倒置式受电弓技术分析

邵朋 1 唐宇轩 2 李志锋 2 刘红超 2

1中车大连机车车辆有限公司城铁开发部 辽宁大连 116022

2中车大连机车车辆有限公司电气分厂 辽宁大连 116022

[摘 要]受电弓是机车车辆、城轨车辆等的主要受流部件，受电弓在与接触网接触后，从接触网上汲取电流，为车辆进行供电。随着轨道交通的发展，新型的倒置式受电弓也应运而生，它是在传统受电弓的基础上进行改进不仅能使用在传统城轨车辆上，同时也能够在一些胶轮车辆上进行使用。

[关键字] 城市轨道交通 受电弓 智轨

1. 供电系统技术

受电弓是车辆的受流部件，传统受电弓升起后与接触网接触，从接触网上汲取电流，并将其传送到车辆电气系统。接触网的电流首先由滑板流入受电弓弓头，然后依次经过上臂、下臂后流入底架，在弓头到上臂、上臂到下臂、下臂到底架的连接处都用软连线短接，最后经过底架上的汇流板、车顶母线进入车辆电气系统。但胶轮有轨电车无法通过轮轨进行回流，所以其受流装置也与传统受电弓不同。

1. 1. 倒置式受电弓

倒置式受电弓安装在充电桩上水平向下的安装平面。非工作状态下，折叠收入充电桩内；工作时，通过信号控制受电弓展开，接触车顶充电接收板，实现对电动公交的充电功能；接收到充电结束指令时，折叠进入非工作状态。

倒置式受电弓的展开与折叠动作结构上通过弹簧-电动推杆共同作用实现。具体为：需要展开时，电动推杆伸出，弓体在弹簧和重力作用下展开，实现弓头充电板与车顶受流装置的接触；折叠时，电动推杆缩回，克服重力和弹簧拉力，带动下臂转动，完成相应动作。

倒置式受电弓还配备有手动操作装置。在控制电路故障时，通过手摇把操作，可实现受电弓的展开和折叠动作。

1. 1. 1. 倒置式受电弓主要组成

包括底架1、下臂组件2、导杆组件3、弹簧组件4、上臂组件5、平衡杆组件6、电动推杆组件8和弓头组件7。底架1上设有下臂组件、导杆组件和弹簧组件的支座。弹簧组件4一端与底架上的支座铰接，另一端与下臂组件上的支座铰接。下臂组件2、导杆组件3分别于底架在相应支座处铰接。下臂组件2、导杆组件3的另一端分别与上臂组件5铰接。电动推杆组件8固定在底架1上，通过杆件推出，带动下臂2转动，实现充电弓展开动作。平衡杆组件6一端与导杆组件3铰接，另一端与弓头组件7铰接。弓头组件7分别与平衡杆组件6和上臂组件5铰接。，车辆上的受流装置为4条铜质充电板，如图1。

图1 倒置式受电弓组成

1. 1. 2. 倒置式受电弓动作原理

充电弓的动作原理如下，电动推杆组件8通过自身的自锁功能，将充电弓锁定在折叠位置。需要与车顶上的受流装置接触受流时，电动推杆组件8在控制信号的指令下，电动机运转，推杆前出，推力的作用下，克服弹簧组件的拉力。下臂组件2在电动推杆组件8的作用下，通过铰点带动下臂组件转动，完成展开动作。下臂通过铰接点带动上臂组件5运动，上臂组件通过铰接点使导杆3产生联动。导杆3的转动通过铰点传递到平衡杆6。弓头组件7分别在点和点与平衡杆组件6和上臂组件5铰接，并在上述两组件的带动下展开，最终完成与车顶受流装置的贴合。弓头组件7中的绝缘装置10可以有减轻充电板与车顶受流装置接触瞬间的冲击带来的振动对充电弓和车顶结构的影响。当需要充电弓与车顶脱离接触时，仅需按下折叠按钮，电动推杆组件8在电机带动下克服充电弓结构的重力缩回。当充电弓到达折叠位置时，电动推杆上的传感器给出到位信号，电动推杆停止运动，将充电弓锁定在折叠位置。［1］

1. 2. 公交用受电弓

公交用受电弓升起后与接触网（充电轨）接触，弓头一侧的碳滑板从接触网（充电轨）正线上集取电流，并将其传送到车辆电气系统。接触网（充电轨）正线的电流首先由电极流入受电弓弓头碳滑板，然后使用电缆经过底架上的汇流板、车顶母线进入车辆电气系统，最终再由弓头另一侧的碳滑板回流回接触网（充电轨）负线。

1. 1. 1. 公交用受电弓主要组成

公交用受电弓主要由：底架、支撑臂组装、导杆组装、弓头部分、升弓弹簧、驱动装置、电控箱及手动操作装置等部分组成，见图2。

图1 公交用受电弓组成

1. 3. 技术现状和前景

      1. 倒置式受电弓现状

目前，大电容电动公交的研究和应用得到了越来越广泛的关注。站内充电桩安装的倒置式充电弓也已经有所应用。倒置式充电弓由于不需要布置接触网，具有建设周期短、建设和维护成本低的优点，以后将具有更广泛的应用。由于要与车顶受流装置对接，充电弓位置的控制和调整对于车辆电气安全和使用场景的扩展具有重要意义。

使用倒置式充电弓进行充电的电动车辆，对于充电弓与车顶受流装置对接时的相对位置具有很高的要求。目前，该要求只要通过对于停车时，车身前后左右以及车头朝向等进行严格要求来实现。

但是，这种方式过分依赖司机的驾驶水平；且应用于公交车辆时，可能会出现候车人员占用车辆规定停车充电位置，导致无法充电的情况发生。

1. 1. 2. 公交用受电弓现状

公交用受电弓是一种单臂电动弹簧式，严格按照国家和行业标准设计制造，其结构简单，安装方便，维护率低，无需风源供给，可提供升降弓位置信号，在各种轨道状态下保证与架空接触网线具有良好的接触状态和接触稳定性，在弓体上设置有机械止挡，能够限制受电弓在无接触网区段上的垂直运动，公交用受电弓的所有调节零件均采用不锈钢制作，同型号的受电弓的安装尺寸和易损件都具有良好的互换性，在紧急情况下，可手动操作进行升降弓。

在2015年，中车长春轨道客车股份有限公司储能车试验项目、2016年武汉市东湖100%低地板有轨电车项目、2017年中车青岛四方机车车辆股份有限公司德令哈市新能源有轨电车项目及同年的三亚市有轨电车示范线项目都有应用。

1. 4. 优势分析

• 倒置式受电弓与公交用受电弓均为静态受流，极大的减少了碳滑板磨耗。

• 倒置式受电弓安装于充电桩上，车辆与受电弓的接口为4根铜质材料充电板（共20kg左右），极大的减轻了车辆总重，减少了部分电能的损耗。同时公交用受电弓型受电弓在重量上也远小于传统受电弓。

• 传统受电弓需要全线（大部分区域）都有接触网并且需要用铁轨进行回流，而倒置式受电弓与公交用受电弓只需在站台安装充电设施即可完成车辆供电，节约了成本。

• 倒置式受电弓可以实现一弓多车使用，提高了受电弓的利用率，节约了大量的成本。

1. 5. 总结

综上所述，倒置式受电弓有着公交用受电弓相同的受流功能，使用过程中的静态受流方式能够极大减少碳滑板的磨耗，节约了大量成本。同时因为倒置式受电弓安装于充电桩上，极大的减轻了车辆重量。对于倒置式受电弓的安装，只需在充电桩上安装，车上受流接口为4根充电板，不需要每辆车都安装充电弓，节约了大量的成本。

参考文献

［1］刘长栋，刘忠鑫，姚念良，戴云雷，吴玉启，巩志雨。CN209409825U (12)实用新型专利，2019.09.20