胡海峰，鄧誼柏

（南車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南株洲 412001）

1 概述

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的發(fā)展，中心城市快速擴(kuò)張，以地鐵和輕軌為代表的城市軌道交通被各大中城市列為重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。與架空接觸網(wǎng)相比，第三軌供電系統(tǒng)具有使用壽命長、運(yùn)營可靠、維修量少且容易、便于管理、電能損耗小和美觀等優(yōu)點(diǎn)，因此，被越來越多的設(shè)計(jì)單位和用戶所采用[1]。

根據(jù)車輛受流器從第三軌（接觸軌）的取流方式不同，第三軌受流可分為上部受流、下部受流和側(cè)部受流三種方式。目前國內(nèi)外普遍采用DC750 V和DC1 500 V兩種電壓等級(jí)的第三軌供電系統(tǒng)。國外采用第三軌供電的城市有巴黎、柏林、漢堡等，國內(nèi)采用第三軌供電的城市有北京、上海、武漢等地[2]。

本文介紹了一種采用第三軌上部受流方式的受流器設(shè)計(jì)，結(jié)合某項(xiàng)目受流器設(shè)計(jì)，分析了影響受流器設(shè)計(jì)的主要因素。

2 受流器的設(shè)計(jì)與分析

受流器的基本組成部分就是集電靴和直流熔斷器，影響受流器設(shè)計(jì)的主要因素可以歸類為：受流器安裝空間分析、受流器與第三軌的匹配關(guān)系以及熔斷器選型。

2.1 受流器安裝空間分析

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)CJJ 96，結(jié)合第三軌中心線距線路中心線橫向間距可確定受流器的安裝空間。目前國內(nèi)尚無第三軌施工標(biāo)準(zhǔn)，因此第三軌中心線距線路中心線橫向間距從1 417.5～1 510 mm 不等，其中北京為1 473 mm，武漢為1 401 mm，深圳為1 474 mm，廣州為1 510 mm[3]。

2.2 受流器與第三軌的匹配分析

結(jié)合第三軌端部彎頭的高度，主要分析在不同工況下受流器與第三軌的匹配關(guān)系，確定合理集電靴的活動(dòng)范圍，以保證列車在過斷軌區(qū)時(shí)，集電靴不會(huì)與第三軌端部彎頭和防護(hù)罩發(fā)生碰撞，受流器在正常工作位時(shí)，不會(huì)和第三軌發(fā)生脫離[4]。

受流器與第三軌的匹配主要受轉(zhuǎn)向架橫向及垂向運(yùn)動(dòng)最大位移、軌道磨耗、三軌安裝誤差、三軌磨耗、集電靴本身磨耗量等方面的影響。

2.2.1 受流器與第三軌的垂向分析

（1）受流器與第三軌不碰撞

列車在運(yùn)行過程中，受流器處于自由位，車輛將出現(xiàn)垂向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)受流器發(fā)生向下最大垂向位移，第三軌（端部彎頭）發(fā)生向上的最大垂向位移時(shí)，需保證受流器不會(huì)與第三軌發(fā)生碰撞。

（2）受流器與第三軌不脫離

列車在運(yùn)行過程中，受流器處于工作位，車輛將出現(xiàn)垂向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)受流器發(fā)生向上最大垂向位移，第三軌發(fā)生向下的最大垂向位移時(shí)，需保證受流器不會(huì)與第三軌發(fā)生脫離。

結(jié)合以上分析可確認(rèn)合適的受流器自由位高度。

2.2.2 受流器與第三軌的橫向分析

列車運(yùn)行過程中，受流器處于工作位，車輛將出現(xiàn)橫向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)受流器、第三軌發(fā)生最大橫向位移，需保證受流器不會(huì)與第三軌發(fā)生脫離。通過設(shè)計(jì)合理的集電靴寬度，保證受流器不會(huì)與第三軌發(fā)生脫離。

2.3 熔斷器選型

熔斷器的作用是保護(hù)人身和設(shè)備，以避免由于連接受流器和推進(jìn)電路的電源電纜絕緣問題造成的損害及由于電機(jī)故障造成的損害。如果沒有熔斷器保護(hù)，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的火災(zāi)。確保準(zhǔn)確選型熔斷器的條件有：車輛的主輔電路供電方式，受流器配置，熔斷器本身的直流特性，熔斷器的工況條件。

3 上部受流器的設(shè)計(jì)與分析實(shí)例

本文以某采用第三軌上部受流方式項(xiàng)目為例，該車輛電壓等級(jí)DC750 V，設(shè)計(jì)運(yùn)營最大速度80 km/h。在每個(gè)動(dòng)車轉(zhuǎn)向架（轉(zhuǎn)向架分為帶動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和不帶動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，即動(dòng)車轉(zhuǎn)向架和拖車轉(zhuǎn)向架）兩側(cè)適當(dāng)位置各安裝一套受流器。全列車牽引系統(tǒng)采用母線不貫通方式，輔助系統(tǒng)采用并網(wǎng)供電方式。

3.1 受流器安裝空間計(jì)算

根據(jù)CJJ 96中B1型限界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，結(jié)合第三軌中心線與相鄰走行軌內(nèi)側(cè)面距離確定出受流器的安裝區(qū)域，如圖1所示。

3.2 受流器與第三軌匹配分析計(jì)算

1）計(jì)算受流器自由位高度，保證受流器與第三軌不碰撞

圖1 受流器安裝區(qū)域示意圖

列車在運(yùn)行過程中，受流器處于自由位，當(dāng)受流器發(fā)生表1 所示的向下最大垂向位移45.5 mm，第三軌（端部彎頭）發(fā)生表2所示的向上最大垂向位移5 mm時(shí)，通過第三軌斷軌區(qū)，需保證受流器不會(huì)與第三軌發(fā)生碰撞，即受流器的高度應(yīng)小于第三軌端部彎頭高度。

表1 影響受流器向下位移參數(shù)

表2 影響第三軌向上位移參數(shù)

已知第三軌接觸面高度為104 mm，端部彎頭導(dǎo)入高度為44 mm，經(jīng)過計(jì)算可以得出受流器的自由位高度為：

45.5＋44＋5=94.5 mm。

受流器處于自由位與第三軌端部彎頭的匹配圖見圖2。

圖2 受流器與第三軌垂直向下匹配圖

2）確定受流器自由位高度后，保證受流器與第三軌不脫離

列車在運(yùn)行過程中，受流器處于工作位，當(dāng)受流器發(fā)生表3 所示的向上最大垂向位移14 mm，第三軌發(fā)生表4 所示的向下最大垂向位移7 mm時(shí)，需保證受流器不會(huì)與第三軌發(fā)生脫離。

表3 影響受流器向上位移參數(shù)

表4 影響三軌向下位移參數(shù)

經(jīng)過計(jì)算可以得到受流器集電靴的抬升量為：

94.5＋14=108.5 mm，

受流器處于工作位與第三軌的匹配圖見圖3。

但此時(shí)，集電靴與第三軌有間隙為108.5-（104-7）=11.5 mm。由此可見，在保證了受流器與第三軌不碰撞的基礎(chǔ)上，無法保證與第三軌不脫離。

為了滿足上述要求，因此經(jīng)過分析在該項(xiàng)目中采用如下解決方法：

通過改變轉(zhuǎn)向架一系彈簧的剛度，減小一系彈簧的向下位移；

通過改變集電靴的結(jié)構(gòu)，改變靴導(dǎo)入斜度。最終確定受流器的自由位高度為82 mm，如圖4所示。

3）受流器與第三軌的橫向分析

已知第三軌寬度為105 mm，集電靴寬度設(shè)計(jì)為80 mm，列車在運(yùn)行過程中，受流器處于工作位，當(dāng)受流器發(fā)生表5 所示的最大橫向位移38 mm，第三軌發(fā)生表6 所示的最大橫向位移10 mm 時(shí)，集電靴與第三軌發(fā)生最大相對(duì)位移為38＋10=48 mm，從圖5中的分析結(jié)果可知，能保證集電靴和第三軌不發(fā)生橫向脫離。

圖3 受流器（94.5 mm）與第三軌垂直向上匹配圖

圖4 受流器（82 mm）與第三軌垂直向上匹配圖

表5 影響受流器橫向位移參數(shù)

表6 影響三軌橫向位移參數(shù)

圖5 受流器與第三軌橫向匹配圖

3.3 熔斷器選型計(jì)算

全列車牽引系統(tǒng)采用母線不貫通方式，輔助系統(tǒng)采用并網(wǎng)供電方式，共有8套受流器，轉(zhuǎn)向架兩側(cè)的每2套受流器共用1個(gè)熔斷器。已知牽引系統(tǒng)平均電流為870 A，輔助系統(tǒng)平均電流為313 A。

1）僅考慮在正常工況下，當(dāng)全部受流器受流時(shí)，可計(jì)算得出單個(gè)熔斷器的電流為：

因此選擇的熔斷器為513.25×1.6=821.2 A，可選用1 000 A的熔斷器。

2）列車過斷軌區(qū)，存在單個(gè)受流器對(duì)整列車供電的情況，此時(shí)需校核列車出現(xiàn)最大電流時(shí)，熔斷器承受電流的能力。結(jié)合熔斷器曲線和過斷軌區(qū)電流值與時(shí)間的分析可知，如圖6 所示，1 000 A 的熔斷器滿足設(shè)計(jì)要求。

圖6 熔斷器選型曲線圖

4 結(jié)語

本文主要介紹了上部受流器的設(shè)計(jì)方法，并以某項(xiàng)目為例，從受流器安裝空間、受流器與第三軌的匹配關(guān)系以及熔斷器選型三個(gè)方面對(duì)受流器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究分析。該方法對(duì)城軌車輛用受流器的設(shè)計(jì)和研究有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。

［1］王振全，李相泉.分體式受流器的結(jié)構(gòu)和性能分析［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011（1）：125-127.

［2］蔣曉東，夏鴻飛.采用1500V 第三軌受流的地鐵車輛在車輛段的受流模式分析［J］.機(jī)車電傳動(dòng)，2010（4）：55-59.

［3］CJJ 96-2003 地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

［4］蔣幸昌.升降弓過程中弓網(wǎng)電弧研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2011.