受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)相互作用

第三講

弓網(wǎng)的動態(tài)相互作用西南交通大學(xué)希望學(xué)院羅為24/MAR/2015受電弓與接觸網(wǎng)屬于兩個(gè)相互獨(dú)立的振動子系統(tǒng)，這兩者具有各自不同的質(zhì)量模塊、彈性系數(shù)、衰減系數(shù)和固有頻率，并且通過弓網(wǎng)接觸力耦合在一起?，F(xiàn)場應(yīng)用中，接觸網(wǎng)錨段的變化的彈性導(dǎo)致受電弓周期性上下振動，且振動幅度又與抬升力有關(guān)。

用時(shí)間的周期函數(shù)描述的物理量，稱為振動

力學(xué)系統(tǒng)能維持振動，必須具有彈性和慣性。由于彈性，系統(tǒng)偏離其平衡位置時(shí)產(chǎn)生回復(fù)力，促使系統(tǒng)返回原來位置；由于慣性，系統(tǒng)在返回平衡位置的過程中積累了動能，使系統(tǒng)越過平衡位置向另一側(cè)運(yùn)動。由于彈性和慣性的相互影響，才造成系統(tǒng)的振動。

描述振動的量：位移、速度、加速度等弓網(wǎng)系統(tǒng)的振動

弓網(wǎng)系統(tǒng)的振動為隨機(jī)振動——只能用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法加以研究

接觸網(wǎng)包括接觸線、承力索、吊弦、定位器以及其他零件，既有均布質(zhì)量，又有集中質(zhì)量，是一個(gè)非常復(fù)雜的振動系統(tǒng)接觸網(wǎng)的振動與接觸網(wǎng)彈性有關(guān)的因素√接觸網(wǎng)的跨中彈性（單位垂直作用力引起的接觸線抬升)與跨距成正比，與接觸線和承力索的張力之和成反比

彈性沿跨距的一致性用接觸網(wǎng)的彈性不均勻系數(shù)表示√彈性及彈性不均勻系數(shù)與接觸線截面、線索張力、接觸網(wǎng)跨距、結(jié)構(gòu)高度、預(yù)弛度及有無彈性吊索有關(guān)，與接觸網(wǎng)施工精度有關(guān)接觸網(wǎng)的彈性彈性曲線平均彈性彈性=抬升量/抬升力平均彈性彈性不均勻系數(shù)相對彈性彈性和彈性不均勻系數(shù)emax（mm/N）emin（mm/N）μ（%）京津城際0.29670.131938武廣高速0.30040.243410鄭西高速0.30490.247310波動傳播速度Cp——在某一點(diǎn)用一個(gè)力對接觸線加振后將力消除，該點(diǎn)接觸線振動經(jīng)過S秒后傳到L，則Cp=L/S波動傳播速度——振動沿接觸網(wǎng)錨段傳播的速度CpTj–接觸線的張力Nmj–接觸線的質(zhì)量常數(shù)kg/m接觸網(wǎng)上的每個(gè)點(diǎn)在平衡位置附近振動，振動沿接觸網(wǎng)波動傳播接觸網(wǎng)的動態(tài)特性：r——反射系數(shù)α——多普勒系數(shù)放大系數(shù)r/α——反應(yīng)接觸網(wǎng)振動波幅度增強(qiáng)或減弱的系數(shù)m=1kg,V=160km/h,Cp=382km/h波動傳播與反射多普勒系數(shù)α——反應(yīng)受電弓運(yùn)行速度與波動傳播速度之間的關(guān)系反射系數(shù)r——指接觸網(wǎng)的振動波在吊弦、線夾等非均質(zhì)點(diǎn)被反射，是接觸網(wǎng)的質(zhì)量特性

Cp——波動傳播速度v

——受電弓運(yùn)行速度mc、Tc——承力索的線密度和張力mj

、Tj——接觸線的線密度和張力波動傳播與反射參數(shù)京津城際武廣高速鄭西高速波動傳播速度（km/h）568.7536.7523.1無量綱系數(shù)β0.6150.6530.669多普勒系數(shù)α0.2370.2100.198反射系數(shù)r0.4670.4260.444放大系數(shù)γ1.9702.0292.242限定速度va（km/h）206.6216.0201.4固有頻率f1/f2（Hz）1.50/1.361.51/1.371.52/1.38接觸網(wǎng)的動態(tài)特性參數(shù)（vmax=350km/h）兩自由度模型受電弓的動力學(xué)模型

當(dāng)受電弓與接觸網(wǎng)接觸并高速運(yùn)行時(shí)，受電弓彈簧系統(tǒng)的振動、車體的振動以及風(fēng)力等因素均參與作用，受電弓弓頭在上下、左右、前后三個(gè)方向產(chǎn)生運(yùn)動接觸力將弓與網(wǎng)聯(lián)系在一起弓網(wǎng)系統(tǒng)的振動

隨著速度的增加，動態(tài)部件對弓網(wǎng)接觸力的影響越來越大，為了保持受電弓滑板沿著接觸線并不間斷地與接觸線接觸，接觸力必須保持在一定范圍，即動態(tài)范圍弓網(wǎng)接觸力—受電弓垂直作用在接觸網(wǎng)上的力EN50119關(guān)于弓網(wǎng)接觸力的范圍電流制式列車速度(km/h)接觸力(N)AC≤200300＞0AC＞200350＞0DC≤200300＞0DC＞200400＞0Fmax≥Fm＋3s，F(xiàn)m－3s＞0，將F=0稱為弓網(wǎng)離線

b——無限位抬升量

u——最大運(yùn)營抬升量

s——受電弓擺動量

正常運(yùn)行條件及最大跨距

u<2.0*b

u<1.5*b帶抬升限位功能定位點(diǎn)的抬升弓網(wǎng)動態(tài)相互作用的測量測量內(nèi)容:1、弓網(wǎng)接觸力2、接觸線抬升力3、電弧4、運(yùn)行工況:列車的速度、位置5、環(huán)境條件：溫度、濕度、日照強(qiáng)度、風(fēng)、隧道等等6、測試配置：受電弓的參數(shù)、接觸網(wǎng)類型弓網(wǎng)動態(tài)相互作用的測量要求----接觸力原則：在保證弓網(wǎng)的良好動態(tài)相互作用的前提下，要測量弓網(wǎng)的接觸力，是不可能直接測量滑板與接觸線之間的力的。所以，我們一般采用間接的測量方法。由于滑板和接觸線接觸時(shí)，受到的接觸力的同時(shí)，也受到如摩擦力、空氣動力、慣性力、受電弓的抬升力等。所以測量接觸力時(shí)，通過經(jīng)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型，計(jì)算得出我們的需要的接觸力。這過程中一定要排除其他方向的力的干擾。在選擇傳感器時(shí)，請注意使用環(huán)境、通訊方式、敏感度等弓網(wǎng)動態(tài)相互作用的測量要求----位移測量內(nèi)容包括：定位點(diǎn)處的接觸線抬升：測量誤差應(yīng)小于5mm。弓頭的垂直位移：測量精度應(yīng)優(yōu)于10mm。在選擇傳感器時(shí)，請注意使用環(huán)境、通訊方式、敏感度等弓網(wǎng)動態(tài)相互作用的測量要求----電弧采用非接觸方式原理：利用電弧探測器對銅材料輻射出的光的波長的敏感度。在選擇探測器時(shí)，請注意安裝位置、通訊方式、敏感度等弓網(wǎng)動態(tài)仿真隨著運(yùn)行速度的提高，弓網(wǎng)動態(tài)相互作用變得越來越重要，只有考慮到包括受電弓和接觸網(wǎng)在內(nèi)的各類配套的系統(tǒng)設(shè)備，才能獲得一個(gè)切實(shí)有用的弓網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。計(jì)算機(jī)仿真是模擬這些部件動態(tài)相互作用的有效選擇。弓網(wǎng)動態(tài)相互作用仿真的目的是要確定受電弓作用在接觸線上的移動接觸力與時(shí)間相關(guān)的特性，以及和接觸線抬升的相互關(guān)系。從而便于我們對弓網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)性能進(jìn)行評估與對比。Re200系統(tǒng)v=220km/h單受電弓（DSA250）計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果接觸力抬升弓網(wǎng)振動仿真弓網(wǎng)動態(tài)測量弓網(wǎng)接觸力、受電弓通過定位點(diǎn)時(shí)的接觸線抬升等弓網(wǎng)動態(tài)相互作用性能參數(shù)的實(shí)測數(shù)據(jù)既可用于弓網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和運(yùn)行質(zhì)量的評估，也可用于弓網(wǎng)動態(tài)仿真系統(tǒng)和其他測量系統(tǒng)的確認(rèn)，還可用于弓網(wǎng)系統(tǒng)的故障診斷。弓網(wǎng)接觸力、定位點(diǎn)抬升的測量均應(yīng)符合規(guī)定的要求，且能夠得到相應(yīng)的確認(rèn)，只有這樣，這些參數(shù)的測量結(jié)果才能令人信服。弓網(wǎng)動態(tài)特性實(shí)測數(shù)據(jù)動態(tài)接觸力與速度的關(guān)系動態(tài)接觸力的頻數(shù)分布應(yīng)符合正態(tài)分布Fm：接觸力平均值s：接觸力標(biāo)準(zhǔn)偏差動態(tài)接觸力與速度的關(guān)系3種弓網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)接觸力分布s最小，弓網(wǎng)運(yùn)行相對平穩(wěn)s最大，弓網(wǎng)振動相對劇烈動態(tài)接觸力與速度的關(guān)系定位點(diǎn)的抬升2010_12_03_