受电弓常见故障研讨

毕业设计（论文）中文题目受电弓常见故障研讨

学习中心（函授站）：济南铁路局

专业：机械设计制造及其自动化

姓名：XXX

学号：14700799

指导教师：XXX

北京交通大学远程与继续教育学院

2016年12月

毕业设计(论文)承诺书与版权使用授权书本人所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

本毕业论文是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。

论文作者签名：_________________ ______年_______月______日

指导教师签名：_________________ _______年_______月______日

毕业设计(论文)成绩评议

毕业设计(论文)任务书

本任务书下达给： 2014 级机械设计制造及其自动化专业学生 XXX

设计（论文）题目：受电弓常见故障研讨

一、毕业设计（论文）基本内容

结合我国铁路高铁动车组的受电弓日常运用的现状，通过对动车组受电弓的了解，正确地分析现阶段动车组受电弓常见故障的特点，有针对性地研究分析受电弓常见故障并提出解决措施和可行性整改方案。

二、基本要求

随着我国铁路客运朝电气化、高速化方向发展，受电弓各类故障频繁发生，危及铁路客运行车安全、制约高速动车组的发展。为此，有必要对受电弓的各类故障进行研究分析并提出解决措施。要求能根据各型受电弓实际运用中，受电弓出现的各类故障结合实践经验不断摸索和研究，掌握受电弓的各类主要故障，对其进行逐一分析并提出合理化解决措施。

三、重点研究的问题

结合日常运用中常见的多发故障，针对铁路动车组受电弓出现的各类故障进行研究分析，找出各类故障的发生规律并提出解决措施和可行性整改方案。

四、主要技术指标

五、其他要说明的问题

下达任务日期：年月日

要求完成日期：年月日

指导教师：

开题报告

题目：受电弓常见故障研讨

学生姓名： XXX 学号： 14700799 2016年 3 月 10 日

一、文献综述

本文根据目前国内外学者对受电弓的研究成果，借鉴他们的经验，结合自己的工作实际，对受电弓的常见故障进行探讨。这些文献给与本文很大的参考价值。本文主要查阅进几年有关电力机车和动车组受电弓的文献期刊。

受电弓是动车组的重要受流部件，动车组受电弓从接触网获得AC25KV/50HZ电能，为动车组提供牵引动力，受电弓的安全性能和技术状态直接影响动车组的安全可靠运行。通过对受电弓的常见故障进行研究，指导具体的日常运用和检修工作，并为厂家进行设备改进提供合理化建议。

陈刚和林杰（2013）在《动车组受电弓故障分析及改进》中指出，受电弓故障产生的原因往往涉及弓网两方面，这其中，既有受电弓自身设计的结构和制造材料的原因，也有运行环境的原因。提出了改进受电弓设计，采用新材料、新技术的方法，加强并保证运用检修质量，探索并优化运用检修周期，实行受电弓部件寿命的动态管理。主张动车组受电弓故障原因设计面广，科研和运用部门、机务和牵引供电部门要进一步加强合作与沟通，加强弓网关系和受流技术的研究，加强受电弓故障的统计分析和原因查找有效消除受电弓附属部件的电气、机械故障。

马果垒（2009）在《受电弓系统研究》中指出，高速受电弓与低速受电弓的差别之一是其归算质量大大减轻。高速受电弓大量采用质量较轻的铝合金取代低速受电弓中质量较大的结构钢，在满足强度与刚度的前提下，最大限度减小受电弓归算质量，以改善弓一网动态性能是受电弓设计的关键问题。

韩峰和吴积钦（2013）在《中国铁路受电弓的发展与展望》中指出，受电弓的设计和特性对弓网运行质量具有举足轻重的作用。如果高速的接触网配了不适合高速的受电弓，就不会产生所期望的结果。相反，也不可能通过采用适合高速的受电弓将普通接触网的最高速度提高到更大程度。为实现对高速列车理想的供电质量，必须有适合的接触网和相应的高速受电弓相互配合。为保证高速运行需要，在运行过程中，根据要求适当控制受电弓的平均接触压力，以确保一方面没有不适当的燃弧，另一方面磨损不超过限制值和损坏滑板，并将接触线的抬升控制在规定范围内。这种受电弓需要增加主动控制

设备。

曹铮（2013）在《关于动车组受电弓故障处理与检修的探讨》中指出，受电弓的故障类型在入库检修和运行途中不尽相同。其中还有一点是，检修人员的技术水平和素质也对受电弓的性能有较大影响。主要体现在日常的检修和维护上是否到位。

赵晓明（2013）在《CRH3型动车组受电弓故障分析及改进措施》中指出，空气阻力和会车时的压力波都会对受电弓设备造成损害，要从材料和设计上对受电弓总成进行改进，延长受电弓各组成部分的寿命，降低运用过程中的线上故障。

滕莉娜（2014）在《DSA 250型受电弓原理及常见故障分析》中指出，根据受电弓的原理及其在实际使用的运行状况总结，它的故障主要分为电路故障和气路故障两大类，运行中的动车组因易发生异物打击，因此气路故障较多，而电路故障则易发生在入库进行维修和调整时。受电弓的故障都可以通过日常维护及时发现并避免故障的发生，因此在动车组每次进库检查时，都要对受电弓的组成部件进行全面认真的检查，对数据仔细核对，并严格按照维护计划和作业标准执行，保证其顺利运行。

中国铁路总公司（2013）《铁路动车组运用维修规程》中规定，受电弓各部件应安装牢固，无丢失、变形、松动，气路无漏泄；各关节转动灵活；弓头弹簧无裂损；弓角、碳滑板符合限度规定；软编线完好；气囊无裂损；升弓控制盒锁闭良好。

通过以上文献综述，不难发现：高速电气化铁路关键技术之一是如何保证在高速运行条件下具有良好的受流质量，其重要因素就是受电弓—电力机车的关键部位，受电弓工作质量的优劣对动车组受流状况有重要影响。受电弓直接与接触网导线接触，在静止或滑动状态下从接触网获得电能为机车供电，长期暴露在自然环境下工作，且在运行中由于离线等因素与接触网导线不断产生电的烧蚀、机械磨损，因此对其综合性能有着十分苛刻的要求。伴随着我国高速铁路的发展，对既有线路的提速改造和高速客运专线的加快建设，其中受电弓日常检查维修工作也日益彰显。

二、选题的目的和意义

受电弓是动车组的重要电气部件，属于高压电器，它直接与接触网接触，将电流从接触网上引入动车组，供动车组使用。随动车组运行速度的不断提高，对其受流性能也提出了越来越高的要求，其基本要求有：滑板与接触导线接触可靠；磨耗小；升、降弓时不产生过分冲击；运行中受电弓动作轻巧、平稳、动态稳定性好等。而在高速铁路迅速发展的今天，受电弓故障频繁的发生严重制约了高速铁路的发展，因而研究受电弓的故障原因与其处理方法具有很大的现实意义，同时也顺应了高速铁路的发展。

动车组具有清洁环保、高效节能等优点，在铁路运输中发展迅速，是今后铁路交通发展的一个重要方向。正是因为它的大力发展，也突显了受电弓的故障问题。

受电弓是动车组与电流之间衔接桥梁，受电弓的好坏会影响动车组在运行过程中的安全问题，现在普遍在对动车进行提速，对于受电弓的性能也提出了比较高的要求，对于受电弓容易出现故障的原因，做出相关处理的措施，对受电弓定期的检测和故障处理，让动车组能够安全的运行。

我国目前运行动车组数量接近1400对，所采用的受电弓型号有DSA250、DSA/300、CX-NG型等。随着开行线路增加、客运量增大以及运行距离的加长，动车组受电弓故障频发，危及动车组行车安全，给动车组发展带来巨大挑战。因此，我们有必要对受电弓常见故障进行分析研究。通过对常见故障的分析研究，总结规律性；同时，通过认真阅读《铁路动车组运用维修规程》，掌握我国铁路对动车组受电弓的检修要求。提出改进措施和建议，并为日常的运用检修工作提供指导。

三、研究方案（框架）

总体来说受电弓故障的主要原因有：接触网与受电弓的不匹配产生的问题，空气的摩擦力对于受电弓的影响，受电弓与动车顶端链接不当，碳滑板磨损严重，网线故障，受电弓碳滑板龟，裂检修工艺不太完善，检修人员专业技能不熟练。动车组在运行过程中受到不可抗力的影响，使受电弓不能正常运行，出现故障。

对我局所配属的CRH380B型车在运营过程中常见的故障进行总结，对不同厂家所提供的元件的使用寿命、故障率和故障原因进行分析比对，对碳滑板的更换周期进行观察，对线路中发生的降弓事故进行分析。通过对故障原因进行总结，总结出受电弓的常见故障并制定出相应的解决措施。

四、进度计划

1月1日－ 3月1 日

分析题目，查阅资料，学习与毕业设计相关的知识，作好前期准备工作。

3月11日－4月10日

划分论点，进行方案论证，撰写论文。

4月10日－ 5月15 日

划分论点，进行方案论证，撰写论文撰写毕业论文并征求导师意见，修改毕业论文，进行毕业论文的评议。

五、指导教师意见

指导教师：

年月日

中期报告

题目：受电弓常见故障研讨

学生姓名： XXX 学号： 14700799

一、进展情况

已经完成受电弓功能及动作原理的总结分析，搜集了CX018受电弓的常见故障，通过对常见故障的分析总结出了部分原因。其他部分还在资料搜集汇总，常见故障的针对性解决办法还在研究中。

二、指导教师意见

指导教师：

年月日

结题验收

一、完成日期

二、完成质量

三、存在问题

四、结论

指导教师：

年月日

中文摘要

摘要：发展高速铁路是铁路现代化建设的必然趋势。而高速铁路均采用电力牵引，高速列车必须在高速运行条件下可靠地从接触网上取得电能，否则将影响列车运行和电气驱动系统的性能。高速电气化铁路关键技术之一是如何保证在高速运行条件下具有良好的受流质量。随着既有线的提速改造和高速客运专线的加快建设，弓网系统的问题日益彰显。

关键词：高铁；受电弓；故障

ABSTRACT

Title: Discussion on Common Faults of Pantographs

ABSTRACT:High—speed railway is an inevitable trend of the railway modernization construction.And high—speed railway all adopts electric traction.The pantograph must obtain electric power dependably,which can influence the train running and performance of electric drive system.How to make the current collecting quality well is a key technique of high—speed electrical railway.The serious problem of pantograph—catenary system is obvious after the railway reconstruction for speed upgrading and the construction of high—speed dedicated passenger railway in China．

KEYWORDS：High—speed railway; Pantograph;Faults;

目录

目录

中文摘要 (i)

ABSTRACT (ii)

1 绪论 (5)

1.1 选题背景 (5)

1.2 选题的目的与意义 (5)

1.3 国内外研究现状 (5)

1.3.1 国内研究现状 (5)

1.3.2 小结 (6)

1.4 研究内容 (6)

1.5 研究思路与论文结构 (6)

2 受电弓的构造及工作原理 (7)

2.1 受电弓的构造 (7)

2.2受电弓的工作原理 (9)

2.2.1升降弓原理 (9)

2.2.2 受电弓的自动降弓功能 (10)

3 CX 018型受电弓的构造及工作原理 (11)

3.1 CX018型受电弓的构造 (11)

3.2 CX018型受电弓的工作原理 (13)

4 CX018受电弓常见故障及原因分析 (14)

4.1 碳滑板故障及其原因分析 (14)

4.1.1动车组空气动力对受电弓部件的影响 (14)

4.1.2动车组会车时对受电弓部件表面压力的影响 (15)

4.1.3接触网硬点 (15)

4.1.4静态接触压力异常 (15)

4.2 编织线故障及其原因分析 (16)

4.2.1弓网匹配产生的交变剪切应力 (16)

4.2.2受电弓编织线截面形状不当造成的断股 (16)

4.3 其他故障故障及其原因分析 (17)

4.3.1绝缘子 (17)

4.3.2受电弓无法正常升弓 (17)

4.3.3受电弓受流性能不佳 (18)

4.3.4压力开关故障 (18)

5 结论 (19)

5.1受电弓故障原因 (19)

5.2如何避免受电弓故障频发 (19)

5.3一般故障解决措施 (20)

5.3.1库内检修作业 (20)

5.3.2动车组运行途中发生受电弓故障的处置办法 (22)

参考文献 (24)

1 绪论

1.1 选题背景

在中国科技速发展的今天，动车具有清洁环保、高效节能等优点，在铁路运输中发展迅速，是今后铁路交通发展的一个重要方向。正是因为它的大力发展，也突显了受电弓的故障问题。

动车组安全运行的关键部件就是受电弓，它是动车组从接触网上传递能源并获取能源的装置。受电弓安装在动车的顶部，受电弓在使用的时候会上升，与接触网接触，将接触网上获取电流，然后将电流从动车的顶部向动车的底部传送，使动车可以正常的运转。在动车停止时，受电弓不会升起而是贴在动车的顶部。

受电弓是动车组与电流之间衔接桥梁，受电弓的好坏会影响动车组在运行过程中的安全问题，现在普遍在对动车进行提速，对于受电弓的性能也提出了比较高的要求，对于受电弓容易出现故障的原因，做出相关处理的措施，对受电弓定期的检测和故障处理，让动车组能够安全的运行。

1.2 选题的目的与意义

受电弓是动车组极其重要的电器部件，用来把接触网25kV的电能传导给车内高压设备。350km/h的CRH380B型动车组采用的NX018型受电弓，自从2014年4陆续配属我局以来，在日常检修中也出现了一些问题。由于受电弓具有较好的气动力模型和气流调整装置，能有效改善受电弓的气动力稳定性，保证弓头位置稳定，整体性能基本适应动车组运行需要。但受电弓碳滑板、各编织线、支持绝缘子磨损断裂较为严重，以及线路弓网事故多有发生。不仅造成工作量和材料成本的增加，而且还容易造成受电弓各轴承的电蚀和绝缘距离的降低，影响受电弓的正常性能的发挥。

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国内研究现状

我国高速铁路虽然起步晚，但是，近年来发展迅速，检修规章日渐完备。对常见故

障提出了比较成熟的根据受电弓的原理及其在实际使用的运行状况总结，它的故障主要分为电路故障和气路故障两大类，运行中的动车组因易发生异物打击，因此气路故障较多，而电路故障则易发生在入库进行维修和调整。

1.3.2 小结

目前我国对受电弓的性能和维护，主要集中在优化弓网性能上，对实际运用中遇到的检修和维护问题研究不是很充足，这是我们接下来研究的重点。

1.4 研究内容

根据当前受电弓常见故障的研究现状及存在问题，本研究将重点研究以下内容：

1.受电弓结构和工作原理

分析动车组受电弓的结构特点和工作原理，如动静接触力、升弓原理、降弓原理、自动降弓等，考虑受电弓在列车运行过程中的受流状况，分析影响受电弓故障和各部结构寿命的条件。

2以CX018型受电弓为研究样本

在分析受电弓普遍性的结构和工作原理的基础上，结合我国开行高铁的实际情况，对大量配属的CRH380B/BL系列动车组装配的CX018型受电弓进行案例分析，对影响受电弓故障的主要因素进行了详细论述。

3.具有操作性的解决方案的制定

根据受电弓的结构和线路特征、受流情况，以各部件为基础，逐个分析各部位结构的常见故障及其原因，并提出解决措施。

1.5 研究思路与论文结构

根据以上研究思路，本论文共分为五章。

第一章简要介绍选题背景、选题目的和意义、国内外的研究现状、论文的研究思路和方法。第二章分析研究了受电弓的基本结构和工作原理。第三章从我国实际出发，在对受电弓结构进行研究的基础上，针对性地介绍了CX018型受电弓的结构和工作原理。第四章介绍了在实际运用中常见的受电弓故障，并以部位为单元，对故障的原因进行分析并提出解决思路。第五章对全文做了总结，并提出了本论文有待进一步研究的问题。

2 受电弓的构造及工作原理

2.1 受电弓的构造

受电弓结构有多种形式，按其传动方式分为弹簧上升式和空气上升式；按照臂杆的形式又可分为单臂受电弓和双臂受电弓；按照使用的速度还可分为高速受电弓和一般速度用受电弓；按使用场合分有直流受电弓和交流受电弓；按受电弓框架的层数又可分外单层受电弓和双层受电弓(亦称子母弓)等等。目前我国电力机车上常用的是单臂受电弓。该受电弓由弓头、框架、底架和传动机构四部分组成。底架支持框架，通过绝缘子固定在车顶上，框架通过升弓弹簧支持弓头，从机构学分析，整个框架是两个四连杆机构，传动机构作用于框架的下臂杆来实现升降弓动作。

受电弓是安装在电气列车上的一种从接触线上集取电流的专用设备，由弓头、框架、底架和传动系统等部分组成，其几何形状可以改变。运行时，受电弓全部或部分带电，与安装平台的车顶电气绝缘，将电流从接触网传输到车内的电气系统。

良好的受流对受电弓结构特性的要求可以总结如下：

1.受电弓活动部分(包括弓头)归算质量要小。归算质量越小，升降运动的惯性力就越小，受电弓追随接触线高度变化的性能就越好，接触也就越可靠；

2.有良好的静压力特性。要求弓头在整个工作范围内具有几乎不变的静压力值。静压力值不宜过大或过小。静压力越大，接触电阻就越小，走行起来弓网接触就越可靠。但压力过大，受电弓滑板和接触线的磨耗增大。相反，静压力过小，受电弓追随接触线的系能变坏，易产生接触电阻大引起电热、离线、拉弧；

3.有足够的高度范围来满足线路接触导线高度变化的需要；

4.弓头在机车前进方向上的纵向偏移量应尽量小；

5.弓头在运动中要保持水平。由于受电弓弓头的工作随接触网的高度的变化而变化，在工作高度变化时，应保证弓头基本水平，如果由于受电弓机构无法保持弓头的水平运动，将引起前后滑板接触不均匀，造成弓头偏磨和离线；

6.具有足够的机械强度和刚度。受电弓的整个工作过程几乎都是在振动和摇晃中进行的，而活动关节和杆件又特别多，机械强度和刚度又是受电弓安全工作的基础。所以，如何使一定的机械强度和刚度与小的归算质量统一起来就成为受电弓设计中一个重要的问题；

7.具有比较好的升弓特性和降弓特性。即能平滑、稳定地上升到最大工作高度，对接触导线不产生过大的冲击。降弓时为避免拉弧，要求在工作范围的任何高度降弓初期动作迅速，降弓终了动作缓慢，不易引起损伤的冲击；

8.受电弓滑板有足够长的使用寿命和自润滑性能，对接触导线不产生过份的

磨耗，且更换方便，紧固牢靠；

9.长期使用性能稳定；

10.制造、维修方便，成本低。

图2-1单臂受电弓结构图

表2-1受电弓的结构名称

1. 滑板机构：主要由滑板和支架组成

滑板的主体组成由铝板压制而成，在一定的强度下用铝可减轻其重量。滑板的直线长度为1200mm且两端处制成弯角形，这是为了防止在接触网分叉处接触网导线进入滑板底而造成刮弓事故。为使接触板磨耗均匀，接触网导线与轨距中心线成“之”字形布置。

滑板是通过支架装在上部框架上，支架由薄钢板制成，内装有小型圆柱螺旋弹簧，使整个滑板在机车运行时随接触网导线弛度的变化而作前后、上下的摆动，以改善受流状况。

2. 框架：整个框架由上部框架、下臂杆、平衡杆、推杆和底架组成。

底架是由槽钢和球墨铸铁的支架装配而成，并通过三个支持绝缘子安装在机车顶盖上。受电弓的受流运动部件都装在底架上。

下臂杆的转轴由无缝钢管构成，装在底架上。下臂杆通过中间铰链座与上框架和推杆相连，中间铰链座为铸铁件。

推杆由34mm×4mm无缝钢管构成。两端分别用正反扣螺扣与推杆铰链链接，这样可以方便地调整落弓位和最大升弓高度。

3. 气缸传动机构：整个传动机构由缓冲阀、传动风缸、连杆、滑环及升降弹簧组成。

2.2受电弓的工作原理

2.2.1升降弓原理

当动车组需启动受电弓时，首先由司机操纵升降弓手柄，通过控制系统发送升弓命令，当电控阀接收到电路信号后动作打开，压缩空气经由此阀进人气路控制阀板，通过打开气路控制阀板上的升弓阀，将压缩空气传输给气囊，气囊充气带动升弓装置，最终实现受电弓的升起。同时，还可调节升降弓节流阀和调压阀对受电弓的升降弓时间以及

静态接触压力进行调整，保证运行时状态稳定。

2.2.2 受电弓的自动降弓功能

由于动车组运行的速度较高，受电弓极易因异物打击或接触网状态不佳造成故障，甚至发生刮网事故。为此，受电弓集成了ADD自动降弓装置。当碳滑板磨耗过限时，碳滑板内部的气腔发生泄漏，连接在其上的压力开关检测到压缩空气值的变化，通过对压力值的比较，产生电信号，电信号通过网络系统的传输给主断路器，实现主断路器分闸的操作，同时，传输给电控阀，促使电控阀关断，停止压缩空气对升弓气路的供应。受电弓内部残留的压缩空气也经过快速降弓阀迅速排向大气，保证受电弓迅速降下，实现自动降弓的功能。