一种受电弓气动导流板智能调整装置的制作方法

本发明属于高速列车技术领域，尤其涉及一种受电弓气动导流板智能调整装置。

背景技术：

受电弓是通过弓头碳滑板与接触网接触而完成高压受流，弓网间的可靠接触是保证电力机车高速运行时良好受流的基本条件。由于高速列车运行速度的不断提升，受电弓设定的初始静态接触力并不能很好地保证受流质量；当受电弓处于开口工况运行时，其上框架受到气动抬升力，下臂受到向下的空气压力；闭口工况时则相反。由于受电弓铰链四连杆机构的工作特性，下臂的接触压力传导系数要大于上框架，因此，受电弓开口工况下弓网接触力要小于标准值，而闭口工况下大于标准值。列车高速运行时，受电弓各个部件均受到气动力的作用，采用导流板能有效地改善受电弓空气动力特性。导流板通过气动力的作用，调节受电弓高速运行时的弓网动态接触力，从而提高受流质量。列车高速运行状态下，受电弓臂杆、碳滑板和导流翼片等受到的气动力合力可分解为垂向分力和水平分力，水平分力对弓网接触力和受流影响较小，可忽略不计，而垂向分力即抬升力则对弓网动态接触力产生较大的直接作用。

传统的受电弓气动导流板主要安装在受电弓弓头，由于弓头重量的限制，受电弓气动导流板尺寸不能设计过大，因而导致气动力补偿或调整的范围有限；传统的受电弓气动导流板一旦安装完成后，受电弓气动导流板的方向将不能动态调整，特别是高速运行条件下，传统的控制装置对运行状态的改变往往来不及调整和反馈，因而补偿效果不佳。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种受电弓气动导流板智能调整装置，以动态补偿受电弓在不同线路条件下的气动力差异，以获取稳定的弓网受流质量。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种受电弓气动导流板智能调整装置，包括受电弓上框架横梁、受电弓气动导流板、中空旋转作动机构以及外部电源和信号模块；所述受电弓气动导流板嵌套在所述受电弓上框架横梁上，所述受电弓气动导流板的端部与所述中空旋转作动机构相连，所述中空旋转作动机构与外部电源和外部信号的输出端连接。

进一步地，所述受电弓气动导流板的尺寸为：高45mm，长400mm，上顶面宽120mm，下底面宽30mm。

再进一步地，所述受电弓气动导流板补偿的气动升力为20n-190n。

再进一步地，所述受电弓气动导流板可替换为碳纤维。

再进一步地，所述中空旋转作动机构包括主箱体、固定连接于所述主箱体上端的箱体盖、设置于所述主箱体内的输出齿盘、设置于所述箱体盖上方且与受电弓气动导流板连接的法兰盘、设置于所述主体箱下方的电机底座、设置于所述电机底座上且与外部电源和外部信号的输出端连接的电机、由所述电机控制旋转且与输出齿盘相配合的驱动轴、与所述输出齿盘相配合的滚动件、设置于电机底座与箱体盖之间起支承作用的轴承座、固定于驱动轴上的圆锥滚子轴承以及供输出齿盘固定旋转的交叉滚子轴承。

再进一步地，所述驱动轴的中轴线与所述输出齿盘的中轴线相平行。

再进一步地，所述驱动轴包括轴颈部和轴身部，所述轴颈部的直径大于轴身部的直径；所述轴颈部伸入主箱体内，所述轴身部伸入电机座内。

再进一步地，所述轴颈部的外周壁上开设有向内凹陷的环形槽，所述环形槽的内周均匀分布有若干个自转且与输出齿盘相配合的滚动件。

再进一步地，所述输出齿盘与所述连接法兰盘通过螺栓连接，且所述连接法兰盘与受电弓气动导流板通过轴孔相配合。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用基于气动力优化设计的受电弓气动导流板，并根据受电弓的运行状态，通过与受电弓气动导流板连接的旋转作动机构智能调整受电弓气动导流板的转动角度，以动态补偿受电弓在不同线路条件下的气动力差异，以获取稳定的弓网受流质量，本发明设计简单、安装方便，且成本较低，适用性强。

(2)本发明中的受电弓气动导流板是通过对不同长度、高度及宽度的气动优化设计分析确定下来的，具有合适的高度和宽度比，可提供适用于受电弓的气动力补偿范围，而且结构小巧、紧凑。

(3)本发明中受电弓气动导流板安装在受电弓上框架横梁，装置自重的影响不如安装在弓头明显，因而尺寸可以设计更大，气动力补偿或调整的范围明显提升，效果更佳。

(4)本发明在受电弓气动导流板优化设计的基础上，可以通过与受电弓气动导流板连接的旋转机构智能调整受电弓气动导流板的转动角度，以动态补偿不同线路和运行条件下(隧道和明线、开口和闭口、速度和工作高度等)的气动力差异，具有更好的适应性。

(5)相比于传统的安装在受电弓底座升弓装置的抬升力补偿装置，由于该装置安装在受电弓上框架，对弓头动态响应的补偿传递路径更近、响应时间更短、频率更高，因而补偿或调整的效果更佳。

(6)相对于传统的气动力固定补偿方式，本发明可基于受电弓运行状态的信号输入，包括：隧道和明线、开口和闭口、速度和工作高度等信息，通过气动性能优化专家系统，给出与当前状态匹配的受电弓气动导流板方向，输出控制信号，通过连接的作动机构智能调整受电弓气动导流板的转动角度，以动态补偿受电弓不同线路条件下的气动力差异，以获取稳定的弓网受流质量。气动性能优化专家系统具有升级和自学习功能，可以接入更为全面的状态参数信号，以获取更优的控制效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中受电弓气动导流板的安装示意图。

图3为本实施例中受电弓气动导流板的结构示意图。

图4为本实施例中不同角度下受电弓气动导流板提供的气动升力示意图。

图5为本实施例中中空旋转作动机构示意图。

图6为本实施例受电弓气动导流板的局部安装示意图。

图7为本实施例中受电弓气动导流板与法兰盘的连接示意图。

图8为本实施例中中空旋转作动机构的电机控制示意图。

图9为本实施例中受电弓气动导流板自动调整原理示意图。

其中，1-受电弓上框架横梁，2-受电弓气动导流板，3-中空旋转作动机构，301-主箱体，302-箱体盖，303-输出齿盘，304-法兰盘，305-电机底座，306-驱动轴，307-滚动件，308-轴承座，309-圆锥滚子轴承，310-螺栓，311-交叉滚子轴承，312-电机，4-外部电源和信号模块。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例

本发明提供了一种用于补偿受电弓在不同线路条件下气动特性差异的受电弓气动导流板自动调整装置，该装置采用基于气动力优化设计的受电弓气动导流板，并根据受电弓的运行状态，通过与受电弓气动导流板连接的旋转作动机构智能调整受电弓气动导流板的转动角度，以动态补偿受电弓在不同线路条件下的气动力差异，以获取稳定的弓网受流质量，如图1-图2所示，包括受电弓上框架横梁1、受电弓气动导流板2、中空旋转作动机构3以及外部电源和信号模块4；所述受电弓气动导流板2嵌套在所述受电弓上框架横梁1上，所述受电弓气动导流板2的端部与所述中空旋转作动机构3相连，所述中空旋转作动机构3与外部电源和外部信号4的输出端连接。

如图3所示，受电弓气动导流板2的尺寸为：高45mm，长400mm，上顶面宽120mm，下底面宽30mm，该型受电弓气动导流板是通过对不同长度、高度及宽度的气动优化设计分析确定下来的，具有合适的高度和宽度比，可提供适用于受电弓的气动力补偿范围，而且结构小巧、紧凑。如图4所示，受电弓气动导流板2补偿的气动升力为20n-190n，受电弓气动导流板2可替换为碳纤维。

如图5-图6所示，所述中空旋转作动机构3包括主箱体301、固定连接于所述主箱体301上端的箱体盖302和设置于所述主箱体301内的输出齿盘303，如图7所示，设置于所述箱体盖302上方且与受电弓气动导流板2连接的法兰盘304、设置于所述主体箱301下方的电机底座305、设置于所述电机底座305上且与外部电源和外部信号4的输出端连接的电机312、由所述电机312控制旋转且与输出齿盘303相配合的驱动轴306、与所述输出齿盘303相配合的滚动件307、设置于电机底座305与箱体盖302之间起支承作用的轴承座308、固定于驱动轴306上的圆锥滚子轴承309以及供输出齿盘303固定旋转的交叉滚子轴承311。

本实施例中，中空旋转作动机构3所用电机311为步进电机。步进电机能将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲，步进电机就转过一个角度，因此控制精度高，广泛地应用于各种自动化控制系统。步进电机的驱动和控制主要通过驱动控制器数字量，转速的大小由外加的脉冲频率决定，电压的大小与转速的快慢无关，只与电机311的输出力矩有关，目前步进电机的控制器主要是通过单片机及专用集成芯片构成的。步进电机的驱动控制器主要由脉冲信号产生电路、脉冲信号分配电路、功率放大电路等部分组成，其结构如图8所示。

本实施例中，整个装置安装在受电弓上框架横梁1上，受电弓气动导流板2通过嵌套在受电弓上框架横梁1上，受电弓气动导流板2的端部与中空旋转作动机构3相连，通过中空旋转作动机构3轴承的转动，从而在电机311的驱动下实现绕受电弓上框架横梁1轴向的转动；外部电源和信号模块5为本装置提供电源，并从外部接收状态参数信号，通过处理后提供给中空旋转作动机构3和电机311。本发明采用基于气动力优化设计的受电弓气动导流板2，并根据受电弓的运行状态，通过与受电弓气动导流板2连接的中空旋转作动机构3智能调整受电弓气动导流板2的转动角度，以动态补偿受电弓在不同线路条件下的气动力差异，以获取稳定的弓网受流质量，本发明设计简单、安装方便，且成本较低，适用性强。

本实施例中，通过受电弓状态感知系统(另附系统)或列车运行状态系统获取受电弓的状态参数信息，如隧道和明线、开口和闭口、速度、工作高度和接触力等信息，如图9所示，通过气动性能优化专家系统，给出与当前状态匹配的受电弓气动导流板角度，输出控制信号，通过连接的旋转作动机构智能调整受电弓气动导流板的转动角度，以动态补偿受电弓在不同线路条件下的气动力差异，以获取稳定的弓网受流质量，其包括两种工作模式：

(1)预设自动调整模式：通过接入列车运行状态系统的公里标(里程)和速度信息，确定当前列车的受电弓运行速度、开口或闭口、工作高度、隧道或明线等状态信息；将受电弓状态信息输入气动性能优化专家系统，确定当前运行状态的气动升力，并根据目标函数(气动力参考曲线)给出与之相匹配的气动升力，由此确定最佳的受电弓气动导流板2的迎风角；在此基础上，通过连接的中空旋转作动机构3调整受电弓气动导流板2的转动角度，以动态补偿受电弓不同运行状态下的气动力差异，以获取稳定的弓网受流质量。

(2)实时自动调整模式：通过受电弓状态感知/监测系统(另附系统)，获取受电弓的运行速度、开口或闭口、工作高度、隧道或明线和接触力等实时状态信息；将受电弓状态信息输入气动性能优化专家系统，确定当前运行状态的气动升力，并根据目标函数(气动力参考曲线)给出与之相匹配的气动升力，由此确定最佳的受电弓气动导流板2的迎风角；在此基础上，通过连接的中空旋转作动机构3调整受电弓气动导流板2的转动角度，以动态补偿受电弓不同运行状态下的气动力差异，以获取稳定的弓网受流质量。

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