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集電弓

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一款常見的「之」字形集電弓
台鐵E200型電力機車的集電弓
日本新幹線700系列車上的單臂集電弓
使用菱形集電弓的布拉格電車
奧地利電車使用「之」字形的集電弓
日本新幹線500系列車使用的T形集電弓可以減低噪音,但由於高成本已棄用。

集電弓(英語:Pantograph)是一種讓電氣化鐵路車輛架空電纜取得電力的設備[1]。集電弓的得名,乃因為菱形集電弓的升降形狀從側面看好像是張開的

集電弓的升降

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集電弓的上升需藉由壓縮空氣提供氣壓缸傳動原力,舊型一般是藉由升弓彈簧伸張後的回復力,並且由索具和凸輪補償力臂,保持工作範圍(高度)內的固定升力。 集電弓的下降則是藉由氣壓缸彈簧(降弓彈簧)回行,以控制下臂轉軸產生轉動力矩;使集電弓成折疊狀,同時使"升弓彈簧"保持在伸張的狀態。 新式則大都使用氣囊型,設計原則改以故障時能保持在降弓狀態,以避免刮弓和扯斷電車線。

集電弓的安裝是以「支持礙子」安裝在車頂,藉由滑動接觸使電力牽引的列車通電,電流經由車軸接地裝置以回流軌為路徑回到變電站,形成電氣閉合迴路。

集電弓的種類

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雙臂式

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雙臂式集電弓乃最傳統的集電弓,亦可稱菱形集電弓,因其形狀為菱形。但現因保養成本較高,加上故障時有扯斷架空電纜的風險,自90年代尾起,絕大部份新出廠的鐵路車輛,已改用單臂式集電弓;亦有部分當時仍在服役中的鐵路車輛(如臺鐵EMU100型電動列車)從原有的雙臂式集電弓,改造為單臂式集電弓。

單臂式

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除了雙臂式,其後亦有單臂式的集電弓,亦可稱為「之」(Z)(ㄑ)字形的集電弓。此款集電弓的好處是比雙臂式集電弓噪音為低,故障時也較不易扯斷電車線,為目前較普遍的集電弓類型。而依據各鐵路車輛製造廠的設計方式不同,在集電弓的設計上會有些許差異(例如香港常用的英國Brecknell Willis製普速/高速集電弓為全單臂設計;而中國常用的DSA/TSG系列集電弓,上部採剪式設計)。

子母式

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全稱叫雙層小開度型兩級Z形集電弓,它由上下兩部分組成,較一般的集電弓,它可以緩和集電弓與架空電纜之間相互力的作用,弓網接觸性能良好。法國國鐵早期的TGV-PSE型動車組上就採用了法維萊製造的AMDE型子母弓。

垂直式

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除了上述三款集電弓,還有某些集電弓是垂直式設計,亦可稱成「T」字形(亦叫作翼形)集電弓,其低風阻的特性最適合高速行駛,以減少行車時的噪音,所以此款集電弓主要用於高速鐵路車輛。但是由於成本較高,垂直式集電弓目前已經沒有使用(日本新幹線500系改造時由垂直式集電弓改為單臂式集電弓)。

安裝翼型集電弓(WPS204)的
新幹線500系電車

石津式

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日本岡山電氣軌道的第六代社長、石津龍輔於1951年發明,又稱為「岡電式」、「岡軌式」。其升弓原理為利用重力帶動集電弓升起。此種集電弓不適合高速行駛,但是易於保養。岡山電氣軌道的電車除9200型外皆有配備。

集電弓滑板

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滑板為集電弓弓頭的一部分,直接與接觸線相接觸。按材料分可分為純金屬滑板,粉末冶金滑板,純碳滑板及浸金屬滑板

純金屬滑板

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鋼和銅是純金屬滑板兩種常用的材質。它們機械強度高,集流容量大,導電性能好,比較常用於站點多的列車上,但其無自潤滑能力且摩擦噪音較大。

用金屬(鐵,銅)原料和非金屬粉末(碳,鉛,二硫化鉬等)輔助潤滑劑,相互混合後壓製成型,經高溫燒結後浸入潤滑油,最後機加工成型,其加工過程類似於陶瓷燒製,其製造出來集電弓表面硬度較高,不易出現斷裂和非均勻磨損。相較純金屬滑板而言,其自帶潤滑效果。

純碳滑板

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用一定比例的瀝青焦、石油焦、石墨粉、炭黑或硬碳相互混合,先壓製成型再放進高溫燒結爐焙燒,製品經過再加工方可上弓應用。純碳滑板雖然硬脆易斷,但因其有自潤滑能力和良好的減磨性而被廣泛利用。

浸金屬碳滑板

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該類滑板既集合了粉末冶金滑板的高機械強度和電阻小的特點,又集合了純碳滑板的自潤滑能力和對架空電纜磨損少的特點,從理論上講是滑板最理想的材質,但該類滑板抗沖擊能力不足,易出現掉塊。

其他

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集電弓的構造使它在張開時與架空電纜保持輕度的接觸。當列車停駛時,集電弓可以收下來。列車行走時集電弓在架空電纜造成的駐波可能會影響集電的能力,因此某些系統是禁止接連使用集電弓的。

集電弓是從較為簡單的集電竿發展出來的,無軌電車和一些有軌電車,仍然使用集電竿。

電氣化鐵路車輛另一種集電的方式是使用軌道供電,此種方式多於用地下鐵路。

地鐵系統

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很多地下鐵路系統為了減少隧道的建造成本,會使用軌道供電而不採用架空電纜,以降低隧道鑽掘的高度來節省建造成本。不過亦有使用架空電纜的地下鐵路(如港鐵)。全世界多數地鐵皆採直流供電,而不使用設備較複雜、車身和架空電纜淨空較高的交流供電。

參考文獻

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  1. ^ Solaris Urbino. Busworld. 2016-09-04 (英語). 

外部連結

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維基共享資源上的相關多媒體資源:集電弓

參見

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