基于雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度混聯(lián)受電弓的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度混聯(lián)受電弓，包括底座、雙并聯(lián)支撐架、縱向減振器、安全銷軸、滑板支柱和滑板。在底座中央設(shè)有圓形工藝孔，且在底座下方的四個角上設(shè)有支撐絕緣子；雙并聯(lián)支撐架由結(jié)構(gòu)完全相同的左并聯(lián)支撐架、右并聯(lián)支撐架和中連板組成；兩組縱向減振器對稱固定安裝在中連板上；安全銷軸采用非金屬絕緣材料，其下端與導(dǎo)向支架固連，其上端與滑板支柱固連，滑板通過螺釘與滑板支柱相連接。本實(shí)用新型能克服現(xiàn)有受電弓的技術(shù)缺陷，不僅能實(shí)現(xiàn)空間三個自由度方向的承載與減振，還可避免脫弓和刮網(wǎng)等安全事故的發(fā)生，提高受電弓的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和對接觸網(wǎng)的適應(yīng)性，還具有工作穩(wěn)定可靠、操作維護(hù)便捷等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度混聯(lián)受電弓

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電力動車或機(jī)車運(yùn)行的電氣設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)且在空間三個方向均能減振的三自由度混聯(lián)減振受電弓。

【背景技術(shù)】
[0002]受電弓也稱集電弓，是電力機(jī)車從接觸網(wǎng)受取電能的電氣設(shè)備，安裝在車頂上。受電弓作為電機(jī)車的關(guān)鍵部件之一，對車輛的高速安全穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。在高速列車行車中，對于受電弓與接觸網(wǎng)之間的平順度要求非常高，稍有差錯，就容易發(fā)生故障。尤其是在動車組的運(yùn)行中，要依靠受電弓從接觸網(wǎng)中獲取電力，驅(qū)動機(jī)車前進(jìn)，一旦兩者脫離，機(jī)車就會斷電并失去控制，甚至有可能導(dǎo)致列車脫軌。
[0003]目前電機(jī)車所使用的受電弓可分為雙臂式，單臂式，垂直式和石津式四大類。其中，雙臂式受電弓亦稱“菱”形受電弓，但現(xiàn)因保養(yǎng)成本較高，加上故障時有扯斷電車線的風(fēng)險，目前部分新出廠的鐵路車輛，已改用單臂式受電弓；亦有部分鐵路車輛(例如新干線300系列車)從原有的雙臂式受電弓，改造為單臂式受電弓。用的最多的是“之”(Z)( < )字形的受電弓，其優(yōu)點(diǎn)是比雙臂式受電弓噪音較低，故障時也較不易扯斷電車線，為目前較普遍的受電弓類型。垂直式受電弓亦稱“T”字形(亦叫作翼形)受電弓，其低風(fēng)阻的特性較適合高速行駛，以減少行車時的噪音，主要用于高速鐵路車輛。但是由于成本較高，垂直式受電弓已經(jīng)沒有使用(日本新干線500系改造時由垂直式受電弓改為單臂式受電弓)。石津式受電弓是由日本R山電氣軌道的第六代社長、石津龍輔于1951年發(fā)明的，又稱為“岡電式”、“岡軌式”。除雙臂式外，其它結(jié)構(gòu)的受電弓都采用串聯(lián)式結(jié)構(gòu)。
[0004]電氣化鐵路停電、停運(yùn)事故中弓網(wǎng)事故占總事故的80%左右，每年由于弓網(wǎng)事故造成的經(jīng)濟(jì)損失計算是相當(dāng)可觀的。目前使用的受電弓造成的弓刮網(wǎng)或網(wǎng)刮弓的事故比較嚴(yán)重。表現(xiàn)為，輕則刮斷一根吊鉉和打掉受電弓接觸板條，重則刮斷接觸網(wǎng)導(dǎo)線、承力索，支柱傾倒，機(jī)車受電弓完全毀壞，接觸網(wǎng)停電，中斷行車等。所有這些事故若發(fā)生在一些特殊地域環(huán)境條件下，將會給搶修帶來很多困難和危險。近年來，針對弓網(wǎng)事故，雖然從受電弓到接觸網(wǎng)都不同程度地作了改善，從管理上提高設(shè)備技術(shù)性能，弓網(wǎng)事故有一定下降，但由于受電弓結(jié)構(gòu)上的固有缺限，并未從根本上解決上述問題。
[0005]電機(jī)車的受電弓與接觸線的受流質(zhì)量主要取決于受電弓和接觸網(wǎng)之間的相互作用。為保證牽引電流的順利流通，受電弓和接觸線之間必須有一定的接觸壓力。弓網(wǎng)接觸壓力如果太小，會增加離線率；如果太大，會使滑板和接觸線間產(chǎn)生較大的機(jī)械磨耗。弓網(wǎng)實(shí)際接觸壓力由四部分組成:受電弓升弓裝置施加于滑板，使之向上的垂直力為靜態(tài)接觸壓力；由于接觸懸掛本身存在彈性差異，接觸線在受電弓抬升作用下會產(chǎn)生不同程度的上升，從而使受電弓在運(yùn)行中產(chǎn)生上下振動，使受電弓產(chǎn)生一個與其本身歸算質(zhì)量相關(guān)的上下交變的動態(tài)接觸壓力；受電弓在運(yùn)行中受空氣流作用產(chǎn)生的一個隨速度增加而迅速增加的氣動力；受電弓各關(guān)節(jié)在升降弓過程中產(chǎn)生的阻尼力。此外，電機(jī)車在運(yùn)行過程中如遇側(cè)風(fēng)，還會對受電弓產(chǎn)生較大的側(cè)向力。
[0006]傳統(tǒng)受電弓受固有結(jié)構(gòu)形式的限制，弓頭以垂直方向的運(yùn)動為主，僅在垂直方向上設(shè)置預(yù)緊力和用于減振的緩沖裝置，而在車輛前進(jìn)方向和側(cè)向沒有減振裝置。此外，現(xiàn)有受電弓沒有設(shè)置弓頭分離裝置，在發(fā)生弓網(wǎng)相刮時，弓頭上的刮板無法脫開，這容易導(dǎo)致弓網(wǎng)相刮事故?，F(xiàn)有的受電弓不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，而且很少考慮側(cè)向受力和弓網(wǎng)相刮時的保護(hù)措施，存在一定的安全隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有受電弓技術(shù)的不足，提供一種基于雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)且在空間三個方向上均能減振的三自由度混聯(lián)減振受電弓。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。
[0008]一種基于雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度混聯(lián)受電弓，包括底座、滑板，其特征在于:還包括雙并聯(lián)支撐架、縱向減振器、安全銷軸和滑板支柱。所述的底座中央的設(shè)有圓形工藝孔，且在底座下方的四個角上設(shè)有與車頂相連接的支撐絕緣子。所述的雙并聯(lián)支撐架由左并聯(lián)支撐架、右并聯(lián)支撐架和中連板組成，用于支撐滑板并實(shí)現(xiàn)滑板的升降和觸網(wǎng)功能，左并聯(lián)支撐架和右并聯(lián)支撐架的結(jié)構(gòu)完全相同且對稱布置在底座上。所述的縱向減振器用于實(shí)現(xiàn)受電弓的縱向減振，所述的縱向減振器有兩組且對稱固定安裝在雙并聯(lián)支撐架頂部的中連板上。所述的安全銷軸用于在受電弓發(fā)生刮網(wǎng)事故時將滑板、滑板支柱與縱向減振器分離；所述的安全銷軸共有四個，其底端與縱向減振器固連，其頂端與滑板支柱固連；所述的安全銷軸采用非金屬絕緣材料，安全銷軸為階梯軸，且在其中部設(shè)有安全斷槽。當(dāng)發(fā)生刮網(wǎng)事故時，安全銷軸將從安全斷槽處斷裂以保護(hù)受電弓和避免其它安全事故的發(fā)生。所述的滑板支柱的下端設(shè)有上銷軸安裝孔，安全銷軸的上端通過膠接的方式固定在滑板支柱的上銷軸安裝孔內(nèi)；所述的滑板通過螺釘與滑板支柱相連接。
[0009]所述的縱向減振器由耳座、導(dǎo)向桿、彈簧和導(dǎo)向支架組成，所述的耳座固定安裝在中連板的頂端面；所述的導(dǎo)向桿的兩端安裝在耳座內(nèi)；每組縱向減振器上設(shè)有兩組共四根彈簧，所述的彈簧套在導(dǎo)向桿上且位于導(dǎo)向支架的兩側(cè)；所述的導(dǎo)向支架的底部設(shè)有導(dǎo)向套，導(dǎo)向支架通過其底部的導(dǎo)向套安裝在導(dǎo)向桿上并可沿著導(dǎo)向桿滑移，形成一個移動副；導(dǎo)向支架的頂部設(shè)有下銷軸安裝孔，安全銷軸的下端通過膠接的方式固定在導(dǎo)向支架的下銷軸安裝孔內(nèi)。
[0010]所述的左并聯(lián)支撐架由下底板、上頂板和連接在下底板、上頂板之間的水平滑移組、兩級氣缸或三級氣缸構(gòu)成的三條支鏈組成。所述的下底板與底座固連為一體；所述的上底板與中連板固連為一體；所述的水平滑移組共有三組，均采用無桿氣缸或液壓缸，水平滑移組固定安裝在下底板上形成第一移動副，三組水平滑移組的軸線互不平行；所述的兩級氣缸或三級氣缸作為左并聯(lián)支撐架上的第二移動副，兩級氣缸或三級氣缸的底端與水平滑移組通過第一轉(zhuǎn)動副相連接，其頂端與上頂板通過第二轉(zhuǎn)動副相連接，且第一轉(zhuǎn)動副的軸線與第二轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行。所述的水平滑移組即可以驅(qū)動兩級氣缸或三級氣缸的底部向內(nèi)或向外滑移，也可以作為水平方向的減振器使用。所述的兩級氣缸或三級氣缸主要用于實(shí)現(xiàn)上頂板的升降，進(jìn)而驅(qū)動雙并聯(lián)支撐架升降。
[0011]所述的雙并聯(lián)支撐架采用{3PRPR+3PRPR}結(jié)構(gòu)的雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中左并聯(lián)支撐架與右并聯(lián)支撐架均為{3PRPR}結(jié)構(gòu)的三平移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)?？v向減振器所形成的移動副作為串聯(lián)的移動副與雙并聯(lián)支撐架一起構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)為{3PRPR+3PRPR}-P的三自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0012]本實(shí)用新型置于電力動車或機(jī)車的頂部，其工作過程是:車輛進(jìn)站后，雙并聯(lián)支撐架上的六個兩級氣缸或三級氣缸伸長，帶動中連板、縱向減振器以及滑板上升，當(dāng)滑板接近電網(wǎng)高度后，兩級氣缸或三級氣缸停止伸長。接著，水平滑移組驅(qū)動左并聯(lián)支撐架、右并聯(lián)支撐架的底部向內(nèi)滑移以實(shí)現(xiàn)滑板的二次上升。當(dāng)滑板接觸到電網(wǎng)并達(dá)到設(shè)定預(yù)緊力后，水平滑移組停止運(yùn)動，滑板與電網(wǎng)有效接觸并同時充電。充電完畢后，水平滑移組驅(qū)動左并聯(lián)支撐架、右并聯(lián)支撐架的底部向外移動以實(shí)現(xiàn)滑板的下降，使滑板與電網(wǎng)有效脫開。接著，雙并聯(lián)支撐架上的六個兩級氣缸或三級氣缸回縮，滑板高度降低，受電弓完成一次作業(yè)。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用{3PRPR+3PRPR}結(jié)構(gòu)的雙并聯(lián)支撐架串聯(lián)具有縱向滑移減振功能的縱向減振器組成一個{3PRPR+3PRPR} -P結(jié)構(gòu)的混聯(lián)支撐裝置替代傳統(tǒng)受電弓的串聯(lián)結(jié)構(gòu)的連桿式升降機(jī)構(gòu)，使滑板具有空間三平移三個運(yùn)動自由度，主要實(shí)現(xiàn)滑板在垂直方向的升降、承載與減振功能，同時還能在水平面內(nèi)兩個方向承受側(cè)向力與有效減振；安全銷軸的設(shè)置還可避免脫弓和刮網(wǎng)等安全事故的發(fā)生，提高受電弓的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和對接觸網(wǎng)的適應(yīng)性，還具有工作穩(wěn)定可靠、操作維護(hù)便捷等優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型的左并聯(lián)支撐架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型的左并聯(lián)支撐架的機(jī)構(gòu)原理示意圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型的縱向減振器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5為本實(shí)用新型的縱向減振器的導(dǎo)向支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6為本實(shí)用新型的安全銷軸與導(dǎo)向支架、滑板支柱之間的裝配關(guān)系示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本實(shí)用新型所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例和圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0021 ] 如圖1、圖4和圖6所示，一種基于雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度混聯(lián)受電弓，包括底座
1、滑板5，其特征在于:還包括雙并聯(lián)支撐架2、縱向減振器3、安全銷軸4和滑板支柱6。所述的底座I的中央設(shè)有圓形工藝孔101，且在底座I下方的四個角上設(shè)有與車頂相連接的支撐絕緣子102。所述的雙并聯(lián)支撐架2由左并聯(lián)支撐架21、右并聯(lián)支撐架22和中連板23組成，用于支撐滑板5并實(shí)現(xiàn)滑板5的升降和觸網(wǎng)功能，左并聯(lián)支撐架21和右并聯(lián)支撐架22的結(jié)構(gòu)完全相同且對稱布置在底座I上。所述的縱向減振器3用于實(shí)現(xiàn)受電弓的縱向減振，所述的縱向減振器3有兩組且對稱固定安裝在雙并聯(lián)支撐架2頂部的中連板23上。所述的安全銷軸4用于在受電弓發(fā)生刮網(wǎng)事故時將滑板5、滑板支柱6與縱向減振器3分離；所述的安全銷軸4共有四個，其底端與縱向減振器3固連，其頂端與滑板支柱6固連；所述的安全銷軸4采用非金屬絕緣材料，安全銷軸4為階梯軸，且在其中部設(shè)有安全斷槽401。當(dāng)發(fā)生刮網(wǎng)事故時，安全銷軸4將從安全斷槽401處斷裂以保護(hù)受電弓和避免其它安全事故的發(fā)生。所述的滑板支柱6的下端設(shè)有上銷軸安裝孔601，安全銷軸4的上端通過膠接的方式固定在滑板支柱6的上銷軸安裝孔601內(nèi)；所述的滑板5通過螺釘7與滑板支柱6相連接。
[0022]如圖1、圖4、圖5和圖6所示，所述的縱向減振器3由耳座301、導(dǎo)向桿302、彈簧303和導(dǎo)向支架304組成。所述的耳座301固定安裝在中連板23的頂端面；所述的導(dǎo)向桿302的兩端安裝在耳座301內(nèi)；每組縱向減振器3上設(shè)有兩組共四根彈簧303，所述的彈簧303套在導(dǎo)向桿302上且位于導(dǎo)向支架304的兩側(cè)；所述的導(dǎo)向支架304的底部設(shè)有導(dǎo)向套3041，導(dǎo)向支架304通過其底部的導(dǎo)向套3041安裝在導(dǎo)向桿302上并可沿著導(dǎo)向桿302滑移，形成一個移動副；導(dǎo)向支架304的頂部設(shè)有下銷軸安裝孔3042，安全銷軸4的下端通過膠接的方式固定在導(dǎo)向支架304的下銷軸安裝孔3042內(nèi)。
[0023]如圖1、圖2和圖3所示，所述的左并聯(lián)支撐架21由下底板201、上頂板204和連接在下底板201、上頂板204之間的水平滑移組202、兩級氣缸或三級氣缸203構(gòu)成的三條支鏈組成。所述的下底板201與底座I固連為一體；所述的上底板204與中連板23固連為一體；所述的水平滑移組202共有三組，均采用無桿氣缸或液壓缸，水平滑移組202固定安裝在下底板201上形成第一移動副P1，三組水平滑移組的軸線互不平行；所述的兩級氣缸或三級氣缸203作為左并聯(lián)支撐架21上的第二移動副P2，兩級氣缸或三級氣缸203的底端與水平滑移組202通過第一轉(zhuǎn)動副(Rl) 205相連接，其頂端與上頂板204通過第二轉(zhuǎn)動副(R2) 206相連接，且第一轉(zhuǎn)動副(Rl) 205的軸線與第二轉(zhuǎn)動副(R2) 206的軸線相互平行。所述的水平滑移組202即可以驅(qū)動兩級氣缸或三級氣缸203的底部向內(nèi)或向外滑移，也可以作為水平方向的減振器使用。所述的兩級氣缸或三級氣缸203主要用于實(shí)現(xiàn)上頂板204的升降，進(jìn)而驅(qū)動雙并聯(lián)支撐架2升降。
[0024]所述的雙并聯(lián)支撐架2采用{3PRPR+3PRPR}結(jié)構(gòu)的雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中左并聯(lián)支撐架21與右并聯(lián)支撐架22均為{3PRPR}結(jié)構(gòu)的三平移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。縱向減振器3所形成的移動副作為串聯(lián)的移動副與雙并聯(lián)支撐架2 —起構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)為{3PRPR+3PRPR}-P的三自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0025]使用時，將本實(shí)用新型置于電力動車或機(jī)車的頂部。車輛進(jìn)站后，雙并聯(lián)支撐架2上的六個兩級氣缸或三級氣缸203伸長，帶動中連板23、縱向減振器3以及滑板5上升，當(dāng)滑板5接近電網(wǎng)高度后，兩級氣缸或三級氣缸203停止伸長。接著，水平滑移組202驅(qū)動左并聯(lián)支撐架21、右并聯(lián)支撐架22的底部向內(nèi)滑移以實(shí)現(xiàn)滑板5的二次上升。當(dāng)滑板5接觸到電網(wǎng)并達(dá)到設(shè)定預(yù)緊力后，水平滑移組202停止運(yùn)動，滑板5與電網(wǎng)有效接觸并同時充電。充電完畢后，水平滑移組202驅(qū)動左并聯(lián)支撐架21、右并聯(lián)支撐架22的底部向外移動以實(shí)現(xiàn)滑板的下降，使滑板5與電網(wǎng)有效脫開。接著，雙并聯(lián)支撐架2上的六個兩級氣缸或三級氣缸203回縮，滑板5高度降低，受電弓完成一次作業(yè)。
[0026]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度混聯(lián)受電弓，包括底座、滑板，其特征在于:還包括雙并聯(lián)支撐架、縱向減振器、安全銷軸和滑板支柱，所述的底座中央設(shè)有圓形工藝孔，且在底座下方的四個角上設(shè)有支撐絕緣子；所述的雙并聯(lián)支撐架由左并聯(lián)支撐架、右并聯(lián)支撐架和中連板組成，左并聯(lián)支撐架和右并聯(lián)支撐架的結(jié)構(gòu)完全相同且對稱布置在底座上；所述的縱向減振器有兩組，且對稱固定安裝在雙并聯(lián)支撐架頂部的中連板上；所述的安全銷軸共有四個，其底端與縱向減振器固連，其頂端與滑板支柱固連；所述的安全銷軸采用非金屬絕緣材料，安全銷軸為階梯軸，且在其中部設(shè)有安全斷槽；所述的滑板支柱的下端設(shè)有上銷軸安裝孔，安全銷軸的上端通過膠接的方式固定在滑板支柱的上銷軸安裝孔內(nèi)；所述的滑板通過螺釘與滑板支柱相連接； 所述的縱向減振器由耳座、導(dǎo)向桿、彈簧和導(dǎo)向支架組成，所述的耳座固定安裝在中連板的頂端面；所述的導(dǎo)向桿的兩端安裝在耳座內(nèi)；每組縱向減振器上設(shè)有兩組共四根彈簧，所述的彈簧套在導(dǎo)向桿上且位于導(dǎo)向支架的兩側(cè)；所述的導(dǎo)向支架的底部設(shè)有導(dǎo)向套，導(dǎo)向支架通過其底部的導(dǎo)向套安裝在導(dǎo)向桿上；導(dǎo)向支架的頂部設(shè)有下銷軸安裝孔，安全銷軸的下端通過膠接的方式固定在導(dǎo)向支架的下銷軸安裝孔內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度混聯(lián)受電弓，其特征在于:所述的左并聯(lián)支撐架由下底板、上頂板和連接在下底板、上頂板之間的水平滑移組、兩級氣缸或三級氣缸構(gòu)成的三條支鏈組成；所述的下底板與底座固連為一體；所述的水平滑移組共有三組，均采用無桿氣缸或液壓缸，水平滑移組固定安裝在下底板上，三組水平滑移組的軸線互不平行；兩級氣缸或三級氣缸的底端與水平滑移組通過第一轉(zhuǎn)動副相連接，其頂端與上頂板通過第二轉(zhuǎn)動副相連接，且第一轉(zhuǎn)動副的軸線與第二轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行。
【文檔編號】B60L5/18GK204055407SQ201420468549
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】王成軍, 朱小龍, 李龍, 劉志衛(wèi), 張超, 程旭, 章天雨 申請人:安徽理工大學(xué), 朱小龍