CRH3型動車組受電弓故障分析及改進措施方案

..../西南交通大學期末大作業(yè)機車檢測與故障診斷題目：CRH3型動車組受電弓故障分析與改進措施班級：：學號：成績：2016年6月....CRH3型動車組受電弓故障分析與改進措施摘要：針對CRH3型動車組受電弓軟連線、支持絕緣子磨損斷裂較為嚴重問題，結合受電弓結構特點和CRH3型動車組運行實際情況進行分析，提出了相應的改進措施和建議，以確保動車組正常運用安全。關鍵詞：CRH3型動車組；受電弓軟連線；支持絕緣子；故障；改進措施Abstract：inviewofthepantographsoftconnectiontypeCRH3emu,supportinsulatorandwearfractureisrelativelyseriousproblem,combiningwiththecharacteristicsofthepantographstructuretypeandCRH3emuoperationactualsituationanalysis,proposedthecorrespondingimprovementmeasuresandSuggestions,toensurethesafetyofemuoperation.Keywords：TypeCRH3emu;Pantographsoftconnection;Supportinsulator;Fault;Improvementmeasures1.引言受電弓是動車組極其重要的電器部件，用來把接觸網(wǎng)25kV的電能傳導給車高壓設備。350km/h的CRH3型動車組采用SS400型受電弓。自從2008年7月1日試運行以來，截至10月30日，京津城際客運專線運行的6列CRH3型動車組平均累積走行公里為12萬km。由于受電弓具有較好的氣動力模型和氣流調整裝置，能有效改善受電弓的氣動力穩(wěn)定性，保證弓頭位置穩(wěn)定，整體性能基本適應動車組運行需要。但受電弓各軟連線、支持絕緣子磨損斷裂較為嚴重（軟連線、絕緣子新品使用時間分別僅為6天與18天），不僅造成工作量和材料成本的增加，而且還容易造成受電弓各軸承的電蝕和絕緣距離的降低，影響受電弓的正常性能的發(fā)揮。在這期間已更換受電弓24根軟連線、32個支持絕緣子，換修率明顯高于其他電器部件[1]。受電弓的發(fā)展和構造在中國科技高速發(fā)展的今天，動車具有清潔環(huán)保、高效節(jié)能等優(yōu)點，在鐵路運輸中發(fā)展迅速，是今后鐵路交通發(fā)展的一個重要方向。正是因為它的大力發(fā)展，也突顯了受電弓的故障問題。動車組安全運行的關鍵部件就是受電弓，它是動車組從接觸網(wǎng)上傳遞能源并獲取能源的裝置。受電弓安裝在動車的頂部，受電弓在使用的時候會上升，與接觸網(wǎng)接觸，將接觸網(wǎng)上獲取電流，然后將電流從動車的頂部向動車的底部傳送，使動車可以正常的運轉。在動車停止時，受電弓不會升起而是貼在動車的頂部。受電弓是動車組與電流之間銜接橋梁，受電弓的好壞會影響動車組在運行過程中的安全問題，現(xiàn)在普遍在對動車進行提速，對于受電弓的性能也提出了比較高的要求，對于受電弓容易出現(xiàn)故障的原因，做出相關處理的措施，對受電弓定期的檢測和故障處理，讓動車組能夠安全的運行。3.受電弓故障原因首先是接觸網(wǎng)與受電弓的不匹配產生的問題。對于接觸網(wǎng)的標準懸掛就是使懸掛的接觸網(wǎng)彈性均勻。但是這個似乎很難做到，因為接觸網(wǎng)的懸掛受到外部環(huán)境的影響，所以每一段的彈性都是存在差異的，有些地方安裝了過重的裝置，就會導致高速運行的動車組的受電弓劇烈波動，就會損壞受電弓。這種現(xiàn)象下的征狀就是硬點，在現(xiàn)有的接觸網(wǎng)條件下，動車組的速度越快硬點征狀就越是突出。這并不是一個很好的現(xiàn)象，接觸網(wǎng)的劇烈波動會導致它磨損程度的加劇，也對受電弓產生撞擊性損害。其次是動車組在高速運行中空氣的摩擦力對于受電弓的影響。在動車組保持運動過程中，空氣的阻力會對高速運動的列車產生影響，對于動車頂端的受電弓也會產生一定程度的影響。在動車運行中，受電弓需要上升與接觸網(wǎng)接觸，產生振動，而在這一過程中，空氣的流動在加速，使受電弓受到空氣阻力摩擦的作用，會對動車頂部的受電弓產生較大的影響。第三是受電弓與動車頂端不當，動車在高速運行過程中受電弓在頻繁工作，如果受電弓不當造成的斷股，就會造成部位的磨損，影響受電弓的使用壽命?，F(xiàn)在受電弓的軟連線形狀多以扁平形結構，在空氣阻力和面積相同的情況下，這部分受到的壓力是比較大的，受電弓軟連線截面形狀不當造成的軟連線容易斷股。這就會造成很多危險，比如局部電流增大，軟連線的部分溫度過高，這樣增大了部分的電阻，軟連線容易發(fā)生熱脆，使受電弓發(fā)生故障?？傮w來說受電弓故障的主要原因有：接觸網(wǎng)與受電弓的不匹配產生的問題，空氣的摩擦力對于受電弓的影響，受電弓與動車頂端不當，碳滑條磨損嚴重，網(wǎng)線故障，受電弓碳滑條龜，裂檢修工藝不太完善，檢修人員專業(yè)技能不熟練。動車組在運行過程中受到不可抗力的影響，使受電弓不能正常運行，出現(xiàn)故障。4.原因分析4.1接觸網(wǎng)硬點與弓網(wǎng)匹配產生的交變剪切應力接觸網(wǎng)接觸懸掛的一個重要指標就是彈性均勻，由于接觸懸掛本身存在彈性差異，如果在接觸懸掛或接觸線的某些部位有附加重量、偏斜的線夾和安裝不良的分相分段器，在電動車組高速運行情況下，受電弓就可能出現(xiàn)不正常波動或擺動，甚至出現(xiàn)撞弓、碰弓現(xiàn)象。形成這種現(xiàn)象的本征狀態(tài)稱為硬點。硬點是一種結構的本征缺欠，并且是相對的，在已定的接觸網(wǎng)結構以下車速度越高硬點表現(xiàn)越明顯。硬點是一種有害的物理現(xiàn)象，它會加快接觸導線和受電弓滑板的異常磨耗和撞擊性損害，撞擊力還會向受電弓其他部件傳遞。運行中為保證牽引電流的順利流通，受電弓和接觸線之間必須有一定的接觸壓力[SS400型受電弓接觸壓力為（80±10）N]，接觸導線在受電弓抬升作用下會產生不同程度的上升，從而使受電弓在運行中產生上下振動，使受電弓產生一個與其本身歸算質量相關的上下交變的動態(tài)接觸壓力。該接觸壓力和硬點產生的撞擊力會使受電弓的上、下臂與下臂、底架之間產生持續(xù)不斷的相對轉動，使臂桿之間與上臂桿與弓頭之間的軟連線不停地伸縮或扭動，交變剪切應力的作用導致軟連線過早斷裂[2]。4.2動車組空氣動力對受電弓部件的影響動車組運行中，周圍空氣的動力作用一方面對列車和列車運行性能產生影響，同時對車頂受電弓的運行也產生一定的影響。受電弓作為一個彈性機構，通過自身結構保持與接觸網(wǎng)導線的接觸壓力，在運行過程中，受到運行動態(tài)力的影響，使其在運行中的振動變得非常復雜。除此，受電弓在運行中還受到空氣流作用產生的一個隨速度增加而迅速增加的氣動力。從風洞試驗結果來看，動車組表面壓力在頭車車身、拖車和尾車車身區(qū)域為低負壓區(qū)。在有側向風作用下，動車組表面壓力分布發(fā)生很大變化，當列車在曲線上運行又遇到強側風時，尤其對車頂部件表面壓力的影響最大。4.3動車組會車時對受電弓部件表面壓力的影響在一列車與另一靜止不動的動車組會車以與2列等速或不等速相對運行的動車組會車時，將在靜止動車組和2列相對運行動車組一側的側墻上引起壓力波（壓力脈沖）。這是由于相對運動的動車組車頭對空氣的擠壓，在與之交會的另一動車組側壁上掠過，使動車組間側壁上的空氣壓力產生很大的波動。試驗和計算說明，動車組會車壓力波幅值大小與速度有關，隨著會車速度的大幅度提高，會車壓力波的強度將急劇增大。由試驗可知，當頭部長細比γ為2.5，2列車以等速相對運行會車時，速度由250km/h提高到350km/h，壓力波幅值由1015Pa增至1950Pa，增大近1倍。4.4受電弓軟連線截面形狀不當造成的斷股軟連線由很多細導線編織而成，由于動車組在運行中其動作次數(shù)比較頻繁，如果軟連線的截面形狀和連接方式不當，就會造成軟連線逐漸折損。目前，軟連線截面形狀為扁平矩形結構，在相同的截面面積和空氣動力的情況下，該截面結構軟連線所受的壓力值較高，而從材料力學角度分析，該結構的抗彎曲和剪切許用應力值又較小，其邊緣部位又存在一定的應力集中，造成軟連線容易斷股。軟連線斷股后，由于單位面積電流的增大，導致軟連線與連接座的溫度升高，從而使接觸電阻增大，造成惡性循環(huán)，致使軟連線熱脆性增強。4.5受電弓支持絕緣子硅橡膠傘裙為柔性材料受電弓支持絕緣子是由有機合成材料組成的復合結構絕緣子，主要由芯棒、金具、傘裙護套和粘接層組成。硅橡膠傘裙護套是合成絕緣子的外絕緣部分，其作用是使絕緣子具有足夠高的抗?jié)耖W和污閃性能，保護芯棒免受大氣侵蝕。金具是合成絕緣子的機械負荷的傳遞部件，它和芯棒組裝在一起構成絕緣子的連接件，傘裙護套與芯棒之間用粘接膠進行粘接。由于硅橡膠絕緣子的傘裙是柔性材料，動車組在高速運行時，絕緣子背風面?zhèn)闳乖诳諝饬髯饔孟庐a生較高的負壓，在交會列車與速度變化時絕緣子周圍空氣動力長期作用，易出現(xiàn)交變舞動和振動變形，最終造成傘裙與護套連接處逐漸裂損[3]。5.改進措施建議5.1加強接觸網(wǎng)檢測減少硬點數(shù)量CRH3動車組在京津城際客運專線投入正式運行，其對動車組受電弓和接觸網(wǎng)的關系要很高的。良好的受流條件是動車組的有關設備正常運行的前提，也是接觸網(wǎng)壽命延長的關鍵。對于高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)，硬點的檢測是十分重要的。加強接觸網(wǎng)檢測和調整、完善，減少硬點數(shù)量，能大大降低交變的動態(tài)接觸壓力的變化圍，減小受電弓所受的沖擊和振動。5.2改變受電弓軟連線截面形狀將軟連線截面形狀由平矩形結構改為圓形，圓柱形表面的迎風處正對來流方向為正壓區(qū)，沿曲面向兩側，正壓逐漸減小變?yōu)樨搲骸Ｔ谙嗤慕孛婷娣e和空氣動力的情況下，該截面結構軟連線所受的平均壓力值較低，另外，該結構的抗彎曲和剪切許用應力值又較高，軟連線不易斷股。5.3改善受電弓支持絕緣子機械性能絕緣子傘裙與護套連接處裂損，可大大降低絕緣子的爬電距離，在連續(xù)雨、霧等潮濕條件的天氣情況下極易發(fā)生放電閃絡。因此，改善并保證其機械性能尤其是撕裂強度的穩(wěn)定性是保證支持絕緣子外絕緣傘套良好的抗漏電起痕和蝕損性能、增水性與抗老化性的關鍵。有關廠家應合理選擇配方，在確保硅橡膠耐紫外線性能和熱穩(wěn)定性的前提下，加強對原材料質量的檢驗和對添加劑、補強劑使用質量的分析監(jiān)控。通過比較和近3個月的運用說明，CRH3型動車組車頂高壓跨接電纜目前采用的硅橡膠支持絕緣子傘裙機械強度優(yōu)于受電弓支持絕緣子，能適應350km/h速度等級要求。CRH3型動車組受電弓支持絕緣子已更換為此類絕緣子。6.如何避免受電弓故障頻發(fā)受電弓是動車組安全運行的關鍵部件，是溝通動車組與接觸網(wǎng)的橋梁，是動車組從接觸網(wǎng)上獲取能源并傳遞能源的唯一部件。因此，在動車組運行途中受電弓產生故障，我們應該與時妥當處理，保證動車組安全運行。所以要檢查電弓運行中的磨損情況，堅固碳條安裝，完整電頭集，檢查受電弓是否有變形等癥狀。檢查軸承和受電弓的處是否保能夠靈活升降。檢查底架橡膠應水平安裝防止它變形。檢查升弓裝置有無問題，能否靈活升降。檢查連接線各處是否破損，的部分是否緊密，是否有接觸不良的問題。保持升弓狀態(tài)，聽升弓狀態(tài)的聲音，可以檢測出受電弓氣閥板是否有故障，電弓氣閥板需要牢固安裝，防止漏氣，其次是要看氣壓是否在正常圍。對受電弓經常發(fā)生故障的地方進行接觸網(wǎng)的檢查，將故障反應到相關維修部門，對此地方進行檢修。由專業(yè)技術人員對檢修人員進行培訓，對受電弓的工作原理、易發(fā)生的故障、如何解決受電弓的突發(fā)故障進行系統(tǒng)的培訓。使檢修人員、掌握新技能，方便解決受電弓出現(xiàn)的故障。了解運行路段狀態(tài)，填寫信息反饋表。對受電弓經常發(fā)生故障的地方進行接觸網(wǎng)的檢查，將故障反應到相關維修部門，對此地方進行檢修。并將修復后的結果告知動車組。7.結論自2008年8月，通過對京津客運專線的6列CRH3型動車組的受電弓軟連線和支持絕緣子進行改進，從試驗和運行情況看，有效地防止了軟連線斷股、傘裙撕裂故障的發(fā)生[4]。另外，針對CRH3型動車組車頂絕緣子數(shù)量比較多，安裝結構特殊，運行