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        淺析城軌車輛受流器滑板脫落及改進(jìn)措施

        2020-03-05 02:34:04
        技術(shù)與市場 2020年2期
        關(guān)鍵詞:流器鉚釘沖擊力

        (中車株洲電力機(jī)車有限公司,湖南 株洲 421001)

        0 引言

        受流器是安裝在列車轉(zhuǎn)向架上,為列車從剛性供電軌(第三軌)進(jìn)行動(dòng)態(tài)取流,滿足列車電力需求的一套動(dòng)態(tài)受流設(shè)備。通過對城軌車輛的運(yùn)行姿態(tài)、鋼鋁復(fù)合供電軌排布方式與特點(diǎn)、動(dòng)態(tài)受流的技術(shù)要求、電氣絕緣要求、動(dòng)態(tài)受流的摩擦副匹配要求等系統(tǒng)性研究的基礎(chǔ)上,科學(xué)合理地選取擺動(dòng)桿件的運(yùn)動(dòng)范圍、受流摩擦副的接觸正壓力、受流滑靴的材料,科學(xué)合理地設(shè)計(jì)受流組件的結(jié)構(gòu)以及絕緣結(jié)構(gòu),滿足列車的動(dòng)態(tài)受流的工況要求,減少受流器的維護(hù)需求,實(shí)現(xiàn)列車的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定與可靠的受流,為列車的穩(wěn)定運(yùn)行提供電源保障

        1 受流器滑板脫落問題簡述

        馬來西亞某項(xiàng)目車輛上線運(yùn)營后發(fā)生多起受流器滑板鉚釘斷裂問題,造成車輛高壓接地短路,影響車輛正常運(yùn)行(見圖1)。

        圖1 故障受流器銅滑板左側(cè)鉚釘斷裂

        2 原因分析

        1)受流器在進(jìn)入第三軌以及過受流軌接縫處均會在滑板表面產(chǎn)生沿車輛運(yùn)行方向的沖擊,受流器滑板鉚釘斷裂原因?yàn)槭芗羟辛蚴芾炝Τ鲢T釘強(qiáng)度的設(shè)計(jì)極限。

        2)從結(jié)構(gòu)分析,螺釘連接方式受力情況較好,但螺栓與受流器銅滑板材質(zhì)不同,受流器銅滑板在長時(shí)間高溫摩擦受熱軟化,滑板與螺栓將存在相對間隙,進(jìn)而導(dǎo)致滑板固定螺栓松動(dòng)問題。

        3)馬來西亞某項(xiàng)目既有車輛與新造輕軌車輛的受流器以及線路情況對比分析,既有車輛受流器滑板的兩側(cè)向下彎折角度更大,可分散或減小受流軌對滑板連接鉚釘沖擊力。

        4)如圖2所示,既有車輛受流器的滑板兩側(cè)向下彎折的角度α=25°,滑板磨耗表面最低點(diǎn)距最高點(diǎn)的高差L=23 mm。而STEMMANN設(shè)計(jì)的滑板向下彎折的角度僅為α=15°,滑板磨耗表面最低點(diǎn)距離最高點(diǎn)的高差L=12 mm。如圖3所示,當(dāng)滑板受到受流軌的沖擊時(shí),沖擊力F可分解為沿受流器滑板表面力N1及垂直與受流器滑板表面力N2。只有N1會對安裝螺栓或鉚釘造成沖擊,而N2會由受流器的擺臂傳遞給受流器滑板的靜態(tài)接觸壓力來平衡。力N1=Fcosα,當(dāng)受到來自軌道相同方向的沖擊力F時(shí),既有車輛受流器滑板鉚釘受到的剪切力為0.9F,而STEMMANN設(shè)計(jì)的滑板受到的剪切力N1則為0.97F。因此既有車輛受流器滑板兩側(cè)向下彎折的角度更有利于分散、減小受流三軌對滑板連接鉚釘?shù)臎_擊力。

        圖2 滑板尺寸圖

        5)既有車輛受流器滑板彎折角度L值達(dá)到了23 mm,即便滑板磨耗到限(設(shè)計(jì)磨耗到限值為13 mm),滑板彎折角度L=10 mm,可以有效地分散和減小滑板入受流軌時(shí)的沖擊力。而STEMMANN設(shè)計(jì)的滑板彎折角度L=12 mm,滑板磨耗到限,存在滑板無彎折角入受流軌的情況,受流器滑塊直接與受流軌相撞,導(dǎo)致滑板連接鉚釘直接承受全部沖擊力(見圖3)。

        圖3 滑板入軌時(shí)受軌道沖擊力分析

        6)由于鉚釘?shù)目辜裟芰εc其直徑的平方值成正比,因?yàn)榧扔熊囕v受流器的滑板連接鉚釘直徑為12 mm,而STEMMANN設(shè)計(jì)的滑板連接鉚釘直徑為10 mm,因此既有車輛受流器受流器滑板連接鉚釘?shù)目辜裟芰镾TEMMANN受流器滑板連接鉚釘?shù)目辜裟芰Φ?.44倍,既有車輛受流器受流器滑板連接鉚釘具有更強(qiáng)的抗剪切能力,更能避免在運(yùn)行中鉚釘受剪斷裂的情況發(fā)生。

        3 糾正措施

        根據(jù)受流器動(dòng)態(tài)試驗(yàn)報(bào)告,為徹底消除滑板脫落風(fēng)險(xiǎn),充分借鑒既有車輛受流器的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)及滑板設(shè)計(jì)優(yōu)勢,同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品零部件的簡統(tǒng)化,建議采用既有車輛受流器滑板、鉚釘及配套墊片替代STEMMANN設(shè)計(jì)的滑板、鉚釘及墊片。為實(shí)現(xiàn)既有車輛受流器滑板在新線STEMMANN設(shè)計(jì)的受流器上安裝使用,同時(shí)優(yōu)化滑板與受流器的連接,新設(shè)計(jì)的滑板連接塊組件如圖4所示。

        圖4 滑板連接塊組件

        4 效果驗(yàn)證

        選取3列車實(shí)施受流器滑板變更,裝車運(yùn)行考核近2年,運(yùn)行里程15萬km,未發(fā)生滑板脫落問題,整改效果較好(見圖5)。

        圖5 受流器滑板驗(yàn)證效果

        5 結(jié)語

        受流器滑板因剪切力超出鉚釘設(shè)計(jì)極限,導(dǎo)致鉚釘斷裂滑板脫落問題,主要是因?yàn)榍捌谠O(shè)計(jì)階段未考慮運(yùn)行線路惡劣復(fù)雜工況,導(dǎo)致受流器滑板脫落問題發(fā)生。為避免類似問題出現(xiàn),必須要從設(shè)計(jì)源頭考慮,進(jìn)而提高產(chǎn)品運(yùn)行可靠性。

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