DAS 350 SEK 型受电弓

  在第一代 DSA 350 S 型高速受电弓开发后及其批量用于 ICE1 以后也就获知,用这种受电弓难以满足德国铁路股份公司技术任务书中对最高速度 280 km/h 的重联牵引,也就是说在 2 台动车间距约为 300 m时提出的要求。此外有:

  (1)在整个速度范围内受电弓和接触导线之间的平均接触压力,车组前面动车的不得超过 120 N;后面动车的不得超过 140 N。

  (2)衡量动态力的标准接触压力偏差只能是 20%,即 24 N 和 28 N 。

  (3)最大接触压力不得超过 200 N,最小不得低于 40 N。超过 200 N时接触导线的台高值会超过德国规定的 100 mm允许值;低于 40 N时滑板会离开接触导线,产生不希望的电弧。

  在最高速度至 250 km/h 的重联牵引中使用DAS 350 S 型能遵守相应的接触压力和接触导线抬高标准偏差规定值。

  德国铁路股份公司提出,用 ICE1 和 1996 年秋用 ICE2 按运行图以最高速度 280 km/h 运行时必须遵守技术任务书中规定的参数,所以有必要优化现有的 DSA 350 S 型受电弓,使之在运行中有更好的动力学性能。优化时除应保留现有 DSA 350 S型受电弓的结构特点外,还应与新设计相一致。

  主要是在两方面修改原有设置,一是修改连接传动装置的尺寸,以优化运动学特性。二是优化动力学特性,特别是优化弓架动力学特性,因此弓架是影响受电弓振动和走行特性的关键部件。

  在试验减轻 DSA 350 S 型受电弓弓架总质量时可行的有效技术措施与德国铁路股份公司提出的经济型要求是一致的。第一步是减轻与接触导线直线接触中的非弹性质量,也就是说,减轻弓架弹簧装置以上的非弹性质量。具体说是指滑板本身、其连接件、一道振动的弹性部件和电流的连接部件。运行中出现很高的单幅值较小的激振频率时,它们会影响接触特性。典型的激振频率在 4 Hz ~20Hz 和幅值 10 mm~1mm 范围内,在这个范围内,上面所提到的部件振动与受电弓其他的框架退藕。利用很柔软的、阻尼小的、有渐进特性的弹簧装置来实现这种振动退藕。

  在设计弓架弹簧装置时由于考虑到一下几方面而作了折中处理:

  (1)滑板的经济性,要求每块滑板的最小走行公里数达到10万 km,磨损率和质量适中;

  (2)与接触导线直接相接触的各部件强度;

  (3)由冲击、列队飞翔鸟群、风力、接触网接头部位(如接线端子处、锚固处、线岔处)引起的负荷;

  (4)耐电弧,特别是结霜时的热强度,这要求滑板托架有一定的壁厚和使用耐热材料;

  (5)运行中确保电流可靠传输(与机车参数和电流制密切相关)。

  在德国铁路网上减轻弓架质量的另一个限制是,ICE 用的受电弓必须既能在新线又能在旧线的接触网下运行。在旧线上接触导线的侧向往复偏移(之字形偏移)较大,要求这种通用受电弓的弓架宽带为 1 950 mm,而只用于新线接触网的受电弓弓架宽带 1 600 mm,这就使得受电弓质量加重。

  符合 UIC608 的第 3 半规定断面尺寸的弓架是按欧洲过境高速运输设计的。

  开发新型高速受电弓的任务是,在优化弓架质量时必须有较宽的极限范围,弓架总结构和至今的一样采用编织丝结构。具体细节介绍如下。

  弓架弹簧装置以下是所谓“弹性质量”。这个部分直接与受电弓上臂杆有关,作用在最高点上,也就是作用在框架的顶管上。弓架这部分包括弓架弹簧装置的非振动部分,弹簧装置的值档、电流连接部分和弓角。这些弓架部分的相对振动频率是 0.5 Hz~1.5Hz,相应的振动幅值是 5 mm ~ 20 mm。

  减轻“弹性质量”似乎特别有效,因为这部分的质量减轻意味着其杠杆臂很长的框架激振小。

  所有的激振频率和相应较大的垂直振幅主要是重联牵引(双弓)运行时出现的问题,也就是说后面运行的受电弓是前面运行受电弓激振的接触导线下运行。

  在修改现有高速受电弓结构时的另一重点是改善动力学特性。

  在风压力试验下DAS 350 S 型受电弓性能时表明,受电弓框架阻力相对横向力(风压力)的垂向分量(端顶阻力)与受电弓当时的工作高度有着很大的关系。就是说在接触导线最大高度位置时受电弓上扬力变化很大,这与振动方向有关。要使 DSA 350 S 型受电弓在旧线和新线接触网下安全运行,就必须开发一种可以随上臂杆和弓架之间角度变化的导风板。

  DAS 350 SEK 型受电弓通过改变连杆距离和连杆角度,能使上面所说的端顶阻力稳定。此外,一个符合愿望的结果是,DSA 350 SEK 型受电弓不用活动的导风板,受电弓的空气动力学性能适合于各种不同的机车动车,环流情况也不复杂,用较少费用就可做到。

  ICE1 的受电弓采用上述措施后能满足技术任务书中对极限参数的要求,保证安全运行,以及在实行 1995 年 至 1996 年冬季运行时刻表用 280 km/h 的最高速度运行。

基本技术参数

  在 DSA 350 S 型受电弓基础上改进的 DSA 350 SEK 型受电弓主要有两个特点与以往的受电弓不同。型号中的“S”表示批量生产结构,是借用以往类型标号,“E”表示弹性弓架,“K”表示优化了受电弓的运动学特性。

DSA 350 SEK 型受电弓主要技术参数
设计速度/km/h-1 350
标准受流能力/KV·A-1 25/1 000
CF 接触导线的压力/N 50~140(静态可调)
用导风板可调空气动力学和增大大力转动 高压风驱动
高压风压力/bar 4~10
在70 N接触压力时的额定风压/bar 3.4
滑板 铝滑板托架、硬碳滑板
在 Re 250 接触网下和 V = 250km/h时的走行公里/km 10万
弓架弹性绕度/mm 60
质量(标准的)/kg 106
底架材料 不锈钢
其他部件材料 铝合金

  弓架是受电弓的主要部件,不同之处除了总质量减轻 30%外,主要是弓架弹簧装置的选择和布置有所不同。

  滑板下面用斜置的拉力弹簧代替大家所熟悉的垂向作用的螺旋弹簧。链接2个碳滑板的框架通过这些斜置的弹簧元件悬挂在受电弓顶管上。由于弹簧是斜置的,所以弓架能不断自动绕顶管中心。运动方向的横向定中心用附加横向弹簧。

  弓架这样悬挂的主要优点是弓架在各个面都有弹性,2个碳滑板平滑地压在接触导线上。在观察换下来的已达磨损极限的滑板时,可看出走行质量有显著改善。滑板磨耗面非常光滑,在整个横向往复偏移范围内有均匀的磨耗,没有耽搁弹簧支撑滑板运行中出现的屋顶形磨耗。滑板的走行公里数提高,在 ICE 运行中每个滑板的走行公里数达 12 万km ~ 14 万 km,这无疑也应该归功所用碳材料的质量和碳材料制造厂所达到的质量。

自动降弓装置

  DSA 350 SEK 型受电弓安装了自动降弓装置(AS)。气动降弓装置在滑块发生断裂时能自动降弓,避免接触导线和受电弓出现后继损坏。为此在滑块的碳板中有一条管道,由受电弓传动气缸供给给高压风,当高压风因滑块损坏而泄漏时,受电弓传动风缸经高速降弓阀排风,在<1s 时间内可完全降下受电弓。

  为阻止碳滑板出现不危及运行安全的发状裂纹时和很小漏气时的降弓,规定了自动降弓装置的动作值(动作灵敏度)。

  在气动监控回路中还可以安装其他部件(如弓角)以及功能元件,例如高度截至阀,当受电弓驶入无接触导线区段时利用自动降弓装置降弓。这种高度截止阀没有用于德国铁路上,而在欧洲其他高速路网上采用。

  自动降弓装置动作后,首先动车的主断路通过压力开关的信号立即断开,这样就避免了降弓时电弧损坏接触导线和受电弓。刺猬受电弓的电磁阀得到“受电弓降低”信号,快速电磁阀将这个信号继续传给接触导线相接触的第 2 台受电弓(在动车组时),使第 2 台受电弓在进入可能有危险的地段之前降弓。


参考文献

  [1].J·Jager 等(德),王渤洪(译)DSA 350 SEK型高速受电弓[J].电力牵引快报,1998(3):21-26