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引言

儲(chǔ)能式現(xiàn)代有軌電車(chē)采用全線無(wú)接觸網(wǎng)運(yùn)行，僅在站臺(tái)區(qū)間布置供電軌，利用乘客上下車(chē)時(shí)間完成短時(shí)大電流充電。

根據(jù)儲(chǔ)能式現(xiàn)代有軌電車(chē)受流方式及其供電接觸特點(diǎn)，研制一種被動(dòng)受電器，安裝在車(chē)輛頂部，正常情況下受電器保持升起，進(jìn)入站內(nèi)充電段后，受電器通過(guò)與供電軌接觸，向整個(gè)列車(chē)供電，滿足車(chē)輛受流要求。

現(xiàn)在國(guó)外研制受電器的主要廠家有schunk與ABB公司。ABB公司研制的瞬間充電技術(shù)，能夠在15 s內(nèi)以400 kW的功率完成充電[1]。受電器技術(shù)研究方面的文章報(bào)道很少，本文從受流器整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)受流的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行研究。

1受電器特點(diǎn)

為確保列車(chē)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中與良好的市容市貌和諧統(tǒng)一，要求受電器體積小。列車(chē)采用被動(dòng)受流方式增加受流時(shí)間，在50 s內(nèi)以1 800 A的電流完成充電。當(dāng)

遇到異常情況時(shí)，通過(guò)手動(dòng)升降實(shí)現(xiàn)受電器升降，切除電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的保護(hù)。

2受電器組成

受電器主要由弓頭組裝、鉸鏈機(jī)構(gòu)、底板組裝、升降弓機(jī)構(gòu)、絕緣子組裝、電纜組裝幾部分組成，受電器的主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。電流通過(guò)弓頭滑板、電纜組裝向整個(gè)列車(chē)供電。

2.1 滑板

滑板與供電軌接觸，將供電軌的電能傳送到受電器。好的滑板需滿足如下要求：

①良好的導(dǎo)電性，小的電阻率和接觸電阻。

②機(jī)械強(qiáng)度高，承受一定的振動(dòng)和沖擊而不損壞。

③優(yōu)良的潤(rùn)滑性能和耐磨損性能。

④耐弧性強(qiáng)。根據(jù)滑板受流特性，滑板選擇粉末冶金材料。

2.2 電纜

為提高受電器的抗腐蝕能力，受電器鉸鏈機(jī)構(gòu)采用不銹鋼材料。因受電器承受短時(shí)大電流受流，通過(guò)電纜將滑板電流通過(guò)電纜傳送到列車(chē)，對(duì)鉸鏈機(jī)構(gòu)中

的軸承進(jìn)行短接，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉸鏈機(jī)構(gòu)的保護(hù)。受電器在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，為提高電纜的使用壽命，電纜采用高柔性電纜。

2.3 升降弓機(jī)構(gòu)

當(dāng)需要升弓時(shí)，如圖2（a）所示，在客室內(nèi)通過(guò)軟軸驅(qū)動(dòng)升降機(jī)，升降機(jī)向左移動(dòng)，受電器在彈簧力的作用下升起，弓頭滑板與供電軌接觸向列車(chē)供電。

當(dāng)需要降弓時(shí)，如圖2（b）所示，升降機(jī)向右運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)鉸鏈機(jī)構(gòu)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滑板下降，滑板從供電軌脫離，受電器降弓，切除主電路電源，實(shí)現(xiàn)列車(chē)故障保護(hù)。

3分析計(jì)算

3.1 滑板與供電軌溫升計(jì)算

根據(jù)“EN 50367 鐵路應(yīng)用 集電系統(tǒng)集電弓與上滑線共同作用”的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，受流器與第三軌的接觸力值約為120 N。滑板和供電軌之間有很大的接觸力，在接觸區(qū)域也是少數(shù)的小面（點(diǎn)）發(fā)生接觸，這些少數(shù)的小面（點(diǎn)）承受著接觸壓力，滑板接觸面積計(jì)算如下[1]。

熱流密度的計(jì)算公式如下：

已知F=120 N，I=1 800 A，H=95 N/mm2，電阻值Rc=0.000 23 Ω。根據(jù)式（1）、式（2）得出滑板的有效接觸面積S=1.263×10-6 m2，熱流密q=2.95×108 W/m2。焦耳熱源處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，與熱源有一定距離的點(diǎn)的溫度分布函數(shù)為[3]

已知熱流密度q=2.95×108 W/m2，熱導(dǎo)率λ=380W/（m·K），熱擴(kuò)散率 α=1.0948×10-6 m2/s。距熱源距離x=0.02 m。根據(jù)上述公式，采用MATLAB進(jìn)行

仿真分析，仿真結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)上述分析，隨著時(shí)間的增加，溫度逐漸增大，在50 s 時(shí)間內(nèi)，*高溫度達(dá)到172℃。準(zhǔn)確地計(jì)算溫升比較困難，準(zhǔn)確的溫升值需通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，該計(jì)算僅用于估算。

3.2 電纜選型計(jì)算

導(dǎo)流線將弓頭集取的電流傳導(dǎo)至受電器安裝底板的電流連接端子上，傳導(dǎo)電流，并保護(hù)受電器上相應(yīng)部件免受大電流的有害作用。

受電器集取電流時(shí)為短時(shí)工作制，工作時(shí)電流I=1 800 A，50 s 接通, 非持續(xù)性工作。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)“EN50343:2003  鐵路應(yīng)用 機(jī)車(chē)車(chē)輛布線規(guī)則”選擇電纜，電纜選型如下：

選擇4根95 mm2導(dǎo)體的載流量I=1 480 A。

4試驗(yàn)

（4）產(chǎn)品試制完成后，在中國(guó)鐵道科學(xué)研究院進(jìn)行溫升試驗(yàn)，主要測(cè)點(diǎn)位于滑板、導(dǎo)流線、接線端子和框架結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)結(jié)果表明[4]：*高點(diǎn)的溫度為196.6℃，滿足受流性能要求，各零部件不發(fā)生變形。型式試驗(yàn)完成后，在廣州有軌電車(chē)上進(jìn)行裝車(chē)試運(yùn)行考核，目前該受電器運(yùn)行良好。

5結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)受電器在短時(shí)大電流的狀態(tài)進(jìn)行溫升計(jì)算和電纜選型，并且介紹了受電器升降機(jī)構(gòu)。樣機(jī)試制完成后，進(jìn)行了型式試驗(yàn)和裝車(chē)試運(yùn)行考核，根據(jù)試驗(yàn)和線路試驗(yàn)，受流器運(yùn)行良好，滿足功能和性能要求。