《接触网-受电弓系统接触压力分析》5800字

接触网-受电弓系统接触压力分析综述目录TOC\o"1-2"\h\u6585接触网-受电弓系统接触压力分析综述 1182431.1弓网接触压力评价指标 117945（1）标准偏差 113544（2）接触压力平均值 1249491.2锚段中的弓网接触压力分析 2161.2.1接触线张力对弓网接触压力的影响分析 2189221.2.2吊弦布置对弓网接触压力的影响分析 310361.2.3弹性吊索长度对弓网接触压力的影响分析 4134451.2.4跨距长度对弓网接触压力的影响分析 6216811.3锚段关节处的弓网接触压力分析 8135291.3.1接触线张力对弓网接触压力的影响分析 846201.3.2吊弦布置弓网接触压力的影响分析 96081.3.3弹性吊索长度对弓网接触压力的影响分析 10222191.3.4跨距长度对弓网接触压力的影响分析 111.1弓网接触压力评价指标高速列车的弓网受流是指列车通过顶部的受电弓与接触线滑动接触来获得电能过程。本章通过分析弓网仿真模型的计算结果，从弓网的接触压力来评价弓网受流特性的好坏弓网间的接触压力即动态接触压力在各国的评价体系中均是评价弓网关系重要的核心参数，是评价弓网受流质量好坏的重要因素之一。（1）标准偏差接触压力的标准偏差值是评判弓网受流质量的重要指标之一，平均接触力加上三倍的标准偏差必须小于等于接触压力的最大值，平均接触力减去三倍标准差必须大于零，也就是说标准偏差值反映弓网动态接触压力的动态范围。或(4-1)式中，S为标准偏差值，、、表示接触压力的平均值，最大值和最小值，单位均为N。则上面可得，标准偏差值的表达式：或(4-2)（2）接触压力平均值接触压力的平均值是评价质量的重要内容，它能反映出弓线高速接触的整体状态。其值可以用两种方法表示，所得结果相似或相似。平均值用式：或(4-3)式中，表示采集点处的接触压力（N）；表示平均接触压力（N）；n表示线路中采集的总点数。1.2锚段中的弓网接触压力分析1.2.1接触线张力对弓网接触压力的影响分析一般在锚段末端增加接触线补偿装置并对其施加张力，张力的增加会增大接触网的刚度、提高接触线的波动传播速度，进而可提升列车运行的极限速度。当承力索张力为21kN，接触悬挂设计参数不变，接触线张力为24kN，27kN，30kN，33kN，31.5kN时，弓网接触压力变化情况。如下图4-1所示，是同一速度等级下，接触线张力变化时，弓网间动态接触压力变化情况。图4-1接触线张力不同时的接触压力分布Fig4-1Dynamiccontactpressureunderdifferentcontactwiretension由上图可知，随着接触线张力的增大，接触压力的最大值和最小值均降低，尤其是接触线张力增大到33kN时，其最小值小于50N，此时受流质量变差。接触线张力为24kN时，其弓网间接触压力过大，此时弓网间的磨损加大，使得跨距中的受流质量变差。接触线张力为27kN和30kN时，接触压力的变化幅值较为平稳，受流质量较好。根据以上分析，对不同速度等级下，接触压力标准偏差值变化进行了分析。其中，标准偏差的计算结果如图4-2所示：图4-2接触线张力不同时的接触压力标准偏差Fig4-2Thestandarddeviationunderdifferentcontactwiretension图4-2表示的是，接触线张力变化时，不同速度等级下接触压力标准偏差值的变化情况。可以得出，相同接触线张力的条件下，随着受电弓运行速度的提高，弓网接触力的振幅增大，接触压力的标准偏差值增大。同一速度等级下，随着接触线张力的增大，标准偏差值均有减小趋势。考虑弓网接触压力标准偏差值，可以得到，在一定的范围内增大接触线张力，会使接触压力标准偏差降低，离线率降低，受电弓振动平缓，从而使弓网受流质量提高。1.2.2吊弦布置对弓网接触压力的影响分析下面是在前面建立的模型基础上，对吊弦布置不同时锚段中的弓网接触压力进行分析。如4-3所示，是跨距中吊弦布置不同时，弓网间接触压力的动态分布图。图4-3吊弦布置不同时的接触压力分布Fig4-3Dynamiccontactpressureunderdifferentdropperarrangement由图可得：随着首吊弦间距的增大和中部吊弦间距的减小，接触压力的最大值减小，最小值增大，接触压力的振动幅值减小。首吊弦处，随着吊弦间距的增大，其最大值缓慢向跨中方向移动，且由于刚度的降低，最大值有降低趋势。当首吊弦间距增大到6m时，跨距中的刚度均匀程度最高，刚度较小，接触线的跟随性较好，接触压力的振动最为平缓，接触压力的最小值明显大于50N，弓网间的受流质量明显变好。图4-4所示是跨距中吊弦布置不同时，不同速度等级下的接触压力标准偏差值的变化曲线。图4-4不同吊弦布置时的接触压力标准偏差值Fig4-4Thestandarddeviationunderdifferentdropperarrangement如图4-4可知，在受电弓运行速度为250km/h，300km/h和350km/h等级下时，随着首吊弦间距的增大及中间吊弦间距的减小，接触压力标准偏差值减小，这是因为随着吊弦的变化，接触网的弹性不均匀度减小，弹性均匀程度变好，接触压力振动幅值趋于稳定，标准偏差值降低。而当受电弓运行速度为400km/h时，首吊弦间距从3m增大到5m时，标注偏差值略有增大的趋势，但是变化不明显，而首吊弦间距增大到6m时，标准偏差值降低，说明当受电弓运行速度较高时，对跨距中弹性的均匀程度的要求更高，只有这样才能使接触压力的变化更平缓。由上述分析可知，在锚段中，首吊弦间距增大及中间吊弦间距减小的情况下，会使得标准偏差值降低，受电弓振动平缓，有利于受流质量的提高。所以在接触悬挂锚段中，首吊弦间距为6m时，受流质量最优。1.2.3弹性吊索长度对弓网接触压力的影响分析弹性吊索长度的大小，直接影响支柱附近的刚度大小和均匀程度，从而影响到弓网间的动态接触压力变化情况。为了研究弹性吊索对弓网间接触压力的影响，本节对弹性吊索长度为14m，16m，18m，20m时，对弓网间的动态受流状况进行了研究，分析接触压力的变化情况，如图4-5所示：图4-5弹性吊索长度不同时的接触压力分布图Fig4-5Dynamiccontactpressureunderdifferentelasticsling如图4-5所示，弹性吊索长度变化时，弓网间的接触压力是以跨距为周期变化的，最大值出现在单跨距的中前部，最小值出现在定位点前。随着弹性吊索长度的增大，接触压力最值的出现位置没有改变；最大值明显降低，最小值增大。当弹性吊索长度增大到20m时，离线消失，接触压力的振动范围降低。图4-6表示的是不同速度等级下，锚段中接触线张力变化时，接触压力标准偏差值的变化趋势。图4-6弹性吊索长度不同时的标准偏差值Fig4-6Thestandarddeviationunderdifferentelasticsling从图4-6可以看出，不同速度等级下的标准偏差值的变化趋势几乎是一致的，都是随着长度的增大而增大的。弹性吊索长度为14m时，标准偏差值最大；长度增大到20m时，标准偏差值最小，接触压力波动最平缓。得出弹性吊索的增大，使得跨距中的刚度分布更均匀，接触压力的变化更平缓，接触压力的标准偏差值降低。下面两图分别是受电弓运行速度不同时，接触压力平均值的变化情况。具体如图4-9和所示：图4-7弹性吊索长度不同时的平均接触压力Fig4-7Theaveragecontactforceunderdifferentelasticsling如以上两图所示：在图4-7中，可以看出：不同速度等级下接触线平均接触压力的变化趋势是一致的，均随着弹性吊索长度的增大而增大。弹性吊索长度为14m时，平均接触压力最小；弹性吊索长度为20m时，平均接触压力最大。从上述分析可得出：弹性吊索长度增大，减弱了支柱的支撑作用，从而减小了支柱附近的刚度，使跨中刚度分布更均匀，接触线的跟随性能越好，弓网的相互振动越平缓，接触压力标准偏差值越小，弓网离线率越低。因此，在一定的范围内增大锚段中弹性吊索的长度，有利于改善弓网的受流质量，当弹性吊索长度为20m时，受流质量最好。1.2.4跨距长度对弓网接触压力的影响分析在考虑不同速度等级时，跨距长度从41.6m~58.4m变化时，研究接触压力的变化。图4-11所示是跨距长度不同时，跨距中接触压力的分布图。如图4-11所示，跨距长度为50m时接触压力的最大值和最小值都比跨距长度为41.6m时的小，且有离线出现。跨距长度为41.6m时其刚度的均匀程度较大，受流质量较好。跨距长度为58.4m时，接触压力偏大，最大值达到了600N，对受电弓滑板的损耗较为严重。这是因为跨距较长时，相同的接触线张力下，对接触线的拉伸作用较小，使得跨中的弛度较大，由于接触线的重量造成跨距中的接触压力较大。图4-8跨距长度不同时的接触压力分布图Fig4-8Dynamiccontactpressureunderdifferentspan图4-9为不同速度等级下，跨距长度变化时，弓网间接触压力标准偏差值的变化示意图；从4-9中可以看出，运行速度为350km/h时，标准偏差的变化不明显，基本呈水平趋势。受电弓运行速度为250km/h和300km/h时，接触压力的标准偏差值大致是随着跨距长度的增大而增大的。而运行速度为400km/h时，在跨距为50m时，标准偏差较小，其他跨距长度时，标准偏差值均较大。图4-9跨距长度不同时接触压力标准偏差值Fig4-9Thestandarddeviationunderdifferentspan图4-10表示的是，不同速度等级下，跨距长度变化时，接触压力平均值的变化趋势。图4-10跨距长度不同时接触压力平均值Fig4-10Theaveragecontactforceunderdifferentspan由图4-10可知，在不同速度等级下，跨距长度增大时，平均接触压力的变化趋势是一致的，在跨距长度为50m时，平均接触压力较小。当跨距增大到58.4m时，由于此时跨距比较长，接触线张力对线索的拉伸作用减小，弛度较大，增大了平均接触压力。但平均接触压力较大时，会增大弓网间的磨耗，缩短滑板的使用寿命。考虑到接触压力标准偏差和磨损的问题，跨距为41.6m和50m时，均符合高速铁路对受流的要求。但实际施工中因为经济原因，一般选择50m的跨距进行施工。1.3锚段关节处的弓网接触压力分析1.3.1接触线张力对弓网接触压力的影响分析在上文中已经分析了接触线张力变化对锚段中弓网接触压力的影响，在本节主要计算运行速度为300km/h，350km/h，400km/h，接触线张力为24kN，27kN，30kN，33kN，31.5kN时，锚段关节处两转换柱间两跨距内接触压力平均值、标准偏差值的变化情况。图4-11所示，是同一速度等级下，接触线张力变化时，锚段关节处弓网间接触压力变化情况。图4-11接触线张力不同时的接触压力分布Fig4-11Dynamiccontactpressureunderdifferentcontactwiretension由图4-11可知，接触线张力的增大，接触压力的最大值和最小值增大。当接触线张力增大到33kN时，锚段关节处两锚段的过渡区域刚度过大，从而使得此处出现弓网离线。在以上分析的基础上，当受电弓不同运行速度等级下，接触线张力不同时，对接触压力标准偏差值的变化趋势进行统计，并将其描绘成曲线，其变化趋势如图4-12所示：图4-12不同接触线张力下的标准偏差值Fig4-12Thestandarddeviationunderdifferentcontactwiretension从图4-12中可以看出，四跨锚段关节处，不同运行速度下，接触线张力的增大，标准偏差的变化趋势几乎是一致的，都随着张力的增大而减小。由于接触线张力的增大，使得跨距中的刚度整体增大，接触线的振动幅度减小，使接触压力的变化趋于平稳，标准偏差值降低。有上文可得，适当的增大接触线的张力，可以使得接触压力标准偏差值降低，有利于提高弓网受流质量。而取接触线张力为27kN~33kN时，受流质量较好。1.3.2吊弦布置弓网接触压力的影响分析吊弦布置的变化，会影响到接触悬挂的刚度，继而会影响到弓网间的接触压力。通过分析接触压力来分析锚段关节处弓网间的受流特性。图4-13所示，是吊弦布置变化时，锚段关节处接触压力的变化趋势。图4-13吊弦布置不同时的接触压力Fig4-13Dynamiccontactpressureunderdifferentdropperarrangement如图4-13所示，当首吊弦间距为6m时，其接触压力最小值明显增大，接触压力的振动幅值变平缓。随着首吊弦间距的增大及中间吊弦间距的减小，锚段关节处的离线降低。下图所示，是锚段关节处吊弦布置不同时，不同速度等级下，接触压力标准偏差值的变化情况趋势线，如图4-14所示：图4-14吊弦布置不同时标准偏差的变化Fig4-14Thestandarddeviationunderdifferentdropperarrangement如图4-14所示，当受电弓运行在300km/h，350km/h和400km/h时，在首吊弦间距为4m时，标准偏差值较大。而当首吊弦间距大于4m时，标准偏差值呈降低的趋势。受电弓运行速度为250km/h时，标准偏差随吊弦布置的变化幅值较小。由上述可得，在只改变吊弦布置的情况下，首吊弦间距为6m时，锚段关节处弓网受流质量最好。1.3.3弹性吊索长度对弓网接触压力的影响分析为了改善跨距中的弹性，而设置了弹性吊索，弹性吊索的改变，在改善接触网弹性的基础上，影响到了锚段中的接触压力。本节就是在改变接触网弹性吊索长度的基础上，对锚段关节处接触压力的变化规律进行分析的。图4-18表示的是，弹性吊索长度变化时，接触压力的变化趋势。图4-15弹性吊索长度不同使得接触压力分布Fig4-15Dynamiccontactpressureunderdifferentelasticsling有图可以得出：在锚段关节处，随着弹性吊索长度的增大，非过渡区域接触压力的最大值降低。在过渡区域由于接触线刚度随着弹性吊索的增大而降低，使得此处接触压力的最小值增大，减低了此处的离线，使得受电弓能够顺利的由第一锚段过渡到第二锚段。图4-16所示，是不同速度等级下，弹性吊索长度变化时，锚段关节处标准偏差值的变化趋势。图4-16弹性吊索长度变化时的标准偏差值Fig4-16Thestandarddeviationunderdifferentelasticsling从图4-16中可以看到，不同速度等级下，随弹性吊索长度，标准偏差值的变化是一致的，都是随着弹性吊索的增大而降低的。在弹性吊索长度为20m时获得标准偏差值最小值；长度为14m时，标准偏差最高。图4-17表示的是，不同速度等级下，锚段关节处弹性吊索长度变化时的平均接触压力的变化趋势线。由图可得，在锚段关节处，随着弹性吊索长度的增大，不同速度等级下，平均接触压力的变化趋势都是增大的。受电弓运行速度越低，其平均接触压力越大。图4-17弹性吊索长度变化时的平均接触压力变化Fig4-17Thestandarddeviationunderdifferentelasticsling由上述可得，弹性吊索长度的增大，接触压力的标准偏差值增大。因此，选择适当的弹性吊索长度，可以降低离线率，降低弓网磨耗。1.3.4跨距长度对弓网接触压力的影响分析跨距长度的变化会影响到锚段关节非工作支接触线的坡度，继而影响到受电弓运行到锚段关节过渡区域时的弓线间的接触压力。所以在保持接触线和承力索张力分别为30kN和21kN不变，锚段关节跨距为41.6m，50m，58.4m的条件下，研究接触压力平均值、标准偏差值的变化情况。如下图所示，图4-18中，跨距长度变化时，弓网间动态接触压力的变化情况。图4-18跨距长度变化时弓网间接触压力分布Fig4-18Dynam