弓网系统及其机电特性

弓网系统及其机电特性弓网系统的作用接触网是受电弓的滑道经济性：省钱接触点是弓网联系的纽带、电能传输的瓶颈。接触网是输电线路技术性：省事2弓网系统的核心问题接触点（纽带）固定设备移动设备机械作用电气作用电能传输！两个振动子系统小接触面传输大电流摩擦磨损（接触力与抬升）（接触电阻与燃弧）（机械摩擦与电气磨损）运行可靠性接触质量运行寿命材料匹配3弓网系统的分类受电弓受电弓取流靴弓网系统集电系统4弓网系统的分类5弓网系统的基础理论6高速弓网系统的代表-日本新干线初期使用多弓取流，弓网振动剧烈、噪声大、摩擦磨损显著；1500mmMax:50m后期单弓或双弓取流，弓网减振、降噪，使用耐磨接触线等。电流制为单相AC25kV、50或60Hz弓头长度1880mmPS200A复链形悬挂7高速弓网系统的代表-日本新干线优化后的受电弓，烧结合金材料滑板；轻型新干线的接触网为小跨距、小结构高度、简单链形悬挂，不设中心锚结，采用整体滑动不载流吊弦、钢结构支持装置。T型V型简单链形悬挂8高速弓网系统的代表-法国交流铁路电流制：AC25kV、50Hz标称跨距：63m东南高铁地中海高铁大西洋高铁弓头长度1450mm从弹链到简链ADMECX9高速弓网系统的代表-德国铁路Re200mod14m承力索BzII5010kN弹性吊索BzII252.3kN80m接触线AC100CuAg13kN吊弦BzII101.80m14m从Re200基础上发展起来适用于230km/h以内的速度Re250全新的开发，首次应用铝合金件行驶速度可达280km/h5m承力索BzII7015kN弹性吊索BzII352.8kN65m1.80m18m吊弦BzII10接触线AC120CuAg15kNRe330从Re250基础上发展起来。一架受电弓的行驶速度可达350km/h65m5m1.80m18m接触线AC120CuMg27kN承力索BzII12021kN弹性吊索BzII353.5kN吊弦BzII10弓头长度1950mm；滑板材料为纯碳大轮廓弓头的受电弓与大跨距的接触网相匹配，为降低接触网跨中弹性和一跨内弹性不均匀度，支持点安装弹性吊索。供电系统为AC15kV、（50/3）HzDSA350SEK10中国高铁弓网系统电流制为单相AC25kV、50Hz，弓头长度为1950mm（与德国铁路受电弓相同）。广深高铁石太高铁京津城际京沪高铁SSS400+DSA380CX特点：接触网跨距约为50m；接触线以150mm2截面为主；接触线张力较大。11弓网关系技术范畴（1）几何特性（3）材料接口接触线不能离开受电弓与弓头的工作范围接触线和滑板的磨耗、接触点的最大允许电流很大程度上取决于接触线和滑板的材料（4）接触点集流量（2）动态相互作用接触点不能出现过热弓网是两个振动子系统，取决于受电弓与接触网的特性以及运行环境12弓网关系技术范畴（1）几何特性（3）材料接口横向参数垂向参数接触线材料（铜或铜合金）滑板材料（金属、浸金属碳、碳）（4）接触点集流量（2）动态相互作用接触线相对弓头中心的偏移接触线高度与坡度接触点温度弓网接触力（或燃弧）、定位点抬升受电弓数量和间距磨耗多弓与中性区长度13构建一个新的弓网系统弓网关系技术规范弓网系统设计接触网施工设计动态验收静态验收施工（测量、预配、安装、调整）用户需求几何特性材料组合集流量动态性能运营管理14弓网系统-几何特性弓网相互作用的基本要求垂向：接触线不离开受电弓的工作范围横向：至少有一支接触线在弓头的工作范围内15弓网系统-几何特性LPupp受电弓的上部工作位置高度LPlow受电弓的下部工作位置高度WR受电弓的工作范围KE/KLG动态包络线SE伸展包络高度EC电气间隙HCWmin接触线高度最小值HCWmax接触线高度最大值HCWd,min接触线高度最小设计值HCWd,max接触线高度最大设计值HCWnom标称接触线高度DA1超过最小接触线高度的设计偏差a1

轨道的垂直误差a2

接触线向下的安装误差a3

接触线向下的动态位移a4

导体温度和冰负载的影响DA2低于最大接触线高度的设计偏差a5

轨道的垂直误差a6

接触线的动态位移a7

接触线向上的安装误差a8

由于磨耗和温度变化导致接触线向上的抬升受电弓上、下工作位置之间的范围为工作范围16弓网系统-几何特性标称接触线高度——正常条件下，定位点处接触线高度的标称值最小接触线高度——所有情况下，为避免燃弧，一跨内接触线高度的最小值接触线高度最大设计——包括误差和抬升，要求弓头达到的理论接触线高度接触线高度最小设计——包括误差，能实现最小高度的理论接触线高度接触线高度——两钢轨顶面到接触线底面的垂直距离接触线的高度范围17弓网系统-几何特性高速接触网需要严格控制接触线高度定位点1定位点2定位点3定位点4-30-20-10102030导高=5300mm18弓网系统-几何特性19弓网系统-几何特性受电弓的弓头形状20弓网系稀统-几何特清性弓网之间莲几何作用葛的特征值照（横向）21弓网系统-几何特性不同线捏路曲线好半径的善跨距和酿拉出值高速情肝况下，略弹性及甚其不均董匀系数抹成为决届定性因书素22弓网系统-几何特性接触线在衡滑板上的米往复运动估范围应尽护可能大23弓网系姥统-几何特性接触线在狗滑板上的烂往复运动疗范围应尽帮可能大24弓网系矮统-几何特仰性定位器状躬态定位器角瓶度：其中：；2d25弓网系统-几何特性支持装置煮的种类26弓网系统-几何特翻性道岔上方爹的接触网火（无交叉牲线岔）27弓网系挺统-几何特性受电弓单的动态皮包络线S0—最大抬升圾，取100铁mmCWH—标称接培触线高票度，取5300杨mm28弓网系统-几何特枯性受电弓间谣距和中性睡段长度29弓网系醉统-动态相互毁作用特性弓网系扇统的振冈动用时间微的周期舰函数描摩述的物揭理量，衬称为振动力学系答统能维洽持振动，必须具芦有弹性和惯性。由于弹性，系统偏拳离其平衡联位置时产漆生回复力逐，促使系昌统返回原海来位置；女由于惯性，系统在承返回平衡库位置的过鼻程中积累卸了动能，使系锅统越过缩慧平衡位怖置向另丢一侧运极动。由链于弹性和惯性的相互偶影响，肢才造成慕系统的振动描述振动驶的量：位移、速阁度、加速柔度等弓网系春统的振于动为随机振动——只能用雅数理统向计的方袭法加以搁研究30弓网系弓统-动态相互足作用特性与接触致网弹性忽有关的莲因素√接触网的跨中弹服性（单位垂斑直作用力好引起的接助触线抬升)与跨距成清正比，与色接触线和毕承力索的挖张力之和寸成反比弹性沿跨凉距的一致萄性用接触润网的弹性饺不均匀系起数表示√弹性及弹修性不均匀息系数与接触线认截面、线索张力、接触网跨距、结构高燥度、预弛度及有无弹性吊职索有关，与痰接触网施工精度有关31弓网系梦统-动态相互祥作用特性接触网我的弹性弹性曲毅线平均弹性弹性=抬升量/抬升力平均弹性弹性不均悄匀系数相对弹使性32弓网系统-动态相互奖作用特性弹性和弹滩性不均匀渗系数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0.30490.24731033弓网系统-动态相互晶作用特性接触网气的振动接触网判包括接脆触线、窄承力索惰、吊弦艳、定位叛器以及秘其他零份件，既逼有均布苹质量，咐又有集忙中质量吵，是一哗个非常犯复杂的盾振动系胡统34弓网系统-动态相互促作用特性波动传播波动传建播速度Cp——在某一点梁用一个力北对接触线仓加振后将变力消除，苗该点接触览线振动经华过S秒后传到L，则Cp=L/叼S波动传播以速度——振动沿填接触网隔锚段传既播的速直度Tj–接触线邻的张力Nmj–接触线初的质量锄常数kg/驻m35弓网系统-动态相爷互作用芳特性波动传乱播与反村射r——反射系乱数α——多普勒三系数放大系倦数r/α——反应接雅触网振我动波幅借度增强捉或减弱垫的系数m=1k但g,V铁=160债km/h励,Cp=382斧km/h36弓网系最统-动态相互讨作用特性波动传播写与反射多普勒系柜数α——反应受电鹿弓运行速旋度与波动健传播速度莲之间的关愁系反射系数r——指接触池网的振烂动波在夫吊弦、块线夹等峡非均质型点被反怠射，是米接触网馅的质量巷特性Cp——波动传逮播速度v——受电弓运虫行速度mc、Tc——承力索的讯线密度和剖张力mj、Tj——接触线的卧线密度和闯张力37弓网系统-动态相聚互作用辟特性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接触网月的动态么特性参泊数（vmax=350旨km/h）38弓网系则统-动态相索互作用暗特性两自由伴度模型受电弓掀的动力今学模型39弓网系渣统-动态相昌互作用酿特性当受电叉弓与接祝触网接逗触并高率速运行迟时，受湖电弓弹晃簧系统右的振动涨、车体改的振动敞以及风翻力等因胃素均参敏与作用监，受电疲弓弓头红在上下颈、左右盟、前后落三个方掘向产生这运动接触力将皂弓与网联爆系在一起弓网系统嫌的振动40弓网系统-动态相唉互作用阶特性随着速度严的增加，狱动态部件既对弓网接灯触力的影晨响越来越匆大，为了会保持受电鞋弓滑板沿宇着接触线阅并不间断茅地与接触课线接触，四接触力必污须保持在等一定范围抓，即动态范围弓网接型触力-受电弓垂双直作用在锻接触网上排的力41弓网系稠统-动态相积互作用乎特性EN5丽011耍9关于弓洁网接触绣力的范桃围电流制式列车速度(km/h)接触力(N)AC≤200300＞0AC＞200350＞0DC≤200300＞0DC＞200400＞0Fmax边≥F繁m＋3s，Fm－3s＞0，将F=0称为弓网蒜离线42弓网系两统-动态相遇互作用典特性弓网动态渴仿真高速接四触网的呀设计不鸟可能采名用早期劫传统的刑设计方弊法，因骡为在高裳速情况潜下，过去的经他验不适用。随着运伴行速度的元提高，弓薪网动态相间互作用变界得越来越静重要，只铁有考虑到化包括受电润弓和接触招网在内的片各类配套稳的系统设女备，才能赵获得一个董切实有用不的弓网系仆统设计方茧案。计算谢机仿真是左模拟这些桃部件动态型相互作用都的有效选达择。弓网动态滑相互作用宵仿真的目宅的是要确贿定受电弓星作用在接晶触线上的名移动接触力与时间相暖关的特性奥，以及和接触线屑抬升的相互蛮关系。43弓网系统-动态相风互作用鞠特性Re20葬0系统v=22盗0km/第h单受电椅弓（DSA2弊50）计算机仿筹真结果接触力抬升弓网动态欺仿真44弓网系丹统-动态相互宪作用特性弓网接断触力、受电塞弓通过婆定位点澡时的接罢触线抬滋升等弓很网动态眨相互作雕用性能厉参数的玩实测数跌据既可些用于弓强网系统屑运行可猛靠性和亦运行质棚量的评征估，也雷可用于聋弓网动卵态仿真醉系统和肠其他测椒量系统届的确认搬，还可请用于弓乡丰网系统搏的故障挥诊断。弓网接爽触力、定位点抬匠升的测量繁均应符堂合规定姻的要求醉，且能密够得到支相应的敬确认，节只有这惧样，这慎些参数椅的测量饶结果才兄能令人腥信服。弓网动右态测量45弓网系统-动态相觉互作用魄特性弓网动易态特性上实测数含据46弓网系统-动态相互屡作用特性弓网动态锣特性数据其统计动态接善触力的吧频数分学布应符璃合正态逮分布Fm：接触旗力平均挽值s：接触力承标准偏差47弓网系冻统-动态相互本作用特性动态接触堪力与速度略的关系48弓网系统-动态相互煮作用特性定位点旗的抬升静止前弓后弓悬挂方式球：JTMH挖120+恳CTMH唤150张力组辨合：20k穿N+4厘0kN结构高度悠：160继0mm49弓网系堂统-动态相宫互作用牺特性弓网动态待性能计算语机仿真（SSS4俗00+型受电尘弓）正常几何参数实测几何参数（弛度：-20mm）前弓后弓前弓后弓Fm=176.6Ns=26.6NFm+3s=256.5NFm-3s=96.7NFmax=271.6NFmin=71.1N0.3Fm-s=26.4NFm=177.5Ns=42.0NFm+3s=303.5NFm-3s=51.5NFmax=285.2NFmin=18.3N0.3Fm-s=11.2NFm=176.9Ns=37.2NFm+3s=288.4NFm-3s=65.5NFmax=270.3NFmin=56.3N0.3Fm-s=15.9NFm=176.9Ns=42.0NFm+3s=303.0NFm-3s=50.9NFmax=362.7NFmin=19.0N0.3Fm-s=11.1N静态几惯何参数糊偏差导汤致前弓骂接触力章标准偏谁差增长50%。几何参杨数与接怀触力的男因果关拒系50弓网系统-动态相互羞作用特性接触网堵零部件坊受损零部件的矿承载能力角无法与系排统的动态炕性能相匹庸配51弓网系统-动态相互夹作用特性受电弓受房诚损零部件庭的承载蜜能力无减法与系减统的动疤态性能蜻相匹配52弓网系统-材料接颜口滑板和杠接触线嗽的材料认组合接触线恶和滑板掀的磨耗接触点责的最大购允许电勤流主要取迈决于材钥料组合53弓网系统-材料接口受电弓豆的滑板习材料54弓网系统-材料接口接触线√浇铸——轧制过惕程将铜你或铜合稻金杆材效拉制而怕成√连续通过丢数个圆形诊模具——沟槽式模尽具——修整模具衰，将导线床冷拔成最志终的尺寸深和外形√将几乎是尝圆形的材坏料微结构吐拉拔成长萝形，最后闯排列为与踏导线拉伸彼方向一致耕的纤维状径结构√晶状体勾结构的抗不均匀销性增加及了剪切恩抗力并素使材料勉硬化。贸铜经受六数个冷颗拔过程章，变形恒抗力增稍加，但鹊导电性泛和可塑杨性降低55弓网系益统-材料接口接触线的咏生产槽2串联轮碗轴电解铜保温炉熔解炉槽1LNG燃烧器铸造机大线盘冷却还原线铜粗料杆接触线计材料卷归线机卷线直径：18.5～30.但0mm高温压坐延成型蛋机56弓网系统-材料接口接触线的万生产拉丝模示意图绕线盘拉丝(带槽模具)拉丝(圆形模革具)剥皮开槽辊材料供温应机(托盘或犁电缆盘)精加工乏模材料拉丝机本蚀体成品盘57弓网系统-材料接口接触线的义生产58弓网系统-材料接口接触线的辽材料类型导电率（IACS）抗拉强度N/mm2Cu97%360CuAg(0.1)97%360CuSn(0.4)80%430CuMg(0.2)80%430CuMg(0.5)62%500CuCd(1.0)80%43059弓网系锅统-材料接租口滑板和接普触线的摩急擦磨损滑板与而接触线形在工作渐过程中牢由于机搁械的、歉电气的车（包括短热的）晋和化学氏的原因存使材料维从滑板昆和接触耗线表面叶移走，克这个现粗象称为任滑板和阔接触线练的磨损磨损主冬要有两纠种形式真：机械摩擦电气磨损60弓网系统-材料接包口滑板和坛接触线岔的摩擦佣磨损(1)机械磨耗(2)粘结磨耗(3)移动(4)粘结(5)硬粒磨乐耗(6)二元磨运耗(7)三元磨边耗(8)夹在中弯间的硬斗质粒子(9)疲劳磨指耗(10椒)疲劳破球坏(11订)化学磨伸耗(12)腐蚀磨耗(13)腐蚀、氧雷化(14)电气损覆耗(15麦)金属离子缘瑞移动(16败)电弧熔徐损(17)电弧61弓网系畜统-材料接究口摩擦磨损蛇实验台√材料相灭同时，蝇研究弓稻网接触贪力、电奴流、速告度与磨浮耗之间篇的关系√弓网接触帆力、电流促、速度相镇同，研究添不同材料砖与磨耗之众间的关系62弓网系统-材料接口滑板和接跳触线的材柿料组合纯碳浸金属碳铜或铜合表金铜或铜漆合金AC25虑kV系统AC25段kV、DC1拜.5k代V系统63弓网系统-电接触敲特性电接触舱理论√研究导体与导寇体接触过把渡区中犬的物理带现象、装化学现烧象√弓网系摆统的电艰接触分骡三类：静态接触、滑动接触、可分合接触√主要现象软和问题静态接触——接触温升滑动接触——摩擦磨损赔、润滑可分合接巨触——电火花禽、燃弧64弓网系架统-电接触特仗性电接触理固论导体接触栗面无论怎绍么加工、厨打磨、摩返擦磨损，星微观上都晴是凸凹不要平的接触面状析况导电斑服点65弓网系统-电接触谜特性电接触术浊语接触斑织点：导体接疲触面内哨实际发律生接触冲的点导电斑暴点：金属或准晓金属接触懒的更小的技面收缩电尤阻：电流路荡径收缩份，有效妨导电面贴积减小慰，出现盆附加电蒸阻膜电阻权：准金属芝接触时价，电子距通过极旁薄的膜剃时产生欠附加电耗阻接触电辞阻：收缩电阻个与膜电阻烟串联相加接触压炉降：通过斑饺点的电发流与接桌触电阻逮之积超温：接触电阻溉产生焦耳呜热，使收位缩区温度片超过区外风导体温度66弓网系统-电接触特冻性静态接触涂电阻接触电阻掘与滑板及牵接触线材鸟料的电阻率有关，浴与材料硬度及接触力有关导电斑慕点数目狸与材料甘硬度、凑接触力牵有关材料一厦定、接赏触力F不变时涨，接触引电阻基晚本与两尚者的电阻率倚之和成正比H——接触材料添较软一方虽的接触硬迈度F——弓线间亿接触力ρ1、ρ2——接触材傲料电阻恋率67弓网系统-电接触谨特性接触点的而静态温升电流通过村接触点电粒阻产生的贴焦耳热使鸽接触线局比部温度超到高；电位——温度理论霜：接触点丸的温度升址高与接触脚电阻及通帐过的电流亮成函数关雷系θ——导电斑点恨超出接触轨点以外区槽域的温度袋，即接触茧点温升U——接触压降I——通过接需触面的瞒总电流——滑板与影接触线它材料的贤热导率福与电阻披率乘积湖的平均着值68弓网系踩统-电接触特牙性弓网系顷统的电卵弧现象√滑板与接章触线从分离到熄接触或从接触到芦分离时，满烘足一定盒条件时洞，两者宇之间便驳会产生电弧或其呀他放电现直象√滑板和蝴接触线军脱离接称触（离法线）时径，被断德开的电蜘流超过0.25～1A，断开陷后加在房诚间隙上蛙的电压慨超过12～20V，则间缝隙中会两产生一安团温度镜极高、梯发出强桃光和能被够导电定的近似广圆柱形竭的气体——这就是厘电弧√产生电弧的最铜小电流如出果小于一咽定数值，生则开断时窝只能产生勒一为时极绞短的弧光古放电——通常称赏为电火花69弓网系统-电接触特诊性弓网系统盘的电弧现美象70弓网系惕统-电接触勒特性弓网系钉统的电纠弧现象71弓网系统-电接触留特性弓网系肌统的电浴弧现象72弓网系窄统-电接触喜特性弓网系统笨的电弧现破象持续40m身s的电弧73弓网系统-电接触特专性弓网系想统的电刚弧现象74弓网系统-电接触为特性弓网系统幅的电弧现严象75弓网系统-电接触特逃性弓网系僵统电弧筹的影响√电弧热揭功率导侮致滑板悠和接触饶线温度奋升高，摔同时，锐滑板和谣接触线爸的热量裙也会向抄周围介超质传递并，当吸外热大于柄散热时拢，滑板蹦和接触烫线的温购度才会兆升高，恩温升达蜻到一定揪程度时油，滑板蛋和接触刷线的表击面才会惹发生熔熊化和气娃化√弓网相谜对运动戴过程中点，接触砍点的位航置不断黄变化，辱电弧不您断变化悄位置，呀位置变皂化的速鼻度与接放触线的为拉出值弟、列车裹的运行余速度有拌关√相对运阵动阻止果了燃弧强引起的段固定位慕置的温货度升高76弓网系乞统-电接触特去性弓网系勿统电弧寨的影响曲线从朝上到下珠排列，门作用距福离x依次是：0、1.0碌×10-6m、2.0×际10-6m、3.0警×10-6m77弓网系统-电接触你特性弓网系最统电弧型的影响曲线从删上到下界排列，脸列车运鄙动速度全依次是:5m/励s、15m港/s、30m/吵s、40m/辱s点M处接触线颈表面温度投变化规律78弓网系统-电接触特军性弓网系镰统电弧净的影响低速走行盐时电弧对蚀接触线的跨热侵蚀v=0.易216k毯m/hI=6妹66A79弓网系统-电接触特嘴性弓