一種受電弓上框架及受電弓結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種受電弓上框架及受電弓結(jié)構(gòu)，屬于電力機(jī)車領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]受電弓是軌道車輛從線路接觸電網(wǎng)獲取電能的一種裝置，上框架是受電弓的一個(gè)組成部分，上框架的主要作用是安裝用于安裝碳滑板的支架，同時(shí)，上框架的下端與下壁桿以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，上端與碳滑板安裝支架以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，上端還與平衡桿以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，上框架是驅(qū)動(dòng)碳滑板升降的關(guān)鍵部件，同時(shí)，弓網(wǎng)之間的動(dòng)態(tài)接觸力也通過(guò)碳滑板和碳滑板的安裝支架傳遞給了上框架。對(duì)上框架的基本要求有三點(diǎn)，一是上框架需要具備足夠的強(qiáng)度；二是上框架的質(zhì)量和繞與下臂桿之間的連接軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量小，以改善上框架的動(dòng)力學(xué)性能，提高碳滑板對(duì)電網(wǎng)的跟隨性能；三是上框架有良好的導(dǎo)電性能。
[0003]目前上框架都是由鋁合金材料制成，鋁合金材料的優(yōu)點(diǎn)就是重量輕，但不足之處是鋁合金材料強(qiáng)度低，鋁合金材料焊縫強(qiáng)度比鋁合金材料母材強(qiáng)度還要低很多，這是因?yàn)楹缚p區(qū)域受過(guò)高溫的影響，晶粒組織發(fā)生了明顯的變化，而且焊縫的承載截面較小，因此，鋁合金上框架在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)焊縫甚至母材開(kāi)裂的情況，嚴(yán)重影響了軌道車輛的安全運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決鋁合金材質(zhì)上框架強(qiáng)度低、容易出現(xiàn)開(kāi)裂的問(wèn)題，進(jìn)一步減輕上框架的重量，本發(fā)明旨在提供一種受電弓上框架及受電弓結(jié)構(gòu)，該受電弓上框架采用碳纖維復(fù)合材料整體制成，碳纖維復(fù)合材料制成的上框架不但強(qiáng)度大大提高，而且在重量上比鋁合金材質(zhì)上框架還要輕，因此，還可以大大改善上框架的動(dòng)力學(xué)性能，提高碳滑板對(duì)電網(wǎng)的跟隨性能。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種受電弓上框架，包括兩根支管，將兩個(gè)支管的一端連接在一起的頂管，將兩個(gè)支管的另一端連接在一起的連接管；其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是；兩個(gè)支管上均設(shè)有導(dǎo)入導(dǎo)流板、導(dǎo)出導(dǎo)流板、第一連接板、第二連接板和支座；所述連接管上裝有拉桿座；所述兩個(gè)支管、頂管、連接管、導(dǎo)入導(dǎo)流板、導(dǎo)出導(dǎo)流板、第一連接板、第二連接板、拉桿座和支座為碳纖維材料一次性纏繞而成；所述頂管的兩端預(yù)埋有金屬襯套；所述頂管上裝有用于鉸接平衡桿的平衡桿安裝板；所述導(dǎo)入導(dǎo)流板、導(dǎo)出導(dǎo)流板、第一連接板、第二連接板、拉桿座、平衡桿安裝板和支座內(nèi)預(yù)埋有金屬環(huán)；所述導(dǎo)入導(dǎo)流板與導(dǎo)出導(dǎo)流板之間電連接。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還可以對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術(shù)方案:
為了進(jìn)一步增加上框架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，所述兩個(gè)支管之間通過(guò)加強(qiáng)管相連，該加強(qiáng)管與所述兩個(gè)支管、頂管、連接管、導(dǎo)入導(dǎo)流板、平衡桿安裝板、導(dǎo)出導(dǎo)流板、第一連接板、第二連接板、拉桿座和支座為碳纖維材料一次性纏繞而成。
[0007]優(yōu)選地，所述頂管上還設(shè)有備用導(dǎo)入導(dǎo)流板，所述導(dǎo)入導(dǎo)流板、備用導(dǎo)入導(dǎo)流板與導(dǎo)出導(dǎo)流板之間電連接。更優(yōu)選地，所述導(dǎo)入導(dǎo)流板、備用導(dǎo)入導(dǎo)流板與導(dǎo)出導(dǎo)流板之間通過(guò)設(shè)置在支管表面的導(dǎo)電層實(shí)現(xiàn)電連接或通過(guò)導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)電連接。例如，導(dǎo)電層可以為導(dǎo)電漆等。
[0008]優(yōu)選地，所述備用導(dǎo)入導(dǎo)流板與所述兩個(gè)支管、頂管、連接管、導(dǎo)入導(dǎo)流板、導(dǎo)出導(dǎo)流板、第一連接板、第二連接板、拉桿座和支座為碳纖維材料一次性纏繞而成。
[0009]為了方便鋪設(shè)，兩根支管、加強(qiáng)管和連接管纏繞時(shí)內(nèi)置芯材。
[0010]優(yōu)選地，為了方便與碳滑板支架連接，所述金屬襯套內(nèi)過(guò)盈嵌入銅基粉末冶金襯套。上框架與碳滑板支架之間構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，設(shè)置銅基粉末冶金襯套的目的是提高轉(zhuǎn)動(dòng)副的耐磨性。由此，本發(fā)明的金屬襯套的外層用于增大轉(zhuǎn)動(dòng)副的接觸面積，提高轉(zhuǎn)動(dòng)副的強(qiáng)度，內(nèi)層的銅基粉末冶金襯套用于提高轉(zhuǎn)動(dòng)副的耐磨性。
[0011]優(yōu)選地，所述支管為變截面直管，支管與頂管相連端的截面最小，且為矩形截面，朝支管與連接管相連端方向的截面逐漸變大，且在與連接管相連處截面形狀由矩形逐漸過(guò)渡到圓形，并與連接管的圓形截面一致。由此，支管承受的載荷主要是彎矩和剪力，彎矩值從上端往下端呈線性遞增分布，剪力值沿整個(gè)支管的長(zhǎng)度是不變的。這種變截面支管比現(xiàn)在應(yīng)用的鋁合金階梯圓形管在受力方面更合理，能更好地適應(yīng)由弓網(wǎng)之間的接觸力引起的在支管中的彎矩值從上端往下端呈線性遞增分布的實(shí)際情況，支管中的彎矩內(nèi)力主要由矩形管壁承擔(dān)，剪力主要由管內(nèi)的芯材承擔(dān)，這樣一來(lái)，彎矩增大、矩形截面也增大，矩形截面承受彎矩的能力也隨之增大，而且充分發(fā)揮了矩形截面對(duì)彎矩的承載能力優(yōu)于圓形截面的優(yōu)點(diǎn)。支管與連接管相連的過(guò)渡段的截面形狀逐漸由矩形過(guò)渡到圓形，這是因?yàn)檫B接管承受的載荷主要是扭矩，而空心圓形截面管是承受扭矩的最佳截面。支管的直線段如果采用工字型截面，其抗彎性能會(huì)更好，但是在支管與連接管相連接的部位，由工字型截面過(guò)渡到連接管的圓形截面非常困難，不易實(shí)現(xiàn)，而采用矩形截面管就兼顧了承受彎矩能力強(qiáng)和容易過(guò)渡到圓形截面的優(yōu)點(diǎn)。這種變截面支管能大幅度減小上框架的重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，進(jìn)一步降低了上框架的重心，提高了上框架所支撐的碳滑板對(duì)電網(wǎng)的跟隨性能。
[0012]為了保證上框架各部位的剪切載荷和彎矩承載效果更好，所述碳纖維鋪層的走向沿著受電弓上框架主應(yīng)力的方向布置。
[0013]基于同一個(gè)發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種受電弓結(jié)構(gòu)，其包括拉桿、下臂桿、平衡桿和碳滑板支架；其特征在于，還包括如上所述的受電弓上框架；所述受電弓上框架的拉桿座與拉桿通過(guò)銷軸和軸承相連接，所述支座與下臂桿通過(guò)銷軸和軸承相連接，所述導(dǎo)入導(dǎo)流板與碳滑板支架電連接，所述平衡桿安裝板與下臂桿之間通過(guò)平衡桿鉸接連接，所述導(dǎo)出導(dǎo)流板與下臂桿電連接，所述頂管與碳滑板支架通過(guò)金屬襯套和銅基粉末冶金襯套相連接，所述第一連接板和第二連接板通過(guò)對(duì)角線桿相連接。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明顯著地提高了受電弓上框架的強(qiáng)度，使上框架變得更輕，上框架對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變動(dòng)更小，改善了上框架的動(dòng)力學(xué)性能，提高了上框架支撐的碳滑板對(duì)電網(wǎng)的跟隨性能。
[0015]工作時(shí)，上框架需要不停的升降，這個(gè)升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)底座、拉桿、上框架和下臂桿組成的四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，因此，上框架與拉桿和下臂桿之間產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動(dòng)副，另外，上框架與平衡桿和弓頭轉(zhuǎn)軸之間也構(gòu)成了轉(zhuǎn)動(dòng)副。為了適應(yīng)這些轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)要求，上框架采用碳纖維復(fù)合材料后需要在轉(zhuǎn)動(dòng)副部位預(yù)埋金屬環(huán)用來(lái)安裝轉(zhuǎn)動(dòng)軸承或球鉸鏈，而在鋁合金上框架中不需要這些金屬環(huán)。
[0016]上框架還有一個(gè)重要的導(dǎo)電功能，電網(wǎng)電流是從弓頭經(jīng)導(dǎo)入導(dǎo)流板流入鋁合金上框架的支管，再經(jīng)支管上的導(dǎo)出導(dǎo)流板從上框架流入下臂桿。但是碳纖維復(fù)合材料通常是不導(dǎo)電的，為了解決碳纖維上框架不導(dǎo)電的問(wèn)題，還需要在上框架上噴涂導(dǎo)電性能良好的導(dǎo)電漆，或者需要在導(dǎo)入導(dǎo)流板與到出導(dǎo)流板之間連接導(dǎo)電性能良好的導(dǎo)電線。
[0017]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2是圖1的俯視圖；
圖3是圖1的A-A剖視圖；
圖4是圖1的B-B剖視圖；
圖5是圖2的A向視圖；
圖6是圖2的I處局部放大圖；
圖7是圖2的C-C剖視圖。
[0019]在圖中
1、招合金環(huán)，2、加強(qiáng)筋，3、拉桿座，4、支座，5、導(dǎo)電漆，6、導(dǎo)入導(dǎo)流板，7、備用導(dǎo)入導(dǎo)流板，8、芯材，9、導(dǎo)出導(dǎo)流板，10、11、24都為銅環(huán)，12、鋁合金環(huán)，13、銅基粉末冶金襯套，14、金屬襯套，15、頂管，16、第一連接板，17、鋁合金環(huán)，18、直管，19、第二連接板，20、鋁合金環(huán)，21、加強(qiáng)管，22、連接管，23、平衡桿安裝板。
【具體實(shí)施方式】
[0020]—種受電弓上框架，如圖1和2所示，加強(qiáng)筋2