礦用無軌架線車用集電裝置弓頭的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊俊哲

(中國(guó)神華能源股份有限公司 神東煤炭分公司， 陜西 神木 719315)

0 引言

集電弓頭是有軌/無軌運(yùn)輸供電系統(tǒng)中的重要部件之一,它通過與接觸網(wǎng)滑動(dòng)接觸而受流，是電力運(yùn)輸車與供電系統(tǒng)的重要連接環(huán)節(jié)，其性能的優(yōu)劣直接影響到電力運(yùn)輸車的可靠性。

目前在有軌運(yùn)輸供電系統(tǒng)中，集電裝置采用受電弓的結(jié)構(gòu)形式，弓頭安裝在受電弓框架的頂端，直接與接觸網(wǎng)接觸，匯集電流[1]。在無軌運(yùn)輸供電系統(tǒng)中，集電裝置采用集電桿的結(jié)構(gòu)形式，桿頭(弓頭)安裝在集電桿頂端，桿頭又被稱為“靴頭”，外觀看似一個(gè)倒置的靴子，“靴子”底部是一個(gè)U型槽，里面安裝著石墨滑塊，接觸線在U型槽中與石墨滑塊直接接觸獲取電力。本文應(yīng)用的是一種適用于煤礦井下無軌架線車的新型集電裝置的集電弓頭。

1 概述

中國(guó)神華神東補(bǔ)連塔煤礦新建輔運(yùn)平硐全長(zhǎng)2 745 m，平均坡度5.5°，屬于連續(xù)長(zhǎng)距離坡度巷道。為了解決輔助運(yùn)輸使用傳統(tǒng)柴油機(jī)車引起的尾氣排放嚴(yán)重和下坡車輛制動(dòng)安全問題，采用了電驅(qū)動(dòng)無軌架線車的方案，如圖1所示。巷道頂部架設(shè)新型三軌式剛性懸掛接觸網(wǎng)，電壓DC 1 500 V，車輛運(yùn)行動(dòng)力依靠車輛頂部集電裝置的集電弓頭從接觸網(wǎng)導(dǎo)流軌上取電。

1-三軌式剛性接觸網(wǎng)； 2-集電弓頭； 3-受電弓擺臂； 4-受電弓底座。

該礦用無軌架線車用集電裝置與地面無軌電車集電裝置的受電原理類似，均為集電弓頭托舉導(dǎo)流軌，平移滑行取電。集電弓頭作為無軌運(yùn)輸車輛與三軌式剛性接觸網(wǎng)的結(jié)合部分，是集電裝置的關(guān)鍵部件，決定車輛受流的穩(wěn)定性。由于接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)為剛性懸掛，車輛減震性能又很差，運(yùn)行過程中垂直振幅較大，對(duì)集電弓頭的舉升力補(bǔ)償提出了更高的要求[2]。

2 結(jié)構(gòu)形式及技術(shù)要求

2.1 集電弓頭結(jié)構(gòu)

新型三軌式剛性懸掛接觸網(wǎng)如圖2所示。懸掛底座一端為化學(xué)錨栓，嵌入巷道頂部混凝土中，承擔(dān)接觸網(wǎng)質(zhì)量。懸掛橫梁固定于懸掛底座上，懸掛定位座用以確定上、下行線接觸網(wǎng)位置，雙懸掛絕緣子固定于懸掛定位座之上，兩段分別懸掛正負(fù)極接觸網(wǎng)受流導(dǎo)軌。

1-懸掛底座； 2-懸掛橫梁； 3-懸掛定位座； 4-雙懸掛絕緣子； 5-受流導(dǎo)軌。

集電弓頭和三軌式剛性懸掛接觸網(wǎng)是配套的，結(jié)構(gòu)如圖3所示。大多數(shù)零件均通過螺栓連接，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝和維修。

受電弓弓頭主體主要由本體、彈簧軸、內(nèi)彈簧、上端蓋、下端蓋及配套連接零件組成。本體由絕緣樹脂材料模具整體成型，其放射型的結(jié)構(gòu)增大了弓頭的爬電距離。在本體兩端安裝了4組內(nèi)彈簧，其作用是快速消除軌道不平順引起的振動(dòng)，保證受電弓與導(dǎo)電軌持續(xù)接觸。

受電刷組合安裝內(nèi)彈簧，上端由受電刷和導(dǎo)電銅板構(gòu)成，其材質(zhì)為銅，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。受電刷通過與接觸網(wǎng)滑動(dòng)接觸，使集電弓頭受電，再通過編制軟銅排將電流引入車內(nèi)[3]。

導(dǎo)軌輪組合用螺栓連接在弓頭主體兩側(cè)的預(yù)留孔上，主要由導(dǎo)軌輪裝配體、輪支架、軸套、拉簧及配套連接零件組成。其主要用于集電裝置導(dǎo)向和接地。

中心軸彈簧組合安裝在弓頭主體的中心孔上，由中心軸彈簧、中心軸、軸套、上端蓋、軸承等組成。其不僅起到連接集電弓頭與受電弓抬升機(jī)構(gòu)的作用，還能消除線路不平順引起的振動(dòng)。

彎板組合安裝在弓頭主體前后兩端，它裝有接近開關(guān)，用于檢測(cè)受電弓在工作狀態(tài)時(shí)是否接觸導(dǎo)電軌。弓頭后端的彎板組合用螺栓與接地刷組合相連接，其作用主要是實(shí)現(xiàn)集電裝置的接地功能。

2.2 技術(shù)要求

集電弓頭是弓網(wǎng)關(guān)系的重要連接部件，其性能的優(yōu)劣直接影響電力運(yùn)輸車的性能。集電弓頭的技術(shù)要求為：

1) 弓頭在工作狀態(tài)時(shí)，能持續(xù)的接觸導(dǎo)電軌，保證受流質(zhì)量。

2) 弓頭在接觸軌上滑行時(shí)，不應(yīng)產(chǎn)生火花；在通過分岔裝置時(shí)，不應(yīng)產(chǎn)生過大火花[4]。

3) 為防止短路，弓頭主體應(yīng)有絕緣層或使用絕緣材料制成。

4) 碳刷壽命符合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)需求。

5) 導(dǎo)軌輪能左右轉(zhuǎn)動(dòng)，保證集電弓頭始終平行于接觸軌，不發(fā)生脫軌事故。

3 檢修維護(hù)

礦用無軌架線車用集電裝置弓頭如圖4所示。

圖4 集電裝置弓頭

集電弓頭長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，碳刷磨耗增加，各緊固件產(chǎn)生松動(dòng)，影響車輛運(yùn)輸安全，需定時(shí)定期進(jìn)行檢修維護(hù)。檢查事項(xiàng)如下：

1) 每班檢查電刷磨損程度，適時(shí)更換。更換時(shí)電刷與底座間涂導(dǎo)電膏，螺紋間涂螺紋膠。

2) 每班檢查導(dǎo)向輪，要轉(zhuǎn)動(dòng)靈活無阻滯。

3) 每班檢查接地線螺栓，如有松動(dòng)，加以緊固。

4) 每周檢查各部件連接情況，如有松動(dòng)，加以緊固；連接件損壞，予以更換。

5) 每月檢查弓頭預(yù)緊力，保證弓頭與接觸網(wǎng)壓力在80 N左右[5]。

4 應(yīng)用情況

新型的礦用無軌架線車用集電裝置弓頭研發(fā)試產(chǎn)后，從2017年3月底開始在神華神東集團(tuán)的補(bǔ)連塔煤礦新建的2#輔運(yùn)平硐接觸網(wǎng)工程進(jìn)行了冷滑及熱滑試驗(yàn)，運(yùn)人車試驗(yàn)如圖5所示。在為期3個(gè)月的初次試驗(yàn)期間，集電弓頭對(duì)接觸軌的跟隨性良好，試驗(yàn)車輛受流穩(wěn)定，使用情況良好。

圖5 運(yùn)人車集電弓頭試驗(yàn)

5 結(jié)論

配套礦井DC 1 500 V三軌式剛性接觸網(wǎng)使用的無軌架線車集電裝置集電弓頭，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝，對(duì)接觸軌的跟隨性良好，掉線頻率低，受流質(zhì)量高，火花控制效果好。機(jī)械、電氣和絕緣性能均滿足DC 1 500 V供電系統(tǒng)及煤礦行業(yè)要求，能很好地適應(yīng)無軌架線膠輪車在煤礦輔運(yùn)巷道內(nèi)的運(yùn)行工況。