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引言

儲能式現(xiàn)代有軌電車采用全線無接觸網(wǎng)運行，僅在站臺區(qū)間布置供電軌，利用乘客上下車時間完成短時大電流充電。

根據(jù)儲能式現(xiàn)代有軌電車受流方式及其供電接觸特點，研制一種被動受電器，安裝在車輛頂部，正常情況下受電器保持升起，進入站內(nèi)充電段后，受電器通過與供電軌接觸，向整個列車供電，滿足車輛受流要求。

現(xiàn)在國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)研究方面的文章報道很少，本文從受流器整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，對受流的關(guān)鍵項點進行研究。

1受電器特點

為確保列車在運營過程中與良好的市容市貌和諧統(tǒng)一，要求受電器體積小。列車采用被動受流方式增加受流時間，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，通過手動升降實現(xiàn)受電器升降，切除電源，實現(xiàn)對列車的保護。

2受電器組成

受電器主要由弓頭組裝、鉸鏈機構(gòu)、底板組裝、升降弓機構(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。電流通過弓頭滑板、電纜組裝向整個列車供電。

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機械強度高，承受一定的振動和沖擊而不損壞。

③優(yōu)良的潤滑性能和耐磨損性能。

④耐弧性強。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，受電器鉸鏈機構(gòu)采用不銹鋼材料。因受電器承受短時大電流受流，通過電纜將滑板電流通過電纜傳送到列車，對鉸鏈機構(gòu)中

的軸承進行短接，實現(xiàn)對鉸鏈機構(gòu)的保護。受電器在運行過程中進行上下運動，為提高電纜的使用壽命，電纜采用高柔性電纜。

2.3 升降弓機構(gòu)

當(dāng)需要升弓時，如圖2（a）所示，在客室內(nèi)通過軟軸驅(qū)動升降機，升降機向左移動，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供電。

當(dāng)需要降弓時，如圖2（b）所示，升降機向右運動，驅(qū)動鉸鏈機構(gòu)逆時針轉(zhuǎn)動，滑板下降，滑板從供電軌脫離，受電器降弓，切除主電路電源，實現(xiàn)列車故障保護。

3分析計算

3.1 滑板與供電軌溫升計算

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?；搴凸╇娷壷g有很大的接觸力，在接觸區(qū)域也是少數(shù)的小面（點）發(fā)生接觸，這些少數(shù)的小面（點）承受著接觸壓力，滑板接觸面積計算如下[1]。

熱流密度的計算公式如下：

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，與熱源有一定距離的點的溫度分布函數(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，隨著時間的增加，溫度逐漸增大，在50 s 時間內(nèi)，*高溫度達到172℃。準(zhǔn)確地計算溫升比較困難，準(zhǔn)確的溫升值需通過試驗進行測試，該計算僅用于估算。

3.2 電纜選型計算

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。

受電器集取電流時為短時工作制，工作時電流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 機車車輛布線規(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

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

5結(jié)語

本文對受電器在短時大電流的狀態(tài)進行溫升計算和電纜選型，并且介紹了受電器升降機構(gòu)。樣機試制完成后，進行了型式試驗和裝車試運行考核，根據(jù)試驗和線路試驗，受流器運行良好，滿足功能和性能要求。