一种自动控制位置的智能受电弓的设计与研究
赵瑞雪
[摘要]受电弓是列车从接触网上受取电流的装置。列车运行中，要求弓网之间要求始终有一定的接触压力以保证弓网接触良好，当接触压力过小甚至为零时，受电弓滑板条会脱离接触网而发生离线，离线时列车将不能从接触网获取牵引列车的能量，甚至会影响列车的安全运行。本文研究一种新型自动测量弓网压力的受电弓，并对受电弓的位置自动调整，使机车在运行过程中，弓网之间保持良好的压力，既能保证列车安全平稳的运行，又能减小受电弓的损耗。
[关键词]受电弓;接触网;全桥压力传感器
文章编号：2095 - 4085（ 2019） 04 - 0040 - 02
驱动城市轨道列车组运行所需的能源由牵引供电系统提供，牵引供电系统由牵引变电所和接触网两个部分组成。接触网的导线通过与受电弓的滑板接触将电流引到列车上，牵引列车才能被驱动运行。受电弓与架空接触网合称受电弓一接触网系统，简称弓网系统。
在城市轨道列车运行过程中，为了保证供电的可靠性，希望受电弓与接触线能够始终保持紧密接触。列车运行中，受电弓在抬升力的作用下发生上下振动，给受电弓和接触线保持良好的接触带来了困难。列车前进的速度越快，受电弓受到的抬升力越大，受电弓和接触线就越容易失去接触。一旦发生接触不良甚至脱开的情况，受电弓传递的电流减小甚至完全不传递电流，牵引电动机的功率降低甚至失去牵引动力，列车会减速甚至停车。所以，研究如何保持受电弓与接触网的紧密良好的接触十分有必要。
在受电弓与接触线紧密接触的过程中，受电弓由于摩擦会受到磨损，当磨损到一定程度后，如果不及时更换，将降低受电弓与接触线之间接触的紧密性，降低列车组牵引供电的可靠性，所以，受电弓收到磨损后应及时更换，这增加了城市轨道运营的成本。
综上所述，保持受电弓与接触线的良好接触对提高供电系统的可靠性及降低城市轨道运营成本有一定的实际意义。
1受电弓压力检测
工程上可以检测受电弓与接触网的压力来衡量受电弓与接触线的接触的程度，受电弓与接触线的压力可以用压力传感器实时监测，当压力过小时，可以适当抬升受电弓滑板的位置，使其与接触网紧密接触;当压力过大时，可以适当降低受电弓滑板的位置，以减小受电弓的摩擦损耗。
应变式传感器应是基于应变效应的一种传感器，将被测位置的机械应变转换为电阻阻值变化。应变式传感器具有如下优点。
（1）灵敏度高，微小的应变也能被测量出來。
（2）误差小，一般小于1%。
（3）尺寸小、重量轻，便于安装在任何位置。
（4）测量结果便于传送、分析和处理。
（5）能在各种恶劣的环境中工作。
（6）成本低。
《受电弓与接触网间的接触压力检测研究》一文中提出一种在受电弓上安装4只压力传感器来检测接触压力的方法，并提出了一套评价接触压力的算法，这种算法是把四个传感器的信号进行叠加。考虑到受电弓滑板与接触线摩擦过程中会起热，温度会给应变式传感器带来一定的误差，因此，《应变式传感器及对接触网参数的测量研究》一文中，对此提出了改进方法，把应变片、补偿片跟两个电阻搭成桥式电路的形式，以减少温度所带来的误差。但是，文中半桥电路只能减少温度所带来的影响（如图1），本质上还是一个应变片感受应变，转换成电信号，应变较小时，转换成的电信号也比较微弱，本文提出一种用于测量接触压力的全桥电路（如图2），即将四个应变片接入桥式电路中，两个应变片一组，一组安装在在接触弓上面，另一组安装在接触弓下面，这样，两组应变片测量的是不同的应力，既可以消去温度所带来的误差，又可以提高灵敏度。
传感器测量滑板与接触线的压力，转换为电信号，传送到控制器中，控制器发出指令，调整受电弓上下两臂的角度，滑板的位置随之调整，使得滑板既能够保持与接触线的紧密接触，保证滑板与接触线不会脱离，保证列车的安全运行，又不至于接触太紧，增加滑板的磨损。
1.1单臂式电桥
单臂式电桥如图1所示，设应变片Ri初始电阻为R，R2，R3，R4为固定电阻，阻值也为R。当产生应变时，若应变片电阻变化为AR，其它桥臂电阻不变，则电桥不平衡，输出电压为：
1.2全桥式电桥
全桥式电桥如图2所示，应变片Ri，R2，R3，R4初始阻值为R。当产生应变时，R.，R3受拉应变，电阻阻值增加AR，R2、R4受压应变，电阻阻值减小AR，则电桥不平衡，输出电压为：
对比Uol和U04可知，U04为Uol的4倍，由此可知，采用全桥式电路，输出信号大大增加，传感器的灵敏度大大提高。
2结语
本文提出的用于测量弓网压力的全桥应变式传感器相较于单臂式传感器能够增大输出信号，降低外界环境，如摩擦而产生的温度的干扰，这样得到的信号就能够更加准确，受电弓位置的调整也更加精确。
