三軌受流器受流裝置在地鐵列車上的應(yīng)用

三軌受流器受流裝置在地鐵列車上的應(yīng)用

韓國hanwah-rotm集團(tuán)購買了14輛獨(dú)立供電系統(tǒng)（dc7.80v）和7輛雙供電系統(tǒng)（dc7.80v和ac25kv）。這些車輛在現(xiàn)有的2條隧道線路和通往國際機(jī)場的新聯(lián)絡(luò)線上使用。第三軌受流器是車輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間的敏感接口。在結(jié)構(gòu)上,除了對車輛電氣設(shè)備的電氣性能要求外,還應(yīng)關(guān)注鋼軌及接觸軌的位置和容許誤差以及受流裝置在轉(zhuǎn)向架上的裝配情況。此外,由于受流裝置直接安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上,因此,通過曲線時(shí)車輛的荷載和橫向擺動(dòng)也對受流器的滑行性能產(chǎn)生影響。為使車輛投入運(yùn)營時(shí)不致發(fā)生意外,生產(chǎn)新車受流裝置的Stemman公司決定把一個(gè)原形受流器安裝在現(xiàn)有的車輛上進(jìn)行試驗(yàn)。1斜度的模擬及分析在這些試驗(yàn)中,除了檢測其運(yùn)行穩(wěn)定性外,還需獲取車輛通過道岔和鋼軌接頭以及受流器滑過接觸軌縫隙時(shí)受流裝置的滑板、旋轉(zhuǎn)臂和基架所承受的機(jī)械荷載參數(shù),以及受流器滑過極端位置的接觸軌斜面情況。正常情況下,滑板滑過接觸軌縫隙時(shí)斜面比為1∶50,也可能超出一些。在最高速度為80km/h(22m/s)時(shí)滑板也能順利向下向上滑過。斜面終端的斜度變大(1∶6),并因此形成一個(gè)下滑的保護(hù)。對這種大斜度終端的沖擊情況,同樣也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行模擬。為了進(jìn)行這種研究,把原型受流器安裝在轉(zhuǎn)向架上,并保持這樣的位置:即使在最高速度時(shí),每個(gè)斜面均能保持在1∶6斜度范圍內(nèi)。將測量結(jié)果傳送到1臺(tái)有限元分析裝置中,以便審查構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過這些細(xì)致的研究工作,在車輛投入運(yùn)營之前發(fā)現(xiàn)受流器新結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié),并在開始生產(chǎn)之前改正。2帶折式主體區(qū)域第三軌受流器(SG100型)是氣動(dòng)受流器,它與接觸軌上部接觸。這種裝置直接安裝在車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上。受流器在司機(jī)室遙控氣動(dòng)升降,但在緊急情況下,也可以由一個(gè)絕緣手柄進(jìn)行人工操作。使用直接裝在滑板上面的橡膠支承可以減少來自接觸軌的沖擊,如短距離的表面不平順、進(jìn)出接觸軌斜面和斜面終端的極端狀態(tài)的接觸。此外,橡膠支承還經(jīng)常對滑板的相互交替位置進(jìn)行補(bǔ)償,使滑板磨耗量小且均勻。3dtk測試系統(tǒng)DTK公司研發(fā)了一種新的測試系統(tǒng),可以采集到受流器在接觸軌上滑行情況。在受電弓的設(shè)計(jì)中,借助有限元法計(jì)算,對使用新的DTK系統(tǒng)采集的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并給出提示。試驗(yàn)時(shí)在滑板和滑板托的規(guī)定部位安裝膨脹應(yīng)變片和加速度傳感器。根據(jù)有限元法模型,分析和決定測試探頭的準(zhǔn)確位置。直接在接觸軌上安裝測試接收裝置。由1臺(tái)分辨率為1/100mm的繩索牽引滑輪角位轉(zhuǎn)換裝置來測量滑板在接觸軌上的高度。所有測試值進(jìn)入控制器,它對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并通過光纖導(dǎo)線傳送到車內(nèi)。使用DTK軟件記錄測試時(shí),車輛運(yùn)行速度、地點(diǎn)和具有顯著特征的線路點(diǎn)可作為測試信號(hào)的補(bǔ)充。此外,用一臺(tái)錄像機(jī)拍攝滑板在接觸軌上滑行情況,并與計(jì)算機(jī)監(jiān)視器疊加記錄在錄像帶上。圖1表示用DTK測試技術(shù)和攝像設(shè)備對受流器進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)方案之一,它記錄受流器和接觸軌的相互作用。圖2是與計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上測試值圖示疊加的錄像圖像。圖中受流器處于即將滑上斜面的位置,在圖的左側(cè)可見到4根圖示軸線,每根軸線有2條顏色帶,表示2個(gè)傳感器各自的數(shù)值。在圖的右側(cè),上方分別表示滑板和接觸軌的高度,而下方表示運(yùn)行速度。在圖的下邊緣給出試驗(yàn)日期、時(shí)間、有顯著特征線路點(diǎn)的號(hào)碼、所運(yùn)行的路段、接觸軌相對于軌道的高度和運(yùn)行速度。能夠記錄的其他數(shù)值是:流過滑板的電流、電流方向、接觸軌相對于軌道的側(cè)向位置、受流器/接觸軌的接觸力、接觸質(zhì)量和接觸軌接觸面的質(zhì)量。DTK軟件提供許多調(diào)整和分析可能性,包括:(1)從圖中切割下某些段落;(2)行程軸線返回,供雙向行車的單線路段作比較之用;(3)使數(shù)據(jù)與實(shí)際行程長度相一致(在行程出現(xiàn)誤差時(shí));(4)尋找功能和整理分類;(5)延伸和縮短圖中軸線(為了更好地分析);(6)制表。4滑動(dòng)托的膨脹情況用DTK系統(tǒng)提供的可能性可以方便地查找故障原因。圖3顯示從數(shù)據(jù)庫下載的部分圖形。上方條狀圖形是運(yùn)行速度,第2個(gè)條狀圖形是接觸軌的高度位置,第3個(gè)條狀圖形是滑板在水平和垂直方向的加速度,第4個(gè)條狀圖形是滑板托在水平和垂直方向的加速度,第5個(gè)條狀圖形是滑板托2個(gè)測點(diǎn)的膨脹情況,下方的條狀圖形是其他2個(gè)測點(diǎn)的膨脹情況。圖下邊緣處表示兩個(gè)光標(biāo)位置的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)之間的差值。4.1斜截面下受流器滑上150在測試運(yùn)行中,對受流器進(jìn)行了調(diào)整:在一次運(yùn)行中滑板上滑到1∶50的斜面;而在另一次運(yùn)行中滑板則上滑到1∶6的斜面。圖4顯示上滑到1∶6的斜面。所有其他的軸線都被漸隱去?；寤性诮佑|軌上的高度曲線表示各種不同的斜面形式。在正常運(yùn)行速度下,第三軌受流器沖擊和上滑到斜面時(shí)承受強(qiáng)大的加速度。由于其慣性,因此,上滑到斜面時(shí),受流器仍保持其向上運(yùn)動(dòng)。于是在從1∶6到1∶50的斜面過渡和斜面終端時(shí)會(huì)造成滑板抬離接觸軌,而滑板和接觸軌之間的接觸力變小。與嚴(yán)重抬離有關(guān)的接觸中斷和這時(shí)產(chǎn)生的電弧會(huì)導(dǎo)致重大故障。這種抬離現(xiàn)象可通過選用適當(dāng)?shù)南鹉z彈簧件來降低或避免。圖6表示使用非常硬的橡膠彈簧的受流器從接觸軌上抬離而短時(shí)后又復(fù)位的情況。在斜面第一部分(抬離前),受流器滑板經(jīng)歷抬離。受流器在這里在510mm行程長度上平均向上運(yùn)動(dòng)27mm。在斜面的第二部分,在1913mm行程距離上受流器的高度變化為41mm。在從1∶50斜面到正常接觸軌的過渡或接觸軌連接處,滑板也會(huì)從接觸軌上抬離。圖7表示2次通過接觸軌縫隙,上面為慢速,下面為快速的測試運(yùn)行。在慢速運(yùn)行時(shí),在滑板上滑到接觸軌及其結(jié)束時(shí),加速力很小。在速度提高時(shí),加速力有了很大提高而且材料出現(xiàn)膨脹。在從斜面到正常接觸軌的過渡區(qū),在速度提高時(shí),滑板稍微從接觸軌上抬離,這種抬離通過合適的橡膠彈簧予以補(bǔ)償,橡膠連接件出現(xiàn)膨脹。同時(shí)主彈簧將受流器壓向接觸軌。由于橡膠彈簧而使滑板托產(chǎn)生彈力,同時(shí)滑板具有足夠良好的電氣接觸性能。因此,滑板和接觸軌之間出現(xiàn)的接觸壓力波動(dòng)很小。這樣降低了滑板和接觸軌的機(jī)械磨耗。此外,圖7的比較還表明,在開始滑向斜面時(shí),滑板朝著沖擊滑行,因此形成加速度,大都是垂直方向。在滑上斜面時(shí),形成相對運(yùn)行方向的加速度,而且有垂直方向的。但是相對運(yùn)行方向的力變得非常大。如果在運(yùn)行速度80km/h下把滑板滑上1∶50斜面(條狀圖形1、2)與滑上1∶6斜面(條狀圖形3、4)進(jìn)行比較時(shí)(圖7),會(huì)看到:在滑板滑上1∶6斜面時(shí)受流器出現(xiàn)大得很多的加速力和材料膨脹。這些力由橡膠彈簧件來承受。由1∶50斜面過渡到接觸軌時(shí),受流器擺動(dòng)到接觸軌的高度處。這樣就防止滑板從接觸軌抬離,因而也防止與此相關(guān)的接觸中斷及電弧形成。選用滑板和滑板托之間彈性連接的受流器形式可以使滑板在接觸軌上平穩(wěn)滑行。最大程度地避免接觸中斷及電弧形成。以這種方式采集了受流器滑過接觸軌連接處和接觸軌縫隙區(qū)時(shí)的加速力、材料膨脹和接觸軌的高度位置。借助于測試結(jié)果,設(shè)定了下列荷載情況,并用有限元法計(jì)算,求出受流器所需的穩(wěn)定性。這些荷載情況是:(1)與接觸軌接觸,在平順的接觸軌上滑行;(2)與接觸軌接觸,在不平的接觸軌上滑行;(3)沖擊滑上1∶50斜面;(4)沖擊滑上1∶6斜面;(5)滑上接觸軌縫隙的下沖擊點(diǎn);(6)越過道岔和交叉。4.2道岔對于荷載的討論在平順的接觸軌上滑行以及沖擊滑上1∶50斜面時(shí),受流器所承受的荷載是微小的。在越過道岔時(shí),產(chǎn)生的荷載大于正常沖擊滑上1∶50斜面的荷載。但是這些荷載相對于在不平接觸軌上滑行的荷載來說,則居于次要地位。在不平情況下測得的荷載達(dá)到?jīng)_擊滑上1∶6斜面時(shí)相同的數(shù)量級(jí)。因此,沖擊滑上1∶6斜面的接觸軌縫隙,對強(qiáng)度設(shè)計(jì)來說具有決定性的意義。5圖形結(jié)合荷載方面的改進(jìn)建議為了進(jìn)行有限元分析,利用了“nastranforWindoais”程序,用殼形件來模仿受流器。在這種做法中出現(xiàn)各種不同型式超應(yīng)力元件之間的過渡區(qū),對此,必須進(jìn)行單獨(dú)觀察。沒有充分的玻璃增強(qiáng)塑料材料和橡膠緩沖器生產(chǎn)廠家的有關(guān)數(shù)據(jù)是一個(gè)難點(diǎn)。因此,必須做出在實(shí)際受流器上經(jīng)受檢驗(yàn)的設(shè)想。比較應(yīng)力曲線圖形結(jié)合荷載方面的知識(shí),非常清楚地為設(shè)計(jì)者指明在什么地方和怎樣進(jìn)行改進(jìn)。圖8表示受流器滑到下緩沖區(qū)時(shí)比較應(yīng)力變化過程曲線?？梢郧宄吹?因滑板重量而造成滑板梁在絕緣子凸緣前所承受的彎曲荷載。由于力的對稱分布,因此旋轉(zhuǎn)臂承受輕微的荷載。在受流器沖擊滑上接觸軌時(shí)(圖9)荷載圖發(fā)生變化,這時(shí)旋轉(zhuǎn)臂扭曲。這在剛性過渡區(qū)應(yīng)力增大時(shí)可以看到。在受流器滑過不平的接觸軌時(shí)(圖10)所承受的荷載與上述情況相似。在這種情況下,所承受的荷載達(dá)到與受流器滑上大坡度斜面時(shí)相同的數(shù)量級(jí)。如果這些不平順能夠通過更好的檢查和養(yǎng)護(hù)予以減少,那么就能提高受流器及其磨耗件的使用壽命。受流器的重量也可以降低。6受流器試驗(yàn)結(jié)果的討論和描述新型車輛的匹配在現(xiàn)有線路上仍潛伏著風(fēng)險(xiǎn)。雖然一些有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定了鐵路車輛組裝部件的機(jī)械荷載,但是構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常困難的。在這里,“問題區(qū)”就是組裝部位本身,在鐵路車輛上轉(zhuǎn)向架是承受機(jī)械荷載最大的部件。根據(jù)軌道狀態(tài),橫向加速度達(dá)到50g及其以上是很平常的。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和審查時(shí),有價(jià)值的幫助是獲取現(xiàn)場試驗(yàn)的實(shí)際數(shù)據(jù)。為了得到受流器臨界部位的可靠數(shù)據(jù),直接從電流通過的滑板獲得測試數(shù)據(jù)是必要的。DTK測試方法必須滿足這樣的要求:在AC750V時(shí),測試電子設(shè)備必須去耦。通過把所有測試數(shù)據(jù)匯集在一臺(tái)監(jiān)視器中做到這一點(diǎn),監(jiān)視器同樣處于750V電位。在那里數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào),并通過光纖導(dǎo)體傳送到車輛電子分析裝置中。事先共同確定原型受流器測點(diǎn)后,把采集的測試結(jié)果傳輸?shù)绞芰髌髂Ｐ椭?并借助比較荷載變化過程曲線,對受流器各個(gè)部件的荷載進(jìn)行了研究。從上述計(jì)算中產(chǎn)生光學(xué)圖,圖中受流器的“問題區(qū)”清晰可見并被指明怎樣通過更有利的結(jié)構(gòu)或改變尺寸進(jìn)行部件優(yōu)化。在研究工作中令人關(guān)注的是:除了“沖擊滑上1∶6斜面”的極端荷載情況外,斜面上滑行過程、不平接觸軌上滑行過程和跨越道岔(滑板與接觸軌不接觸)也使受流器承受強(qiáng)大的機(jī)械荷載。Stemmann公司根據(jù)所進(jìn)行的研究和測試工作,在產(chǎn)品投產(chǎn)前,還能夠?qū)椥允芰髌飨到y(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,這樣就把部件的損壞或功能損失的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。DTK軟件提供各種可能性:以任意方式用圖形表示數(shù)據(jù)。軸線可以延伸和縮短,圖形可以漸強(qiáng)或漸隱等。在圖3中,“選項(xiàng)”窗口已打開,它給出可能的子菜單。從圖3中可以看到,滑過接觸軌斜面時(shí)力作用于滑板(條狀圖形2、3、4和6)并通過在受流器上使用的橡膠件使滑板托的加速度得到衰減(條狀圖形5)。在試驗(yàn)運(yùn)行中,受流器安裝各種不同的硬質(zhì)橡膠件。此外,滑板上滑到斜面的點(diǎn)發(fā)生變化。第一個(gè)光標(biāo)處在行程位置,在這里滑板上滑到斜面。第2個(gè)光標(biāo)處在從1∶6斜面到1∶50斜面的過渡。過渡點(diǎn)前25.5cm處滑板進(jìn)入斜面。在這次測試運(yùn)行中,運(yùn)行速度非常低。因此,滑板在接觸軌上似乎達(dá)到無沖擊滑行。在上滑到斜面上滑點(diǎn)時(shí)