运行要求。在实际运行过程中，受电弓可能会因各种原因出现故障，如机械磨损、电气故障、环境因素等，这些故障不仅会影响动车组的正常运行，还可能对旅客的生命财产安全构成威胁。因此，对动车组受电弓的故障诊断与处理进行深入分析，具有重要的现实意义和理论价值。通过故障诊断，可以及时发现潜在的安全隐患，避免事故的发生；通过处理分析，可以总结故障发生的规律和原因，为后续的维护和保养提供科学依据。本文旨在探讨动车组受电弓故障诊断与处理分析的方法和技术，通过对现有文献的梳理和实践经验的总结，提出一套有效的故障诊断与处理流程，为动车组的安全运行提供有力保障。2、动车组受电弓概述2.1受电弓的基本结构及主要部件在该滑板架上装有两排的粉末合金滑板，以及两排的固态润滑油。而在这些部件中，滑块就是其中故障发生率较高的部件。由于滑动块是与接触面的直线相连接，所以容易出现的问题有：摩擦极限问题、断缝问题等。主要成分是铁质、铜质及润滑油。悬链线具有良好的自润滑性能，高的机械强度，低的电阻率，良好的接触电流收集性能。2.2受电弓的工作原理在受电弓的时候，通过对受电弓按钮开关的按压，让受电弓空气阀充电，将压缩空气送入动力缸中，从而使得活塞能够抵抗船头向下运动的弹性力，从而释放对下臂杆的约束，弓形提升弹簧就能够将下臂杆进行牵引，使得推杆进行转动。最终将上框架和铰链座的移动，进而将缩放仪进行上升。当受电弓下降时，受电弓按键的开关恢复正常，气压阀门关闭后，受电弓的压力通过受电弓的迅速排气阀门和受电弓的气压阀门向大气中排放。通过下臂旋转弓形机构的弹性，使弓形机构向下运动，最后弓形机构迅速下降。2.3几种常用的动车组受电弓2.3.1DSA250型受电弓图1：DSA250型受电弓DSA250受电弓片可用于CRH1、CRH2、CRH5等车辆，结构如图1所示。本机为单片型，配有双重炭滑块，保证工作时具有良好的导电性能。受电弓由三部分组成，分别为：底板、上板、下板和弓头。为了满足轻质的工艺要求，对受电弓的移动部分及弓首采用了铝合金结构。由于要根据滑动式的构造进行作业，所以滑动式的极值不小于5毫米，两个滑动式的高低差异不大于3毫米。为了防止出现碳滑板出现磨损过大的现象，在设计过程中，一般都是将其设计成中控结构，并经由气道与控制阀板中的压力开关相连，在摩擦超限的时候（也就是，当压缩空气的数值降低到2.Sbar时），压力开关被触发，ADD功能被激活，受电弓最终快速下降以达到降弓保护的目的。2.3.2SSS400+型受电弓如图2所示，SSS400以上为CRH3型汽车新型受电弓，也可采用单臂、双滑板结构。一整台受电弓，主要包括受电弓自身及装设于汽车内的气动控制阀板两部分。图2：SSS400+型受电弓图3受电弓控制网络如图3所示，受电弓的操纵是通过网络来实现的。司机操纵起弓式起重装置，启动螺线管阀门，开启气路，操纵压缩气体，将受电弓式起重装置提升，实现起重。将操作的收发机通过压力开关传送到CCU；通过车载总线将该数据从CCU发送到上位机。如果受电弓在使用中发生了一些问题，比如炭滑块出现了损坏或者炭滑块到了最大值时，就会启动急降阀门，使得受电弓迅速落下。在此基础上，利用高压开关将相关的信号传送给控制中心，由控制中心对控制中心进行诊断、处置，再将相关的错误代码传送给控制系统，实现了人－机交互，提示控制中心对变电所进行切换的方法。2.3.3CX主动控制型受电弓如图4所示，CX受电弓在CRH380B型车上的应用是由Favelle创造的。该装置与一般的受电装置有很大区别。首先，本设计采用单一的导轨设计，导轨材质为渗铜的导轨，延长了导轨的使用时间；其次，增设了可实现受电弓压差调节和受电弓压差调节等功能的受电弓压降调节装置。所述新组合的弓身，使所述的弓身电流降低30%—40%；最终采用了更加精密的空调设备。因此，CX式受电弓结构简单，重量轻，动态接触力可调，可靠性高。图4CX主动控制型受电弓图5CX受电弓控制系统如图5所示，受电弓本身是通过压缩气体来实现的。来自交通工具导管的压力气体通过APIM装置进入弧状提升气袋内。在气压作用下，气囊被气压所挤压，从而形成转矩，转矩由凸轮与弹簧联结而成，从而达到提升的目的。当弓矢下降时，由于受到弓矢本身的重力作用，从而使弓矢下降。如果高压气体供应被切断，或是高压电力供应被破坏，则受电弓将触发辅助装置，使得受电弓的升降。该缩放仪在工作机理上与DSA250缩放仪类似，但其动力性能具有一定的可调节性。利用两段式悬挂装置，可以调节受电弓的动力学性能。第一次使用了气袋来悬浮。受电弓形件控制装置可以确保气袋的压力恒定，而不会受到受电弓形件的高度的影响。通过弧状的弹簧来调整第二悬挂装置。由于采用二级悬架系统，受电弓的动力调整能力较强。3受电弓的故障形式3.1机械部件故障3.1.1上臂顶管裂纹故障受电弓上臂顶套是弓身下表面与弓身表面的关键联结构件，承担着承载弓身与网片碰撞的重大任务，在高强度的冲击力下，极易发生断裂破坏。一般来说，上臂冲头的裂缝破坏主要发生在冲头的末端，即尼龙衬套与旋转轴以及不锈钢套管的连接处。引起上臂式顶杆发生破坏的原因有二：一是由于弯头式顶杆回转轴线上的构造形成了阶梯，阶梯上的应力在回转轴线上形成了应力集中的区域，从而引起了表面的微观裂缝。在高周交变加载条件下，材料内部的微观裂缝发展缓慢，导致材料的大应变和破坏，降低了材料的承载性能，降低了材料的碰撞振动强度。弓与网完全由前臂支撑；第二个问题是，受电弓上臂环与上臂环之间的连接距离短，将导致上臂环的触点压力过低，而在上臂环的末端载荷压力较大，会导致上臂环的破裂。3.1.2弹簧盒管壁及弹簧失效故障车载受电弓的弓头吊放弹性箱一般为弓头吊放圆筒体和扭簧构成，而在高速下，由于受到了受电弓面的挤压以及受电弓面的相互撞击，使得受电弓面的应力集中在受电弓面上。常规的弓形弹性壳体的内壁是沿长度方向产生裂纹的，裂纹通常在弹性壳体的下端产生裂纹。而弹簧的失效问题多发生在限制杆、弹性销和扭簧上，尤其是弹性销的变形和断裂最为严重，见附图2-6。由于受电弓在弓身运动时受到气流的影响，因此，在弓身运动时，由于气流的影响，使得弓身受到较大的阻力。该系统的故障原因为高频与大型网架的非正常撞击。在限制棒与弹性销钉的截面上存在着许多的微裂，这些微裂持续地扩展直至破坏，这种零件的损坏也会导致扭簧所承受的负荷越来越大，最终造成失效的进一步恶化。3.2电气系统故障3.2.1压力开关故障受电弓的升弓压力是由压力开关来控制的，该压力开关根据压力值产生电信号送到电子控制阀，并通过该电信号作用在电子控制阀上的电信号来控制气路的启闭。因此，不管是压力开关发生故障还是压力值预设不当，都会引起受电弓不能正常提升，或者在提升后没有反馈信号。可确诊压力开关故障。3.2.2电气回路故障受电弓是汽车获得牵引动力的最重要部件，电路系统复杂，主要由各种管路、连接器和执行机构组成。其中，电连接器中的插针往往存在机械变形、接触不良等问题，容易出现因电路信号发射异常造成电控阀不能正常工作和压缩空气无法进入升弓气囊造成受电弓升弓失败的情况。3.3风管系统故障风管系统失效主要表现为快速阀，ADD阀和其他元件漏风。漏风有两方面原因：第一是异物击打。由于受电弓处于汽车顶部，没有保护措施，所以很容易被外部物体击中，再加上汽车运行速度快，即使是一些细小的物件，也会对快捷键和ADD键有一定的作用，并且会导致一些比较恶劣的结果，比如零件的变形，断裂，松动等，导致风管系统的漏风缺气；ADD阀门间的密封件以O型胶圈为主，若因使用年限过长而破裂，将导致风道内气体泄漏；此外，在装配时，连接处的螺丝及其他机器装配部分的扭矩不正确，也容易引起风管的泄漏问题。4动车组受电弓常见故障分析及处理动车组运行过程中，由接触网、受电弓和车辆和接触网构成的复合振动体系。弓丝与弓丝之间的接触状况差，会导致弓丝的摩擦损耗增大，从而降低弓丝的过水流品质。因此当前，在铁路朝着信息化方向发展的情况下，减少甚至于消除受电弓事故的出现，显得更为重要和有意义。4.1滑板磨耗过快滑板作为消耗品，其磨损现象普遍存在于某一范围。但磨损过快时，要注意把无谓的磨损减少到最低限度。对于新线路，滑块磨耗较大。在这两个方面，既有机器损耗，又有电力损耗。新的直线接触器上出现了大量的硬毛边，这就造成了机械磨耗。在高铁受电弓运行初期，因为滑板与接触网都没有经过多少次运行，所以二者的摩擦系数会比较大。这样就会造成磁头迅速的损耗。在摩擦过程中，接触不好主要是因为接触网的表面不平，或是被污秽所引起的。因此，在日常对高铁滑板的故障预处理上，不仅要时刻储备足够的滑板，而且还要尽可能地使用耐磨的铁基滑板，以此来减小滑块接触线的摩擦力，让接触网尽可能地平滑。也可以在接触网面摩擦力变化的时候，替换底部比较软的滑片，减少了损耗，也可以防止对该滑片的无谓维护和替换。4.2受电弓接触压力受电弓接触压强是受电弓滑板与受电弓接触状态的电气指标。受电弓和接触网之间的接触压力不是恒定的。通常由多个数值综合衡量，其中包括：方差、平均值、最大和最小的接触压力。标准偏差在平均值的范围内上下波动。受电弓间的接触压力过高或过低都会影响列车的正常、良好工作。接触压力过高还会使两种材料间的机械摩擦加剧，如果接触压力过低，则脱线率会显著提高。中线虽然不影响机车的运行，但这会使得接触网和受电弓滑板间的电磨损增加，并且一旦发生大范围下线就会对机车运行和安全带来很大的伤害。因此，保持合适的接触压力对动车组来说是至关重要的。所以，为了确保机车运行安全、延长接触网及受电弓滑板使用寿命、采取措施避免脱线就显得尤为重要了。针对接线问题，就弓身而言，应采取如下措施进行处理：（1）要提高受电弓的接触面压强，但受机车车速、接触网结构复杂和机车运行线路条件等因素的影响。（2）受电弓片的可移动连接件应该得到很好的润滑剂和平滑的移动。（3）在保证托架的弹性的前提下，使滑块能够自由地旋转。4.3滑板偏磨滑片的偏磨度是影响其使用时间的重要因素。如果滑块的不对称摩擦会使滑块与钢丝的接触频率增大，如果发生不对称摩擦，则会使滑块的表面形成沟槽。在此过程中，滑块与线材的碰撞是导致刮板失效的重要原因。对于有偏压的情况，应对其进行相应的调节，以保证其工作范围内的良好工作状况。4.4刮弓弓刮刀是严重的缺点，各单位都十分认真对待。造成弓式刮板的主要因素有：机器的故障和人的失误。弓形弯道的出水段是事故频发的部位，而人的原因比较复杂。若因讯号失误而使列车驶入非电线，乘务员若不能迅速减速，很可能会擦到车头。为了预防受电弓故障的出现，首先应加大对受电弓的检测与维修力度，使受电弓在任何时候都处于最佳的工作状态。二是要在运行中，强化对接触线状态的观察和监测，站内尤其如此，调车作业及恶劣天气，发现问题及时解决。4.5瓷瓶故障在高铁受电弓各环节中，支承瓷瓶均为现行牵引供电系统中最薄弱的环节。瓷瓶是一种常见的故障类型，如破裂闪络造成电网直接接地故障、车顶瓷瓶接地故障等，往往造成难以估计的损失。为了防止瓷瓶失效，必须做好预防性维修工作：一是每天对瓷瓶进行例行检查，排除破损和其他安全隐患；其次，要选择具有良好绝缘性能的外包装材料来保护瓷瓶。4.6受电弓部件损坏高铁列车行驶速度较快，使受电弓的调整、操纵变得更为困难，且受电弓的三角板、底盘、框架、支撑杆等构件极易发生损伤。若不能及时发现受电弓，将会产生潜在的危险。事不宜迟。所以，在对受电弓进行检验时，必须注意受电弓各个部位的检验，对出现的问题要进行及时的整改，以确保列车在轨不发生任何事故的前提下，不发生任何事故。5、结语当前，国家科技进步的速度越来越快，高速列车的研制的更迭也在持续推进。高速列车上的受电弓是用于牵引列车运行中的电力的设备。它的运行过程受到许多影响。在实际操作中，容易产生多种失效现象。时下，为了保证列车的正常运行，必须对列车上的受电弓结构进行全面的分析，并采取相应的预防措施。为此本文在参考国内外相关资料的基础上，总结出了高铁受电弓的基本结构和关键元件，并对其工作机理和三种常见的受电弓类型作了简单的阐述。最后就受电弓日常巡