神华号HXD1型电力机车受电弓典型故障分析

神华号HXD1型电力机车受电弓典型故障分析
文章针对神朔铁路运用三年以来神华号HXD1型电力机车TSG15B型受电弓出现的三种典型故障进行了原因分析，并以降本增效为理念，采用价格低廉的材料和简单有效的方式，提出了相应的改进措施，取得了良好效果。

标签：TSG15B型受电弓；滑板；弓头悬挂
1 概述
神朔铁路自2013年1月起陆续引进神华号HXD1型八轴大功率交流电力机车，该型电力机车由神华集团和南车株洲电力机车有限公司共同研制生产。

神朔铁路交流电力机车万吨重载牵引模式采取“2+1或3+0”组合牵引模式运营，极大提高了运输效率，为神朔铁路完成每年运量任务提供了可靠的运力保障。

本文针对交流电力机车安装的TSG15B型受电弓的特点以及在机车运用、维护中所体现出的问题进行分析，并提出相应的改进措施，为以后TSG15B型受电弓安全稳定的运行和可控的维护保养奠定基础。

2 TSG15B型受电弓简介
2.1 装车情况
TSG15B型受电弓是装配于和谐系列大功率机车的干线受电弓，在HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD1D、神华机车、HXD3、HXD3B、HXD3C等电力机车上都有成熟应用，目前已装车7000余架，分布在国内各铁路运行。

2.2 受电弓构成及原理
TSG15B型受电弓是由中车株机电力机车有限公司设计的单臂式气囊受电弓。

该受电弓由底架、下臂杆、上框架、平衡杆、弓头悬挂、托架、滑板、气囊、升弓钢丝绳、阻尼器、快排阀和车内气阀板等构成。

升弓过程为：电磁阀得电，压缩空气进入气囊，气囊膨胀驱动升弓钢丝绳拉动下臂杆沿轴向上转动，通过拉杆将上框架拉起；降弓过程为：电磁阀失电，升弓装置排出气囊压缩空气，受电弓靠自重降下，落于止挡。

受电弓在工作时，气囊升弓装置一直被供以压缩空气，弓头采用悬挂装置，具有一定的自由度。

接触网高度方面较小的差异通过弓头悬挂装置进行补偿，较大的差异，通过铰链系统进行补偿，因此受电弓可随接触网的不同高度而保持接触压力基本恒定。

3 出现的故障和问题
TSG15B型受电弓潜在的一些问题均在机车运行中逐渐显现，这些问题与受电弓的设计、维护理念有关。

自2013年神朔铁路配属神华号HXD1型电力机车以来，该型受电弓先后出现过三种典型故障，下面就出现的三种典型故障分别说明。

3.1 止挡杆与滑板铝制托架干涉
TSG15B型受电弓在使用中，弓头框架自由运动，通过接触网连接，弓头被保持在正确位置。

平衡杆由顶管和止挡杆组成，在升降弓时，平衡杆阻止弓头的四处倾斜，通过平衡止挡杆控制使弓头保持大致的水平位置。

因此，平衡杆止挡杆在调整弓头位置的过程中，会与滑板铝制底架不断触碰摩擦。

神华号HXD1型电力机车在神朔铁路配属运用17个月的期间内，出现了因滑板气道泄漏引起的自动降弓，入库检查发现滑板铝制底架被过度磨损，滑板内气道泄漏（如图1所示）。

通过对现场情况进行分析，可以判定为止挡杆在对滑板起到支撑作用的同时，不断地与滑板同一位置碰磨，最终造成滑板铝制底架过度磨损。

3.2 滑板掉块裂纹
TSG15B型受电弓弓头悬挂支撑由两个橡胶扭矩元件和两个V型链接器构成。

链接器被装在扭矩条的末端，扭矩条将橡胶元件和链接器连接在一起。

橡胶弹簧元件上方的调节板被安装在弓头托架，扭矩条被安装在上框架的长横管的免维护轴承上，这种结构允许弓头尽可能地在上框架的顶管周围沿垂直方向和水平方向自由运动。

在工作期间，对于受迫频率，悬挂弹簧表现出一个增加的刚度和较低的惯性阻尼，它的各向弹性允许进行误差补偿，并且吸收侧向振动。

随着机车运用时间的增长，该装置中弹性元件会缓慢老化，弹性下降，导致弓头高度相对降低。

降弓时，在下臂杆与上框架未能完全降落的前提下滑板先落于底架止挡，导致下臂杆与上框架的重力作用在滑板上。

最为重要的是运行中该弹性支撑装置对滑板的缓冲作用大幅减小，滑板在通过接触网导线的硬点时，造成滑板冲击掉块以及产生碰撞裂纹，使得滑板并未正常磨耗到限位极限却被大量更换，造成极大的材料浪费。

3.3 滑板固定螺栓过热
2016年7月6日，HXD17118机车在运行中受电弓滑板固定螺栓处发红；2016年7月11日，HXD17022、7110、7009、7096、7024、7092机车分别在运行中出现受电弓滑板固定螺栓处发红现象。

机车入库后，检查滑板固定螺栓紧固情况，拆下滑板后发现，滑板与托架接触面电腐蚀现象严重（如图2所示）。

TSG15B型受电弓的弓头是由滑板与弓角组成的一个框架结构，这种设计保证弓头结构精巧，部件尽可能少，易维护。

托架采用碳钢材质，表面镀锌，滑板
底架为铝合金材质。

滑板两端与托架分别通过固定螺栓连接，滑板与托架的接触面作为滑板-托架的唯一导电途径。

因神华号HXD1型电力机车在满载运行时，原边电流可达到384A，如此大电流通过长期暴露于室外的托架与滑板接触面，经过一段时间，碳钢会失去镀锌层的保护，锈蚀加重，导致接触电阻增大，从而导致受电弓在运行中出现滑板固定螺栓过热、发红的现象。

4 解决措施
4.1 平衡杆加PVC软编织管
根据技术人员提供的改造方案，在平衡杆止挡杆上加装PVC编织管，取两段长200mm的PVC编织管套在止挡杆上，并保证PVC编织管边缘与止挡杆对齐。

平衡杆止挡杆套上PVC编织管后，可以在止擋杆与滑板接触时起到缓冲的作用，进而降低二者之间的碰触摩擦强度。

4.2 定期调整弹性支撑装置
根据技术人员的设计要求，滑板上表面至顶管中心距离为la。

在滑板受垂直向下70N作用力时la为73±6mm，在滑板不受到垂直向下作用力时la为80±5mm。

止挡杆至滑板底部距离为lb，在没有接触压力的情况下：10≤lb≤30mm，在有接触压力的情况下：4≤lb≤24mm。

在受电弓升起1500mm高度时，止挡杆与弓头碳滑板距离必须在要求范围内，且止挡杆与弓头碳滑板两边距离应基本相等，相差不超过5mm。

由于长时间的使用，橡胶出现老化疲劳，橡胶弹簧元件下陷，导致滑板上表面至顶管中心距、止挡杆至滑板底部距离减小，引起滑板在运行中的掉块和止挡杆与滑板之间的碰触摩擦。

经过反复研究结合技术人员提供的方案，按照神朔铁路制定的HXD1型电力机车修制，定为C2及以上修程时，对橡胶弹簧元件进行调整。

通过改变锁住橡胶弹簧元件调节板的螺母位置来升高和下降弓头高度，从而减少滑板掉块以及止挡杆与滑板之间的碰触摩擦。

4.3 改变滑板-上框架的导电途径
TSG15B型受电弓的导电路径为：滑板——托架——上框架——下臂杆——底座——车顶母线，除滑板与托架是直接的面接触外，其它均由软编织导线连接。

經过研究及反复试验，最终确定对滑板——托架——上框架的导电途径进行更改。

根据现场滑板安装情况，确定在滑板两端距端部190mm处增加导流线固定螺栓。

另购置一根采用国家标准的定制导流线，其导线截面积为50mm2，单丝直径为0.1mm，两端螺孔中心距为260mm，端部螺孔直径为10.5mm。

导流线一端采用直角型接线端子。

在滑板更换作业过程中，在安装完滑板固定螺栓及风管后，需要将定制导流线一端连接于滑板新增的螺栓，另一端连接于上框架预留孔，将托架——上框架
之间的导流线拆下，两端分别连接到滑板、上框架预留孔处。

安装后的导流途径变为滑板——上框架，将托架短路，避免了机车受流造成托架局部过热。

5 结束语
结合现场情况，技术人员分别通过平衡杆止挡杆加PVC软编织管、定期调整弹性支撑装置和改变滑板至上框架的导电途径，解决了平衡杆止挡杆与滑板铝制托架干涉、滑板掉块及裂纹、滑板固定螺栓过热发红的问题。

综合故障情况，TSG15B型受电弓故障均出现在弓头及弓头悬挂上，造成运用成本及维护费用增加。

因此针对这种弓头及弓头悬挂方面的故障，技术人员通过采用价格低廉的材料和简单有效的方式制订了相应的改造措施，效果良好。

但弓头设计仍为TSG15B型受电弓的薄弱环节，需要通过不断地探索研究、发现问题、解决问题，从而使该系列受电弓的弓头及悬挂的设计及维护保养日渐成熟，提高机车运行的安全性。

参考文献
[1]荣林.神华八轴交流电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2014.
[2]南车株洲电力机车有限公司，朔黄铁路发展有限责任公司，中国神华能源股份有限公司神朔铁路分公司.神华重载运输大功率交流传动电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2015.
王东（1985-），男，汉族，本科，陕西省神木县人，设备工程师，工作单位：神华集团神朔铁路分公司，主要研究机务设备管理与技术应用。