矿用无轨架线车用集电装置弓头的设计与应用

杨俊哲

(中国神华能源股份有限公司 神东煤炭分公司， 陕西 神木 719315)

0 引言

集电弓头是有轨/无轨运输供电系统中的重要部件之一,它通过与接触网滑动接触而受流，是电力运输车与供电系统的重要连接环节，其性能的优劣直接影响到电力运输车的可靠性。

目前在有轨运输供电系统中，集电装置采用受电弓的结构形式，弓头安装在受电弓框架的顶端，直接与接触网接触，汇集电流[1]。在无轨运输供电系统中，集电装置采用集电杆的结构形式，杆头(弓头)安装在集电杆顶端，杆头又被称为“靴头”，外观看似一个倒置的靴子，“靴子”底部是一个U型槽，里面安装着石墨滑块，接触线在U型槽中与石墨滑块直接接触获取电力。本文应用的是一种适用于煤矿井下无轨架线车的新型集电装置的集电弓头。

1 概述

中国神华神东补连塔煤矿新建辅运平硐全长2 745 m，平均坡度5.5°，属于连续长距离坡度巷道。为了解决辅助运输使用传统柴油机车引起的尾气排放严重和下坡车辆制动安全问题，采用了电驱动无轨架线车的方案，如图1所示。巷道顶部架设新型三轨式刚性悬挂接触网，电压DC 1 500 V，车辆运行动力依靠车辆顶部集电装置的集电弓头从接触网导流轨上取电。

1-三轨式刚性接触网； 2-集电弓头； 3-受电弓摆臂； 4-受电弓底座。

该矿用无轨架线车用集电装置与地面无轨电车集电装置的受电原理类似，均为集电弓头托举导流轨，平移滑行取电。集电弓头作为无轨运输车辆与三轨式刚性接触网的结合部分，是集电装置的关键部件，决定车辆受流的稳定性。由于接触网结构为刚性悬挂，车辆减震性能又很差，运行过程中垂直振幅较大，对集电弓头的举升力补偿提出了更高的要求[2]。

2 结构形式及技术要求

2.1 集电弓头结构

新型三轨式刚性悬挂接触网如图2所示。悬挂底座一端为化学锚栓，嵌入巷道顶部混凝土中，承担接触网质量。悬挂横梁固定于悬挂底座上，悬挂定位座用以确定上、下行线接触网位置，双悬挂绝缘子固定于悬挂定位座之上，两段分别悬挂正负极接触网受流导轨。

1-悬挂底座； 2-悬挂横梁； 3-悬挂定位座； 4-双悬挂绝缘子； 5-受流导轨。

集电弓头和三轨式刚性悬挂接触网是配套的，结构如图3所示。大多数零件均通过螺栓连接，其结构简单，易于安装和维修。

受电弓弓头主体主要由本体、弹簧轴、内弹簧、上端盖、下端盖及配套连接零件组成。本体由绝缘树脂材料模具整体成型，其放射型的结构增大了弓头的爬电距离。在本体两端安装了4组内弹簧，其作用是快速消除轨道不平顺引起的振动，保证受电弓与导电轨持续接触。

受电刷组合安装内弹簧，上端由受电刷和导电铜板构成，其材质为铜，具有优良的导电性能。受电刷通过与接触网滑动接触，使集电弓头受电，再通过编制软铜排将电流引入车内[3]。

导轨轮组合用螺栓连接在弓头主体两侧的预留孔上，主要由导轨轮装配体、轮支架、轴套、拉簧及配套连接零件组成。其主要用于集电装置导向和接地。

中心轴弹簧组合安装在弓头主体的中心孔上，由中心轴弹簧、中心轴、轴套、上端盖、轴承等组成。其不仅起到连接集电弓头与受电弓抬升机构的作用，还能消除线路不平顺引起的振动。

弯板组合安装在弓头主体前后两端，它装有接近开关，用于检测受电弓在工作状态时是否接触导电轨。弓头后端的弯板组合用螺栓与接地刷组合相连接，其作用主要是实现集电装置的接地功能。

2.2 技术要求

集电弓头是弓网关系的重要连接部件，其性能的优劣直接影响电力运输车的性能。集电弓头的技术要求为：

1) 弓头在工作状态时，能持续的接触导电轨，保证受流质量。

2) 弓头在接触轨上滑行时，不应产生火花；在通过分岔装置时，不应产生过大火花[4]。

3) 为防止短路，弓头主体应有绝缘层或使用绝缘材料制成。

4) 碳刷寿命符合现场运营需求。

5) 导轨轮能左右转动，保证集电弓头始终平行于接触轨，不发生脱轨事故。

3 检修维护

矿用无轨架线车用集电装置弓头如图4所示。

图4 集电装置弓头

集电弓头长时间运行，碳刷磨耗增加，各紧固件产生松动，影响车辆运输安全，需定时定期进行检修维护。检查事项如下：

1) 每班检查电刷磨损程度，适时更换。更换时电刷与底座间涂导电膏，螺纹间涂螺纹胶。

2) 每班检查导向轮，要转动灵活无阻滞。

3) 每班检查接地线螺栓，如有松动，加以紧固。

4) 每周检查各部件连接情况，如有松动，加以紧固；连接件损坏，予以更换。

5) 每月检查弓头预紧力，保证弓头与接触网压力在80 N左右[5]。

4 应用情况

新型的矿用无轨架线车用集电装置弓头研发试产后，从2017年3月底开始在神华神东集团的补连塔煤矿新建的2#辅运平硐接触网工程进行了冷滑及热滑试验，运人车试验如图5所示。在为期3个月的初次试验期间，集电弓头对接触轨的跟随性良好，试验车辆受流稳定，使用情况良好。

图5 运人车集电弓头试验

5 结论

配套矿井DC 1 500 V三轨式刚性接触网使用的无轨架线车集电装置集电弓头，其结构简单，易于安装，对接触轨的跟随性良好，掉线频率低，受流质量高，火花控制效果好。机械、电气和绝缘性能均满足DC 1 500 V供电系统及煤矿行业要求，能很好地适应无轨架线胶轮车在煤矿辅运巷道内的运行工况。