CRH3型動(dòng)車組受電弓故障分析及改進(jìn)措施

1、西 南 交 通 大 學(xué)期末大作業(yè)機(jī)車檢測(cè)與故障診斷 題目：CRH3型動(dòng)車組受電弓 故障分析及改進(jìn)措施 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 成績： 2016年6月西南交通大學(xué)期末大作業(yè)CRH3型動(dòng)車組受電弓故障分析及改進(jìn)措施摘 要：針對(duì) CRH3 型動(dòng)車組受電弓軟連線、支持絕緣子磨損斷裂較為嚴(yán)重問題，結(jié)合受電弓結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和 CRH3 型動(dòng)車組運(yùn)行實(shí)際情況進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施和建議，以確保動(dòng)車組正常運(yùn)用安全。關(guān)鍵詞：CRH3 型動(dòng)車組；受電弓軟連線；支持絕緣子；故障；改進(jìn)措施Abstract：in view of the pantograph soft connection type CRH3 emu

2、, support insulator and wear fracture is relatively serious problem, combining with the characteristics of the pantograph structure type and CRH3 emu operation actual situation analysis, proposed the corresponding improvement measures and Suggestions, to ensure the safety of emu operation.Keywords：T

3、ype CRH3 emu; Pantograph soft connection; Support insulator; Fault; Improvement measures1.引言 受電弓是動(dòng)車組極其重要的電器部件，用來把接觸網(wǎng)2 5 k V的電能傳導(dǎo)給車內(nèi)高壓設(shè)備。3 5 0 k m / h的CRH3型動(dòng)車組采用SS400型受電弓。自從2008 年7 月1日試運(yùn)行以來，截至10月30日，京津城際客運(yùn)專線運(yùn)行的6 列CRH3 型動(dòng)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(dòng)力模型和氣流調(diào)整裝置，能有效改善受電弓的氣動(dòng)力穩(wěn)定性，保證弓頭位置穩(wěn)定，整體性能基本適應(yīng)動(dòng)車組運(yùn)行需

4、要。但受電弓各軟連線、支持絕緣子磨損斷裂較為嚴(yán)重（軟連線、絕緣子新品使用時(shí)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(gè)支持絕緣子，換修率明顯高于其他電器部件【1】。2. 受電弓的發(fā)展和構(gòu)造 在中國科技高速發(fā)展的今天，動(dòng)車具有清潔環(huán)保、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在鐵路運(yùn)輸中發(fā)展迅速，是今后鐵路交通發(fā)展的一個(gè)重要方向。正是因?yàn)樗拇罅Πl(fā)展，也突顯了受電弓的故障問題。 動(dòng)車組安全運(yùn)行的關(guān)鍵部件就是受電弓，它是動(dòng)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(dòng)車的頂

5、部，受電弓在使用的時(shí)候會(huì)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(dòng)車的頂部向動(dòng)車的底部傳送，使動(dòng)車可以正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。在動(dòng)車停止時(shí)，受電弓不會(huì)升起而是貼在動(dòng)車的頂部。 受電弓是動(dòng)車組與電流之間銜接橋梁，受電弓的好壞會(huì)影響動(dòng)車組在運(yùn)行過程中的安全問題，現(xiàn)在普遍在對(duì)動(dòng)車進(jìn)行提速，對(duì)于受電弓的性能也提出了比較高的要求，對(duì)于受電弓容易出現(xiàn)故障的原因，做出相關(guān)處理的措施，對(duì)受電弓定期的檢測(cè)和故障處理，讓動(dòng)車組能夠安全的運(yùn)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(chǎn)生的問題。對(duì)于接觸網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)懸掛就是使懸掛的接觸網(wǎng)彈性均勻。但是這個(gè)似乎很難做到，因?yàn)榻佑|網(wǎng)的懸掛受到外部環(huán)境的影響，所以每一

6、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(huì)導(dǎo)致高速運(yùn)行的動(dòng)車組的受電弓劇烈波動(dòng)，就會(huì)損壞受電弓。這種現(xiàn)象下的征狀就是硬點(diǎn)，在現(xiàn)有的接觸網(wǎng)條件下，動(dòng)車組的速度越快硬點(diǎn)征狀就越是突出。這并不是一個(gè)很好的現(xiàn)象，接觸網(wǎng)的劇烈波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致它磨損程度的加劇，也對(duì)受電弓產(chǎn)生撞擊性損害。 其次是動(dòng)車組在高速運(yùn)行中空氣的摩擦力對(duì)于受電弓的影響。在動(dòng)車組保持運(yùn)動(dòng)過程中，空氣的阻力會(huì)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的列車產(chǎn)生影響，對(duì)于動(dòng)車頂端的受電弓也會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。在動(dòng)車運(yùn)行中，受電弓需要上升與接觸網(wǎng)接觸，產(chǎn)生振動(dòng)，而在這一過程中，空氣的流動(dòng)在加速，使受電弓受到空氣阻力摩擦的作用，會(huì)對(duì)動(dòng)車頂部的受電弓產(chǎn)生較大的影響。

7、第三是受電弓與動(dòng)車頂端鏈接不當(dāng)，動(dòng)車在高速運(yùn)行過程中受電弓在頻繁工作，如果受電弓鏈接不當(dāng)造成的斷股，就會(huì)造成鏈接部位的磨損，影響受電弓的使用壽命。現(xiàn)在受電弓的軟連線形狀多以扁平形結(jié)構(gòu)，在空氣阻力和鏈接面積相同的情況下，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(dāng)造成的軟連線容易斷股。這就會(huì)造成很多危險(xiǎn)，比如局部電流增大，軟連線鏈接的部分溫度過高，這樣增大了鏈接部分的電阻，軟連線容易發(fā)生熱脆，使受電弓發(fā)生故障。 總體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(chǎn)生的問題，空氣的摩擦力對(duì)于受電弓的影響，受電弓與動(dòng)車頂端鏈接不當(dāng)，碳滑條磨損嚴(yán)重，網(wǎng)線故障，受電弓碳滑條龜，裂檢修工藝不太

8、完善，檢修人員專業(yè)技能不熟練。動(dòng)車組在運(yùn)行過程中受到不可抗力的影響，使受電弓不能正常運(yùn)行，出現(xiàn)故障。4.原因分析4.1接觸網(wǎng)硬點(diǎn)及弓網(wǎng)匹配產(chǎn)生的交變剪切應(yīng)力 接觸網(wǎng)接觸懸掛的一個(gè)重要指標(biāo)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(dòng)車組高速運(yùn)行情況下，受電弓就可能出現(xiàn)不正常波動(dòng)或擺動(dòng)，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(diǎn)。硬點(diǎn)是一種結(jié)構(gòu)的本征缺欠，并且是相對(duì)的，在已定的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)下列車速度越高硬點(diǎn)表現(xiàn)越明顯。硬點(diǎn)是一種有害的物理現(xiàn)象，它會(huì)加快接觸導(dǎo)線和受電弓滑板的異常磨耗和撞擊性損害，撞擊力還會(huì)

9、向受電弓其他部件傳遞。 運(yùn)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(dǎo)線在受電弓抬升作用下會(huì)產(chǎn)生不同程度的上升，從而使受電弓在運(yùn)行中產(chǎn)生上下振動(dòng)，使受電弓產(chǎn)生一個(gè)與其本身歸算質(zhì)量相關(guān)的上下交變的動(dòng)態(tài)接觸壓力。該接觸壓力和硬點(diǎn)產(chǎn)生的撞擊力會(huì)使受電弓的上、下臂及下臂、底架之間產(chǎn)生持續(xù)不斷的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使臂桿之間及上臂桿與弓頭之間的軟連線不停地伸縮或扭動(dòng)，交變剪切應(yīng)力的作用導(dǎo)致軟連線過早斷裂【2】。4.2動(dòng)車組空氣動(dòng)力對(duì)受電弓部件的影響 動(dòng)車組運(yùn)行中，周圍空氣的動(dòng)力作用一方面對(duì)列車和列車運(yùn)行性能產(chǎn)生影響，同時(shí)對(duì)車頂

10、受電弓的運(yùn)行也產(chǎn)生一定的影響。受電弓作為一個(gè)彈性機(jī)構(gòu)，通過自身結(jié)構(gòu)保持與接觸網(wǎng)導(dǎo)線的接觸壓力，在運(yùn)行過程中，受到運(yùn)行動(dòng)態(tài)力的影響，使其在運(yùn)行中的振動(dòng)變得非常復(fù)雜。除此，受電弓在運(yùn)行中還受到空氣流作用產(chǎn)生的一個(gè)隨速度增加而迅速增加的氣動(dòng)力。從風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果來看，動(dòng)車組表面壓力在頭車車身、拖車和尾車車身區(qū)域?yàn)榈拓?fù)壓區(qū)。在有側(cè)向風(fēng)作用下，動(dòng)車組表面壓力分布發(fā)生很大變化，當(dāng)列車在曲線上運(yùn)行又遇到強(qiáng)側(cè)風(fēng)時(shí)，尤其對(duì)車頂部件表面壓力的影響最大。4.3動(dòng)車組會(huì)車時(shí)對(duì)受電弓部件表面壓力的影響 在一列車與另一靜止不動(dòng)的動(dòng)車組會(huì)車以及 2 列等速或不等速相對(duì)運(yùn)行的動(dòng)車組會(huì)車時(shí)，將在靜止動(dòng)車組和 2 列相對(duì)運(yùn)行動(dòng)車組一

11、側(cè)的側(cè)墻上引起壓力波（壓力脈沖）。這是由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)車組車頭對(duì)空氣的擠壓，在與之交會(huì)的另一動(dòng)車組側(cè)壁上掠過，使動(dòng)車組間側(cè)壁上的空氣壓力產(chǎn)生很大的波動(dòng)。 試驗(yàn)和計(jì)算表明，動(dòng)車組會(huì)車壓力波幅值大小與速度有關(guān)，隨著會(huì)車速度的大幅度提高，會(huì)車壓力波的強(qiáng)度將急劇增大。由試驗(yàn)可知，當(dāng)頭部長細(xì)比為2.5，2列車以等速相對(duì)運(yùn)行會(huì)車時(shí)，速度由250 km/h 提高到 350 km/h，壓力波幅值由1 015 Pa增至1 950 Pa，增大近1倍。4.4受電弓軟連線截面形狀不當(dāng)造成的斷股 軟連線由很多細(xì)導(dǎo)線編織而成，由于動(dòng)車組在運(yùn)行中其動(dòng)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(dāng)，就會(huì)造成軟連線逐漸折損

12、。目前，軟連線截面形狀為扁平矩形結(jié)構(gòu)，在相同的截面面積和空氣動(dòng)力的情況下，該截面結(jié)構(gòu)軟連線所受的壓力值較高，而從材料力學(xué)角度分析，該結(jié)構(gòu)的抗彎曲和剪切許用應(yīng)力值又較小，其邊緣部位又存在一定的應(yīng)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(dǎo)致軟連線及連接座的溫度升高，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(qiáng)。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(jī)合成材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)絕緣子，主要由芯棒、金具、傘裙護(hù)套和粘接層組成。硅橡膠傘裙護(hù)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(hù)芯棒免受大氣侵蝕。金具是合成

13、絕緣子的機(jī)械負(fù)荷的傳遞部件，它和芯棒組裝在一起構(gòu)成絕緣子的連接件，傘裙護(hù)套與芯棒之間用粘接膠進(jìn)行粘接。由于硅橡膠絕緣子的傘裙是柔性材料，動(dòng)車組在高速運(yùn)行時(shí)，絕緣子背風(fēng)面?zhèn)闳乖诳諝饬髯饔孟庐a(chǎn)生較高的負(fù)壓，在交會(huì)列車及速度變化時(shí)絕緣子周圍空氣動(dòng)力長期作用，易出現(xiàn)交變舞動(dòng)和振動(dòng)變形，最終造成傘裙與護(hù)套連接處逐漸裂損【3】。5.改進(jìn)措施建議5.1加強(qiáng)接觸網(wǎng)檢測(cè)減少硬點(diǎn)數(shù)量C R H 3 動(dòng)車組在京津城際客運(yùn)專線投入正式運(yùn)行，其對(duì)動(dòng)車組受電弓和接觸網(wǎng)的關(guān)系要求是很高的。良好的受流條件是動(dòng)車組的有關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行的前提，也是接觸網(wǎng)壽命延長的關(guān)鍵。對(duì)于高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)，硬點(diǎn)的檢測(cè)是十分重要的。加強(qiáng)接觸網(wǎng)檢

14、測(cè)和調(diào)整、完善，減少硬點(diǎn)數(shù)量，能大大降低交變的動(dòng)態(tài)接觸壓力的變化范圍，減小受電弓所受的沖擊和振動(dòng)。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(jié)構(gòu)改為圓形，圓柱形表面的迎風(fēng)處正對(duì)來流方向?yàn)檎龎簠^(qū)，沿曲面向兩側(cè)，正壓逐漸減小變?yōu)樨?fù)壓。在相同的截面面積和空氣動(dòng)力的情況下，該截面結(jié)構(gòu)軟連線所受的平均壓力值較低，另外，該結(jié)構(gòu)的抗彎曲和剪切許用應(yīng)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(jī)械性能絕緣子傘裙與護(hù)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(luò)。因此，改善并保證其機(jī)械性能尤其是撕裂強(qiáng)度的穩(wěn)定性是保證支持絕緣子外絕緣傘套良好

15、的抗漏電起痕和蝕損性能、增水性及抗老化性的關(guān)鍵。有關(guān)廠家應(yīng)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(qiáng)對(duì)原材料質(zhì)量的檢驗(yàn)和對(duì)添加劑、補(bǔ)強(qiáng)劑使用質(zhì)量的分析監(jiān)控。通過比較和近 3 個(gè)月的運(yùn)用表明，CRH3 型動(dòng)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(jī)械強(qiáng)度優(yōu)于受電弓支持絕緣子，能適應(yīng)350 km/h 速度等級(jí)要求。 CRH3 型動(dòng)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(dòng)車組安全運(yùn)行的關(guān)鍵部件，是溝通動(dòng)車組與接觸網(wǎng)的橋梁，是動(dòng)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(dòng)車組運(yùn)行途中受電弓產(chǎn)生故障，我們應(yīng)該及時(shí)妥當(dāng)處理，保證動(dòng)

16、車組安全運(yùn)行。所以要檢查電弓運(yùn)行中的磨損情況，堅(jiān)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鏈接處是否保能夠靈活升降。檢查底架橡膠應(yīng)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，鏈接的部分是否緊密，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(cè)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范圍內(nèi)。對(duì)受電弓經(jīng)常發(fā)生故障的地方進(jìn)行接觸網(wǎng)的檢查，將故障反應(yīng)到相關(guān)維修部門，對(duì)此地方進(jìn)行檢修。 由專業(yè)技術(shù)人員對(duì)檢修人員進(jìn)行培訓(xùn)，對(duì)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(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)。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(yùn)行路段狀態(tài)，填寫信息反饋表。對(duì)受電弓經(jīng)常發(fā)生故障的地方進(jìn)行接觸網(wǎng)的檢查，將故障反應(yīng)到相關(guān)維修部門，對(duì)此地方進(jìn)行檢修。并將修復(fù)后的結(jié)果告知?jiǎng)榆嚱M。7.結(jié)論 自2008 年8月，通過對(duì)京津客運(yùn)專線的6 列CRH3 型動(dòng)車組的受電弓軟連線和支持絕緣子進(jìn)行改進(jìn)，從試驗(yàn)和運(yùn)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(duì) CRH3 型動(dòng)車組車頂絕緣子數(shù)量比較多，安裝結(jié)構(gòu)特殊，運(yùn)行速度高，