CN110576747A - 受电弓滑板 - Google Patents
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- B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
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Abstract
本发明公开一种受电弓滑板，该装置的一具体实施方式包括：一个轴对称的本体，所述本体包括滑块主体部、位于所述滑块主体部两端的滑块末端部、位于所述滑块末端部两端的圆弧形弧钩、位于所述圆弧形弧钩两端的导线暂留平端部和位于所述导线暂留平端部两端的防刮弧点；所述滑块末端部与所述圆弧形弧钩通过嵌接方式连接；所述导线暂留平端部的顶面上设有凸包结构。该实施方式通过对受电弓滑板的设置凸包结构，有利于避免接触网导线滑落至受电弓滑板下方，造成大的行车事故。
Description
技术领域
本发明涉及高速列车技术领域。更具体地，涉及一种受电弓滑板。
背景技术
受电弓滑板是高速列车获得动力来源的重要集电原件，安装在受电弓最上部，直接与接触网导线接触。据有关资料统计，我国电气化铁路停电、停运事故中弓网事故占总事故的80％左右，每年由于弓网事故中断运行时间约900余小时，若按最低运价2万元/h计算，其直接造成的经济损失是相当可观的。受电弓造成的弓刮网或网刮弓事故相当严重，轻则刮断一根吊弦或打掉受电弓接触板条，重则刮断接触网导线和承力索，导致支柱倾倒、受电弓完全毁坏、接触网停电和中断行车等。高速列车受电弓常见的故障包括滑板磨损、弓网拉弧、滑板偏磨、刮弓、瓷瓶等，滑板的磨损不可避免。当在横风的作用下受电弓随列车高速运行，空气作用力较强或接触网线路状态不稳定时，在曲线、道岔、隧道的出入口处容易发生事故，包括装有自动降弓装置的受电弓，由于接触网的横向移动，造成弓头左右摆动，在巨大的反弹力作用下，弓头钻入接触网之上，刮掉承力索，造成受电弓和接触网的严重损坏。
受电弓滑板除需要满足机械强度和材料的要求外，还需要具有良好的空气动力学性能。同时，在受电弓滑板运行受阻即网刮弓或弓刮网事故状态下，应尽可能的减少损失，避免造成更严重的后果。在运行过程中要求受电弓滑板具有良好的跟随性以及运行所要求的技术参数，包括轻量化、高强度、耐磨损、空气动力学性能和低离线率。在横风的作用下，基于空气动力学性能对受电弓滑板有轻量化的要求，但同时滑板又必须具有一定的厚度以增加耐磨性，来确保足够的工作寿命，所以对受电弓滑板的外形诸多限制。
目前传统受电弓滑板横截面一般都是矩形，部分滑板前后为菱形，虽然对受流速度有一定的改善，但是由于滑板厚度较大，效果并不明显，尤其是滑板的中部，为了耐磨，更是比两端增厚不少。因此，这类滑板的空气动力学性能都不佳，难以适应高速受流的发展需求。不仅如此，受电弓滑板磨耗通常是局部的，主要集中在滑板中部400mm-600mm的范围内，深度磨耗后中部凹陷，两边上翘，高速运行时会增大受电弓的弓头摆动量，从而增大离线率。传统受电弓滑板不能增大宽度，受其横截面形状的限制不利于制造成流线形结构，这给高速情况下滑板的空气动力学性能带来了不利影响。受电弓滑板的空气动力尤其是阻力和升力影响着滑板在纵向上的稳定性，从而影响弓网间的接触压力，造成安全隐患。
因此，需要提供一种空气动力学较好的受电弓滑板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种受电弓滑板，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供一种受电弓滑板，包括：一个轴对称的本体，所述本体包括滑块主体部、位于所述滑块主体部两端的滑块末端部、位于所述滑块末端部两端的圆弧形弧钩、位于所述圆弧形弧钩两端的导线暂留平端部和位于所述导线暂留平端部两端的防刮弧点；所述滑块末端部与所述圆弧形弧钩通过嵌接方式连接；所述导线暂留平端部的顶面上设有凸包结构。
可选的，所述滑块主体部的顶面中部为平面，所述顶面沿长边方向中部比两端宽，并由所述顶面中部分别向两端的所述滑块末端部平滑过渡；所述滑块主体部的迎风面和背风面为弧面，并由所述迎风面和所述背风面各自分别向所述滑块主体部的顶面和底面圆弧过渡；所述滑块主体部的顶面和底面之间的第一直线距离小于所述迎风面和所述背风面之间的第二直线距离。
可选的，所述滑块末端部沿由所述滑块主体部的顶面指向底面的方向平滑弧状弯曲。
可选的，所述圆弧形弧钩沿由所述滑块主体部的底面指向顶面的方向平滑弧状弯曲；所述防刮弧点高于所述凸包结构。
可选的，所述滑块主体部的底面和所述滑块末端部的底面开有凹槽，所述凹槽沿所述本体的长度方向。
可选的，所述凹槽内有导流格栅，所述导流格栅凸出于所述本体的底面。
可选的，所述导流格栅包括多个导流板，所述导流板的背风端向所述本体的对称轴倾斜，倾斜的角度为10°～30°。
可选的，所述导流格栅包括多个导流板，所述导流板的背风端向所述本体的对称轴倾斜，倾斜的角度为20°。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案的受电弓滑板，有利于在自然风况下控制电网线与滑板的接触，减少电网线脱离滑板导致的离线事故；即使电网线滑落至受电弓滑板下方，本发明的受电弓滑板也可通过断离两端的嵌接结构有效地防止事故的进一步扩大；本技术方案通过对受电弓滑板横截面及底部导流设计，有利于提高受电弓滑板的空气动力学性能，增大滑板的耐磨性，减小受电弓纵向的振动，从而提高受流质量。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
图1示出本发明一个实施例的受电弓滑板的结构主视图；
图2示出本发明一个实施例的受电弓滑板的局部放大的凸包结构的主视图；
图3示出凸包结构的两种排列方式的示意图；
图4示出本发明一个实施例的受电弓滑板的局部放大的凸包结构的俯视图；
图5示出本发明一个实施例的受电弓滑板与接触网导线的相对位置关系的示意图；
图6示出本发明一个实施例的受电弓滑板的凹槽结构的仰视图；
图7示出本发明一个实施例的导流格栅结构的仰视图；
图8示出本发明一个实施例的受电弓滑板的导流格栅对迎流风的作用效果的示意图；
图9示出本发明一个实施例的受电弓滑板的导流格栅对迎流风和横风的作用效果的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供一种受电弓滑板，包括：一个轴对称的本体，本体包括滑块主体部、位于滑块主体部两端的滑块末端部、位于滑块末端部两端的圆弧形弧钩、位于圆弧形弧钩两端的导线暂留平端部部和位于导线暂留平端部部两端的防刮弧点；滑块末端部与圆弧形弧钩通过嵌接方式连接；导线暂留平端部部的顶面上设有凸包结构。为便于描述，滑块末端部包括第一滑块末端部和第二滑块末端部，圆弧形弧钩包括第一圆弧形弧钩和第二圆弧形弧钩，导线暂留平端部包括第一导线暂留平端部和第二导线暂留平端部，防刮弧点包括第一防刮弧点和第二防刮弧点。
如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种受电弓滑板，包括：滑块主体部100、第一滑块末端部200和第二滑块末端部300、第一圆弧形弧钩400和第二圆弧形弧钩500、第一导线暂留平端部600和第二导线暂留平端部700以及第一防刮弧点800和第二防刮弧点900；依次连接于滑块主体部100的第一端的第一滑块末端部200、第一圆弧形弧钩400、第一导线暂留平端部600和第一防刮弧点800与依次连接于滑块主体部100的第二端的第二滑块末端部300、第二圆弧形弧钩500、第二导线暂留平端部700和第二防刮弧点900关于滑块主体部100轴对称分布，其中，第一滑块末端部200与第一圆弧形弧钩400通过嵌接方式连接，第二滑块末端部300与第二圆弧形弧钩500通过嵌接方式连接；第一导线暂留平端部600和第二导线暂留平端部700的顶面上分别设有凸包结构710，图2为本发明一个实施例的受电弓滑板的局部放大的凸包结构的主视图，凸包结构710可以为半球形或其它形状。
如图3所示，凸包结构的排列方式包括图a1中的顺排和图a2中的叉排，其中，R表示圆形凸包结构的半径，h表示凸包结构的高度。经验证明，无论是旋成体还是平板，叉排的减阻率大于顺排。
作为一种可选的实施方式，受电弓滑板的凸包结构的排列方式可以选择顺排，也可以选择叉排，在尽量不影响受流质量的同时，不仅有利于防止接触网导线滑落还可以利用凸包减阻效应减小运行阻力。优选的，受电弓滑板的凸包结构的排列方式选择顺排，虽然顺排的凸包减阻效率相对较低，但是顺排的凸包结构的排列犹如小型“凹槽”，更有利于防止接触网导线的滑落。对于整体受电弓滑板的设计来说，运行的安全性更为重要，因此凸包结构优选顺排的排列方式。图4为本发明一个实施例的受电弓滑板的局部放大的凸包结构的俯视图。
作为又一种可选的实施方式，凸包结构也可以为由迎风面指向背风面的长条形，同样能够有利于防止接触网导线的滑落。
如图5所示，当受电弓滑板随列车高速运行时，在横风的作用下，当作用力不大时，接触网导线暂时滑落至第一导线暂留平端部600或第二导线暂留平端部700，凸包结构710可有效防止导线继续滑落至受电弓滑板下方造成刮弓事故，条件允许时可以恢复至受电弓滑板的滑块主体部100的上方。第一滑块末端部200与第一圆弧形弧钩400通过嵌接的方式连接，第二滑块末端部300与第二圆弧形弧钩500通过嵌接的方式连接。当受电弓滑板随列车高速运行时，在强横风的作用下，接触网导线容易滑落至受电弓滑板下方，此时可以断开嵌接连接的部位，从而舍弃第一圆弧形弧钩400和/或第二圆弧形弧钩500，以利于导线回到正常的工作位置，即受电弓滑板滑块主体部100的上方，嵌接的连接方式有利于在事故时使第一圆弧形弧钩400与第一滑块末端部600及时断开，和/或使第二圆弧形弧钩500与第二滑块末端部700及时断开。
作为一种可选的实施方式，滑块主体部100的顶面中部为平面，顶面沿长边方向中部比两端宽，并由顶面中部分别向两端的第一滑块末端部200和第二滑块末端部300平滑过渡；滑块主体部100的迎风面和背风面为弧面，并由迎风面和背风面各自分别向滑块主体部100的顶面和底面圆弧过渡；滑块主体部100的顶面和底面之间的第一直线距离小于迎风面和背风面之间的第二直线距离。
传统受电弓滑块横截面一般都是矩形或菱形，滑块的中部为了耐磨，更是比两端增厚不少。因此，这类滑板的空气动力性能都不佳，难以适应高速受流的发展需求。不仅如此，受电弓滑板磨耗通常是局部的，都集中在滑块中部400mm-600mm的范围内，深度磨耗后中部凹陷，两边上翘。高速运行时会增大受电弓的弓头摆动量，从而增大离线率。
本实施例的受电弓滑板的滑块主体部100增加中部宽度，与传统受电弓滑板相比增加了受电弓滑板的宽度，增大滑板中部磨损面的同时使滑板的寿命不受影响，减小了滑板的厚度与质量，与顶面相邻的两个侧面由顶面到底面圆弧过渡，增加了受电弓滑板与接触网导线的接触面积，有利于提高受电弓滑板的气动稳定性与受流质量，同时有效的控制滑块与电网线的接触。
作为一种可选的实施方式，滑块末端部沿由滑块主体部的顶面指向底面的方向平滑弧状弯曲。第一滑块末端部200和第二滑块末端部300分别沿由滑块主体部100的顶面指向底面的方向平滑弧状弯曲.
作为一种可选的实施方式，滑块主体部100、第一滑块末端部200和第二滑块末端部300一体成型，第一圆弧形弧钩机构400、第一导线暂留平端部600和第一防刮弧点800一体成型，第二圆弧形弧钩500、第二导线暂留平端部700和第二防刮弧点900一体成型。
作为一种可选的实施方式，圆弧形弧钩沿由滑块主体部的底面指向顶面的方向平滑弧状弯曲；防刮弧点高于凸包结构。第一圆弧形弧钩400和第二圆弧形弧钩500分别沿由滑块主体部100的底面指向顶面的方向平滑弧状弯曲，第一防刮弧点800和第二防刮弧点900均高于凸包结构710。
如图6所示，作为一种可选的实施方式，滑块主体部100的底面和滑块末端部的底面开有凹槽1010，凹槽1010沿本体的长度方向。在滑块主体部100的底面、第一滑块末端部200和第二滑块末端部300的底面开有凹槽1010。设置凹槽在不影响受电弓滑板强度的条件下有利于减小受电弓滑板的质量。
如图7所示，作为一种可选的实施方式，凹槽1010内有导流格栅1020，导流格栅1020凸出于本体的底面。导流格栅1020在受电弓滑板的主流方向及受到横风作用时都可以有效的起到导流作用，提高滑板的受流稳定性与空气动力学性能。当受电弓滑板受到迎流风和横风作用时，流线向横风的尾迹偏转，导流格栅1020在受电弓滑板的横向截面可有效的对绕流场进行控制，使不同尺度的分离涡迅速向下游发展，优化受电弓滑板附近流场，减小受电弓滑板的横向振动。
传统的受电弓滑板在滑板的迎流方向，即滑板的运行方向，在滑板的纵向截面内将产生驻点，驻点的速度为零，压强达最大值，严重的影响滑板的稳定性与安全性。本发明的受电弓滑板，增加导流格栅1020后，在滑板的纵向截面内可有效的起到导流作用，减少驻点的形成，流线向格栅的一侧偏转，如图8所示，改善滑板尾部流场，提高滑板运行稳定性，尤其是在滑板底部与框架结构接触的位置，从而达到提高滑板及框架结构安全性的目的。
传统受电弓滑板当受电弓滑板受到橫风作用时，侧偏力矩和俯仰力矩增大，加剧滑板的振动，在滑板底部的纵向截面内绕流场分布复杂，尾流区域内将产生不同尺度的分离涡。本发明的受电弓滑板，增加导流格栅1020后，在滑板底部的纵向截面内由于格栅的导流作用，尾迹偏转，分离涡向格栅一侧的下游方向发展，橫风的作用可叠加该效果，如图9所示，同时格栅之间空腔的抽吸作用可有效的对滑板底部的纵向截面绕流场进行控制和优化。
作为一种可选的实施方式，导流格栅1020包括多个导流板，导流板的背风端向本体的对称轴倾斜，倾斜的角度为10°～30°。
作为一种可选的实施方式，导流格栅1020包括多个导流板，导流板的背风端向本体的对称轴倾斜，倾斜的角度为20°。
本发明的技术方案通过对受电弓滑板横截面及底部导流设计，有利于提高受电弓滑板的空气动力学性能，增大滑板的耐磨性，减小受电弓纵向的振动，从而提高受流质量。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
还需要说明的是，在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。