摘要：随着我国高速铁路的发展，动车组在客运方面发挥着越来越重要的作用。而受电弓作为接触网导线和动车组牵引系统连接的纽带，它的运行状态直接影响着动车组的正常运行。因此，分析受电弓的原理及实际运用中常见的故障，找到正确的处理方法，具有一定的现实意义。
关键词：DSA250型受电弓；结构原理；常见运用故障；分析与处理
随着动车组的速度不断提高，我国动车组的运营速度从最初的200Km/h 提高至350 Km/h，对动车组牵引性能的要求也越来越高，受电弓作为连接接触网供电系统和动车组牵引系统的重要部件，其性能的好坏对速度的提升起到了至关重要的作用。
DSA250型受电弓作为我国动车组受电弓的绝对主力，装车的车型有：CRH1、CRH2、CRH3A、CRH5（高寒、抗风沙、长编动卧）、CRH6A/F等和谐号动车组，CR300AF、CR300BF、CR200J动集等复兴号动车组，该型受电弓累计装车运用大约2500架。因此，深入学习DSA250受电弓的工作原理，分析实际运用中常见的故障并找到正确的处理方法，对动车组的日常维护及降低百万公里故障率具有重要的意义。
1、DSA250受电弓的工作原理
1.1、受电弓的基本结构
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图1 DSA250受电弓外形结构图
如图1所示，基本框架由下臂、上臂、连杆以及底架组成，而且框架形成一个顶平面四连杆机构。DSA250受电弓主要由以下几部分组成：底架、升弓装置、钢丝绳、阻尼器、下臂、下导杆、上臂、上导杆、弓头以及各种软连线。
1.2、主要技术参数
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图3 受电弓气囊供应压缩空气工作原理图
1.3.1、升弓过程
当动车组需启动受电弓时，首先由司机操作升弓按钮，通过控制系统发送升弓命令，当升弓电磁阀接收到电路信号后动作打开，压缩空气经由此阀进入气路控制阀板，如图2所示。
来自车辆的压缩空气首先要通过气路控制阀板上的空气滤清器，确保进入受电弓的压缩空气的洁净度。然后压缩空气将流经升弓节流阀进入减压阀。升弓节流阀调节升弓时间，减压阀调整进入受电弓气囊的压缩空气压力，保证接触力满足要求。然后压缩空气流经降弓节流阀，进入安全阀。降弓节流阀调节降弓时间，安全阀用于气路安全保护，仅当减压阀失效且输出气压高于其设定值时启动，防止受电弓气路压力无限增大。压缩空气流出安全阀后，经过气路管路进入受电弓气囊，气囊充气膨胀扩张使桁架向前运动，带动钢丝绳往下运动，拉动下臂，通过下导杆支撑，使上臂升起，弓头和接触网两者接触，完成受流过程。压缩空气工作原理图如图3所示。
1.3.2、降弓过程
当动车组需降下受电弓时，首先由司机操作降弓按钮，通过控制系统发送降弓命令，当升弓电磁阀接收到降弓指令后断开，受电弓气囊内压缩空气通过车辆管路经安全阀、降弓节流阀、减压阀后，通过减压阀排气口快速将气囊中的空气排出，受电弓靠自重下落并维持在降弓位。
1.4、自动降弓装置（ADD）的工作原理
由于动车组运行的速度较高，受电弓极易因异物打击或接触网状态不佳造成故障，容易发生刮网事故，为此，DSA250 型受电弓设计了ADD 自动降弓装置。
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图4 自动降弓装置（ADD）工作原理
当受电弓弓头、管路受异物击打损坏，或者碳滑板磨损到限、损坏时，会导致气管发生破裂造成压缩空气泄漏，当该部分气体的泄漏量远超于ADD 阀体内部的补给量，会导致腔体内部迅速降压，使ADD两个腔体的气压不平衡，ADD 膜片迅速打开，导致气囊内部的空气立即排向外部，引起受电弓快速降弓。该过程全程大概2s 左右，而且受电弓从工作高度下降的过程中ADD阀会有非常刺耳的气体排放声。迅速降下受电弓后，避免了网线和受电弓的损坏。
2、常见故障分析及处理
由于受电弓安装在动车组车顶上，直接暴露在车厢外，而且运行速度很快，受天气及外部因素影响比较大，工作条件比较恶劣，容易发生故障。受电弓发生故障时会影响运输秩序，危及动车组行车安全。因此，有必要对动车组受电弓故障进行分析处理，保证动车组的安全运行。
根据受电弓的原理及其在实际运用时的状况总结，它的故障主要分为电路故障和气路故障两大类。运行中的动车组受极端天气影响比较大，且易发生异物击打造成部件及气路损坏，因此气路故障较多。而电路故障则易发生在入库进行维修和调试时。受电弓的主要常见运用故障分析如下：
2.1、受电弓无法升起
受电弓的升弓主要由电路控制，气路驱动，因此受电弓无法升弓的原因有以下几种：
2.1.1、受电弓阀板前端供风异常
首先检查阀板前端是否有气源输入，查看阀板压力表气压值是否正常。检查升弓电磁阀是否有故障，阀板前端是否有气路泄漏。当阀板前端输入气压异常时，其压力值达不到驱动升弓装置的标准气压值，导致无法升弓。及时排查车辆供风系统，确保阀板的供风正常。
2.1.2、受电弓控制阀板故障
受电弓的压缩空气是通过控制阀板来供给的，阀板的部件或管接头发生漏风故障时，会造成受电弓风压异常，导致无法升弓，需要及时处理。
控制阀板的升弓节流阀及减压阀设置不合理时，会造成升弓供风气压或流量小，导致无法升弓，需要及时调整。
2.1.3、受电弓气路堵塞或泄漏
检查受电弓的各个气路部件是否有压缩空气，判断各气路管路是否有堵塞（异物、冰、水），如有需及时处理异物，疏通气路。
用专用的试漏剂检查受电弓的气管、管接头、碳滑板是否因空气泄漏触发了ADD自动降弓装置，如有，及时处理或更换部件。
检查ADD试验阀是否处在关闭位置。如不在关闭位置，需及时调整。
2.1.4、受电弓内部机械部件卡滞
当压缩空气驱动升弓气囊之后，气囊带动桁架和钢丝绳，驱动下臂轴承带动下臂运动，下臂再通过支撑的下导杆关节轴承带动上臂及其轴承实现升弓，若受电弓内部轴承或关节轴承卡滞无法旋转，整个受电弓的铰链系统无法运行，四连杆机构无法正常运转，也就无法升弓。如发生该问题，则需要对轴承进行注油保养维护，如问题没解决，则需要更换轴承。
2.1.5、受电弓与橡胶堆粘连
受电弓在降弓时是落在3个支撑橡胶堆上进行降弓缓冲的。夏季户外高温高湿天气条件下，橡胶堆内部分子结构发生变化而导致析出沥青油，并吸附环境中物质使其产生粘性，导致受电弓的上臂交叉管与橡胶堆的粘接力变大，受电弓初始升弓力（受电弓弓头抬起瞬间向上的抬升力）不能克服粘连阻力，从而无法升起。
此种故障一般发生在南方的极端高温高湿天气条件下，北方很少发生。发生该问题后，可以在支撑橡胶堆表面涂抹适量滑石粉或凡士林，将粘接层与受电弓分开，破坏粘接力，或者加装硅橡胶套以降低、消除粘接力。
2.1.6、电路故障
受电弓的升降弓命令是通过电路进行传输的，若电气连接器插针发生弯折、缩针、动作不良等现象，可能造成电路信号传输不畅，导致升弓电磁阀接收不到打开命令，压缩空气进入不到升弓气囊，从而发生无法升弓的现象。如发生该问题，需及时排查升弓信号电路元器件。
2.2、受电弓升弓、降弓时间超差
升弓、降弓时间分别指静态接触压力及气囊压缩空气均为正常时，滑板自落弓位上升至最大升弓高度或自最大升弓高度降至落弓位所需的时间。升弓、降弓时间需≤10s，且不允许有引起损坏的冲击。如升弓、降弓时间超差，受电弓会升弓、降弓过快或过慢，容易引起顶网、砸顶、拉弧等故障。
检查升弓、降弓节流阀，重新调整或者更换节流阀。
检查阻尼器，如果有卡滞、漏油现象，需更换。
2.3、碳滑板故障
碳滑板材质为硬碳，作为受电弓的一部分，通过与高压网线的滑动接触实现受流，为动车组提供动力。接触网导线多为铜合金，硬度大于碳滑板，其抗拉强度及耐磨性比较好。在动车组运行时碳滑板可能会出现拉弧、偏磨、磨耗过限、磕碰掉块、裂纹等故障。当磨耗过限或磕碰损坏时，碳滑板会因为其内部气腔的漏风启动自动降弓的功能，使受电弓无法升起，造成运用故障。
2.3.1、碳滑板拉弧
在受电弓工作高度范围内，静止状态下，受电弓弓头碳滑板对接触网导线的压力为静态接触压力。静态接触压力值的变化，直接影响受流质量。静态接触压力值过小，在线路高低起伏的接触网区域，易造成受电弓的离线，接触电阻变大，碳滑板和接触网导线之间产生瞬间高温，造成碳滑板拉弧和灼伤，严重的会损坏接触网导线。但是如果静态接触压力值过大，导致机械摩擦变大，碳滑板和接触网导线之间的摩擦加剧，会降低碳滑板的使用寿命。适当的静态接触压力可以使接触网导线与受电弓保持合理接触，减少离线，避免轮轨的机械振动及风和高速气流的影响，使受流特性稳定。
静态接触压力超出标准值时，需调整阀板的减压阀，在受电弓匀速做升降动作时，用弹簧秤来测量静态接触压力是否满足标准。
2.3.2、前后两根碳滑板磨耗不均、偏磨
升弓高度为1.6米时，把水平仪放置在前后两根碳滑板中间，调整上导杆，使两根碳滑板处于水平位置。
2.3.3、碳滑板磕碰掉块、裂纹
碳滑板受异物击打后磕碰掉块，如不漏气的情况下，掉块损伤在标准要求范围之内，可用细砂纸打磨平滑过渡，可以继续使用。如果掉块超出范围，则需要更换。
2.4、自动降弓
2.4.1、压力开关故障
压力开关与来自车顶受电弓的ADD反馈气路连接，能够检测受电弓内部的气压变化，通过与设定压力值的比较发出电信号并传输给动车组计算机。如果压力开关损坏或者设定值偏差，通过与受电弓的的气压比较后会发出错误的电信号给动车组计算机，动车组计算机会立即断开主断路器，同时，升弓电磁阀得到来自动车组计算机系统“受电弓降下”的信号切断压缩空气的供应，从而导致受电弓自动降弓，造成运用故障。
检查压力开关元器件是否损坏或设定值是否在标准值范围内，及时调整设定值或者更换压力开关。
2.4.2、ADD自动降弓装置启动
如前文自动降弓装置（ADD）的工作原理所知，碳滑板或者ADD气路风管破损、漏风时，会触发ADD自动降弓装置，造成自动降弓。发生该问题后需及时更换碳滑板或者风管。
3、结束语
受电弓是动车组与供电装置之间的输电环节，因此受电弓传导性能的好坏直接影响列车供电电流的稳定性，也直接影响了动车组的运行状态。动车组受电弓的故障原因涉及面较广，需要牵引供电、科研及运用部门之间进一步加强合作与沟通，对各种运用状态下的故障应科学、系统的分析并分类总结。只有深入了解动车组受电弓的原理，才能逐步认识到故障发生的根源问题。找到科学的方法，做好受电弓的维护工作，才能确保动车组安全可靠地运行。
参考文献
[1] 洪从鲁.动车组牵引系统维护与检修[M].成都:西南交通大学出版社,2014.
[2]陈刚.动车组受电弓故障分析及改进[J].中国铁路，2013
[3]向前.动车组受电弓自动降弓故障分析及对策措施[J]上海铁道技术，2011