CRH380BL 高速动车组受电弓自动降弓系统❋

王 敏，王俊勇

（西南交通大学 机械工程学院，四川 成都 610031）

0 引言

受电弓自动降弓系统（ADD：Automatic Dropping Device），又称快速降弓系统，其主要作用是当受电弓碳滑板磨耗到限或遭外力破坏、控制气路发生漏气以及控制模块发生严重故障时将受电弓自动快速降下，以保护受电弓和接触网不遭到进一步破坏。

CRH380BL高速动车组是中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司和长春轨道客车股份有限公司研制的新一代长编组高速电动车组，主要运用在京沪高铁、京广高铁及武广高铁。受电弓选用由青岛四方法维莱轨道制动有限公司生产的CX－PG型主动控制高速受电弓，该受电弓的主要特点是可根据列车运行速度及受电弓的位置参数实时调节气囊压力，进而保证稳定良好的弓网接触及受流，同时受电弓碳滑板具有自动降弓检测功能。CRH380BL动车组采用16辆编组，分为4个牵引单元，车顶安装有4架受电弓，分别位于2、7、10、15车，列车运行时升起相隔位置的两架受电弓受流，当一架受电弓发生自动降弓时，列车会通过总线控制将另一架受电弓同时降下，并断开相应的主断路器。

1 自动降弓的常见原因

动车组在运行过程中，有多种原因可能触发自动降弓系统，将受电弓自动降下，常见原因可归纳为以下两类：①受电弓碳滑板磨耗到限或受外力破坏，导致自动降弓阀（ADD阀）排气，触发自动降弓；②受电弓控制模块元器件故障或列车与受电弓控制模块之间的MVB通信错误，受电弓控制模块报严重故障，触发自动降弓。

2 受电弓控制及自动降弓原理

法维莱CX－PG型受电弓控制分为电气控制和气动控制两部分，其中气囊、ADD阀、碳滑板安装在车顶受电弓上，其余部分集成为控制模块安装在受电弓下方的车内顶板上。CX－PG型受电弓控制原理示意图如图1所示。

图1 CX－PG型受电弓控制原理示意图

2．1 气动控制原理

受电弓升弓过程可主要分为以下几个阶段：

（1）升弓初期排风阶段：司机室发出升弓指令，升弓电磁阀得电，使压力空气经升弓电磁阀、调压阀后到达气囊，驱动受电弓升起。同时压力空气到达ADD阀下阀体，并通过ADD阀膜板上的节流孔（Φ0．8mm）向ADD阀上阀体和碳滑板ADD检测气路供风。由于膜板节流孔横截面积很小，此时，ADD阀下阀体内空气压力大于上阀体，压力空气会推动ADD阀模板上移（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。

（2）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，模板两侧压力达到平衡，此时模板下移并且上方弹簧恢复，将排风口密闭，ADD阀停止排风。

（3）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。

在受电弓升弓过程中，控制模块中压力开关的状态是判断受电弓升弓是否正常的重要判断依据，压力开关有一个常开回路和一个常闭回路，通过总线插头与列车相连，其气动回路与碳滑板ADD检测气路相连通，CX－PG型受电弓选用的压力开关动作范围为250kPa～300kPa。当碳滑板ADD检测气路的压力达到250kPa时，压力开关常开回路闭合，常闭回路断开，列车接收到常开回路的闭合信号，若15s之内此信号不变，则认为受电弓正常升起，此时气囊和碳滑板内的压力为（325±10）kPa（此压力由受电弓的机械性能决定，不同受电弓之间略有差异）。司机室发出降弓指令即升弓电磁阀失电后，压力空气排出，当压力小于300kPa时，压力开关两个回路恢复初始状态，受电弓正常降弓。

如果列车运行过程中碳滑板磨耗到限或遭到外力破坏，将会导致碳滑板ADD检测气路漏气，当压力降至300kPa以下时，压力开关动作，升弓指令被强制取消，同时在压力下降过程中，ADD阀下阀体内的压力空气会推动膜板上移并压缩膜板上方弹簧，ADD阀排风口打开，气囊内的压力空气会通过ADD阀排风口排向大气，受电弓随即自动降弓，由于此时司机室并未主动发出降弓指令，即认为受电弓自动降弓系统被触发。

2．2 电气控制原理

通常列车运行速度越高，保证稳定良好受流所需要的弓网接触力越大，反之亦然。

法维莱CX－PG型受电弓为主动控制型受电弓，可根据列车运行速度及受电弓位置参数实时调节气囊压力以达到调节弓网接触力的目的。其主要的控制思路为先根据线路、接触网参数和以往的运营经验，在受电弓控制单元内预先设置列车速度与受电弓气囊压力曲线，然后进行多种工况下的受电弓线路试验，再根据试验数据对预先设置的曲线进行调整和改良。

受电弓在列车静止状态下完全升起时，气囊压力为（325±10）kPa，当列车加速至200km／h时，假设控制单元内设置的速度压力曲线对应气囊压力为360 kPa，则这一加速过程中需要增大气囊压力。具体工作过程为：首先由压力传感器（其中一个传感器监测气囊压力，另一个传感器校验监测压力）向控制单元反馈气囊实时压力，然后增压精密电磁阀动作将气囊内的压力空气抽取一小部分通往调压阀的预控腔（由于调压阀预控腔体积与气囊体积相比非常微小，故抽取的此部分压力空气对于气囊压力的影响可忽略不计），将调压阀预控腔的压力逐渐调节至360kPa，在此过程中，调压阀也在实时调节气囊压力，当压力传感器检测到气囊压力达到360kPa时，增压精密电磁阀停止动作，气囊增压过程结束。

如果列车运行速度由200km／h降至0，则这一减速过程中需要减小气囊压力，工作过程与增压过程类似，只是由减压精密电磁阀通过排气将调压阀预控腔内的压力调节至初始状态，同时调压阀将气囊内的压力调节至初始状态。

由此可见，在整个压力调节过程中，调压阀、压力传感器、精密电磁阀的作用均非常重要，这些元器件中任何一个出现故障，都可能向控制单元报出严重故障并触发自动降弓系统。常见的受电弓严重故障有以下几种：①列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差值超过40kPa达0．5s；③传感器读数与设定值差别大于40kPa达1s；④传感器校验与设定值差别大于40kPa达1s；⑤调压阀无法调节压力；⑥触发ADD电磁阀。当受电弓控制单元检测到上述严重故障时，会向列车报出严重故障及相应故障代码，并触发自动降弓系统。具体过程为：控制单元内部常闭状态的严重故障继电器断开，同时其内部电路使常失电的ADD电磁阀得电（将电源负极与总线插头中的ADD接口相连也能使该电磁阀得电，通过此方法可模拟自动降弓工况，通常使用在系统功能调试阶段），将碳滑板ADD检测气路内的压力空气排向大气，随即触发自动降弓系统，触发原理与碳滑板磨耗到限或遭到外力破坏时相同。

3 结语

近年来，我国的高速铁路运营里程快速增长，运营速度及密度不断增大，受电弓系统作为动车组的关键系统之一，对列车甚至整条线路运营的稳定、安全、精确等方面发挥着重要的作用；受电弓在运行过程中发生自动降弓对线路的正常运营将会造成严重的影响，甚至会导致线路大面积晚点，应当在动车组日常检修中加强对受电弓的检查，尽量减小由于受电弓或列车的原因导致自动降弓的可能性。

［1］ 韩利超．CRH2E型动车组自动降弓故障原因分析及措施［J］．上海铁道科技，2012（1）：68－69．

［2］ 向前．动车组受电弓自动降弓故障分析及对策措施［J］．上海铁道科技，2011（2）：51．