李畢

摘 要：該文主要是參考工廠以往項(xiàng)目受電弓動(dòng)態(tài)試驗(yàn)內(nèi)容，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求和在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，從車輛整車型式試驗(yàn)角度闡述了受電弓動(dòng)態(tài)試驗(yàn)內(nèi)容，供測(cè)試人員參考。利用電弧評(píng)價(jià)弓網(wǎng)系統(tǒng)的受流質(zhì)量有一定的局限性，但是卻能直觀地表明受電弓在運(yùn)行過程中滿足車輛設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)的要求。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛 整車試驗(yàn) 受電弓 動(dòng)態(tài)接觸力 拉弧 拉弧率 動(dòng)態(tài)范圍

中圖分類號(hào)：TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（b）-0072-02

為了規(guī)范車輛制造廠對(duì)受電弓在整車試驗(yàn)中的測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試方法，保證車輛在實(shí)際運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)良好的受流質(zhì)量，對(duì)地鐵車輛整車型式試驗(yàn)——受電弓動(dòng)態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行了初步研究。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外弓網(wǎng)關(guān)系測(cè)試內(nèi)容及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比和對(duì)測(cè)試內(nèi)容的描述，總結(jié)出適合車輛制造廠進(jìn)行的受電弓動(dòng)態(tài)試驗(yàn)內(nèi)容。

1 術(shù)語(yǔ)和定義

接觸點(diǎn)：滑板（接觸板）和接觸線的力學(xué)接觸點(diǎn)。弓頭的工作范圍：在正常工作條件下，滑板（接觸板）上可能的接觸點(diǎn)的水平和垂直范圍。接觸力：受電弓施加于接觸網(wǎng)的垂直力。該接觸力是所有接觸點(diǎn)的力之和。拉?。簱舸┗澹ń佑|板）和接觸線之間空氣間隙的電流，通常表現(xiàn)為強(qiáng)烈放光現(xiàn)象。拉弧率：NQ=∑tarc/ttotal×100。tarc為持續(xù)時(shí)間超過1 ms的拉弧時(shí)間；ttotal為一段測(cè)量時(shí)間，此時(shí)電流超過名義電流30%。動(dòng)態(tài)范圍：垂向：接觸線不離開受電弓的工作范圍；橫向：至少有一支接觸線在弓頭的工作范圍內(nèi)。

2 測(cè)試條件

因?yàn)楣W(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)整體，研究受電弓離不開接觸網(wǎng)，所以站在整車試驗(yàn)的角度，在試驗(yàn)前應(yīng)要求業(yè)主提供運(yùn)營(yíng)線路接觸網(wǎng)的驗(yàn)收證書。表明測(cè)試線路接觸網(wǎng)滿足標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)要求。EN 50119—電氣化鐵道接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)接觸網(wǎng)在給定運(yùn)行速度下是否能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的要求做了相關(guān)規(guī)定，可以作為參照。

3 弓網(wǎng)關(guān)系測(cè)試內(nèi)容及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照

3.1 國(guó)內(nèi)測(cè)試單位

（1）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)。GB/T 21561.2-2008/IEC 60494-2：2002《軌道交通機(jī)車車輛受電弓特性和試驗(yàn)第2部分：地鐵與輕軌車輛受電弓》。

（2）測(cè)試內(nèi)容及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)速度達(dá)到最高速度。

①拉弧（離線火花）測(cè)定離線火花發(fā)生的地點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)離線時(shí)間和次數(shù)，檢出最大離線時(shí)間，離線率。記錄不同車速運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，考核弓網(wǎng)受流質(zhì)量。評(píng)定：離線率不大于5%，一次最大離線時(shí)間不大于100 ms。

②硬點(diǎn)（受電弓所受的垂向加速度）測(cè)試受電弓運(yùn)行時(shí)所受的垂向加速度，以此來(lái)評(píng)價(jià)受電弓運(yùn)行的安全性。評(píng)定：垂向加速度不大于490 m/s2（50 g）。

③受電弓運(yùn)行軌跡（動(dòng)態(tài)高度）測(cè)試受電弓弓頭的運(yùn)行軌跡，即接觸導(dǎo)線動(dòng)態(tài)振動(dòng)，以此來(lái)評(píng)價(jià)弓網(wǎng)運(yùn)行的的振動(dòng)情況。評(píng)定：接觸導(dǎo)線最大垂直振幅2 A不大于150 mm。受電弓運(yùn)行狀態(tài)圖像監(jiān)視在列車車頂安裝攝像機(jī)，監(jiān)視弓網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，并與有關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像合成。

3.2 國(guó)外測(cè)試單位

（1）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)。EN50317電氣化鐵道弓網(wǎng)相互作用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。

（2）測(cè)試內(nèi)容及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。受流質(zhì)量由實(shí)測(cè)的平均接觸壓力Fm和接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差σ來(lái)標(biāo)定，規(guī)則如下：①最高速度下的接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.2 Fm。②最大接觸壓力峰值Fm+3σ≤350 N，最小接觸壓力Fm-3σ>0。③在不利的空氣動(dòng)力條件下，定位器最大抬升量必須的空間不小于實(shí)際抬升量的兩倍。

4 測(cè)試原理和方法

4.1 動(dòng)態(tài)接觸力測(cè)量

（1）當(dāng)受電弓與接觸網(wǎng)接觸并高速運(yùn)行時(shí)，受電弓彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)、車體的振動(dòng)以及風(fēng)力等因素均參與作用，受電弓弓頭在上下、左右、前后3個(gè)方向產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。F=F0±FR+FAER±FDYN。弓網(wǎng)接觸壓力F：受電弓與接觸網(wǎng)之間的接觸力。靜態(tài)接觸壓力F0：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使滑板與接觸線間產(chǎn)生的接觸壓力。磨擦力FR：關(guān)節(jié)間的磨擦力，與弓頭運(yùn)動(dòng)方向相反?？諝鈩?dòng)力接觸壓力分力FAER：氣流對(duì)受電弓的抬升力。動(dòng)態(tài)接觸壓力分力FDYN：由垂直振動(dòng)引起的慣性力。注1：慣性修正：由傳感器和接觸點(diǎn)間的質(zhì)量而產(chǎn)生的慣性力應(yīng)予以修正，且應(yīng)在測(cè)試結(jié)果中進(jìn)行說明。注2：空氣動(dòng)力修正：考慮到作用在傳感器和接觸點(diǎn)間部件產(chǎn)生的空氣動(dòng)力，應(yīng)予以修正。

（2）對(duì)于一個(gè)控制區(qū)間來(lái)說，至少需要以下的統(tǒng)計(jì)值：平均值（Fm）；最大值；最小值；標(biāo)準(zhǔn)方差（σ）；接觸力的柱狀圖或概率曲線。

（3）應(yīng)在兩種情況下進(jìn)行測(cè)試：該力作用于弓頭中心線；如果可能的話，該力應(yīng)作用于距弓頭中心線250 mm處，或盡量接近該值。如果使用其他值，應(yīng)在報(bào)告中注明。

4.2 拉弧測(cè)量

（1）對(duì)于電弧的探測(cè)，探測(cè)器應(yīng)對(duì)銅物質(zhì)發(fā)光的波段靈敏。由于銅及銅合金接觸線的緣故，存在一個(gè)220～225 mm或323～329 mm的波段（注：該兩段波段已覆蓋了銅的發(fā)射波長(zhǎng)）。該測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)對(duì)于波長(zhǎng)超過330 mm的可見光不靈敏。

（2）探測(cè)器應(yīng)盡量靠近受電弓以具有足夠高的靈敏度；盡量靠近車輛的縱軸以有足夠高的靈敏度；根據(jù)車輛的運(yùn)行方向，置于受電弓后方；根據(jù)車輛的運(yùn)行方向，對(duì)準(zhǔn)滑板（接觸板）；在弓頭的整個(gè)工作范圍的視界內(nèi)靈敏；靈敏度公差應(yīng)優(yōu)于10%；對(duì)于放電開始與結(jié)束的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于100 μs；有一探測(cè)極限值，根據(jù)需測(cè)的最小電弧能量值確定。

（3）在測(cè)控區(qū)間，應(yīng)記錄、計(jì)算下列值：車輛速度；電弧次數(shù)；所有電弧持續(xù)時(shí)間的總和；最長(zhǎng)的電弧持續(xù)時(shí)間；每列車每個(gè)受電弓，受電電流超過正常電流30%的總時(shí)間；控制區(qū)間的總運(yùn)行時(shí)間；拉弧率。

4.3 動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量

弓網(wǎng)接觸力連接兩個(gè)機(jī)械系統(tǒng)（接觸網(wǎng)和受電弓），這兩部分均能振蕩并且具有各種不同的質(zhì)量模塊、彈性系數(shù)、衰減系數(shù)和自然頻率。由于接觸網(wǎng)具有彈性、在受電弓作用到接觸網(wǎng)上時(shí)就使接觸線有一定的抬升量。實(shí)際上，沿接觸線錨段變化的彈性導(dǎo)致受電弓周期性上下運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)幅度取決于抬升力本身。EN50119規(guī)定：當(dāng)定位器不帶限位功能時(shí)，其自由抬升空間至少應(yīng)為接觸線實(shí)際抬升量或模擬抬升量的2倍；當(dāng)帶限位功能時(shí)，定位器自由抬升空間至少應(yīng)為接觸線實(shí)際抬升量或模擬抬升量的1.5倍。EN50367規(guī)定：受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線的上抬量為接觸線實(shí)際抬升量或模擬抬升量的2倍。受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線的左右擺動(dòng)量與線路、軌道、機(jī)車等的性能有關(guān)，實(shí)測(cè)值較難確定，一般根據(jù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)取值為250～300 mm。

5 分析

通過研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下利用弓網(wǎng)系統(tǒng)電弧的次數(shù)和持續(xù)的時(shí)間評(píng)價(jià)弓網(wǎng)系統(tǒng)的接觸質(zhì)量還是可行的，畢竟由接觸電阻的上升和開始燃弧能夠確定可接受的弓網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)接觸壓力最小值。但是弓網(wǎng)系統(tǒng)的電弧不可能模擬，測(cè)量已經(jīng)表明不可能重現(xiàn)反復(fù)試驗(yàn)運(yùn)行的結(jié)果。即便在相同線路、相同條件下，重復(fù)試驗(yàn)也會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。利用電弧評(píng)價(jià)弓網(wǎng)系統(tǒng)的受流質(zhì)量有一定的局限性。而受電弓動(dòng)態(tài)接觸力雖然不能完全反映出弓網(wǎng)關(guān)系的好壞，但是卻能直觀地表明受電弓在運(yùn)行過程中滿足車輛設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，受電弓的基本特性適合于規(guī)定的應(yīng)用范圍。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建議車輛制造廠進(jìn)行的受電弓動(dòng)態(tài)試驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)包括動(dòng)態(tài)接觸力的測(cè)量和動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

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