弓网系统(系统综述)

1、接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 1系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU吴积钦 13708094949061-60718,028-系统综述电气工程学院接触网研究室接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 2系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的发展弓网系统的发展 初期采用滑轮作为车辆受流装置初期采用滑轮作为车辆受流装置接触网从接触网从18801880年开始就一直在采用年开始就一直在采用发展到集电发

2、展到集电环作为车辆环作为车辆受流装置受流装置 随着列车速度提高，使用受电弓作为车辆受流装置随着列车速度提高，使用受电弓作为车辆受流装置 有代表性的高速铁路，毫无例外地采用弓网受流系统有代表性的高速铁路，毫无例外地采用弓网受流系统 接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 3系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的特性弓网系统的特性 弓网系统是在构成弓网系统是在构成电气设备电气设备的同时，在运行中必的同时，在运行中必须保持有一定接触力的须保持有一定接触力的机械装置机械装置 对于同一系统而言，列车速度

3、越高，维持弓网间对于同一系统而言，列车速度越高，维持弓网间良好接触越困难，受流质量随之下降良好接触越困难，受流质量随之下降 当速度超过系统正常允许范围以上时，受流性能当速度超过系统正常允许范围以上时，受流性能会严重恶化，甚至影响列车正常运行会严重恶化，甚至影响列车正常运行接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 4系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的相互作用弓网系统的相互作用 受电弓与接触网之间受电弓与接触网之间机械现象机械现象、电现象电现象、热现象热现象及及化学现象化学现象的统称的统称 弓网

4、系统的相互作用决定弓网系统的相互作用决定供电可靠性供电可靠性和和供供电质量电质量，与此同时，设备，与此同时，设备运行寿命运行寿命要尽可能长要尽可能长接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 5系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU研究弓网系统的最终目的研究弓网系统的最终目的 弓网系统通过不间断的弓网系统通过不间断的电气电气、机械接触机械接触向电动列向电动列车供电，在满足一定的车供电，在满足一定的经济经济、技术技术条件下，条件下，供电可靠供电可靠性性、供电供电(受流受流)质量质量及弓网系统的及弓网系统的运行

5、寿命运行寿命依赖于受依赖于受电弓和接触网的电弓和接触网的设计设计、安装（施工）安装（施工）、运行维护方案运行维护方案及其大量及其大量参数的选取参数的选取接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 6系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的核心问题弓网系统的核心问题两个振动系统之间的关系两个振动系统之间的关系小接触面大电流小接触面大电流摩擦磨损摩擦磨损 接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 7系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范

6、接触网研究室SWJTU弓网系统的核心问题弓网系统的核心问题振动系统之间的关系振动系统之间的关系小接触面大电流小接触面大电流摩擦磨损摩擦磨损供电可靠性供电可靠性供电质量供电质量运行寿命运行寿命接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 8系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的研究方法弓网系统的研究方法 高速电气化铁路不能沿用现有常速下的各种系统，高速电气化铁路不能沿用现有常速下的各种系统，在高速领域内的不同速度段，要解决的问题也不尽相同在高速领域内的不同速度段，要解决的问题也不尽相同 弓网系统是一个

7、整体，研究接触网离不开受电弓，弓网系统是一个整体，研究接触网离不开受电弓，研究受电弓离不开接触网研究受电弓离不开接触网接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 9系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统涉及到的学科弓网系统涉及到的学科振动与波动振动与波动力学力学电接触电接触热传导热传导材料材料摩擦磨损摩擦磨损仿真与测量仿真与测量气象气象接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 10系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室S

8、WJTU弓网系统的振动特性弓网系统的振动特性 任何一个可以用时间的周期函数来描述的物理量任何一个可以用时间的周期函数来描述的物理量, ,都称之为都称之为振动振动 力学系统能维持力学系统能维持振动振动，必须具有，必须具有弹性弹性和和惯性惯性。由于。由于弹性弹性，系统偏，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；由于惯惯性性，系统在返回平衡位置的过程中积累了，系统在返回平衡位置的过程中积累了动能动能，从而使系统越过平，从而使系统越过平衡位置向另一侧运动。正是由于衡位置向另一侧运动。正是由于弹性弹性和和惯性惯性的相互影响，才造成

9、系的相互影响，才造成系统的统的振动振动 描述振动的量：描述振动的量：位移位移、速度速度、加速度加速度、激振力激振力和和振动频率振动频率等等 弓网系统的振动为弓网系统的振动为随机振动随机振动只能用数理统计的方法加以研究只能用数理统计的方法加以研究接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 11系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动特性弓网系统的振动特性 接触网包括接触线、承力索、吊弦、定位器以及其它接触网包括接触线、承力索、吊弦、定位器以及其它零件，既有均布质量，又有集中质量，是一个非常复杂零件

10、，既有均布质量，又有集中质量，是一个非常复杂的振动系统的振动系统 当受电弓与接触网接触并高速运行时，受电弓弹簧系当受电弓与接触网接触并高速运行时，受电弓弹簧系统的振动、列车车体的振动以及风力等因素均参与作用统的振动、列车车体的振动以及风力等因素均参与作用，受电弓弓头在上下、左右、前后三个方向产生运动，受电弓弓头在上下、左右、前后三个方向产生运动接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 12系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的耦合弓网系统的耦合 弓网接触压力弓网接触压力连接两个机械系统（接触网和

11、受电弓），这两连接两个机械系统（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，为随着速度的增加，动态部件对接触压力的影响越来

12、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，接触压力的值必须保持在一定范围，即压力的值必须保持在一定范围，即动态范围动态范围接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 13系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU受电弓与接触网之间的接触力受电弓与接触网之间的接触力FAERFDYNFRF0FRFwindF = F0 FR + FAER FDYN受电弓设计受电弓设计接触网类型接触网类型接触网、轨道等接触网、轨道等弓网接触压力弓网接触压力F F受电

13、弓受电弓与接触网之间的接触力与接触网之间的接触力静态接触压力静态接触压力F F0 0 驱动驱动机构使滑板与接触线间产生机构使滑板与接触线间产生的接触压力的接触压力磨擦力磨擦力F FR R 关节间的磨关节间的磨擦力，与弓头运动方向相反擦力，与弓头运动方向相反空气动力接触压力分力空气动力接触压力分力F FAERAER 气流对受电弓的抬升力气流对受电弓的抬升力动态接触压力分力动态接触压力分力F FDYNDYN 由垂直振动引起的惯性力由垂直振动引起的惯性力接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 14系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与

14、规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动弓网系统的振动 与接触网振动有关的因素与接触网振动有关的因素静态因素静态因素 接触网的弹性（弹性接触网的弹性（弹性单位垂直作用力引起接触线的抬升单位垂直作用力引起接触线的抬升，与跨距成正比，与接触网的张力和成反比），与跨距成正比，与接触网的张力和成反比） 接触网的弹性不均匀程度（弹性沿跨距的一致性）接触网的弹性不均匀程度（弹性沿跨距的一致性） 弹性及弹性不均匀度与弹性及弹性不均匀度与接触线截面接触线截面、接触线、接触线抗拉应力抗拉应力、接触、接触网网跨距跨距、结构高度结构高度、预弛度预弛度及有无及有无弹性吊索弹性吊索有关，与接触网的有关，与接触网的施施工

15、精度工精度有关有关动态因素动态因素 受电弓的跟随特性受电弓的跟随特性 受电弓的空气动力特性受电弓的空气动力特性与受电弓工作高度有关与受电弓数量及间距有关接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 15系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动弓网系统的振动 硬点硬点是接触悬挂不均质状态的统称。接触悬挂在是接触悬挂不均质状态的统称。接触悬挂在硬点硬点处的弹性处的弹性出现极小值。出现极小值。硬点硬点是接触网的固有特征是接触网的固有特征基本知识基本知识 列车运行时，弓网在列车运行时，弓网在硬点硬点部位可

16、能会出现有别于其它地方的升部位可能会出现有别于其它地方的升高或降低，弓网间的接触压力、振动速度、振动加速度会出现有高或降低，弓网间的接触压力、振动速度、振动加速度会出现有别于其它地方的变化。速度越高，变化越明显别于其它地方的变化。速度越高，变化越明显 硬点硬点对受电弓弓头的影响可通过弓头的垂直加速度衡量，对受电弓弓头的影响可通过弓头的垂直加速度衡量，1g=9.8m/s1g=9.8m/s2 2接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 16系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动弓网系统的振动接触

17、网的弹性接触网的弹性弹性曲线弹性曲线平均弹性平均弹性弹性弹性=抬升量抬升量/抬升力抬升力平均弹性平均弹性弹性不均匀系数弹性不均匀系数相对弹性相对弹性接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 17系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动弓网系统的振动接触网的弹性比较接触网的弹性比较反定位反定位装置装置正定位正定位装置装置跨距中心跨距中心接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 18系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究

18、室SWJTU弓网系统的振动弓网系统的振动 由于力、位置、速度或加速度等的突然变化，引起系统的瞬态由于力、位置、速度或加速度等的突然变化，引起系统的瞬态变化过程称为变化过程称为冲击冲击。在力学上，冲击是一种过渡现象，属于非周。在力学上，冲击是一种过渡现象，属于非周期运动范畴期运动范畴基本知识基本知识 冲击冲击过程可能是单次的、多次的或复合的，但每次持续时间比过程可能是单次的、多次的或复合的，但每次持续时间比较短暂（突变）较短暂（突变） 表征受电弓弓头受到冲击的基本物理量有：表征受电弓弓头受到冲击的基本物理量有：速度速度、加速度加速度、位移（或变形）位移（或变形）和和冲击持续时间冲击持续时间等等接

19、触网受电弓系统15 Apr 2007Page 19系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动特性弓网系统的振动特性 波动传播速度波动传播速度C Cp p在某一点用一个力对接触线加振后将力消在某一点用一个力对接触线加振后将力消除，该点接触线振动经过除，该点接触线振动经过S S秒后传到秒后传到L L，则，则C Cp p=L/S=L/S波动传播速度波动传播速度)/(*6 . 3hkmgTCjjpT Tj j 接触线的水平张力接触线的水平张力 N Ng gj j 接触线的质量常数接触线的质量常数 kg/mkg

20、/mpCvmax0.70.7Re 200 Cu 100 10 kN Cp = 376 km/h vmax= 263 km/hRe 250 CuAg 12015 kN Cp = 427 km/h vmax= 299 km/hRe 330 CuMg 12027 kN Cp= 572 km/h vmax= 400 km/hEAC-350 CuMg 15031.5 kN Cp = 553 km/h vmax= 387 km/h接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 20系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网

21、系统的振动特性弓网系统的振动特性/rr r 反射因数反射因数 多普勒因数多普勒因数增强因数增强因数)/(jjccccFgFgFgr)/()(VCVCpp指接触网的振动波在吊弦、指接触网的振动波在吊弦、线夹等非均质点被反射线夹等非均质点被反射 C Cp p波动传播速度波动传播速度V V 列车运行速度列车运行速度g gc c、F Fc c承力索的线密度和张力承力索的线密度和张力g gj j 、F Fj j 接触线的线密度和张力接触线的线密度和张力反映接触网振动波的反射与增强的系数，越小越好反映接触网振动波的反射与增强的系数，越小越好接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 21系统综述系统综

22、述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动特性弓网系统的振动特性m=1kg, V=160km/h, Cp=382km/h接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 22系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动特性弓网系统的振动特性EN50119EN50119关于弓网接触力的范围关于弓网接触力的范围接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 23系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价

23、测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动特性弓网系统的振动特性EN50367EN50367关于弓网接触力与速度的关系曲线关于弓网接触力与速度的关系曲线04080120160200240280km/h36004080120160200NSpeedFmF= 0,00097 * + 70 (1)Vm2(1) in km/hV接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 24系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU受电弓抬升力对定位器坡度的影响受电弓抬升力对定位器坡度的影响 b b无限位抬升量

24、无限位抬升量 uu最大运营抬升量最大运营抬升量 s s受电弓摆动量受电弓摆动量 EN 50119EN 50119正常运行条件下及最大跨距时正常运行条件下及最大跨距时 u 2.0 u 2.0 * * b b u 1.5 u 1.5 * * b b 带抬升限位功能带抬升限位功能接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 25系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动特性弓网系统的振动特性接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 26系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量

25、与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动特性测量弓网系统的振动特性测量接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 27系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动特性弓网系统的振动特性接触悬挂：接触悬挂：TJ95+CTHA120TJ95+CTHA120接触线张力接触线张力: 15kN: 15kN承力索张力：承力索张力：15kN15kN结构高度：结构高度：14001400，正定位，正定位货车，速度不详货车，速度不详接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 28系统

26、综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动特性弓网系统的振动特性接触悬挂：接触悬挂：TJ95+CTHA120TJ95+CTHA120接触线张力接触线张力: 15kN: 15kN承力索张力：承力索张力：15kN15kN结构高度：结构高度：14001400，正定位，正定位客车，速度：客车，速度：140km/h140km/h接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 29系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU弓网系统的振动特

27、性弓网系统的振动特性接触悬挂：接触悬挂：TJ95+CTHA120TJ95+CTHA120接触线张力接触线张力: 15kN: 15kN承力索张力：承力索张力：15kN15kN结构高度：结构高度：14001400，正定位，正定位动车组，速度：动车组，速度：200km/h200km/h接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 30系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU运动力学运动力学牛顿第一定律牛顿第一定律内容内容 一切物体在任何情况下，在不受外力的作用时，总保持静止一切物体在任何情况下，在不受外力的作用时，总

28、保持静止或匀速直线运动状态或匀速直线运动状态 说明说明 物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势，没有外力，它物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势，没有外力，它的运动状态不会改变的运动状态不会改变 物体的保持原有运动状态不变的性质称为惯性物体的保持原有运动状态不变的性质称为惯性 力是物体间的相互作用，是力改变了物体的运动状态力是物体间的相互作用，是力改变了物体的运动状态 力和加速度相联系，而不是和速度相联系力和加速度相联系，而不是和速度相联系接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 31系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接

29、触网研究室SWJTU运行力学运行力学牛顿第二定律牛顿第二定律内容内容 物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同反比，加速度的方向跟合外力的方向相同公式公式 F=maF=ma说明说明 （1 1）力和加速度同时产生、同时变化、同时消逝）力和加速度同时产生、同时变化、同时消逝 （2 2）F=maF=ma是一个矢量方程，一般常取加速度的方向反正方向是一个矢量方程，一般常取加速度的方向反正方向 （3 3）矢量性、瞬时性、相对性）矢量性、瞬时性、相对性接触网受电弓系统15 Apr 2007Page 32系统综述系统综述受电弓受电弓接触网接触网弓网电接触弓网电接触测量与评价测量与评价标准与规范标准与规范接触网研究室SWJTU运动力学运动力学牛顿第三定律牛顿第三定律内容