摘要：受电弓风管作为整个受电弓-接触网系统重要的组件之一，其性能可靠与否，直接关乎整个弓网系统能否正常受流。以TSG20高速受电弓为研究对象，针对其运用过程中风管易被异物击打导致的漏风问题进行研究。首先，分析了TSG20受电弓风管断裂的故障主要集中在3个位置：碳滑板下方的气路接头处；位于底架上的ADD阀风管处；上框架肘节部分的气路。其次，采用鱼骨图因果分析法，详细分析了故障产生的根本原因。运用TRIZ理论思路创新的方式进行了综合探究，建立了防护与检修空间及受电弓负重之间的技术矛盾问题，根据发明原理的启示得出风管处加装局部防护结构，优化布置风管，改变风管材质等解决对策。研究结果为风管可靠应用提供参考，具有较强实际应用价值。

　　关键词：受电弓；风管；防撞；TRIZ

　　Analysis of Anti-collision Countermeasures of TSG20 Pantograph Air Duct

　　Bai Jinhua

　　(School of Mechanical Engineering,Lanzhou Bowen College of Science and Technology,Lanzhou 730070,China)

　　Abstract:As one of the important components of pantograph catenary system,the reliability of pantograph air duct is directly related to whether the whole pantograph system can receive current normally.Taking TSG20 high speed pantograph as the research object,the problem of air leakage caused by the air pipe being easily hit by foreign matter during its operation is studied.Firstly,the fault of TSG20 pantograph duct fracture is mainly concentrated in three positions.The gas path junction under the carbon slide.At the air duct of the ADD valve on the bottom frame.Air path at elbow section of upper frame.Secondly,the causality analysis of fishbone diagram is used to analyze the root cause of the failure in detail.Based on the TRIZ theory and innovative way of comprehensive research,the technical contradiction between protection and maintenance space and pantograph load is established.According to the inspiration of the invention principle,the local protection structure is installed in the air duct.Optimizing the arrangement of air ducts.Change the air duct material and other solutions.The research results can provide reference for the reliable application of air duct and have strong practical application value.

　　Key words:pantograph;air pipe;anti collision;TRIZ

　　0引言

　　弓网滑动电接触是目前供电系统与列车连接的重要方式，是动车组电能引入的关键高压设备。但由于受电弓是安装在车顶位置，裸露在车体之外且直接与接触网高速滑动电接触，极易受到环境异物(飞鸟、垃圾等)或接触网松脱配件击打而损坏，导致动车组无法供电，甚至会造成拉断接触网等恶性事故，严重影响高铁运行安全和运输秩序[1]。为确保铁路运输设备安全和行车安全，当动车组发生弓网接触异常故障时，受电弓需及时降下，避免弓网故障进一步扩大。为此，TSG20受电弓碳滑板也是空心的，且正常工作状态下充满了压缩空气，并在受电弓升弓控制板上装有ADD监控装置(碳滑板监控装置)，实时监测受电弓碳滑板内的空气压力。当碳滑板或相关管路发生大的漏泄，直接导致升弓装置内的压力下降，快速降弓阀动作排出压缩空气，受电弓降下[2]。

　　因此，对其风管因异物击打造成的故障问题进行分析与探究，对保证列车安全、可靠运行具有重大实用价值。

　　对于受电弓因异物撞击而有可能会引发故障的问题，文献[3-8]针对受电弓易受撞击漏风问题，主要从图像检测及风管方面进行探究，而受电弓损坏造成的行车设备故障，经检查发现绝大部分是由于飞鸟或其他异物击打造成受电弓供风(监测)管路受损漏风进而导致受电弓自动降弓，真正的弓网损坏事故和碳滑板折断故障较少[9]。

　　国外部分动车组经过多年运营经验对此已有了高度重视，例如日本E2系1000型动车组PS207型受电弓从外观到结构尽可能简洁，高压设备和风管采用内包，使得受损几率大大降低。国内也从受电弓风管材质、结构及检修方式、方法等方面进行了优化改进[1]。然而，常见的优化方法未能很好地拓宽设计人员的灵感，而发明问题解决理论(Teorija Rezhenija Inzhenernyh Zadach，TRIZ)对结构优化设计有着独特的引导方式，即解决技术难题中的矛盾[10-11]。因此，对于动车组受电弓使用中，由于飞鸟或其他异物击打造成的故障问题，采用TRIZ理论进行深入研究具有较大的实用价值。

　　1问题原因分析

　　从实际应用数据可知，受到异物撞击发生风管断裂的故障主要集中在3个位置：碳滑板下方的气路接头处；底架上的ADD阀风管处；上框架肘节部分的气路。

　　对于“受到异物撞击发生风管漏风的故障”问题，采用鱼骨图因果分析法，可进一步分析问题产生的主要原因，风管断裂鱼骨图如图1所示。

　　可见，造成风管漏风的因素主要有人员及方法、材料和使用环境这3个方面。考虑到风管易受到异物撞击，在TSG20上述易被撞击而断裂的部位采取了与高速受电弓相同的措施，即增加橡胶防护套起辅助支撑作用。但当受电弓开口方向运行时，风管处在迎风面，该橡胶防护仅能承受较小的冲击，无法承受异物(鸟)撞冲击，还是没从根本上解决由于异物撞击而导致的漏风故障问题。

　　2解决对策

　　受电弓系统作为高铁的核心技术系统，从需求设计到实现功能上，实现我国自主创新设计的受电弓系统是每个研究者追求的目标[12]。而TRIZ理论作为工程技术创新有效的工具之一，探索其在受电弓风管防撞防护设计方面的应用，大大丰富了受电弓风管防护方案的研究方法。

　　对于TSG20受电弓在应用过程中风管易受异物撞击的问题，如果对受电弓风管易撞部位加装高强度防护，则会降低风管破裂问题，即提高了其可靠性。但同时也会导致受电弓质量增加，防护措施还会影响检修人员对受电弓的检修，及可维修性降低。为此TSG20受电弓所采取的措施是查询TRIZ理论矛盾矩阵，得出相应发明原理。

　　2.1风管易撞部位加装防护——预先补偿

　　根据预先补偿原理，预先在受电弓风管易撞部位加装防护装置，从而防范无法避免的撞击风险。且防护结构较小，对受电弓质量几乎没有影响，具体如下。

　　(1)ADD快排阀及碳滑板风管防护

　　为了避免异物对ADD快排阀风管的撞击，在底架设计防护罩，将快排阀、气路分配座以及相关的气路均进行防护，防护罩采用1.5 mm厚的钢板进行折弯加工，并适当进行焊接处理。如图2所示。

　　受电弓碳滑板风管破损主要集中在气路管接头的位置，因此，在滑板连接座折弯处增加一个防护边，将气路管接头进行包围防护，并在防护边底端安装一个管夹，用来固定弯曲的风管。如图3所示。

　　(2)肘节部分风管优化

　　对于肘节部分的风管，借鉴TSG15受电弓肘节部分气路布置方案，取消该位置的过渡管接头，将气路直接经由下臂杆绕至上框架，并固定在上框架的上表面。从而有效避开列车运行过程中，风管与异物的正面撞击，如图4所示。

　　2.2加强日常运用维护检修——预先作用原理

　　受电弓风管在行车过程中是暴露在室外，难免会受到异物的撞击，为此，预先保证风管的良好状态，也能大大增强其抗击打能力。所以，风管材质、安装工艺及日常的维护保养对其应用的可靠性都有很大的影响。

　　TSG20受电弓风管主要采用TPEE材质，和DSA250型受电弓风管原来所采用的PU材质相比，强度更高，提高抗击打能力。但其在应用过程中随外界温度变化性能变化较大，为此，要严格控制其使用期限，做好日常检查保养，避免出现断裂、腐蚀、老化等引发的漏风问题。同时，在受电弓组件的日常检查过程中，须重点检查各组件状态和功能。静态检查重在检查受电弓各组件状态，包括各风管机接头、升降气囊、阻尼器、钢丝绳等各部分状态是否良好，连接是否可靠，碳滑板有无缺损掉块、厚度是否符合要求。动态功能试验着重试验各风管路有无漏风，拉压力、升降弓时间是否满足要求，是否须使用测漏剂对受电弓各风管接头测漏，以确保外观良好各接头紧固无漏泄。检查发现的故障须及时处理，并严格按照工艺要求落实扭力等标准，同时对组件完成整套动态测试试验。

　　另外，动车组在运行途中，司乘人员须严格按照规章制度做好非正常信息的应急处置。若受电弓故障时，准确判定受电弓相关组件受损程度，果断、精准处置，以迅速开通行车组织秩序为目的。确须临时登顶处理时，务必严格遵守现有规定做好接触网断电及各项防护工作，规范穿戴劳动安全防护用品且携带相应工具，进行妥善处置。

　　3结束语

　　针对TSG20受电弓气路风管受异物(鸟撞)撞击破损的故障问题，本文首先采用TRIZ理论创新性分析问题的方式，利用因果分析法中的鱼骨图分析法，从根本上全面分析了该故障产生的原因。然后，查询Altshuller(阿奇舒勒)矛盾矩阵，根据发明原理，提出从风管材质、加强风管运用检修、局部加装防护、风管布置优化等方面来降低其因异物击打而导致的风管破损故障问题。从而，可以实现预先有效阻止风管受到异物的直接撞击，降低受电弓故障降弓，为车辆的安全运行提供一份保障，还可以大大减少检修人员检修工作量及登顶作业次数。

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