孙朋飞 郑茂新 付云强
中国中车集团 唐山机车车辆有限公司 服务事业部 河北唐山 063035
摘要：CR400BF动车组为动力分散型动车组，由4动4拖组成。受电弓布置于3、6车车顶，是动车组主要受流机构，紧急断电环路、ADD控制电路等与受电弓控制阀板共同完成对受电弓的控制和保护。
关键词：动车组 受电弓 典型故障 控制原理
受电弓用于和25KV接触网接触，并将电能通过高压电缆传输到变压器、牵引变流器，经变频变压控制后传输给本车牵引电机用以驱动动车组。受电弓控制主要由受电弓阀板、车辆控制电路、中央控制单元等实现，具备故障诊断、紧急降弓等功能。
一、受电弓组成
受电弓主要由底架、绝缘子、下臂、下拉杆、上臂、上平衡杆、气囊、阻尼器、弓头、ADD阀组成、控制阀板等组成。
底架由钢材焊接而成，是整个受电弓的基座，通过绝缘子固定在3、6车车顶上。受电弓的动作由铰链机构实现，包括上臂、下臂、下拉杆和上平衡杆等。升弓气囊和阻尼器一端安装在底架上，另一端均安装在铰链机构中的下臂上。弓头包括弓头支撑和弓头。
弓头是直接与接触网接触受流的部分，弓头支撑用使上臂与弓头固定，同时与上平衡杆铰接，能够保证受电弓在工作高度范围内，碳滑板始终处于水平位置。
气囊平衡系统由气囊、钢丝绳、气管等组成，气囊的伸长是通过下臂的凸轮/弹性连接轴传递扭矩，使受电弓升起。气囊平衡系统的一侧安装在底架上。
阻尼器能够在受电弓降弓时起到缓冲作用，避免降弓对受电弓本身及车顶带来的冲击，它采用单向阻尼的设计，只在降弓时起作用。
ADD系统可以在碳滑板损坏时使受电弓自动快速地降弓。降弓之后，如果碳滑板未修复，它可以阻止受电弓升弓。压力开关提供碳滑板（低电流接触）损坏的信息，气囊压力下降，受电弓自动降弓。
受电弓控制阀板主要由过滤器、升弓电磁阀、调压阀、ADD电磁阀、压力传感器及电子控制模块组成，整个控制阀板组成一个闭环系统，能够随时的对气囊压力进行调整，以满足不同线路及速度的需求。
二、受电弓控制原理
受电弓与25kV电压接触网接触并将电流传输到车顶电路中，该受电弓用于350km/h中国标准化动车组上。受电弓的升降是由气囊组成的平衡系统控制，气囊的压力空气由列车压缩机提供并由受电弓控制阀板调节后输入，在压力空气作用下气囊伸长产生扭矩，通过凸轮及弹性连接轴作用在下臂铰链处，从而使受电弓升起。电子控制单元接收来自车辆的控制信号如速度、接触网类型等，通过内部运算，调整输出至气囊的压力，使弓头和接触网之间保持设定的接触力。如果压力空气供应中断或者低压电源供应发生故障，受电弓会自动降弓，降弓是随着气囊内的压力空气排空后由重力作用自动实现。
自动紧急降弓是当碳滑板磨损到限或者弓头受撞击破损时，受电弓通过紧急降弓阀快速排空气囊中的压力从而实现弓头快速脱网，该装置能够保护接触网及受电弓不受损害。
1、升弓：在司机室操作升弓开关后，中央控制单元监控本单元紧急断电环路无异常、受电弓无异常后，通过网络向受电弓车IOM发送升弓指令，IOM通过输出触点控制21-K05吸合，升弓电磁阀得电，压力空气经过升弓电磁阀、调压阀及车顶供气管路，一路进入气囊，驱动受电弓升起，另一路通过ADD阀到碳滑板ADD检测气路、压力开关和ADD电磁阀。在整个升弓过程中，ADD阀的作用非常重要,压力空气首先通过下阀体的缩孔向上阀体、碳滑板ADD检测气路、压力开关和ADD电磁阀供风直至上下阀体压力达到平衡，受电弓升起。
21-K20时间继电器和21-K05并联，延时20s闭合，可以避免风压低升弓时误报ADD触发故障。气路中压力达到后压力开关动作，控制21-K81断电、21-K83得电，IOM监控继电器动作状态并向中央控制单元反馈，中央控制单元向显示屏发送受电弓已升起的信号，显示屏上受电弓显示为升起。
2、运行：受电弓升起后，控制模块内的速度-气囊压力曲线确定出某一速度下的气囊目标压力，并由压力传感器向控制模块反馈气囊实时压力，当目标压力与实际压力不一致时，控制模块会通过闭环控制系统适时调整，使其保持一致。
降弓：在司机室操作降弓开关后，中央控制单元向IOM发送降弓指令，IOM撤销输出指令，21-K05线圈断电，升弓电磁阀失电，气囊内的压力空气经升弓电磁阀排气口排出，受电弓在重力作用下降弓，碳滑板ADD检测气路、压力开关和ADD电磁阀内的压力空气也同时排出。闭合状态的压力开关常开回路断开、常闭回路接通，21-K83继电器得电，21-K83继电器失电，IOM监控继电器动作状态并向中央控制单元反馈，中央控制单元向显示屏发送受电弓已降下的信号，显示屏上受电弓显示为降下。
3、自动紧急降弓:当受电弓碳滑板磨耗到限或遭外力破坏、控制气路发生漏气时，ADD阀动作，快速排空管路中的空气，受电弓自动快速降下，保护受电弓和接触网不遭到进一步破坏。受电弓管路中压力下降时压力开关恢复初始位置，21-K81得电、21-K83失电，同时由于21-K10延时5秒断开，此时21-K11得电吸合，随后紧急断电继电器21-K42失电、21-K07失电，紧急断电环路断电,主断也立即打开。
4、紧急断电环路：主要部件包括两端司机室的A钥匙、紧急断电按钮、ADD降弓继电器21-K11、紧急断电环路继电器21-K41、21-K42、21-K07、继电器21-K53。继电器21-K07失电直接控制本单元受电弓紧急降弓，紧急断电继电器21-K07和21-K42得电条件为：所有司机室（包括重联车组司机室下同）A钥匙均在开位（21-K53得电）、所有司机室紧急断电开关均未按下、所有受电弓车均未触发ADD降弓（21-K11失电）。
5、ADD控制电路：操作升弓前紧急断电继电器21-K07得电、压力开关常闭触点控制的21-K81得电、压力开关常开触点控制的21-K83失电、升弓继电器21-K05和得电延时时间继电器21-K20失电、21-K10断电延时时间继电器线圈得电控制信号失电；操作升弓后IOM控制21-K05和21-K20继电器得电，受电弓升弓电磁阀动作开始升弓，压力建立完成后压力开关动作，其常闭触点控制的21-K81失电、常开触点控制的21-K83得电，升弓动作完成。21-K20得电20秒内21-K11无法闭合，实现了旁路ADD触发的功能，20秒后其触点闭合，接通ADD触发功能。若此时受电弓管路破裂，在ADD阀作用下压力迅速下降，压力开关恢复初始位置，21-K81得电、21-K83失电，随后ADD触发接触器21-K11得电，紧急断电环路断开，全列21-K42、21-K07失电。21-K07失电后直接控制受电弓阀板上的ADD紧急电磁阀动作，实现其它受电弓ADD紧急降弓，同时控制主断断开。
三、典型故障
1、紧急断电环路断开：
某动车组升弓操作时显示紧急断电环路断开，换升另一受电弓仍显示紧急断电环路断开，经查确定为紧急断电按钮触点导通不良，紧急断电环路无法建立导致，更换后恢复正常。
2、ADD触发
某动车组运行中显示ADD触发，主断自动断开、受电弓自动降下，换升另一受电弓运行，经检查确定为受电弓风管被异物击打断裂，触发ADD阀导致，更换风管后故障恢复。
3、升弓超时
某动车组升弓操作时显示升弓超时，检查总风压力充足，操作升弓后受电弓实际上可以升起，升弓时间约10秒，处于正常范围，检查受电弓压力开关不动作，更换压力开关后恢复正常。
四、结语
受电弓是高速动车组的关键部件，其受流稳定性和故障率直接影响动车组运用。受电弓系统具备动态接触力调整功能，使得与接触网间的动态接触力满足要求，达到良好受流的目的。同时受电弓部分暴露于车顶，可能受外界条件影响，车辆电路系统和受电弓系统紧密配合监控受电弓状态，可以在发生异物击打等故障时及时有效的采取紧急降弓，保护受电弓和接触网，避免扩大影响，满足了高速动车组的运用需求。
参考文献
［1］受电弓运营维护手册
［2］蔡华 . 高速受电弓气动系统主动控制技术研究[D]. 成都：西南交通大学，2013.