自考论文

电力机车的受电弓
一、论文内容
本文主要介绍了我国铁路电力机车本身不带原动力，靠接触接触电网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动机车车轮。

电机机车具有功率大，热效率高，速度快，过载能力强和运行可靠等主要优点。

而且不污染环境。

二、基本要求
了解我国铁路接触网和受电弓的关系，知道目前我国最有效的防护受电弓损伤。

格式上符合工科论文的格式，能从总体上把握论文的主题，不偏题，不跑题，论据充分。

三、重点研究问题
（一）电气化铁路简介
（二）电气化铁路受电弓的概论
（三）受电弓的工作原理
（四）弓网受流可靠性
四、主要技术指标
（1）电气化铁路受电弓的概论
（2）弓的工作原理
（3）网相互作用监测
五、其他需要说明的问题
由于某些技术发展不完善和条件的限制等原因，文章可能对某些观点的阐述不准确，也可能因为作者水平的原因，对某些观点的阐述可能有错误。

望给予批评指正。

开题报告
高速受流是电气化铁道向高速发展必然遇到的关键问题之一,良好的集电性能取决于受电弓和接触网系统之间的相互作用。

接触网是一个沿线质量分配、刚度等不同时弹性系统,在受到受电弓动力作用时,其接触面有不同程度的上升、变形和振动。

受电弓本身固定在一个垂直、横向加速不断变化着的运动物体(电力机车或动车)上。

由于受电弓框架等各部件的重量影响,对于机车运动和接触导线的高度都不可能瞬时作出反映。

因此在改善高速受流性能方面必须同时改进受电弓与接触网。

使其最为合理、最为经济，并能最大限度地提高弓网受流质量，是本文探讨的主题。

中文摘要
受电弓与接触线间的可靠接触和相互作用是保证电力机车良好受流的重要条件,它们间的接触压力过大,会增加受电弓和接触线的异常磨损,缩短其使用寿命;接触压力过小会使它们接触不断时续,甚至引起火花或电弧,烧损接触线。

目前在电力机车上采用气压传动反馈的机械方式来控制受电弓的升降以调整其接触压力,这种方式误差大,最大误差可达30N。

关键字：受电弓工作原理受流质量防护
目录
绪论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┈┈┈┄┄┈┈┄┄┈┈┄┄┄┄┈┈7
第一章电气化铁路简介┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┈┈┈┄┄┈┈ 8 第一节电气化铁路┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┈┄┄┄┈┈┈8 第二节电气化铁路的分类┈┈┄┄┈┈┈┈┄┈┈┄┈┄┈┈┈11第三节我国电气化铁路发展简介┈┈┈┈┈┄┄┄┄┈┈┄┈13第二章电气化铁路受电弓的概论┈┈┈┈┄┄┈┈┄┈┈┈┈┈┈15 第一节受电弓的构造┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┄┄┈┈┈┈┈┈┈ 15 第二节电力机车受电弓滑板新材料┈┈┈┈┈┈┈┄┄┈┈┈┈ 22 第三节受电弓的工作原理┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┄┄┈┈┄┈┈┈25 第三章受电弓与接触网监测及受流安全的可靠性分析┈┈┄┄┈┈26 第一节弓网受流系统的可靠性┈┈┈┈┈┈┈┈┄┄┈┈┄┈┈┈26 第二节弓网相互作用监测┈┈┈┈┈┈┈┈┈┄┄┈┈┈┈┈┈27第三节弓网受流可靠性┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┄┄┈┈┈┈┈┈29第四节建立弓网监测体系┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┄┄┈┈┈┈32
第四章受电弓的防护┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┄┄┄┈┈┈┈32 第一节弓网受流性能的计算机动态模拟┈┈┈┈┈┄┄┈┈┈┈32 第二节接触网—受电弓系统受流性能的现场测试┈┈┄┄┈┈┈33 第三节弓网受流性能测试方法及其关键技术┈┈┈┈┄┄┈┈┈┈33
参考文献┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┄┄┈┈┈ 36
绪论
我国电气化铁道(以下简称电铁)自1961年8月15日宝鸡～风州段建成开通以来，至今已经过40年的历程，电铁主要通过两种作用实现运输生产，即“轮轨作用”和“弓网作用”。

电力机车依靠“弓网作用”滑动取流，其工作过程承受滑动、摩擦、热、电和化学等综合因素，是一个比较复杂的过程，我国电铁目前仍存在着弓网事故多，停电时间长等问题。

特别是随着铁路向重载、高速、和信息化方向的发展，如何防止弓网事故显得尤为重要。

本论文重点讨论如何防护受电弓损伤以及防护措施。

第一章电气化铁路简介
第一节电气化铁路
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。

电气化铁路，亦称电化铁路，是由电力机车或动车组这两种种铁路动车（即通称的火车）为主，所行走的铁路。

一电气化铁路的组成
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。

沿着铁路线的两旁，架设着一排支柱，上面悬挂着金属线，即为接触网，它也可以被看作是电气化铁路的动脉。

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。

牵引供电制式按接触网的电流制有直流制和交流制两种。

直流制是将高压、三相电力在牵引变电所降压和整流后，向接触网供直流电，这是发展最早的一种电流制，到20世纪50年代以后已较少使用。

交流制是将高压、三相电力在变电所降压和变成单相后，向接触网供交流电。

交流制供电电压较高，发展很快。

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）25千伏交流制，这一选择有利于今后电气化铁路的发展。

二电气化铁道牵引电机与传统机车的区别
和传统的蒸汽机车或柴油机车牵引列车运行的铁路不同，电气化铁路是指从外部电源和牵引供电系统获得电能，通过电力机车牵引列车运行的铁路。

它包括电力机车、机务设施、牵引供电系统、各种电力装置以及相应的铁路通信、信号等设备。

电气化铁路具有运输能力
大、行驶速度快、消耗能源少、运营成本低、工作条件好等优点，对运量大的干线铁路和具有陡坡、长大隧道的山区干线铁路实现电气化，在技术上、经济上均有明显的优越性。

三、电力牵引的特点及优越性
在各种牵引动力中，电力机车与蒸汽机车、内燃机车的根本不同点在于它牵引列车时所需的能量不是由机车本身产生的，而是通过接触网（或其他供电装置）供给的，这种机车称为非自给式机车。

而蒸汽机车、内燃机车在牵引列车时所需要的能量，则是由机车本身装载的燃料（如煤、柴油等）燃烧而产生的，这种机车称为自给式机车。

由于电力机车与其他机车这种根本的区别，客观上决定了它取用能量的万能性。

对于自给式机车来说，只有机车上储存的燃料，才能作为它能量的来源，这就表现了它取用能量的单一性。

但对于电力机车来说，它所需要的电能却可以由一切形式的能量转换而来。

如可以由热力、水力、天燃气甚至于地热、原子能、太阳能等转换而来。

只要有相应的发电站，便可以利用相应的能量。

由于这种取用能量的非自给性，使得电力机车具有以下的特点。

1．功率大
现代铁路运输的发展，要求机车具有强大的功率。

由于电力机车是非自给式机车，没有燃料储备，因而在同样的机车重量下，其功率要比自给式机车大。

机车按单位重量所具有的功率称为比功率，这是衡量机车技术水平的一个标志。

目前，电力机车的比功率一般达到40～60kW／t，而较好的内燃机车，其功率也只有25～30 kW／t。

按每轴功率来说，电力机车已超过750 kW，最高已达到1350 kW（瑞士生产的Ｒe型机车），较好的内燃机车的每轴功率为440～580 kW。

从整台机车来说，电力机车的轮周功率最高已达7500kW以上，内燃机车最高功率为4800kW（柴油机功率，若折算到机车轮周，则还要降低20％～30％）。

2．速度高
提高机车运行速度是铁路运输的另一重要方面。

由于电力机车功率大，因而可以获得较高的速度。

目前，客运电力机车运行速度已可达到250km/h，货运电力机车也可达到120km/h，随着新型电力机车的不断出现，机车运行速度将进一步提高。

法国的电力机车在试验线路上已达到331km/h的速度，TGV电动车组试验速度为515km/h。

1995年代表我国机车工业赶超世界先进水平的SS8型准高速电力机车落成，在环行道上创造了每小时212.6km的最高时速，1998年6月又在京广线郑武段上创造了240 km/h的新的试验速度。

为铁路实施提速战略提供了有力的保证。

3．效率高
机车效率的高低直接影响到铁路运输的经济指标。

对于自给式机车来说，每台机车的平均热效率实际上是基本固定的，例如蒸汽机车的平均热效率为8～10％，内燃机车的平均效率为25％左右。

电力机车本身的效率是很高的，但考虑到整个电力牵引系统，其平均效率则不是固定的，它与供电系统的电能来源有关，在由水力发电站供电的情况下，电力牵引的效率可达到60.70％，在由高参数火力发电站供电时，其效率为25％左右，由低参数火力发电站供电时，其效率为16～18％。

由此可见，在电力牵引的电能来源平均来自各种电站的情况下，其效率要高于内燃机车和蒸汽机车，而我国是水利资源丰富的国家，电力牵引的效率显然更高。

4．过载能力强
机车在起动、牵引重载列车和通过困难区段时，具有一定的过载能力是十分重要的。

自给式机车的过载能力要受两方面的限制，一方面受机车发动机（如蒸汽机、内燃机车的牵引发电机或液力变扭器）过载能力的限制，另一方面又受机车所带的能量装置（如锅炉、柴油机）过载能力的限制。

对于非自给式电力机车，其能量是来自较强大的供电系统，因而机车
的过载能力是较高的。

第二节电气化铁路的分类
一可以用以下方法来对电气化铁路进行分类：
供电导线类型：第三轨、高架电缆
供电类型：直流供电、交流供电
1导线类型:
轨道供电采用轨道供电的电气化铁路通常铺设有额外的供电轨道，用来连接电网和机车，为机车提供电力供应，亦被称为第三轨供电，这条轨道被称为第三轨。

高架电缆供电高架电缆连接在电气化铁路的供电电网上，分为柔性和刚性两类，电力机车或动车组通过架式集电弓连接接触网，从其中取电。

架空电缆和高架电缆是香港和台湾的说法，在中国大陆通常被称为接触网供电。

在中国大陆，架空电缆和高架电缆一般是指高压输电线路。

两种导线类型，最终都通过列车正常的运行轨道接地形成回路。

也有少数铁路使用第四轨（例如伦敦地铁）作为电流回路。

高架电缆有个好处，就是同时能当高压输电道，如日本京急线。

二供电类型
直流供电早期的电气化铁路采用电压相对低的直流供电。

机车或动车组的电动机直接连接在电网主线上，通过并联或串联在电动机上的电阻和继电器来进行控制。

通常有轨电车和地铁的电压是600伏和750伏，铁路使用1500伏和3000伏。

过去车辆使用旋转变流器来将交流电转换为直流电。

现在一般使用半导体整流器完成这个工作。

采用直流供电的系统比较简单，但是它需要较粗的导线，车站之间距离也较短，并且直流线路有显著的电阻损失。

低频交流电
一些欧洲国家使用低频交流电来给电力机车供电。

、德国、挪威和瑞典使用15千伏16.67赫兹(电网频率50Hz的三分之一)的交流电。

美国使用11千伏或12.5千伏25赫兹的交流电。

机车的电机通过可调变压器来控制。

工频交流电
匈牙利曾经在二十世纪三十年代在电气化铁路上使用50赫兹的交流电。

然而直到五十年代以后才被广泛使用。

目前，一些电气化机车使用变压器和整流器来提供低压脉动直流电给电动机使用，通过调节变压器来控制电动机速度。

另一些则使用可控硅或场效应管来产生突变交流或变频交流电来供应给机车的交流电机。

这样的供电形式比较经济，但是也存在缺点：外部电力系统的相位负荷不等，而且还会产生显著的电磁干扰。

中国、法国、英国、芬兰、丹麦、前苏联、前南斯拉夫、西班牙（标准轨高铁路段）、日本（东北、上越、北海道新干线及北陆新干线轻井泽以东）、使用单相25千伏50赫兹电力供应，台湾高速铁路、台湾铁路管理局、韩国、日本（东海道、山阳、九州新干线及北陆新干线轻井泽以西）使用单相25千伏60赫兹电力供应，而美国通常使用单相12.5千伏和25千伏60赫兹的交流电。

另外日本东北、北海道地区使用20千伏50赫兹交流电，北陆地区、九州地区使用20
千伏60赫兹交流电。

三多种系统供电
因为有这么多的供电方式，有时候甚至一个国家内采用不同的方式（如日本关东以南是60Hz，但东北及北陆以北是50Hz），所以列车经常必须从一种供电方式转向为另一种供电方式。

其中一种方法是在换乘站更换机车，当然，这样很不方便。

另一种方法是使用支持多种供电系统的机车。

在欧洲，通常是支持四种供电系统(直流1.5千伏、直流3千伏、交流15千伏16.67赫兹、交流25千伏50赫兹)的机车，这样，它在从一个供电系统到另一个的时候就可以不用停留。

而日本国铁在上世纪60年代初已有交直流对应的列车机车、但当时只能对应其中50/60一个赫兹，俗称“单交直流型”。

直至60年代尾才成功研发可在全日本电化区间的行走用的多种供电系统（直流1.5千伏、交流25千伏50/60赫兹），俗称“双交直流型”，并开始引进当时量产中的列车机车系列上，但在1987年由JR分社经营后，由于预期旅客电车不需再作全国性的调动或行走，加上双交直流型电车成本较高，故除了至国铁末年仍量产中的415系1500番台及之后的JR东日本的E653系及是双交直流型电车外，单交直流型的旅客电车从新被各JR旅客会社采用。

第三节我国电气化铁路发展简介
一电气化铁路的诞生
1961年8月15日建成我国第一条电气化铁路——宝风段。

这条电气化铁路的供电制式最初是按3000直流制设计的。

后来了解到法国、前苏联、日本已成功采用了新的电流制——工频单牙交流制，经过专家教授们反复论证对比，于1975年4月决定改用25KV工频
单相交流制，这种供电制式的确定，避免了我国电气化铁路发展中的弯路,为我国电气化铁路的发展打下了良好的技术基础。

1958年3月完成初步设计，同年6月15日开始动工兴建，经过建设者们两年的艰苦创业，奋力拼搏，我国第一条电气化铁路于1 960年5月14日胜利建成，经过一年多的试运行，于1961年正式交付运营，从此揭开了我国电气化铁路建设的序幕。

二电气化铁路建设与运输
20世纪60年代中期，为了加速大西南的建设，沟通西南地区与全国的物资交流，宝成铁路风州至成都段的电气化铁路上马。

1966年3月提出电气化研究报告，同年12月完成初步设计，1968年12月广元至马角坝段电气化工程开工。

电气化工程是分段进行的，先修建广元至绵阳段，后修建广元至风州段，最后修建绵阳至成都段。

经过7年的艰苦奋战，于1975年7月1日，676Km和的宝成电气化铁路全线建成通车。

1973年9月阳安线、1975年9月襄渝线襄樊至安康段、1978年3月石太线石家庄至阳泉段、1979年10月宝兰线宝鸡至天水段相继动工修建。

到1980年底，共建成电气化铁路1679.6Km。

1985年一年内就有京秦线、成渝线内（江）重（庆）段、贵昆线贵(阳南)水(城西)段和太焦线长(治北)月(山)段4条电气化铁路共计1169.23Km交付运营。

20世纪90年代有10条线共计2795.76Km电气化铁路建成交付运营。

2008年8月1日京津高速电气化铁路开通运营。

2009年4月1日合武高速电气化铁路开通运营。

2009年12月26日武广高速电气化铁路开通运营。

2010年2月6日郑西高速电气化铁路开通运营。

我国电气化铁路进入了高速电气化时代。

三铁路运输的地位及其发展
铁路运输在国民经济中占有重要的地位，是国民经济的大动脉，是国民经济三大支柱产业之一。

它担负着城乡、工矿各种物资和人员交流的主要运输任务。

进入21世纪，随着国民经济继续保持持续、快速、健康增长，人民生活水平的提高，人们消费结构和消费观念的变化，要求交通运输有更大的运输能力、更高的运行速度和更优质的服务。

就铁路运输而言，适应新形势的重要措施，是实施了提速战略和铁路技术创新工程，以高新技术提升传统产业的技术水平，实现技术的跨越式发展。

我国铁路技术发展的总目标是实现铁路现代化，重点发展方向是旅客运输快速化、高速化，货物运输重载化、快捷化，安全装备系统化，牵引动力现代化……逐步建立一个具有中国铁路特点的技术体系。

铁路主要技术政策还明确指出要：大力发展电力机车牵引技术，积极提高电力牵引承担的换算周转量的比重。

在高速铁路、运煤专线、繁忙干线及长大坡道、长隧道、高海拔地区等线路上应采用电力机车牵引；积极发展交流传动技术，逐步完成直流传动向交流传动的转换。

积极研制高速旅客列车。

可以预见，电力牵引在我国铁路运输中所担负的任务将越来越大，铁路电气化事业将有一个飞速发展。

第二章电气化铁路受电弓的概论目前我国铁路电气化进入了快速发展阶段,车速的提高,对接触网各部的参数、悬挂类型、受电弓的取流等诸多方面,提出了更高的要求。

高速电气化不仅对接触网提出了更高的要求,同样对受电弓质量状态的要求也有相应提高。

以下我们重点谈谈受电弓。

第一节受电弓的构造
一受电弓的功能：
电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上。

二构造：
受电弓可分单臂弓和双臂弓两种，均由滑板、上框架、下臂杆（双臂弓用下框架）、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。

近年来多采用单臂弓（见图）
三重点介绍单臂弓的构造
TSG3－630／25型单臂受电弓由底架、铰链机构、弓头部分、传动机构、控制机构等组成，其基本结构如图18—1所示，现分述如下。

(一)底架
底架由纵梁2和横梁12组成，用矩形钢管、钢板压形件及部分铸钢件焊
接成“T”字形的基座，并通过3个绝缘子安装在机车车顶盖上。

它是整个受电弓受流运动部件的安装基座，应具有足够的机械强度和耐受一定电压的电气性能。

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8，一套铁链机构和一付阻尼器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。

(二)铰链机构
铰链机构由下臂杆5、推杆16、中间铰链座17、平衡杆18、上部框架15等部件组成，是实现弓头升降运动的机构。

其中，下臂杆、推杆、平衡杆、上部框架由无缝钢管组悍而成，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。

图2-2 TSG3－630／25型单臂受电弓结构示意图
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—中间绞链座 18—平衡杆 19—转臂 20—U形连杆 21—传动绝缘子 22—传动气缸23—缓冲阀.
下臂杆5由两根钢管焊接成“T”字形构件，横向管两端装有两个转轴，纵向管的前部装有升弓弹簧支架和升弓弹簧8。

升弓弹簧的连接钢丝绳与弧形调整板6的背部紧贴，以此保证当受电弓在工作高度范围内升弓弹簧的拉力发生变化时，能产生足够的升弓转矩，维持弓头的静态接触压力基本不变。

调整调节螺栓4，可以改变弧形调整板6的倾角，也就改变了压力特性的摆动趋向。

平衡杆的作用是保证弓头部分的滑板面在受电弓整个工作高度范围内始终保持水平状态。

上部框架15由5根钢管焊接成1个构架，保证了上框架有较强的横向刚度和较小的质量。

其一端与弓头上弹簧盒10的铰链用螺栓连接，另一端借助于压板用螺栓装在中间铰链座17上。

（三）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，如图2-2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，适用于钢接触导线；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，既能同时适用于钢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量粉末冶金滑板，其原始厚度为10mm，磨损至3mm时到限。

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上下动作，以改善受流特性。

（四）传动机构
传动机构由传动气缸22、传动绝缘子21、U形连杆20、转臂19等组成。

传动绝缘子21连接在传动气缸22与U形连杆20之间对形连杆与转臂连接，转臂再与下臂杆转轴连接在一起。

这种安装方式保证了受电弓高、低压之间的电绝缘，并能方便地传递和控制升、降弓作用力矩。

传动气缸的结构如图2－3所示，它由缸体1、活塞2、降弓弹簧3、进气口 4、防尘套5等组成。

气缸体与水平面成15°仰角，安装在车顶上，如图2－2。

(五)控制机构
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。

缓冲间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。

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。

它由快排阀和节流问两部分组成，如下图所示，主要包括阀体4、快排问活塞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。