韩铁元、邢玉刚、郭晨、杨爽、郑佳
中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 064000
摘要：通过分析当列车换乘时受电弓上升的过程和调节气囊压力的过程，受电弓的电气和气动控制原理以及自动降下系统的工作原理以及受电数自动降低的功能。
关键词：380BL高速动车；受电弓；自动降弓系统
受电弓自动降弓系统（ADD；自动降弓装置）也称为快速降弓系统，主要用于受电弓碳滑板磨损到极限或因外力损坏而控制气体回路泄漏，控制模块着火。万一发生灾难性故障，受电弓会自动迅速下降，以进一步保护受电弓和悬链线免受损坏。380BL高速动车组是中国唐山公司开发的新一代长编组高速动车组。主要用于京沪高铁、京广高铁、武广高铁。受电弓采用青岛法维莱轨制动有限公司生产的CX-PG型主动控制高速受电弓。受电弓的主要特点是可以根据列车的行驶速度和受电弓的位置参数进行实时调整。安全气囊的压力可确保稳定且良好的弓形接触和电流，而受电弓碳滑板具有自动弓形检测功能。380BL动车组包括16辆车，分为4个拖曳单元。车顶装有2号、7号、10号和15号受电弓。火车行驶时，两个受电弓上升。当受电弓自动下降时，列车同时通过总线控制装置降低另一受电弓，并断开相应的主断路器。
一、自动降弓的常见原因
在动车组操作期间，有许多原因触发自动弓降低系统来自动降低受电弓，但有两个普遍原因，首先是受电弓碳滑板磨损到极限，存在或因外力而损坏时，自动ADD阀排出空气并触发自动弯头，其次是受电弓控制模块组件故障，火车与受电弓控制模块之间的MVB通信错误，受电弓控制模块报告严重故障，自动触发弓箭。
二、受电弓控制及自动降弓原理
CX-PG受电弓的控制分为两部分：电气控制和气动控制。安全气囊、ADD阀和碳滑板安装在车顶受电弓上，其余部分集成为控制模块并安装在受电弓下方。在列车的车顶上，图1显示了CX-PG受电弓控制原理的示意图。
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三、气动控制原理
（一）受电弓升弓过程的阶段
首先是空气压力大于上阀体，压力空气会推动ADD 阀膜板上移（膜板上方弹簧被向上压缩）并脱离 ADD 阀排风口，压力空气与 ADD 阀排风口联通，在升弓初期会出现 ADD 阀对外短暂排风的现象。其二是压力平衡阶段，当压力空气继续给ADD上阀体和碳滑板ADD检测气路供风至一定压力时，在上阀体压力空气与膜板上方弹簧的共同作用下，膜板两侧压力达到平衡，此时膜板下移并且上方弹簧恢复，将排风口密闭，ADD阀停止排风。最后是持续供风阶段，当ADD阀达到平衡后，压力空气继续通过节流孔向ADD阀上阀体及碳滑板ADD 检测气路供风，直至上阀体和碳滑板内压力空气与气囊压力一致时为止，此时整个升弓过程结束。
（二）受电弓升弓过程
在受电弓升弓的过程中，控制模块压力开关的状态是确定受电弓升弓是否正常的重要标准。压力开关具有常开电路和常闭电路，其通过总线插头连接到列车。气动回路连接至碳滑板ADD检测气体回路，在CX-PG受电弓上选择的压力开关的工作范围为250kPa~300kPa。当由碳滑板ADD检测到的气体回路压力达到250kPa时，压力开关的常开回路闭合并且常闭回路断开。列车收到常开闭路信号，如果此信号在15秒内未发生变化，则认为是受电弓、安全气囊和碳滑板内部的压力通常会升高（325±10）kPa（此压力由受电弓的机械性能决定，根据受电弓有一些差异）。驾驶室将发出降落命令。弓形电磁阀断电后，压缩空气被排出。当压力降至300 kPa以下时，压力开关的两个回路返回其初始状态，受电弓通常下降。当列车在行驶过程中碳滑板磨损到极限或受到外力损坏时，碳滑板ADD会检测到气体泄漏。当压力降至300 kPa以下时，压力开关将强制取消升起命令。在降低过程中，ADD阀下部阀体中的压缩空气推动隔膜，使弹簧在隔膜上方移动并压缩。ADD阀的排气口打开，安全气囊中的压缩空气从ADD阀的排气口排放到大气中。此时，弓自动降下弓，但由于此时未从驾驶室主动发出弓下命令，因此认为受电弓自动弓降系统正在运行。
四、电气控制原理
通常，列车速度越高，则用于确保稳定和良好电流的集电弓网的接触力就越大，反之亦然。CX-PG受电弓是一种主动控制的受电弓，可以根据列车的速度和受电弓的位置参数实时调整安全气囊压力，从而达到调节受电弓网接触力的目的。主要的控制思想是首先根据管路，接触网参数和过去的操作经验来设置受电弓控制单元的列车速度和受电弓安全气囊压力曲线，然后在不同的工作条件下运行受电弓线。根据测试数据测试并调整和改善预设曲线，如果在列车停止时受电弓完全升高，则安全气囊压力为（325±10）kPa。如果火车以200 km/h的速度加速，则在加速过程中有必要增加安全气囊压力，前提是控制单元中设置的速度-压力曲线对应于360 kPa的安全气囊压力。具体工作过程首先，压力传感器（一个监视安全气囊的压力，另一个传感器检查并监视压力）将安全气囊的实时压力反馈到控制单元，然后将压力反馈给精密电磁阀。阀门操作以抽取安全气囊中的一些压缩空气。连接至压力调节阀的预控制腔（由于压力调节阀的预控制腔的体积与安全气囊的体积相比很小，因此可以忽略这部分压缩空气对安全气囊压力的影响）并逐渐将压力控制阀预控腔安全气囊的压力调节到360 kPa。在此期间，压力调节阀还实时调节安全气囊的压力。当压力传感器检测到安全气囊的压力已达到360kPa时，增压精密电磁阀停止，安全气囊的加压过程完成。
如果列车速度从200km/h降至0，则在减速过程中应降低安全气囊压力。除了通过减压精密电磁阀通过排气系统对压力调节阀进行预控制外，执行过程与加压过程相似。将内部压力调节到初始状态，并且压力调节阀将安全气囊内部的压力调节到初始状态。事实证明，在整个压力调节过程中，压力调节阀、压力传感器和精密电磁阀的作用非常重要。如果这些组件中的任何一个发生故障，则控制单元可能会报告严重的故障并导致自动降低弓度。常见的灾难性受电弓故障是：①火车与受电弓控制单元之间的MVB通信错误。②两个压力传感器读数之间的差在0.5秒内超过40 kPa。③传感器读数设置值与设置值之差在1秒内为40 kPa或更高。④传感器校准与设置值之差在1秒内为40 kPa或更高。⑤压力调节器无法调节压力。当受电弓控制单元检测到上述严重故障时，它将向列车报告这些严重故障和相应的故障代码，并触发自动下弯系统。具体过程如控制单元的常闭严重故障继电器断开，其内部电路为常断电的ADD电磁阀通电（也可以通过将电源负极连接到总线插头的ADD接口来创建电磁阀）电动，此方法可以模拟通常在系统功能调试阶段使用的自动俯冲操作条件，碳滑板ADD可检测通向大气的空气路径中的压力空气，然后自动弯腰系统被触发，当达到极限或由外力造成损坏时，同样适用。
结语：综上所述，中国高铁的运营距离迅速增长，运营速度和密度不断提高。作为动车组的关键系统之一，受电弓系统在列车的稳定性、安全性、准确性乃至整个路线中都发挥着重要作用。在运行过程中受电弓的自动弯曲会严重影响管线的正常运行，并导致管线在大范围内延迟。动车组的日常维护需要加强受电弓的检查，最大限度地减少受电弓或火车自动降弓的可能性。
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