基于具有防脱轨功能的集电器的技术研究

基于具有防脱轨功能的集电器的技术研究

蔡龙生

浙江江铜富冶和鼎铜业有限公司  浙江省杭州市310000

摘要：现有的起重机滑触线的产品虽然质量已经有了飞跃，但仍然存在滑触线导轨跑偏时的脱轨现象等问题。本文对了一种具有防脱轨功能的集电器进行研发探究，使其能够在滑触线导轨跑偏时，挡住导轨，防止出现脱轨现象；在滑触线出现严重跑偏时，输出跑偏报警电信号，防止跑偏故障扩大，解决了上述问题。

关键词：滑触线 防脱轨 安全

前言

滑触线是给起重机供电的移动供电设备，广泛应用于大容量、高温、高湿、高电压、强腐蚀、多粉尘环境中的起重机上，如炼钢、冶金、化工、码头等行业的起重机。

滑触线又称行车滑触线，安全滑触线。用于给移动中的设备供电，由两部分组成：滑触线导轨（固定部分，与电源相接，通常导轨由单长4 .5m/根或者6米/根连接而成），集电器（滑动部分，可在滑线轨道上或内滑动并与铜条接触取电，集电器用于与移动电机相连）。目前普遍采用安全滑触线（管式，封闭），排式滑触线，刚体滑触线，单极滑触线等，在防护等级、绝缘方面有很大改进，安全可靠。

刚体滑触线由滑触线导轨和集电器组成。虽然当今起重机滑触线的产品质量跨越了一大步，每个滑触线机械部件、滑块都有较好的使用寿命，但是仍需要通过良好的使用习惯以及使用过程中的维护保养，延长其使用寿命，从而降低设备故障率，节约企业生产成本。而一旦安装不正确或维护不到位，容易发生短路、集电器与滑线脱轨、产生电弧等现象，严重时会造成滑线或集电器损坏，以及停电等问题，对设备正常运行、生产稳定运行、人员安全都会造成较大的影响。

滑触线产品特性

安全。供电安全滑触线外壳系由高绝缘性能的工程塑料制成。外壳防护等级可根据需要达到IP13.IP55级，能防护雨、雪、霜和冰冻袭击以及异物触及。滑触线经受多种环境条件经验。绝缘性能良好，对检修人员触及输电导管外部无任何伤害。

可靠。输电导轨导电性能极好，散热较快，许用电流密度高，阻抗值低，线路损失小。电刷由具有高导电性能，高耐磨性能的金属铜、碳合金材料制成。导电器移动灵活，定向性能好，有效控制了接触电弧和串弧现象。

经济。供电安全滑触线装置结构简单，许用电流密度高，电阻率低、电压损耗低，可节电10%左右，实现以塑代钢，以塑代铜，设计新颖，无需其他绝缘结构，无需补偿线，安装于起重机控制室同侧。滑触线节省安装材料和经费。

方便。供电安全滑触线装置将多极母线集合于一根导管之中，组装简便。滑触线其固定支架，连接夹、悬吊装置，均以通用件供应。装拆、调整、维修亦十分方便。

滑触线防脱轨技术需求分析

在集电器技术中，防脱轨是一个重要的技术需求。防脱轨技术的研究对于提高集电器的安全性能和运行效率具有重要意义。

首先，防脱轨技术的需求来自集电器系统的运行安全性的要求。集电器作为电力传输的重要组件，其正常工作对于电力系统的稳定运行至关重要。脱轨将导致集电器无法正常与轨道进行接触，影响电力传输效果甚至引发事故。因此，防脱轨技术的需求主要体现在对系统运行安全性的保障上。

其次，防脱轨技术的需求也来自集电器的运行效率的要求。随着工业化和城市化进程的加快，电力需求不断增长，对于电力系统的供应能力提出了更高的要求。集电器作为电力传输的关键环节，其运行效率的提升对于电力系统的供应能力具有重要影响。防脱轨技术需满足集电器在高速、高负载运行条件下仍能有效保持与轨道接触，并降低能量损耗。

此外，防脱轨技术还需满足以下需求：一是适应复杂的工作环境，如在恶劣天气条件下的可靠工作；二是具备一定的适应性，可以适用不同类型的轨道和集电器结构；三是具备较低的成本和维护成本，以提高技术的实用性和普及性；四是具备一定的可靠性和稳定性，以保证长周期的运行。

总之，防脱轨技术的需求主要体现在对系统运行安全性和运行效率的提升上，同时还需满足适应复杂工作环境、具备适应性和降低成本和维护成本等方面的要求。通过对这些需求的深入分析，可以为集电器防脱轨技术的研究和开发提供指导和基础。

防脱轨集电器工作原理

集电器是滑触线零碎中集电侧拾取电能的重要安装，它经过集电刷与导轨的滑动接触，将电能间接传导至用电器，从而完成零碎的挪动供电。集电器由机械构造的张力安装和间接与导轨滑动接触的集电刷两局部构成。

机械构造的张力安装确定集电刷与导轨的滑动接触压力和机构的稳固性，集电刷则是导轨滑动接触拾取电能的导体，它的功能和导电质量以及资料构造成分的优劣，将间接影响全部零碎设备的平安运转质量。

如图所示，一种具有防脱轨功能的集电器，包括滑触线导轨1，滑触线导轨1设置于集电器2的滑块3上，滑块3的两侧还固定有两个绝缘固定架4，绝缘固定架 4上还安装有挡板5，挡板5为钢制挡板，且设有两块，挡板5上还设有安装孔6，安装孔6上还设有跑偏报警信号点（图中未示出），跑偏报警信号点通过电缆（图中未示出）连接至电气中 间继电器（图中未示出），挡板5通过螺纹和螺栓安装至绝缘固定架4，挡板5需高出集电器2 两厘米，用于防止滑触线导轨脱轨；绝缘固定架4上设有固定孔7，所述绝缘固定架4通过固 定孔7安装在滑块3上，安装方式不限，可以使用螺纹、螺栓连接等常规机械连接。

传统的集电器中，当出现滑触线导轨1变形、滑触线导轨1提挂夹螺丝松动、集电器 2固定螺丝松动、集电器2本体固定螺丝松动时，滑触线导轨1与集电器2的滑块3的接触位置 会出现不同程度的跑偏，如果未及时发现并处理，跑偏会越来越严重，出现集电器2拉电弧、 短路甚至脱轨的问题，如图4所示。

而这种具有防脱轨功能的集电器可以避免这些问题，其工作原理如下所示：

用电工绝缘板制作两个绝缘固定架，将绝缘固定架安装在集电器的滑块两侧。

制作两块钢质挡板，挡板高度需高于集电器两厘米，该钢质挡板安装在绝缘固定 架上，用绝缘螺栓螺母固定，钢质挡板需与集电器绝缘隔离安装。

当出现集电器滑块与集电器跑偏现象时，通过两侧新增的钢板挡住滑块，防止滑块脱轨。

在钢质挡板上连接一根电缆，当滑线出现较严重跑偏时，输出跑偏报警信号。

上述报警过程的原理为：滑触线导轨与钢质挡板接触时，钢质挡板才会带电，并通过电缆将该电信号输出至电气中间继电器，输出跑偏报警信号，及时提醒检修人员及时查找跑偏原因并处理，防止跑偏故障扩大。

未来研究方向

未来的研究方向需要综合考虑集电器的结构、传感器技术、防脱轨技术等多个方面的因素，以寻找更有效的方法提高集电器的安全性和可靠性。通过不断的研究与探索，可以为集电器防脱轨技术的发展作出更大的贡献，为其安全运行提供更全面的保障。

提高集电器的性能稳定性。目前集电器的性能稳定性仍然存在一定的问题，需要进一步研究和改进。通过优化集电器的设计和制造工艺，提高集电器的耐用性和可靠性，减少因零部件老化和损坏导致的脱轨问题。

发展更先进的传感器技术。传感器是防脱轨系统的核心组成部分，对集电器的工作状态进行实时监测和控制。未来的研究方向可以是开发更先进的传感器技术，如光纤传感器、纳米传感器等，提高传感器的灵敏度、准确性和可靠性，以更好地实现对集电器的监测与控制。

探索新型防脱轨技术。目前常用的防脱轨技术主要包括机械防脱轨和电气防脱轨。未来的研究方向可以探索新型的防脱轨技术，如基于人工智能的防脱轨技术、基于无线通信的防脱轨技术等，以进一步提升集电器的安全性和可靠性。

加强集电器与轨道之间的研究。集电器与轨道之间的相互作用对于防脱轨系统的性能至关重要。未来的研究方向可以重点关注集电器与轨道之间的摩擦特性、磨损机理等问题，以提高集电器在轨道上的稳定性和可靠性。

结合大数据分析和智能算法。集电器的防脱轨系统可以结合大数据分析和智能算法，通过对集电器的工作数据进行深度学习和分析，提前预测可能发生的脱轨情况，从而及时采取措施防止事故的发生。

结语

近年来，随着行业的发展，滑触线作为电力供应的重要设备，扮演着至关重要的角色。滑触线脱轨是系统中一个重要的安全隐患。通过加强滑触线的维护和检修工作，改进设计和材料，培养专业的维护人员，以及进行深入研究，可以有效地降低滑触线脱轨的风险，保障系统的安全运行。未来，我们还需要进一步加大研究力度，不断改进滑触线的技术和设备，为滑触线的发展提供更可靠的电力供应。

参考文献

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