干货！地铁车辆构造之——受电弓（一）

地铁车辆是城市轨道交通系统的重要组成部分，也是技术含量较高的机电设备。一般地铁车辆由多部分组成，如车体、受电弓、通风系统、制动系统、牵引系统、内装体统等等，而每一个构造又包含了千千万万个小零件。复杂，但融入了地铁研发人员的创造与智慧。

今天，我们着重来说一下关于受电弓，希望可以对其中的一个构造有较为清晰的了解。

电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由电力牵引供电系统提供。牵引供电系统主要是指牵引变电所和接触网两大部分。变电所设在铁道附近，它将从发电厂经高压输电线送来的电流，送到铁路上空的接触网上。接触网是向电力机车直接输送电能的设备，是电气化铁路的动脉。我国电气化铁路的牵引供电制式从一开始就采用单相工频（50赫）25KV交流制。

电力机车利用车顶的受电弓从接触网获得电能，牵引列车运行。因此，受电弓是电力机车从接触网接触导线上受取电流的一种受流装置。它通过绝缘子安装在电力机车的车顶上，是一种铰接式的机械构件。当受电弓升起时，其滑板与接触网导线直接接触，从接触网导线上受取电流，并将其通过车顶母线传送至机车内部，供机车使用。

全世界多数地铁均采用直流电作供电，不使用所需设备较复杂，车身和架空电缆也需要较高的交流电作供电。

很多地铁系统为了减少隧道的建造成本，会使用第三轨供电而不采用高架电缆，以降低隧道钻掘的高度来节省建造成本。也有使用高架电缆的地铁，它们的高架电缆，一般也非常低矮，接近紧贴车顶，以减低隧道高度来节省建造成本。

使用受电弓的地铁：如上海轨道交通、广州地铁(一号线、二号线、三号线、八号线)、深圳地铁（除龙岗线外）、南京地铁、成都地铁、沈阳地铁、东京地下铁（并非全部）、京都市营地下铁。

按结构形式分，受电弓分为双臂受电弓和单臂受电弓两种。

双臂受电弓结构对称，侧向稳定性好，但结构复杂，调整困难。

双臂受电弓

单臂受电弓结构简单，尺寸小，重量轻，调整容易，具有良好的动特性，高速时动态跟随性及受流特性较好，故而被现代电力机车广泛采用。

单臂受电弓

电力机车上安装有两台受电弓，正常运行时一般只升后弓，前弓备用。

（1）升弓：压缩空气经电空阀均匀进入传动气缸，气缸活塞压缩气缸内的降弓弹簧，此时升弓弹簧使下臂杆转动，抬起上框架和滑板，受电弓匀速上升，在接近接触线时有一缓慢停滞，然后迅速接触接触线。

（2）降弓：传动气缸内压缩空气经受电弓缓冲阀迅速排向大气，在降弓弹簧作用下，克服升弓弹簧的作用力，使受电弓迅速下降，脱离接触网。

流程

具体实施步骤：

主要有三种处理：1、升不起弓的处理；2、受电弓绝缘子闪络的处理；3、机械部件损坏的处理。

2012年9月5日下午，深圳地铁龙华线发生因供电故障导致停运6个多小时的事故。

事故原因是：9月5日下午13时37分，列车上行福田口岸方向至少年宫区间时，受电弓故障，将接触网承力索打断，接触网分段绝缘器断裂，受影响范围大约为150米，造成上梅林站-会展中心站上行区段整个接触网断电。

目前，电力机车上采用有各种型号的受电弓，如SS1型、SS3B型机车采用的TSG1-600／25型受电弓，SS4改型机车采用的TSG1-630／25型和LV260-2型受电弓，SS6型机车上采用的TSG3-630／25型单臂受电弓，SS9型机车上采用的DSA－200型受电弓等。各型受电弓的某些零部件虽略有不同，但其基本结构有许多相似之处。

这里以SS6型机车上采用的TSG3-630／25型单臂受电弓为例加以介绍。

TSG3－630/25型单臂受电弓外形

TSG3-630／25型单臂受电弓由底架部分、铰链机构、弓头部分、传动机构和控制机构等组成，其基本结构如下图

TSG3－630/25型单臂受电弓结构简图

1－绝缘子；2－纵梁；3－推杆支座；4－调整螺栓；5－下臂杆；6－弧形调整板；

7－挂绳；8－升弓弹簧；9－弓头；10－弹簧盒；11－升弓弹簧调整杆；12－横梁；

13－转轴；14－阻尼器；15－上部框架；16－推杆；17－中间铰链座；18－平衡杆；

19－转臂；20－U形连杆；21－连杆绝缘子；22－传动气缸；23－缓冲阀。

1．底架部分

底架部分是整个受电弓的基座部分。

底架由纵梁2和横梁12组成，用型材组焊成“T”字形。作为受电弓的基础，通过三个绝缘子固定在机车顶盖上，因此整个受电弓具有耐受一定电压的电气性能。为了使受电弓不发生变形而影响其性能，要求刚性底架有一定的机械强度。

纵梁2上组焊有推杆支座3，此外，底架上还装有两组升弓弹簧8，一套铰链机构和一副阻尼器14等部件。升弓弹簧由外圈和内圈两组弹簧套装而成，其一端与纵梁相连，另一端与下臂杆的底部相连。阻尼器用于有效地吸收机车高速运行时产生的冲击和振动，保证滑板与接触导线良好的接触，其一端与下臂杆铰链，另一端与推杆支座铰链。

2．铰链机构

铰链机构是用来实现弓头升降运动的机构。

它包括下臂杆5、上部框架15、推杆16、平衡杆18、中间铰链座17等。这些部件由无缝钢管组焊而成，通过铰链座铰链，各铰链处都装有滚动轴承，并采用金属软编织线进行短接，防止电流对轴承的电蚀。

上部框架15其一端与弓头弹簧盒10的上铰链用螺栓连接，另一端借助于压板用螺栓装在中间铰链座17上。

上部框架上还装有平衡杆18，其功能是保证弓头滑板面在受电弓整个工作高度范围内，始终保持水平状态。

下臂杆5用无缝钢管组焊成“T”字形构件，在转轴13一端有两组升弓弹簧8，与升弓弹簧连接的挂绳7紧贴着弧形调整板6，这样受电弓在工作高度范围内，尽管升弓弹簧拉力有变化，但所产生的升弓转矩，足以维持弓头的接触压力基本不变。阻尼器14一端与下臂杆5铰链，另一端与推杆支座3铰链，当机车高速运行时，弓头滑板与接触导线跟随性更好。

调节螺栓4的伸出量，便可改变弧形调整板6上的倾角，也就改变了压力特性的摆动趋向。

3．弓头部分

弓头部分由滑板框架、羊角、滑板、弹簧盒、固体润滑剂等组成，如上面的结构简图重（c）所示。

滑板框架用钢板压制后镀锌而成，羊角为铸铝件。羊角与滑板框架组装，连接成整个弓头外形。在滑板框架上装有两排粉末冶金滑板和两排固体润滑剂。

滑板是直接与接触导线接触受流的部件，它是受电弓故障率较高的部件之一，最常见的故障是磨耗到限和拉槽。

目前采用的滑板有碳滑板、钢滑板、铝包碳滑板、粉末冶金滑板等。其中，碳滑板较软，滑板自身磨耗较大，需经常更换，适用于铜接触导线；钢滑板较硬，对接触网磨耗较大，适用于钢铝接触导线；粉末冶金滑板的主要成分是铁、铜和润滑油，它有较好的自润滑性和一定的机械强度，电阻率也较小，与接触网导线接触受流性能良好，既能同时适用于铜接触导线和钢铝接触导线，又有助于减少因滑板损坏而造成的刮弓事故，是目前较为理想的滑板材料。

SS8型电力机车上采用的TSG3-630／25型单臂受电弓使用的就是粉末冶金滑板，其初始厚度为10mm，磨损至3mm后必须更换。

弹簧盒使弓头与铰链机构进行弹性连接，保证机车运行时，弓头能随着接触网导线高度和驰度的变化而作前后点头、上下动作，以便改善受流质量。

4．传动机构

传动机构是用来传递力矩，实现对受电弓的升、降运动的控制，它与受电弓为电绝缘。

传动机构由传动气缸22、连杆绝缘子21、U形连杆20、转臂19等组成。连杆绝缘子连接在传动气缸与U形连杆之间，U形连杆与转臂连接，转臂再与下臂杆转轴连接在一起。

传动气缸是受电弓的动力装置，进气时升弓，排气时降弓，其缸体与水平面成15°仰角，安装在机车顶盖上。

5．控制机构

控制机构实现对受电弓的升、降弓运动的控制。

TSG3-630／25型受电弓的控制机构由缓冲阀和升弓电空阀组成，安装在机车内部，以便在机车内部调整升、降弓时间。

缓冲阀结构示意图

1－缓冲阀排气口；2－快排阀快排口；3－快排阀活塞；4－气室；5－快排阀反力弹簧；

6－快排阀调节螺钉；7－节流阀调节螺钉；8、9－暗道；10－进气口；11－电空阀。

缓冲阀实际上是一个流量控制阀，它借助改变通流管路的截面大小来调节气流量，满足受电弓升、降弓过程先快后慢的动作要求，减小对接触网和车顶的冲击和振动，避免降弓时的拉弧现象。

它由快排阀和节流阀两部分组成，主要包括气室4、快排阀活塞3、快排阀反力弹簧5、快排阀调节螺钉6、节流阀调节螺钉7、暗道8和9等部件。缓冲阀的进气口10与升弓电空阀下方的进气口相连，压缩空气经缓冲阀阀体内的小孔，通过不同截面的暗道，分别送入节流阀和快排阀。缓冲阀的排气口1与受电弓传动气缸的进风口相连。

下图的(a)、(b)、(c)图分别表示了受电弓升弓、快速降弓、缓慢降弓的动作原理示意图。

缓冲阀动作原理示意图

（a）升弓过程；(b)快速降弓过程；(c)缓慢降弓过程。

升弓过程是压缩空气压缩降弓弹簧的过程，节流阀口的大小，直接控制着压缩空气进入传动气缸的快慢。当节流阀口调好后，升弓初始，降弓弹簧的压力最小，克服该力所需要的气压较小，节流阀口的进出气压差最大，此时传动气缸中活塞的移动较快，升弓迅速；随着弓头的逐渐上升，降弓弹簧的压力逐渐增大，克服该力所需要的气压也逐渐增大，因此，节流阀口的气压差逐渐减小，进入气缸的气流逐渐减慢，升弓的速度也逐渐减慢。

这就实现了受电弓升弓时先快后慢的动作要求，减小了对接触网的冲击和振动。

降弓时，电空阀失电，传动气缸内的压缩空气经节流阀、电空阀排向大气。降弓初始，传动气缸内气压较大，作用于快排阀上方的力大于快排阀下方弹簧所产生的力，快排阀阀口打开，传动气缸内的压缩空气通过快排阀阀口大量排向大气，使受电弓弓头迅速脱离接触网。

随着传动气缸内气压的逐渐下降，在快排阀内弹簧作用下，快排阀阀口关闭，气缸内的残余气体从节流阀口徐徐排出，受电弓下降的速度减慢。

这就保证了弓头迅速脱离接触网避免了拉弧现象，后变成缓慢下降，不会对受电弓底架和车顶产生有害冲击。

缓冲阀的阀体上有两个成锥形的调节螺钉，如图缓冲阀结构示意图，上面的是降弓时间调节螺钉，下面的是升弓时间调节螺钉。顺时针旋转升弓时间调节螺钉时，节流阀阀口进风量减小，升弓时间延长；反之，则升弓时间缩短。同理，可以调整降弓时间。