第7讲 接触线与滑板耦合中的机电关系20

1、设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 主讲人主讲人 董昭德董昭德 西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院 2009.10.成都成都0503 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 本讲主要内容本讲主要内容 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 7.2.2高速受流对接触线的要求高速受流对接触线的要求 7.3 .3 影响铜接触线物理特性的主要因素影响铜接触线物理特性的主要因素 7.4 .4 温度对接触线

2、性能的影响温度对接触线性能的影响 7.5 .5 大气环境对接触线的腐蚀大气环境对接触线的腐蚀 7.6 .6 世界主型接触线材料与性能简介世界主型接触线材料与性能简介 7.7 .7 受电弓简介受电弓简介 7.87.8滑板材料的发展滑板材料的发展 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 与接触线相关的主要概念 1 拉出值；V 2 导高；V 3 坡度； 4 弛度；V 5 磨耗； 6 载流量； 7 波动速度； 8 疲劳应力。 表12-

3、1各国120接触线横断面尺寸 拉出值拉出值 、磨耗、疲劳、载流量、波动速度等均涉及接触线的安全问题、磨耗、疲劳、载流量、波动速度等均涉及接触线的安全问题 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 1 1 接触线磨耗接触线磨耗 sin)( 180 2 RhARRS )1 (cos 1 R hA 0 0 max S SS TT 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 (1) (1) 接触线磨耗面积接触线磨耗面积 (2) (2) 接触线张力调整接触线张力调整 (3) (3)

4、 接触线磨耗标准接触线磨耗标准 当全锚段接触线平均磨耗超过接触线截面积的20%时 应整锚段更换接触线；接触线局部磨耗达25%时应局部 补强；接触线局部磨耗达30%时时应将接触线切断并用接 触线接头线夹连接，应保证接头处过渡平滑，必要时应 安装吊弦使该处接触线约高于相邻吊弦点高于相邻吊弦点010mm，但 不应形成明显负弛度。对于运行速度在200km/h以上接触 网，一个锚段内不允许有两个及以上接触线接头。 (4) (4) 接触线磨耗测量接触线磨耗测量 测量重点和测量方法测量重点和测量方法 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTU

5、DONG2009SWJTUDONG2009 2 2 接触线坡度接触线坡度 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 (1) (1) 定义与技术要求定义与技术要求 (2) (2) 理论计算公式理论计算公式 两定位点接触线之高度差与其水平距离的比值称为接 触线坡度。接触线坡度及其变化率对受电弓取流的平稳性 有重要影响，速度越高对接触线坡度要求越严。 对于运行速度在120km/h以下的普速接触网，接触线 坡度应控制在3以下，困难时不超过5； 对于准高速接触网，接触线坡度应控制在2以下， 困难时不超过4； 对于运行速度在200km/h以上的高速接触网，接触线 坡度应控制在1以下，困难条

6、件下不超过3。 mV nP i 15 4 0 mi nP V 15 4 0 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 3 3 接触线载流量接触线载流量 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 (1) (1) 定义定义 在一定环境条件下，接触网 不超过导线最高允许工作温度时 所能传输的电流。 接触网具有的能承受各种因素 造成的温升，并确保在极端情况 下不断线和合理经济的寿命期限 的能力称之为接触网的载流容量 或者叫接触网的热负荷容量，它 主要由接触线允许载流量计算确 定

7、。考虑温升对接触线机械性能 和电气性能的影响， (2) (2) 造成接触线温升的因素造成接触线温升的因素 太阳辐射和环境辐射； 工作电流、过负荷电流、短路电流； 接触线与滑板间的接触电阻； 线夹与所夹物间的不正常接触引起过渡电阻， 接触线内部缺陷； 其它，如火灾等。 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 3 3 接触线载流量接触线载流量 (3) (3) 接触线载流量计算接触线载流量计算 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板

8、耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 3 3 接触线载流量接触线载流量 (3) (3) 接触线载流量计算接触线载流量计算 辐射散热 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 3 3 接触线载流量接触线载流量 (3) (3) 接触线载流量计算接触线载流量计算 对流散热 接触线滑板耦合系统的机电关系接

9、触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 3 3 接触线载流量接触线载流量(3) (3) 接触线载流量计算接触线载流量计算 辐射吸收热 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 3 3 接触线的载流量接触线的载流量 接触线的选型原则接触线的选型原则 除考虑热容量外，还应考虑：除考虑热容量外，还

10、应考虑： (1) (1) 接触线的波动速度和最大补偿张力接触线的波动速度和最大补偿张力 (2) (2) 流经承力索以及其他附加导线的牵引电流；流经承力索以及其他附加导线的牵引电流； (3) (3) 接触导线出现磨损后所造成的载流量下降；接触导线出现磨损后所造成的载流量下降； (4) (4) 导线最大允许磨耗量及其安全系数；导线最大允许磨耗量及其安全系数； (5) (5) 接触线接触线( (网网) )出现局部发热时的安全系数；出现局部发热时的安全系数； (6) (6) 接触网线索的高温软化特性。接触网线索的高温软化特性。 (7) (7) 接触线截面大小及其性价比。接触线截面大小及其性价比。 (8

11、) (8) 接触线截面大小与受流质量、可施工性和可维护性接触线截面大小与受流质量、可施工性和可维护性 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 4 4 接触线安全系数计算式接触线安全系数计算式 导线张力20KN25KN30KN 张力差10%10%10% 安全系数2.02.22.02.22.02.2 导线强度488.99537.89611.24672.37733.49806.84 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机

12、电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 不同值下的接触线变形 不同值下的接触线抬升 5 5 接触线高速动态特性接触线高速动态特性 当运行速度远小于波动速度时，受电弓位置前后的接触导线对称振动；当运行速度远小于波动速度时，受电弓位置前后的接触导线对称振动； 随着运行速度的提高，波向受电弓前方传播的速度变小，受电弓前方的接随着运行速度的提高，波向受电弓前方传播的速度变小，受电弓前方的接 触线变形减小；触线变形减小； 当运行速度与波动速度接近时，受电弓位置处的接触导线被强形弯曲，产当运行速度与波动速度接近时，受电弓位置处的接触导线被强形弯

13、曲，产 生很大应力。生很大应力。 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 /() ccccjj rm Cm Cm C /() ccccjj T mT mT m ()/()cvcv /r （2）反射因数）反射因数 （3）多普勒因数）多普勒因数 （4）增强因数）增强因数 （5）增强因数）增强因数 v c 多普勒因数、增强因数与运行速度的关系多普勒因数、增强因数与运行速度的关系 5 5 接触线（悬挂）高速动态特性接触线（悬挂）高速动态特性 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.17.1与

14、接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 提高接触线波动传播速度是一个两难选择！提高接触线波动传播速度是一个两难选择！ 张力与拉断力、张力与拉断力、 横截面与线密度、横截面与线密度、 导电率与机械强度、导电率与机械强度、 高温软化与机械强度和耐磨；高温软化与机械强度和耐磨； 两两相互矛盾，这正是高速弓网受流面临的困难之一。两两相互矛盾，这正是高速弓网受流面临的困难之一。 接触网（线）波动速度是高速接触网设计的重接触网（线）波动速度是高速接触网设计的重 要参数和依据，也是开展接触网线索材料研究的重要要参数和依据，也是开展接触网线索材料研究的重要 理论依据理论依据! ! 设计院供电技术培训班设计

15、院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.17.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的基本概念 5 5 接触线的疲劳应力接触线的疲劳应力 疲劳的定义疲劳的定义 在交变负荷作用下，材料发生断裂在交变负荷作用下，材料发生断裂 时的应力远低于该材料屈服强度的现时的应力远低于该材料屈服强度的现 象叫做象叫做疲劳疲劳。 据统计，约有80%的材料或构件失效均为疲 劳破坏。接触网中的线索和零件大多工作在交变 负荷下，其破坏也大多属于疲劳破坏。 当金属材料在无数次重复或交变当金属材料在无数次重复或交变 载荷作用下而不致引起断裂的最大应载荷作用下而不致引起断裂的最大应 力叫做力叫

16、做疲劳强度。疲劳强度。 金属材料所受重复或交变载荷应力与其断 裂前的应力循环次数有如右图所示的疲劳曲线的 关系。 CuMg0.6CuMg0.6接触线的张拉曲线接触线的张拉曲线 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 速度应力特性曲线速度应力特性曲线 AgCu120（波动速度（波动速度540km/h） 0100km/h，动态增长率为，动态增长率为6%； 100200km/h，动态增长率为，动态增长率为22%； 200250km/h，动态增长率为，动态增长率为38%； 250300km/h，动态增长率为，动态增长率为56%； 300350km/

17、h，动态增长率为，动态增长率为80%； 350400km/h，动态增长率为，动态增长率为130%； 400450km/h，动态增长率为，动态增长率为250%。 由此可知：当速度低于由此可知：当速度低于250km/h时，接时，接 触线内的应力随速度缓慢增长，且呈线性增触线内的应力随速度缓慢增长，且呈线性增 长；当速度在长；当速度在250km/h以上时，接触线内的以上时，接触线内的 应力随速度呈平方关系增长。应力随速度呈平方关系增长。 接触线内的应力过大对接触线的寿命不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，利。关于接触线寿命问题，影响因素较多， 但主要有两点：磨

18、耗与疲劳应力，对于高速但主要有两点：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运行条件下的接触线，其寿命的决定性因素 还在探导之中。还在探导之中。 5 5 接触线的疲劳应力接触线的疲劳应力 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 硬点是一个通俗地、大众化的说法，它是指引起硬点是一个通俗地、大众化的说法，它是指引起 受电弓运行状态瞬间改变的各类因素的总称，这些因受电弓运行状态瞬间改变的各类因素的总称，这些因 素中有接触网方面的，有线路方面的，也有空气流方素中有接触

19、网方面的，有线路方面的，也有空气流方 面的，它是多种因素综合作用于弓网受流系统的最终面的，它是多种因素综合作用于弓网受流系统的最终 反映。反映。 目前，人们对目前，人们对“硬点硬点”的认识还存在误区，大家的认识还存在误区，大家 比较注意接触线方面的内容，这是正确的，但我们更比较注意接触线方面的内容，这是正确的，但我们更 应充分认识到应充分认识到“硬点硬点”的复杂性和多样性。的复杂性和多样性。 产生原因：集中质量点，不平顺点，导高突变点，产生原因：集中质量点，不平顺点，导高突变点， 悬挂增多点，线路变坡点，强空气流。悬挂增多点，线路变坡点，强空气流。 6 6 接触线硬点接触线硬点 接触线滑板耦合

20、系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 课间休息！ 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 (1) (1) 导电性能良好；导电性能良好； 导电性能与机械强度是一对矛盾； (2) (2) 机械强度高；机械强度高； 考虑波动速度、抗拉强度、安全系数、温度影响； (3) (3) 单位质量轻；单位质量轻； 降低线密度 (4) (4) 高温软化特性优良；高温软化特性优良； (见温度对接触线性能的影

21、响) (5) (5) 耐磨耐磨 磨耗的计算方法： (6) (6) 防腐防腐 氧化、氢化、不同金属间的腐蚀等 7.27.2高速受流对接触线的要求高速受流对接触线的要求 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.37.3影响铜接触线物理性能的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 世界各国经过多年的探索和实践，接触线材料除铜及其世界各国经过多年的探索和实践，接触线材料除铜及其 合金材料外，似无更多选择。合金材料外，似无更多选择。 影响铜接触线性能的因素较多，影响铜接触线性能的因素较多，

22、 主要可分为以下三类：主要可分为以下三类： 1 1 杂质和微量元素类杂质和微量元素类 2 2 加工工艺类加工工艺类 3 3 工作环境类工作环境类 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.37.3影响铜接触线物理性能的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 1 1 铜的名称及其主要成分铜的名称及其主要成分 纯铜纯铜：也叫紫铜或者电解铜；：也叫紫铜或者电解铜； 黄铜黄铜：简单黄铜：简单黄铜( (只含锌的黄铜，简称黄铜只含锌的黄铜，简称黄铜) )；复杂黄铜；复杂黄铜( (除锌除锌 外、还有铅、锡、铁、铝、硅、镍等外、还有铅、锡、铁、铝、硅、镍

23、等) )，又称铅黄铜、铝黄铜，又称铅黄铜、铝黄铜 等，统称复杂黄铜。等，统称复杂黄铜。 青铜青铜：主要指铜锡合金，由于锡属稀缺金属，目前的青铜还指：主要指铜锡合金，由于锡属稀缺金属，目前的青铜还指 不含锡的无锡青铜，如铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜。不含锡的无锡青铜，如铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜。 白铜白铜：主要指以镍为主的要合金元素的铜合金，若有第三元：主要指以镍为主的要合金元素的铜合金，若有第三元 素如：锌、铝、锰等，则称为锌白铜、铝白铜、锰白铜等。素如：锌、铝、锰等，则称为锌白铜、铝白铜、锰白铜等。 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG

24、2009 3 3 杂质及微量元素对纯铜性能的影响杂质及微量元素对纯铜性能的影响 7.37.3影响铜接触线物理性能的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 氧对纯铜电导率的影响氧对纯铜电导率的影响 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 3 3 杂质及微量元素对铜性能的影响杂质及微量元素对铜性能的影响 7.37.3影响铜接触线物理性能的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 分类元素名称组织特性对铜性能的影响 固溶于铜的杂质及 微量元素 铍、镁、钛、铬、锆、 锰、铁、钴、镍、钯、 铂、银、金、锌、镉、 钼、镓、铟、硅、锗、 锡、磷、锑、砷。

25、不同程度的提高铜的硬度和强 度，同时不同程度的降低铜的 导电、导热性；银、铬、镉、 镁、锌、锆降低较少，其铜合 金还作为高强、耐磨、耐热的 导电铜材。 很少固溶于铜，并 与铜形成易溶熔晶的杂 质及微量元素 铜、铋等铜加含铅或铋的共晶热压时易开裂、降低室温塑性， 使铜冷脆。对导电、导热性影 响不大。 几乎不固溶于铜， 并与铜形成熔点较高的 脆性化合物的脆性化合 物的杂质及微量元素 氧、硫、硒、碲等。在铜的晶粒边界含有 Cu2O或Cu2S、 Cu2Se Cu2Te等脆性化合物的 共晶 降低铜的塑性，对导电、导热 性影响不大。硒、碲可提高铜 的切削性。 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJ

26、TUDONG2009SWJTUDONG2009 2 2 杂质及微量元素对铜性能的影响杂质及微量元素对铜性能的影响 7.37.3影响铜接触线物理性能的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 (1)(1)氧的影响氧的影响 铜中的氧：可稍提高铜的强度，降低铜的塑性和疲劳极限，对铜的电 导率影响不大； 空气中的氧：氧化铜的表面，形成铜绿。 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 2 2 杂质及微量元素对铜性能的影响杂质及微量元素对铜性能的影响 (2) (2) 氢的影响氢的影响 氢在铜的液态时有很大的溶解度，在铜凝固时会形成气孔，从氢在铜的液态时有很

27、大的溶解度，在铜凝固时会形成气孔，从 而导致铜制品的脆性和表面起皮，产生裂纹。而导致铜制品的脆性和表面起皮，产生裂纹。 氢对铜和铜合金是有害的，氢对铜和铜合金是有害的， (3) (3) 硫的影响硫的影响 降低铜的电导率和热导率、极大降低铜的塑性，显著改善铜的降低铜的电导率和热导率、极大降低铜的塑性，显著改善铜的 可切削性。可切削性。 7.37.3影响铜接触线物理性能的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 2 2 杂质及微量元素对铜性能的影响杂质及微量元素对铜性能的影响 (4)(4)磷的影响磷的影响

28、磷虽不影响铜的力学性能，但却严重降低铜的电导率，高磷虽不影响铜的力学性能，但却严重降低铜的电导率，高 导铜的磷含量不能超过导铜的磷含量不能超过0.001%0.001%。 但磷又是铜及铜合金的宝贵添加济，微量磷的存在又可改但磷又是铜及铜合金的宝贵添加济，微量磷的存在又可改 善铜的焊接性，耐蚀性，提高抗软化程度。善铜的焊接性，耐蚀性，提高抗软化程度。 (5) (5) 铁的影响铁的影响 有利：细化铜晶粒，延迟铜的再结晶过程，提高强度和硬度；有利：细化铜晶粒，延迟铜的再结晶过程，提高强度和硬度； 不利：不利： 降低铜的电导率和塑性，使铜具有铁磁性。降低铜的电导率和塑性，使铜具有铁磁性。 含量含量0.4

29、5%4.5%铁的铜合金是广泛应用的电工材料。铁的铜合金是广泛应用的电工材料。 7.37.3影响铜接触线物理性能的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 银对铜的导电系数和软化温度的影响银对铜的导电系数和软化温度的影响 7.37.3影响铜接触线物理性能的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 (6) (6) 银的影响银的影响 铜的力学性能与含银量的关系铜的力学性能与含银量的关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.37.3影响铜接触线物理性能

30、的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 (7) (7) 镁的影响镁的影响 在共晶温度在共晶温度485485度时，镁在铜中的固溶度为度时，镁在铜中的固溶度为0.61%0.61%，并随温度的，并随温度的 下降急剧减小，含镁量高的铜合金有沉淀硬化作用，但其加工性能下降急剧减小，含镁量高的铜合金有沉淀硬化作用，但其加工性能 急剧下降，无实用价值，实用铜镁合金的镁含量还不到急剧下降，无实用价值，实用铜镁合金的镁含量还不到1%1%，铜镁合，铜镁合 金接触线的镁含量最高为金接触线的镁含量最高为0.6%0.6%。微量镁使铜的导电性略有下降，但。微量镁使铜的导电性略有下降，但 能提高铜的高温抗氧化能力能提高铜

31、的高温抗氧化能力 (8) (8) 温度和加工率的对铜物理性能的影响温度和加工率的对铜物理性能的影响 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.37.3影响铜接触线物理性能的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 (8) (8) 温度和加工率的对铜物理性能的影响温度和加工率的对铜物理性能的影响 铜的弹性模量与温度的关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.37.3影响铜接触线物理性能的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 (8) (8) 温度和加工率的对铜物理性能的影响温度和加

32、工率的对铜物理性能的影响 加工率对铜弹性模量的影响 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 日本：110硬铜接触线高温张拉试验曲线 7.37.3影响铜接触线物理性能的主要因素影响铜接触线物理性能的主要因素 (8) (8) 温度和加工率的对铜物理性能的影响温度和加工率的对铜物理性能的影响 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 长期发热可使冷拔铜的晶状结构重新回归到冷拔前的原始状态，长期发热可使冷拔铜的晶状结构重新回归到冷拔前的原始状态， 从而丧失冷拔铜的典型物理特性。从而丧失冷拔铜的典型

33、物理特性。 接触线抗拉强度与温度的关系接触线抗拉强度与温度的关系 硬度与温度的关系硬度与温度的关系 7.4 7.4 运营过程中，温度对接触线机械强度的影响运营过程中，温度对接触线机械强度的影响 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.4 7.4 运营过程中，温度对接触线机械强度的影响运营过程中，温度对接触线机械强度的影响 在弓网接触处的接触线抗拉强度在弓网接触处的接触线抗拉强度 在接触点处的受电弓碳滑板 接触表面温度作为电流作用 的周期函数。 电流1000A； 碳滑板参数： 3 /1810mkg 11 140 KWskgc )/(30m

34、KW m 6 0 1030 结果：使铜局部再结晶，形成 孔洞及凹痕，使电流分布、热 分布、机械应力发生改变，使 接触线功能失效 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.4 7.4 温度对接触线机械强度的影响温度对接触线机械强度的影响 在磨损加剧点和连接点的发热在磨损加剧点和连接点的发热 1 Cu100接触线； 2 均匀磨耗为35%的Cu100； 3 离开局部磨损很远处； 4 局部磨耗25%，距离0.1m； 5 局部磨耗25%，距离0.2m； 6 局部磨耗35%，距离0.1m； 7 局部磨耗35%，距离0.2m； 8 局部磨耗35%，距离

35、0.4m； 环境温度35； 电流1000A； 风速1m/s。 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.4 7.4 温度对接触线机械强度的影响温度对接触线机械强度的影响 暴露在增大的热度下对抗拉强度的影响暴露在增大的热度下对抗拉强度的影响 过热使过热使Cu120和和AgCu120产生的老化行为产生的老化行为 120度下Cu120测得值“0”； 170度下AgCu120测得值“+”； 其余为AgCu120雨淋后 所示数据代表运行抗拉应力。 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.4

36、7.4 温度对接触线机械强度的影响温度对接触线机械强度的影响 暴露在增大的热度下对抗拉强度的影响暴露在增大的热度下对抗拉强度的影响 时间延伸曲线图 1 Cu1201 Cu120、120120度、度、150N/mm2150N/mm2； 2 CuAg120 1702 CuAg120 170度度 150N/mm2150N/mm2； 3 Cu1203 Cu120、120120度、度、100N/mm2100N/mm2； 4 CuAg120 1704 CuAg120 170度度 100N/mm2100N/mm2 5 Cu1205 Cu120、120120度、度、150N/mm2150N/mm2； 6 Cu

37、Ag120 1706 CuAg120 170度度 50N/mm250N/mm2 7 CuMg1207 CuMg120、150150度、度、225N/mm2225N/mm2； 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 研究结论研究结论： 在在120140度，张力度，张力10kN10kN情况下，接触线的抗拉强度不会突变，情况下，接触线的抗拉强度不会突变， 此时损坏接触线的主要机理是过度磨耗处或有缺陷处的塑性变形和此时损坏接触线的主要机理是过度磨耗处或有缺陷处的塑性变形和 低温材料蠕变；低温材料蠕变； 在温度在温度100140度，张力度，张力131

38、5kN情况下，电解铜中的微结构情况下，电解铜中的微结构 开始变化，持续开始变化，持续3030分钟情况下，变化不明显；分钟情况下，变化不明显； 在电流出入导线处、接触线可发生极度的微结构变化，接触线在电流出入导线处、接触线可发生极度的微结构变化，接触线 的再结晶区降低了它的抗拉强度，并可发生塑性变形的累积。的再结晶区降低了它的抗拉强度，并可发生塑性变形的累积。 对接触线造成累积伤害的是塑性变形，它是由于装有缺陷的连对接触线造成累积伤害的是塑性变形，它是由于装有缺陷的连 接组件处及温度超过接组件处及温度超过180180度处的应力超出弹性极限所造成的；度处的应力超出弹性极限所造成的； 7.4 7.4

39、 温度对接触线机械强度的影响温度对接触线机械强度的影响 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 改进方法改进方法 加入加入0.1%0.1%的银所形成的银铜合金，可明显改善接触线的银所形成的银铜合金，可明显改善接触线 的抗热性能，再结晶温度比电解铜高，同时可减少线索的抗热性能，再结晶温度比电解铜高，同时可减少线索 蠕变，且电气性能相当。蠕变，且电气性能相当。 加入加入0.5%0.5%的镁所形成的镁铜合金，具有良好的热和机的镁所形成的镁铜合金，具有良好的热和机 械性能，但其电气性能较差，可通过增大载流承力索的械性能，但其电气性能较差，可通过增大

40、载流承力索的 面积和加设加强线来弥补。面积和加设加强线来弥补。 7.4 7.4 温度对接触线机械强度的影响温度对接触线机械强度的影响 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.5 7.5 大气环境对接触线的腐蚀大气环境对接触线的腐蚀 日本：铁路沿线两年间暴露试验曲线日本：铁路沿线两年间暴露试验曲线( (大气腐蚀大气腐蚀) ) 区 域田 园工业地带海 岸 时 间10年20年10年20年10年20年 硬铜接触线0.580.431.191.371.321.27 铜接触线在大气中的平均腐蚀度( am/) 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班S

41、WJTUDONG2009SWJTUDONG2009 课间休息！ 接触线滑板耦合系统的机电关系接触线滑板耦合系统的机电关系 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.67.6受电弓简介受电弓简介 依据受电弓的支撑结构，可依据受电弓的支撑结构，可 分为单臂弓和双臂弓，双臂弓分为单臂弓和双臂弓，双臂弓 主要用于早期电气化铁路，以主要用于早期电气化铁路，以 日本的菱形受电弓为代表；随日本的菱形受电弓为代表；随 着技术的发展，单臂受电弓应着技术的发展，单臂受电弓应 用越来越多。用越来越多。 受电弓受电弓单臂、双臂、单臂、双臂、T T形形 单臂单臂非

42、对称结构，质量轻非对称结构，质量轻 双臂双臂对称结构，质量重对称结构，质量重 T T形形空气动力学特性好空气动力学特性好 单臂受电弓单臂受电弓 双臂受电弓双臂受电弓 1 1受电弓的发展与分类受电弓的发展与分类 T型受电弓型受电弓 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 弓头 框架 升降弓装置 基本要求：基本要求： 上下走直线上下走直线 弓头不偏摆弓头不偏摆 静态接触恒定静态接触恒定 2 2单臂受电弓的基本结构单臂受电弓的基本结构 弓头跟随性好弓头跟随性好 动态响应快动态响应快 阻尼合理阻尼合理 受空气影响小受空气影响小 噪音小噪音小 质量轻

43、质量轻 动力学性能基本要求动力学性能基本要求 7.67.6受电弓简介受电弓简介 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 （1）弓头结构）弓头结构 弓头的悬挂形式弓头的悬挂形式 圆弹簧圆弹簧 直线作用直线作用 斜线作用斜线作用 板簧板簧 橡胶橡胶 直线作用直线作用 扭转作用扭转作用 滑板形式滑板形式 单滑板单滑板 整体双滑板整体双滑板 分体双滑板分体双滑板 2 2单臂受电弓的基本结构单臂受电弓的基本结构三元与二元的三元与二元的 区别？区别？ 7.67.6受电弓简介受电弓简介 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009S

44、WJTUDONG2009 启动电流大 辅助滑板受电弓 7.67.6受电弓简介受电弓简介 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 GPUGPU受电弓是法国第二代高速受电弓，受电弓是法国第二代高速受电弓， 用于用于DC1500VDC1500V和交流和交流25KV25KV，50HZ50HZ两种供电两种供电 制式，最大受流制式，最大受流2000A2000A，最高运行速度，最高运行速度 300km/h300km/h，整套装置比子母弓轻，整套装置比子母弓轻100kg.100kg. 主要特点：主要特点： 空气动力特性良好，空气动力特性良好，300km/h

45、300km/h时，最时，最 大接触压力只有大接触压力只有120N120N； 弓头装有故障检测机构，可自动检弓头装有故障检测机构，可自动检 测并降弓保护；测并降弓保护； 具有防强风保护接触线装置；具有防强风保护接触线装置； 适应各种接触网结构形式。适应各种接触网结构形式。 法国高速受电弓法国高速受电弓 7.67.6受电弓简介受电弓简介 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 为了在更高速度下（大于为了在更高速度下（大于350350）运行时，）运行时， 受电弓具有更好的跟随性，空气动力学特性及受电弓具有更好的跟随性，空气动力学特性及 受流性能，

46、法国法维莱公司于受流性能，法国法维莱公司于19901990年开始研究年开始研究 第三代高速受电弓。有两项新技术：一定速度第三代高速受电弓。有两项新技术：一定速度 范围内对接触压力进行改善的多级控制技术；范围内对接触压力进行改善的多级控制技术； 电控和气控的前馈控制技术。电控和气控的前馈控制技术。 法国第三代高速受电弓法国第三代高速受电弓 单杆上框架单杆上框架 高速CX-300km/h CX型高速受电弓型高速受电弓 7.67.6受电弓简介受电弓简介 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 1 PS200A型受电弓 PS201型受电弓 PS20

47、3型受电弓 新干线基本采用的是PS200系列受电弓 日本的受电弓日本的受电弓 7.67.6受电弓简介受电弓简介 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 材料：材料： 底架：不锈钢焊接结构；下臂：铸铝结构；底架：不锈钢焊接结构；下臂：铸铝结构； 上导杆：碳纤维；弓头：高强度钛合金；上臂：铝上导杆：碳纤维；弓头：高强度钛合金；上臂：铝 型材。型材。 设计参数：设计参数： 设计速度设计速度 300 km/h 300 km/h 落弓位伸展长度落弓位伸展长度 约约2640 mm 2640 mm 最大升弓高度（包括绝缘子）最大升弓高度（包括绝缘子） 3

48、000 mm 3000 mm 落弓位高度（包括绝缘子）落弓位高度（包括绝缘子） 588 mm 588 mm 弓头长度弓头长度 1950 mm1950 mm 额定电压额定电压 25 kV 25 kV 额定电流额定电流 1000 A 1000 A 接触压力接触压力 70 120 N（可调）（可调） 驱动类型驱动类型 气囊驱动机构气囊驱动机构 升弓时间升弓时间 5.4 5.4 秒（可调）秒（可调） 降弓时间降弓时间 4 4 秒秒 （可调）（可调） 整弓质量整弓质量 约约109kg109kg 300km/h受电弓 中国高速受电弓中国高速受电弓 7.67.6受电弓简介受电弓简介 设计院供电技术培训班设计

49、院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 适用于相应速度等级的各种电力机车及动车组。底架、 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。 DSA200型受电弓的参数： 设计速度 200 km/h 落弓位伸展长度 约2600 mm 最大升弓高度（包括绝缘子） 3000 mm 落弓位高度（包括绝缘子） 588 mm 弓头长度 1950 mm 额定电压 25 kV 额定电流 1000 A 接触压力 70 120 N（可调） 驱动类型 气囊驱动机构 升弓时间 5.4 秒（可调） 降弓时间 4 秒 （可调） 整弓质量 约125kg D

50、SA200型受电弓 中国高速受电弓中国高速受电弓 7.67.6受电弓简介受电弓简介 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 适用于相应速度等级的各种电力机车及动车组。与 DSA200型受电弓比较，其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压力。 DSA250型受电弓的参数: 设计速度 250 km/h 落弓位伸展长度 约2600 mm 最大升弓高度（包括绝缘子） 3000 mm 落弓位高度（包括绝缘子） 588 mm 弓头长度 1950 mm 额定电压 25 kV 额定电流 1000 A 接触压力 70 120 N（可调

51、） 驱动类型 气囊驱动机构 升弓时间 5.4 秒（可调） 降弓时间 4 秒 （可调） 整弓质量 约115kg DSA250型受电弓 中国高速受电弓中国高速受电弓 7.67.6受电弓简介受电弓简介 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 气动式控制、拉伸弹簧驱动升弓。弓头有垂向自由 度，滑板以粉末冶金滑板为主。受电弓适合低速轻 载电动车受流。可配置自动降弓装置。 TSG3型受电弓的参数: 设计速度 120 km/h 落弓位伸展长度 约2640 mm 最大升弓高度（包括绝缘子） 3143 mm 落弓位高度（包括绝缘子） 543 mm 弓头长度

52、2085 mm 额定电压 25 kV 最大电流 630 A 接触压力 70 N 驱动类型 弹簧驱动机构 升弓时间 8 秒 降弓时间 7秒 整弓质量 约248.5kg TSG3型受电弓 7.67.6受电弓简介受电弓简介 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.77.7受电弓的性能表征与优化受电弓的性能表征与优化 1 1性能表征性能表征 额定静态接触压力；额定静态接触压力； 同高度压力差；同高度压力差； 同向压力差；同向压力差； 静态压力曲线；静态压力曲线； 工作高度；工作高度； 最高升弓高度；最高升弓高度； 升降弓时间，升降弓时间， 静态

53、接触压力静态接触压力 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 2受电弓性能优化受电弓性能优化 7.77.7受电弓的性能优化与计算受电弓的性能优化与计算 优化目标：优化目标： （1 1）确保高速运行条件下的可靠性和安全性；）确保高速运行条件下的可靠性和安全性； （2 2）受流质量良好，离线率和电火花在容许范围之内；）受流质量良好，离线率和电火花在容许范围之内； （3 3）平均接触压力不超过）平均接触压力不超过120N120N；标准偏差不超过；标准偏差不超过24N24N； （4 4）应有尽量长的使用寿命，不低于）应有尽量长的使用寿命，不低于1

54、150200万架次。万架次。 优化内容：优化内容： （1 1）弓头垂直运动轨迹；）弓头垂直运动轨迹； （2 2）主轴转矩；）主轴转矩； （3 3）维持动态平衡及升弓弹簧刚度）维持动态平衡及升弓弹簧刚度 （4 4）归算质量；）归算质量； （5 5）静态接触压力。）静态接触压力。 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 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、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框架等）的实际质量归算到弓线接触点，使整个受电弓具

55、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。实际动能相等。 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。其算法有多种，但均是根据动能相等的原理进行的。变化。其算法有多种，但均是根据动能相等的原理进行的。 实践和研究表明：受电弓的归算质量应控制在实践和研究表明：受电弓的归算质量应控制在825千克之间。千克之间。 受电弓的归算质量越小，它的跟随特性就越好，适应接触网的能受电弓的归算质量越小，它的跟随特性就越好，适应接触网

56、的能 力也就越强，能有效降低受电弓的动态振幅。力也就越强，能有效降低受电弓的动态振幅。 对受电弓而言，归算质量的作用与接触网的波动速度对接触网的对受电弓而言，归算质量的作用与接触网的波动速度对接触网的 作用相当！作用相当！ 7.77.7受电弓的性能优化与计算受电弓的性能优化与计算 2 2受电弓质量归算受电弓质量归算 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.8 7.8 受电弓用滑板材料受电弓用滑板材料 1 1 弓网受流模式对滑板材料的技术要求弓网受流模式对滑板材料的技术要求 (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

57、 板，滑板的材料必须具有良好的导电性能； (2)由于接触线和滑板处于高速滑动状态，二者间必须具有良好的磨擦 性和互润性，以减少维修量、延长设备寿命； (3)滑板对接触线或接触线对滑板二者间不能造成损伤； (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； (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，适合高速运行,滑板的质量要轻； (6) 滑板为易耗品，为节约经费，其价格应低。 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 课间休息！ 设计院供电技术

58、培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 2 2 有关磨损的几个概念有关磨损的几个概念 7.8 7.8 受电弓用滑板材料受电弓用滑板材料 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 2 2 有关磨损的几个概念有关磨损的几个概念 (1) 粘着磨损； (2) 磨粒磨损； (3) 腐蚀磨损； (4) 微动磨损； (5) 冲蚀和气蚀； 7.87.8受电弓用滑板材料受电弓用滑板材料 I 腐蚀磨损现象：在一定的环境条件下，摩擦表面上便 发生与环境介质的反应并形成反应产物。这些产物在 反复磨损过程中被磨去。 II 影响因

59、素： (a) 摩擦材料表面性质；(b) 环境组成；(c) 温度。 (2) (2) 腐蚀磨损；腐蚀磨损； 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 7.8 7.8 受电弓用滑板材料受电弓用滑板材料 3 3 影响接触线与滑板磨耗的各种因素影响接触线与滑板磨耗的各种因素 (1)滑板的机电耐磨性 研究表明： 在高速情况下(通常指300km/h以上)，机械磨耗与低速时要小好几倍； 在高速情况下，即使发生0.001S的离线，也会产生温度达30006000度 的高温，导致滑板熔化、蒸发和消耗； 因此、高速滑板重点解决的问题是电磨耗和寿命问题。 (2) 导电

60、性：一般没有问题，值得注意的是停车时的网上用电! 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 4 4 滑板和接触线的磨损机理滑板和接触线的磨损机理 7.8 7.8 受电弓用滑板材料受电弓用滑板材料 设计院供电技术培训班设计院供电技术培训班SWJTUDONG2009SWJTUDONG2009 5 5 影响弓网磨耗的主要因素影响弓网磨耗的主要因素 (1) 滑板与接触线的材质及其匹配； (2) 列车运行速度与电流 (3) 接触压力 (4) 悬挂类型与接触线的