集电弓

一款常见的「之」字形集电弓
日本新干线700系列车上的单臂集电弓
使用菱形集电弓的布拉格电车
奥地利电车使用「之」字形的集电弓
日本新干线500系列车使用的T形集电弓可以减低噪音,但由于高成本已弃用。

集电弓,是一种让电气化铁路车辆架空电车线取得电力的设备。

概要

集电弓的英文术语源自缩放仪(Pantograph),是一种用来放大、缩小或临摹图样的复写工具。集电弓的得名,则因为菱形集电弓的升降形状从侧面看好像是张开的而名。

集电弓的升降

集电弓的上升需借由压缩空气提供气压缸传动原力,旧型一般是借由升弓弹簧伸张后的回复力,并且由索具和凸轮补偿力臂,保持工作范围(高度)内的固定升力。 集电弓的下降则是借由气压缸弹簧(降弓弹簧)回行,以控制下臂转轴产生转动力矩;使集电弓成折叠状,同时使"升弓弹簧"保持在伸张的状态。 新式则大都使用气囊型,设计原则改以故障时能保持在降弓状态,以避免刮弓和扯断电车线。

集电弓的安装是以"支持碍子"安装在车顶,借由滑动接触使电力牵引的列车通电,电流经由车轴接地装置以回流轨为路径回到变电站,形成电气闭合回路。

集电弓的种类

双臂式

双臂式集电弓乃最传统的集电弓,亦可称「菱」形集电弓,因其形状为菱形。但现因保养成本较高,加上故障时有扯断架空电车线的风险,自90年代尾起,绝大部份新出厂的铁路车辆,已改用单臂式集电弓;亦有部分当时仍在服役中的铁路车辆(如台铁EMU100型电联车)从原有的双臂式集电弓,改造为单臂式集电弓。

单臂式

除了双臂式,其后亦有单臂式的集电弓,亦可称为「之」(Z)(ㄑ)字形的集电弓。此款集电弓的好处是比双臂式集电弓噪音为低,故障时也较不易扯断电车线,为目前较普遍的集电弓类型。而依据各铁路车辆制造厂的设计方式不同,在集电弓的设计上会有些许差异(例如香港常用的英国Brecknell Willis制普速/高速集电弓为全单臂设计;而中国常用的DSA/TSG系列集电弓,上部采剪式设计)。

子母式

全称叫双层小开度型两级Z形集电弓,它由上下两部分组成,较一般的集电弓,它可以缓和集电弓与架空电车线之间相互力的作用,弓网接触性能良好。法国国铁早期的TGV-PSE型动车组上就采用了法维莱制造的AMDE型子母弓。

垂直式

除了上述三款集电弓,还有某些集电弓是垂直式设计,亦可称成「T」字形(亦叫作翼形)集电弓,其低风阻的特性最适合高速行驶,以减少行车时的噪音,所以此款集电弓主要用于高速铁路车辆。但是由于成本较高,垂直式集电弓目前已经没有使用(日本新干线500系改造时由垂直式集电弓改为单臂式集电弓)。

安装翼型集电弓(WPS204)的
新干线500系电车

石津式

日本冈山电气轨道的第六代社长、石津龙辅于1951年发明,又称为「冈电式」、「冈轨式」。其升弓原理为利用重力带动集电弓升起。此种集电弓不适合高速行驶,但是易于保养。冈山电气轨道的电车除9200型外皆有配备。

集电弓滑板

滑板为集电弓弓头的一部分,直接与接触线相接触。按材料分可分为纯金属滑板,粉末冶金滑板,纯碳滑板及浸金属滑板

纯金属滑板

钢和铜是纯金属滑板两种常用的材质。它们机械强度高,集流容量大,导电性能好,比较常用于站点多的列车上,但其无自润滑能力且摩擦噪音较大。

粉末冶金滑板

用金属(铁,铜)原料和非金属粉末(碳,铅,二硫化钼等)辅助润滑剂,相互混合后压制成型,经高温烧结后浸入润滑油,最后机加工成型,其加工过程类似于陶瓷烧制,其制造出来集电弓表面硬度较高,不易出现断裂和非均匀磨损。相较纯金属滑板而言,其自带润滑效果。

纯碳滑板

用一定比例的沥青焦,石油焦,石墨粉,炭黑或硬碳相互混合,先压制成型再放进高温烧结炉焙烧,制品经过再加工方可上弓应用。纯碳滑板虽然硬脆易断,但因其有自润滑能力和良好的减磨性而被广泛利用。

浸金属碳滑板

该类滑板既集合了粉末冶金滑板的高机械强度和电阻小的特点,又集合了纯碳滑板的自润滑能力和对架空电车线磨损少的特点,从理论上讲是滑板最理想的材质,但该类滑板抗冲击能力不足,易出现掉块。

其他

集电弓的构造使它在张开时与高架电缆保持轻度的接触。当列车停驶时,集电弓可以收下来。列车行走时集电弓在架空电车线造成的驻波可能会影响集电的能力,因此某些系统是禁止接连使用集电弓的。

集电弓是从较为简单的集电杆发展出来的,无轨电车和一些路面电车,仍然使用集电杆。

电气化铁路车辆另一种集电的方式是使用第三轨供电,此种方式多于用地下铁路。

地铁系统

很多地下铁路系统为了减少隧道的建造成本,会使用第三轨供电而不采用高架电缆,以降低隧道钻掘的高度来节省建造成本。不过亦有使用高架电缆的地下铁路(如港铁),它们的架空电车线,一般也非常低矮,接近紧贴车顶,以减低隧道高度来节省建造成本,也因此全世界多数地铁皆采直流供电,而不使用设备较复杂、车身和架空电车线净空较高的交流供电(除港铁系统中属于前九铁的路线外)。

参考文献

外部连结

维基共享资源上有关集电弓的多媒体资源

参见

#