受电弓与接触网系统动态相互作用

第三讲

弓网的动态相互作用西南交通大学希望学院罗为24/MAR/2015受电弓与接触网属于两个相互独立的振动子系统，这两者具有各自不同的质量模块、弹性系数、衰减系数和固有频率，并且通过弓网接触力耦合在一起。现场应用中，接触网锚段的变化的弹性导致受电弓周期性上下振动，且振动幅度又与抬升力有关。

用时间的周期函数描述的物理量，称为振动

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，使系统越过平衡位置向另一侧运动。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

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

接触网包括接触线、承力索、吊弦、定位器以及其他零件，既有均布质量，又有集中质量，是一个非常复杂的振动系统接触网的振动与接触网弹性有关的因素√接触网的跨中弹性（单位垂直作用力引起的接触线抬升)与跨距成正比，与接触线和承力索的张力之和成反比

弹性沿跨距的一致性用接触网的弹性不均匀系数表示√弹性及弹性不均匀系数与接触线截面、线索张力、接触网跨距、结构高度、预弛度及有无弹性吊索有关，与接触网施工精度有关接触网的弹性弹性曲线平均弹性弹性=抬升量/抬升力平均弹性弹性不均匀系数相对弹性弹性和弹性不均匀系数emax（mm/N）emin（mm/N）μ（%）京津城际0.29670.131938武广高速0.30040.243410郑西高速0.30490.247310波动传播速度Cp——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S秒后传到L，则Cp=L/S波动传播速度——振动沿接触网锚段传播的速度CpTj–接触线的张力Nmj–接触线的质量常数kg/m接触网上的每个点在平衡位置附近振动，振动沿接触网波动传播接触网的动态特性：r——反射系数α——多普勒系数放大系数r/α——反应接触网振动波幅度增强或减弱的系数m=1kg,V=160km/h,Cp=382km/h波动传播与反射多普勒系数α——反应受电弓运行速度与波动传播速度之间的关系反射系数r——指接触网的振动波在吊弦、线夹等非均质点被反射，是接触网的质量特性

Cp——波动传播速度v

——受电弓运行速度mc、Tc——承力索的线密度和张力mj

、Tj——接触线的线密度和张力波动传播与反射参数京津城际武广高速郑西高速波动传播速度（km/h）568.7536.7523.1无量纲系数β0.6150.6530.669多普勒系数α0.2370.2100.198反射系数r0.4670.4260.444放大系数γ1.9702.0292.242限定速度va（km/h）206.6216.0201.4固有频率f1/f2（Hz）1.50/1.361.51/1.371.52/1.38接触网的动态特性参数（vmax=350km/h）两自由度模型受电弓的动力学模型

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、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接触力将弓与网联系在一起弓网系统的振动

随着速度的增加，动态部件对弓网接触力的影响越来越大，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，接触力必须保持在一定范围，即动态范围弓网接触力—受电弓垂直作用在接触网上的力EN50119关于弓网接触力的范围电流制式列车速度(km/h)接触力(N)AC≤200300＞0AC＞200350＞0DC≤200300＞0DC＞200400＞0Fmax≥Fm＋3s，Fm－3s＞0，将F=0称为弓网离线

b——无限位抬升量

u——最大运营抬升量

s——受电弓摆动量

正常运行条件及最大跨距

u<2.0*b

u<1.5*b带抬升限位功能定位点的抬升弓网动态相互作用的测量测量内容:1、弓网接触力2、接触线抬升力3、电弧4、运行工况:列车的速度、位置5、环境条件：温度、湿度、日照强度、风、隧道等等6、测试配置：受电弓的参数、接触网类型弓网动态相互作用的测量要求----接触力原则：在保证弓网的良好动态相互作用的前提下，要测量弓网的接触力，是不可能直接测量滑板与接触线之间的力的。所以，我们一般采用间接的测量方法。由于滑板和接触线接触时，受到的接触力的同时，也受到如摩擦力、空气动力、惯性力、受电弓的抬升力等。所以测量接触力时，通过经验和数学模型，计算得出我们的需要的接触力。这过程中一定要排除其他方向的力的干扰。在选择传感器时，请注意使用环境、通讯方式、敏感度等弓网动态相互作用的测量要求----位移测量内容包括：定位点处的接触线抬升：测量误差应小于5mm。弓头的垂直位移：测量精度应优于10mm。在选择传感器时，请注意使用环境、通讯方式、敏感度等弓网动态相互作用的测量要求----电弧采用非接触方式原理：利用电弧探测器对铜材料辐射出的光的波长的敏感度。在选择探测器时，请注意安装位置、通讯方式、敏感度等弓网动态仿真随着运行速度的提高，弓网动态相互作用变得越来越重要，只有考虑到包括受电弓和接触网在内的各类配套的系统设备，才能获得一个切实有用的弓网系统设计方案。计算机仿真是模拟这些部件动态相互作用的有效选择。弓网动态相互作用仿真的目的是要确定受电弓作用在接触线上的移动接触力与时间相关的特性，以及和接触线抬升的相互关系。从而便于我们对弓网系统的动态性能进行评估与对比。Re200系统v=220km/h单受电弓（DSA250）计算机仿真结果接触力抬升弓网振动仿真弓网动态测量弓网接触力、受电弓通过定位点时的接触线抬升等弓网动态相互作用性能参数的实测数据既可用于弓网系统运行可靠性和运行质量的评估，也可用于弓网动态仿真系统和其他测量系统的确认，还可用于弓网系统的故障诊断。弓网接触力、定位点抬升的测量均应符合规定的要求，且能够得到相应的确认，只有这样，这些参数的测量结果才能令人信服。弓网动态特性实测数据动态接触力与速度的关系动态接触力的频数分布应符合正态分布Fm：接触力平均值s：接触力标准偏差动态接触力与速度的关系3种弓网系统的动态接触力分布s最小，弓网运行相对平稳s最大，弓网振动相对剧烈动态接触力与速度的关系定位点的抬升2010_12_03_