第十二讲_弓网相互作用课件

济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 第十二讲 弓网相互作用特性 主讲人 董昭德 西南交通大学电气工程学院 20101130 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 本讲主要内容 高速受电弓的组成用其特性 高速接触网的负载特性 高速弓网关系的评价和控制参数 弓网参数对高速受流的影响 弓网系统的振动方程及其受流稳定性分析 第12讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l受电弓具体结构差异较大 ，但一般都由底架、升弓装 置、上下臂、弓头等部分组 成， 第12讲 弓网相互作用特性 12.1 受电弓 12.1.1 升弓装置和缓冲器 DSA系列受电弓的升弓装置由升弓气囊、升弓 钢丝绳、安装机械及轴组成。 气囊充气后膨胀，在驱动器作用下拉伸钢丝绳 ，使线导向绕下臂轴转动，受电弓升起。 受电弓靠自重下降。 升弓控制装置由电空阀、两个单向节流阀、精 密调压阀组成，两个单向节流阀通过控制进出气囊 的压缩空气量来控制受电弓的升降弓速度。精密调 压阀用于调节弓网接触压力。 缓冲器安装于底架和下臂轴套之间，由阻尼器 、防尘盖、保护套、接头、锁紧螺母等组成。 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l为防止突发事故，避免造成大型弓网事故，高速受电 弓均要配备自动降弓装置。 l自动降弓装置由滑板上的管道、快速下降阀、试验阀 、关闭阀及导管组成。 l当由于各种原因造成滑板上的管道出现漏气并使压力 下降时，升弓装置的压缩空气会从快速下降阀中讯速 排出，迫使受电弓快速下降。如果快速下降阀与滑板 间的导管断裂，可用关闭阀使自动降弓装置停止工作 。当滑板出现小裂缝有少量漏气但不影响受电弓正常 工作时，可用快速下降阀遏制。试验阀用于模仿管道 漏气，观察快速下降阀动作情况。 12.1.2 自动降弓装置 第12讲 弓网相互作用特性 12.1 受电弓 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l稳定的静态抬升力（静态特性、升弓力矩） l良好的跟随特性(归算量小) l空气阻力小(良好的动力学特征) l上下振幅小 l离线率低 l升降弓时间短、动作初始迅速，终了缓慢迅速 l滑板的材料、形状、尺寸适应高速运行的要求： l (1)为防止接触线与滑板间的接触电阻过大，引起发热烧损接触线和滑板，滑 板的材料必须具有良好的导电性能； l (2)接触线和滑板间必须具有良好的互润性，以减少维修量、延长设备寿命； l (3)滑板对接触线或接触线对滑板二者间不能造成损伤； l (4) 滑板应具有良好的韧性、耐冲击性好，不会因冲击而发生缺损或破裂，也 不会因工作原因而产生大量粉性物质； l (5) 为减小受电弓的归算质量，提高受电弓的跟随特性，降低受电弓引起的冲 击和离线率，滑板的质量要轻； l (6) 滑板为易耗品，为节约经费，其价格应低。 12.1.3 高速受电弓应具备的基本特性 第十二讲 弓网相互作用特性 12.1 受电弓 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 12.1.4 常用高速受电弓的基本参数 第十二讲 弓网相互作用特性 12.1 受电弓 型号 参数 DSA150DSA200DSA250DSA300 设计 速度160 Km/h200 km/h250 km/h300 km/h 落弓位长度2600 mm2600 mm2600 mm2640 mm 最大升弓高度3000 mm3000 mm3000 mm3000 mm 落弓位高度 （含绝缘 子） 588 mm588 mm 588 mm588 mm 弓头长 度1950 mm195019501950 额定电压 25kV25kV25kV25kV 额定电流1000 A1000 A1000 A1000 A 接触力70 120 N（可调）70 120 N（可调）70 120 N（可调）70 120 N（可调） 驱动类 型气囊驱动 机构气囊驱动 机构气囊驱动 机构气囊驱动 机构 升弓时间5.4 秒（可调）5.4 秒（可调）5.4 秒（可调）5.4 秒（可调） 降弓时间 4 秒 （可调）4 秒 （可调）4 秒 （可调）4 秒 （可调） 整弓质量约125kg约125kg约115kg约109kg 备 注具有DSA200型受电 弓的所有特点，上臂 采用铝型材焊接结构 底架和下臂采用钢焊 接结构 ，下导杆采用不锈钢 材料， 上导杆、上臂和弓头都采用重 量较轻 的铝合金 下臂采用铝型材焊接 结构型式，可以选装 弓头翼片以调整动态 接触力 下臂采用铸铝结 构； 上导杆采用碳纤维 ； 弓头采用高强度钛合 金；上臂为铝 型材。 适用于相应速度等级的各种电力机车及动车组 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l空气阻力对受电弓的作用明显 列车在高速运行时会产生振动，这种振动的振级 与列车速度成正比。振动所产生的空气动力将使 弓网动态接触压力与静态接触压力产生较大的偏 差，使动态接触压力过大或过小。它是影响高速 受流的一个重要因素。 l牵引负荷大 高速列车所需的牵引电流是常速列车牵引电流的 两倍，采用单弓受流时离线引起的冲击很大，采 用多弓受流又会增加阻力、加大噪声，并引起接 触网的波动干扰，因此、大功率受流是高速接触 网研究的一个主要内容。另外、大电流的存在对 接触网的回流线路及接地系统也会有更高的要求 ； 12.2 高速接触网的负载特点 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l电磁干扰大 由于牵引功率的加大，必须充分考虑网中高次谐波电流产生 的高频电磁场对通讯环境的影响，电磁干扰有两大类：一是 受电弓与接触网之间离线时产生电磁辐射；一是接触网绝缘 子间的金属连接因腐蚀或污染而导致接触不良引起放电。为 了消除电磁干扰，可在受电弓上安装微动滑板以降低受电弓 的离线率，或在站区采用集中共用天线系统进行电磁防护。 l机械强度高 高速接触网的综合补偿张力一般都在左右，日本重型高速接 触网的补偿张力达到，这对接触网线索和设备的机械强度都 提出了很高要求。 第十二讲 弓网相互作用特性 12.2 高速接触网的负载特点 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l噪声大 高速铁路的噪声声源主要来源于弓网系统和轮 轨系统。世界各国对铁路噪声规定了容许标准 值，我国规定不得大于70 dB。在高速铁路上， 除了在轨道、线路、车辆、电气化接触网等方 面必须采取降噪技术外，在高速铁路经过的人 口稠密区的路基和高架桥上也要采用隔声屏障 对噪声进行防范治理。 第十二讲 弓网相互作用特性 12.2 高速接触网的负载特点 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l良好的电导率； l良好的机械抗拉强度； l良好的高温软化特性。 l纯铜线具有良好的电气性能、耐腐性能，但机械强 度偏低，高温下的抗拉强度下降很快，这一特性不 能满足高速接触网重张力的要求； l银、镁、锡等铜合金接触线具有良好的机械强度， 但导电率只有纯铜的60%80%。 12.3 高速受流对接触线的要求 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l接触网主控参数 波动速度 速度利用率 增强因数 多普勒系数 反射系数 导高及导线坡度 跨距和结构高度 弛度 吊弦长度 12.4 高速受电弓控制参数 第十二讲 弓网相互作用特性 受电弓网主控参数 受电弓归算质量 受电弓升弓力矩 受电弓最大振幅 弓头及框架质量 弓头弹簧刚度 弓头及框架阻尼 弓架悬挂方式 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l受电弓的归算质量是指将整个受电弓的活动部分（如滑 板、托架、框架等）的实际质量归算到弓线接触点，使 整个受电弓具有与受电弓滑板相同加速度的质量，该质 量所产生的动能与整个受电弓所产生的实际动能相等。 l受电弓的归算质量不是一个常数，它随受电弓的升弓高 度变化而变化。 l受电弓归算质量有各种算法，但总的原理是根据动能相 等的原理进行的。 l具体算法不作要求 受电弓的归算质量 第十二讲 弓网相互作用特性 12.4 高速弓网系统的控制参数 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l定量找出哪些部件对受电弓的归算质量影响大，哪些 部件影响小，从而指导受电弓的设计。 第十二讲 弓网相互作用特性 研究受电弓归算质量的意义 受电弓框架各部件在整个受电弓框架的归算质量中的贡献值随高 度略有变化，但变化不大。 影响受电弓框架归算质量的主要部件是上臂杆，它在整个归算质 量中所占份额接近80%，若要降低受电弓的归算质量，应首先从上 臂杆入手。 平衡杆的质量只有2.41kg，但在整个框架的归算质量中的份额比质 量为10.9kg的推杆还大，原因是它随上框架运动。 要降低受电弓的归算质量，提高受电弓的受流特性，只有想法降 低上臂杆的重量。 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 受电弓升弓力矩 第十二讲 弓网相互作用特性 12.4 高速弓网系统的控制参数 要使弓头升起，必须克服下臂杆重力， 上臂杆重力，撑杆重力及接触力对点形成的 力矩。 升弓力矩计算要用到理论力学中的“虚位移原理” 。 工程中，大多数物体的运动都受到周围物体的限 制，不能任意运动，受到限制的质点集称作非自由 质点系，限制非自由质点系运动的条件称为约束 。 在某瞬时，质点系在约束允许的条件下可能实 现的任何无限小的位移称为虚位移或称可能位移。 虚位移可以是线位移，也可以是角位移。虚位 移不是经过时间发生的真实小位移，而是假想的、 只是约束允许的、可能实现的某种小位移。 质点或质点系所受的力在虚位移上所作的功称 为虚功，力在虚位移上做功的计算与作用力在真实 小位移上所做功的计算是一样的。 具有理想约束的质点系，其平衡的充要条件是 ：作用于质点系的主动力在任何虚位移中所作的虚 功之和等于零。这就是虚位移原理，又称虚功原理 。 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 第十二讲 弓网相互作用特性 研究受电弓升弓力矩的意义 优化受电弓的目的： 确保与相应接触网的匹配，使弓网系统具有良好的受流特性，离线率和电 弧均在容许范围之内； 受电弓在高速运行条件下具有可靠性的稳定性和安全性，平均接触力不超 过120N，标准压力偏差不超过24N； 确保受电弓具有不低于150200万架次的使用寿命。 受电弓优化的内容： 弓头垂直运动轨迹（上下走直线，弓头不偏摆）； 主轴转矩（静态接触力恒定）； 维持动态平衡及升弓弹簧刚度（动态响应快，阻尼合理）； 归算质量（具有小的动态惯性力）； 受电弓机构（空气阻力影响小，噪音小）。受电弓框架各部件在整个受电 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l弓头及框架质量对受流的影响 l造成受电弓动抬升力的很重要一部分是受电弓上下运动的惯性。假设受电弓 按正弦规律上下振动，其振幅为2e、频率为，受电弓弓头及框架质量为m ，则接触力将在m2e之间变化，速度越高值较大，接触力的变化值也 较大。 l要降低这一变化值，降低弓头及框架质量m是一有效办法。 l然而对要保证一定强度、刚度和结构的受电弓来说，过份降低质量也是相当 困难的。为了减轻受电弓弓头及框架质量，受电弓的臂杆可采用箱形或管形 截面，材料可选轻型金属材料，结构可采用非对称布置。 第十二讲 弓网相互作用特性 受电弓最大振幅 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l研究表明：减小弓头弹簧的刚度可适当改善受流质量。因为弓头弹 簧刚度过大，接触线微小振动就会引起受电弓框架的振动，而柔软 的弹簧会消弥这种振动，不致使受电弓框架在通过定位点或其它硬 点时过份下降，产生附加的上下振动，从而提高了受电弓运行的稳 定性 弓头弹簧刚度 第十二讲 弓网相互作用特性 目前，受电弓有两种比较典型的悬挂方式：弹簧悬挂和风缸悬挂。弹簧悬挂 是利用弹簧与凸轮、连杆的系统联接，其简化力学模型为一个固定抬升力和 一个阻尼系统；风缸悬挂是利用一个风缸来产生抬升力，其简化力学模型为 一恒抬升力与一个弹簧和阻尼的串联系统。 受电弓框架的悬挂必须满足受电弓能在较大的高度范围内（0.52m）工作 ，能在工作范围内提供一个固定的抬升力。使用这两种悬挂的受电弓，它们 的动态性能受到悬挂参数的影响。研究结果表明，在较高速度之下，采用风 缸悬挂比较有利。 弓架悬挂方式 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l合适的阻尼存在对遏止受电弓振动是有利 的，但过大的阻尼又会阻碍弓头、框架的 运动而影响其跟随性。另外、受电弓系统 阻尼中存在一定的干摩擦，干摩擦的作用 有利于遏止受电弓危险的谐振源，但对受 流不利。 弓头及框架阻尼 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l接触网主控参数 波动速度 速度利用率 增强因数 多普勒系数 反射系数 导高及导线坡度 跨距和结构高度 弛度 吊弦长度 12.5 高速接触网控制参数 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 第十二讲 弓网相互作用特性 12.5 高速接触网的控制参数 接触网弹性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l接触线的动态抬升量由两 部份组成，一部份是受电 弓静态抬升力的贡献，另 一部份是受电弓在高速运 行时产生的动态抬升力的 贡献。 l接触网的抬高值应控制在 一个合理的数值，过分抬 升会引起导线应力疲劳， 缩短导线使用寿命。 接触线动态抬升量 第十二讲 弓网相互作用特性 12.5 高速接触网的控制参数 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l接触线高度变化率是指两悬挂点间的接触线高度差与两点间距离(一般指跨 距)的比值，它也叫接触线坡度，由于该值较小，一般用千分比来表示。 l l接触线坡度变化频泛，会引起受电弓的上下波动，容易产生离线。 l研究表明：弓网受流速度越高，对接触线的高度变化率的要求也越高，高 速接触网的接触线坡度一般控制在1至3，而城轨交通由于速度一般不 太高（120km/h以下），坡度变化率一般不超过1%（特殊区段除外）。 接触线高度变化率 第十二讲 弓网相互作用特性 12.5 高速接触网的控制参数 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 波动速度 第十二讲 弓网相互作用特性 l无量纲速度表示在给定接触网结构（接触线波动传播速度一定）的前提下列车最 大运行速度和接触悬挂波动传播速度的比值 12.5 高速接触网的控制参数 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l反射因数表征接触悬挂的振动波在吊弦线夹、定 位线夹这样的非均匀质点处的反射情况。 反射因数 第十二讲 弓网相互作用特性 12.5 高速接触网的控制参数 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l振动波在非均匀质点被反射，被反射回的波壁与该物体相向运 动并被续继向前的物体以输入能量的方式再次反射回去。 l增强因数正是表征了这种能量增减情况。 l若这种能量较小，说明接触线的振动是可控的，反之，这种能 量将使接触网的振动越来越大，最终迫使受流无法进行。 增强因数 第十二讲 弓网相互作用特性 12.5 高速接触网的控制参数 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 多普勒系数 第十二讲 弓网相互作用特性 12.5 高速接触网的控制参数 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l线索截面积、张力对受流的影响 l由波动传播速度的计算公式可知，增加接触线张力、降低接触线的线密 度可提高波动速度。 l在相同截面情况下，增加接触线张力对提高波动速度有决定性作用。对 于链形悬挂，增加接触线张力还可以提高多普勒系数，降低反射因数和 增强因数。 l接触线张力的提高改善了接触网所有的特性参数。但过大的增加张力对 接触线材质和接触网零部件以及悬挂的机械强度的要求将提高，从而增 大工程造价。 l研究还表明：在弓网条件相同的情况下，增大接触线的横截面积会使弓 网接触压力的标准偏差明显减少；在给定张力下增加导线的横截面积会 使悬挂弹性直线下降，但过大的横截面会造成施工维修不便，增加悬挂 单位重量，而且也不经济，经验表明接触线横截面积取为120 mm2至 150mm2是比较理想的。 126 接触网设计参数对受流的影响 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l跨中弹性和跨距长度成正比，缩小跨距能改善接触悬挂弹性，但过 小的跨距是不经济的，跨距过小还会造成定位过多这对受流不利， 因此在大跨距和小跨距之间有一个最佳跨距问题，研究和实践都表 明，在高速接触网中采用60m或65m的实际跨距较为合理。 l实践表明：增大单链形悬挂的结构高度可减少动态接触压力偏差， 对受流有利，但结构高度受安装场地、支柱高度的限制。 跨距和结构高度的影响 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l接触线预弛度对高速受流的贡献各国有不同的观点； l法国认为设置预弛度可有效改善弹性系数，并将跨距长度的 1/1000设置为预弛度作为标准接触网的参数； l德国的弹性链形接触网均未设预弛度而是采用弹性吊弦，同样 使弹性系数大大降低。 l研究和试验表明：对于弹性系数小于10%的接触悬挂，运行速 度小于250km/h时，预弛度不再有效。而对于弹性系数较大或运 行速度有限的弹性链形悬挂尤其是简单接触悬挂，预弛度可有 效降低弹性差异系数。 弹性吊索和预留弛度的影响 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l吊弦的分布原则是：在定位点附近间距大，在跨中点间距小； l吊弦的布置方式有：等间距分布、对数分布、正弦分布、线性分布 和指数分布。 l研究表明：适当缩小吊弦间距及改变吊弦布置可在一定程度上补偿 弹性不均对受流的影响。 l虽然吊弦的合理布置可改善弹性和质量分布，但对弹性起关键作用 的还是接触线张力。这一点已被国际铁路联盟（ORE）对36种悬挂的 实验所证明。 l该实验还表明：各种吊弦间距对振动频率的影响不大，吊弦等间距 布置和不等间距布置其振动频率相同。所以世界各国大多采用了等 间距布置 吊弦间距及分布对受流的影响 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l研究和试验表明：较低的导线高度可改善受电弓的空气动力学特性，有利 于受流的稳定性，同时也可降低建筑物的净空，但它要受车型及货物限界 的限制。 l接触线高度的变化形成接触线坡度，接触线坡度对机车运行速度有效大影 响，如果接触线坡度设计不合理会造成较为严重的离线。 接触线的高度及坡度对受流的影响 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 在支撑点处测量到的导高差最大允许值为20mm。 范例 1 假设（支撑点1到支撑点2）的公差值为 +20mm，下一个支撑点（支撑点3）处的导 高则应保持相同或抬高。不允许向下倾斜。 支撑点 1 .FH = 5300mm 支撑点 2 FH = 5320mm 支撑点 3 Line aFH = 5330mm Line bFH = 5320mm FH = +10mm FH = +20mm FH = 0mm 例2（a 线） 假设（支撑点2）不采用最大误差值，在另一方 向接触线的工作坡度则允许达到最大值。 支撑点1 FH = 5300mm 支撑点2 FH = 5295mm 支撑点3 . FH = 5310mm FH = +15mm FH = - 5mm 例2（b 线） 假设（支撑点2）不采用最大误差值，给定 的导线（b 线）坡度相同，（b 线）则可采 用20mm最大坡度值。 支撑点 1FH = 5300mm 支撑点 2FH = 5295mm 支撑点3FH = 5275mm FH = - 5mm change of sign FH = - 20mm 定位点之间的导高差 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 127 其它因素对受流的影响 第十二讲 弓网相互作用特性 弓网匹配对受流的影响 多弓运行对受流的影响 轮轨耦合振动对弓网受流的影响 运行速度的影响 l弓网匹配特性对受流 起着决定性作用，高 速接触网配用不适于 高速的受电弓和高速 受电弓应用在常速接 触网下，其受流效果 都不理想。 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l接触压力的标准偏差是一个统计概念，它是指接触压 力在平均接触压力的上下波动的分布情况。 l标准压力偏差表明了一对特定弓网之间的机械跟随性 和接触程度，是重要的弓网关系评价参数。 接触压力标准偏差 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 接触压力的平均值 第十二讲 弓网相互作用特性 接触压力不均匀系数 l研究表明，接触压力不均匀系数应控制在 25%以内，否则过大的压力偏差会使弓网离 线率增大，加剧弓网间的机械磨耗和电化学 腐蚀，大的离线还可能使列车运行受到冲击 。 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l日本100系列高速列车有6个相距很近的受电弓同时工作，高速运行时接触导线会 产生复杂的多层横波，使受电弓无法追随处于波动中的接触导线导致离线频繁。 因此，世界各国一般以单弓或双弓牵引为主。 l双弓运行时，第二个受电弓始终处在一个振动的接触网范围内行驶，如左图所示 。它与接触网间的接触压力标准偏差始终大于在前弓上所观测到的压力偏差值， 如右图所示，它显示的是在前后两机车上测得的受电弓与接触网间的接触压力标 准偏差。从图中可以看出，在行驶速度为250km/h时，后置受电弓的标准偏差达 24N，在280km/h时，升到28N，而后置受电弓的压力已不能保持120N的限制值。如 果要使电弧限制在某个限度内，则280km/h时的压力必须为140N。这一数值必然带 来尖峰受力和磨耗增大。 多弓运行对受流的影响 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 l机车在不平顺轨道上行驶时会强化弓网的动态作用， l使弓网接触压力波动明显加大 轮轨耦合振动对弓网受流的影响 第十二讲 弓网相互作用特性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 128 弓网振动方程 第十二讲 弓网相互作用特性 （a）受电弓的抬升力为一常数； （b）接触网跨距一致； （c）只考虑垂直面内的一维振动、不考虑风对弓网系统的横向吹动； （d）将弓网系统的质量归算为弓网接触点的恒定质量M； （e）悬挂弹性为水平位移x的函数，表示为K(x)。 当接触悬挂弹性一致时，弓网振动是一振幅有限的简谐振动，无论机车运行速度如 何变化，受电弓滑板都可与接触线以同样的振幅协调运行而不会产生离线。实际上，悬挂 弹性不可能完全一致，因此，实际弓网受流系统的振动不可能是一个的简谐振动，这仅是 一种理想状态。 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 弓网间的多重耦合 （1）几何耦合（基础 ） （2）材料耦合（保障） （3） （4）机械耦合（关键） 电气耦合（核心） 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 弓网系统图 弓网耦合因素图 受电弓 接触网 几何 电气 机械 材料 弓网间的多重耦合-弓与网的主 次 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 安全运行的基础! 主要技术参数： 跨距、拉出值、导高及其变化率、始触区、无线夹区、受电弓有效工作长 度和高度、受电弓动态包络线等。 要求： （a）在设计条件和允许偏差下，工作支接触线和受电弓在水平方向上的相 对位移不得导致接触线脱离受电弓的有效工作区； （b）在设计条件和允许偏差下，接触线的架设高度及其变化率符合相应运 行速度要求。最低高度与车辆高度、最小空气绝缘间隙和受电弓的最低工作高 度相适应；最高高度与受电弓最大工作高度相适应； （c）在设计条件和允许偏差下，接触网上的所有零部件的空间位置均不得 侵入受电弓动态包络线所规划的空间内。 弓网间的几何耦合 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 导高与受电弓有效工作范围( 高度与长度)； 受电弓安装位置和高度； 接触网电分相与受电弓运行 方式（单双弓和电气联接情 况）； 列车侧摆与拉出值。 弓网间的几何耦合 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 弓网安全运行的核心! 弓网电气关系是指接触线与滑板这对电气藕合在材料性能、电气 指标上的匹配关系。 主要技术参数： 接触线和滑板的最大允许通过电流、电阻率、接触电阻、散热性 能和电磨耗等。 所有改善弓网性能的最终目的都是为了实现牵引电能的稳定传 输，保证弓网在动和静两种工况下的电气稳定性和合理的电气磨耗。 弓网间的电气耦合 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 当工作在可分合(从分离到接触或从接触到分离)的过程时,在一定条件 下会产生电弧或其它放电现象 滑板和接触线在大气中脱离接触时，被断开的电流超过0.251A，断开 瞬间加在滑板与接触线上的电压超过1220V，在滑板与接触线的间隙中通 常会产生一团温度极高、发出强光和能够导电的近似圆柱形的气体这就 是电弧 产生电弧的最小电流如果小于一定数值，则开断时只能产生一为时极短的 弧光放电通常称为电火花 滑板和接触线间的三种工作方式:接触,可分合,分离 弓网间的电气耦合 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 弓网系统的电弧现象弓网间的电气耦合 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 根据电位温度理论可知，导电斑点超过接触点外 的温度与接触电阻及通过接触点的电流成简单的函数关系 导电斑点超出接触点以外区域的温度，即接触点温 升 U接触压降 I通过接触面的总电流 滑板与接触线材料的热导率与电阻率乘积的平均值 弓网间的电气耦合 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 电弧热功率导致滑板和接触线温度升高，温升达到一 定程度时，滑板和接触线的表面会发生熔化和气化 在弓网相对运动过程中，滑板和接触线的接触位置不断变 化，电弧位置也在不断变化，位置变化的速度与接触线的拉出 值、列车的运行速度有关 相对运动阻止了电弧能量引起的弓网系统固定位置的温度 升高 弓网电弧的影响 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 弓网间的电流弓网间的电弧 列车停车时的取流:热效应,接触 电阻、接触面积 散热 电气磨耗 列车高速运行时的取流:热效应, 接触电阻、接触面积 散热 表征弓网电气关系的 基本参数有载流量，最大 允许电流，电磨耗等，核 心问题是保证弓网间电能 传输的稳定性和安全性， 保证接触线与滑板这对电 气藕合在材料性能、电气 指标上的匹配，保证弓网 在相互高速运行中或相对 静止两种工况下的电气稳 定性和合理的电气磨耗； 弓网间的多重耦合-电气关系 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 弓网安全运行的关键! 弓网机械关系是指受电弓与接触网的动 态匹配关系，它研究的是高速运行下的受电弓 与接触网间的动态匹配和动态稳定性问题。 主要技术参数 弓网接触力、弓网振动特性、接触网波 动特性，受电弓追随特性等。 影响因素复杂，涉及线路、车辆、受电弓、接触网、环境等五大方面。 就弓网系统本身而言，影响受流稳定的因素就有接触网波动和振动、单弓 取流的谐振速度、双弓取流的谐振速度等。 波动速度及单弓取流的谐振速度与受电弓参数关系不大，主要取决于 接触网的结构与参数，而双弓受流的谐振速度与受电弓安装间隔密切相关，具 有较大的可变性。 另外，路基及桥梁特性、接触线和钢轨的不平顺度、风速和风向、 覆冰等都直接影响弓网系统的振动。 弓网动态耦合矩阵图 弓网间的多重耦合-动态耦合 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 弓网系统的动态耦合 任何一个可以用时间的周期函数描述的物理量,都称之为振动 力学系统能维持振动，必须具有弹性和惯性。由于弹性，系统偏离其平衡位置 时，会产生回复力，促使系统返回原来位置；由于惯性，系统在返回平衡位置的过 程中积累了动能，从而使系统越过平衡位置向另一侧运动。正是由于弹性和惯性的 相互影响，才造成系统的振动 描述振动的量：位移、速度、加速度等 弓网系统的振动为随机振动只能用数理统计的方法加以研究 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 不同值下的接触线变形 不同 值下的接触线抬升 弓网间的动态耦合 机械关系之波动与振动 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 典型悬挂的弹性曲线 接触悬挂弹性 弓网间的动态耦合 弹性及其均匀性 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 受电弓作用点处的接触应力 AgCu120（波动速度为540km/h）的速度应力特性曲线 接触线内的应力过大对接触线的寿命不利。关于接触线 寿命问题，影响因素较多，但主要有两点：磨耗与疲劳应力 ，对于高速运行条件下的接触线，其寿命的决定性因素还在 探导之中。 弓网间的动态耦合导线弯曲应力 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 弓网接触力连接两个机械系统（接触网和受电弓），这两 部分均能振荡并且具有各种不同的质量模块、弹性系数、衰 减系数和自然频率。由于接触网具有弹性、在受电弓作用到 接触网上时就使接触线有一定的抬升量。实际上，沿接触线 锚段变化的弹性导致受电弓周期性上下运动，这种运动幅度 取决于抬升力本身 随着速度的增加，动态部件对接触压力的影响越来越大， 为了保持受电弓滑板沿着接触线并不间断地与接触线接触， 接触力的值必须保持在一定范围，即动态范围 弓网间的动态耦合弓网接触力 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 FAER F DYN FR F0 FR F wind F = F0 FR + FAER FDYN 受电弓设计接触网、轨道等 弓网接触压力F受电弓与接触网之间的接 触力 静态接触压力F0 驱动机构使滑板与接触 线间产生的接触压力 磨擦力FR 关节间的磨擦力，与弓头运动 方向相反 空气动力接触压力分力FAER 气流对受电 弓的抬升力 动态接触压力分力FDYN 由垂直振动引起 的惯性力 弓网间的动态耦合弓网接触力 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 平均接触压力目标值 弓网间的动态耦合弓网接触力 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 弓网间的动态耦合频谱特性 接触网是一个有大量的自由振荡和无数个固有频率的机械系统。 对称振荡：相对于参考点对称的两个点是同相位振荡； 非对称振荡：相对于参考点对称的两个点是同相位振荡； 离支持点最近的 两吊弦之间的距离 结构系数 济南班接触网 SWJTUDONG 2010.11 从受流角度看, 用纯铜或铜基合金构成接触导线和受电弓滑板系统为 最佳方案,但相同材料进行匹配会引起严重的粘着磨损，并非最佳方案，但 接触网的特性决定了接触导线应是以纯铜或者铜合金材料为主的长大件, 无更多的选择，因此、为增加弓网系统的使用时限，减少接触线和受电弓 滑板间的磨耗,寻求滑板与接触线间的最佳匹配关系的重任