弓网关系及其评价

Page1SWJTUOCS2010.09.10弓网关系及其评价2010年09月10日·成都吴积钦[e-mail]2SWJTUOCS2010.09.10√接触网是受电弓的路√弓网接触点是纽带√预期的使用寿命弓网系统的核心问题弓网接触点是电能传输瓶颈Page3SWJTUOCS2010.09.10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（接触压力与抬升）（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弓网系统的核心问题Page4SWJTUOCS2010.09.101996年1月26日，300X试验列车，443km/h日本新干线高速弓网系统的代表Page5SWJTUOCS2010.09.102007年4月3日，TGV，法国东部线，574.8km/h法国交流铁路高速弓网系统的代表Page6SWJTUOCS2010.09.101988年5月1日，ICE/V，406.9km/hRe200mod14m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。可用一个受电弓，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德国联邦铁路高速弓网系统的代表Page7SWJTUOCS2010.09.10弓网相互作用技术规范（1）几何相互作用（2）材料接口接触线不能离开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（3）载流量（4）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Page8SWJTUOCS2010.09.10弓网相互作用技术规范（1）几何相互作用（2）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）（3）载流量（4）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Page9SWJTUOCS2010.09.10弓网相互作用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）用户需求构建一个新的弓网系统几何特征材料组合载流量动态性能运营管理Page10SWJTUOCS2010.09.102.弓网系统的几何相互作用5.弓网系统的动态相互作用4.弓网系统的电接触3.弓网系统的材料接口7.弓网系统的设计与施工模式6.弓网系统参数测量与评价主要内容1.受电弓Page11SWJTUOCS2010.09.101.受电弓单臂受电弓的基本结构(1)框架(2)底架(3)弓头(4)滑板(5)弓角(6)弓头长度(7)弓头宽度(8)弓头高度(10)滑板长度(11)下部工作位置(12)上部工作位置(13)工作范围(14)落弓高度Page12SWJTUOCS2010.09.101.受电弓SSS400+型受电弓Page13SWJTUOCS2010.09.101.受电弓与受电弓相关的部分标准UIC608国际通用受电弓UIC794欧洲高速铁路网受电弓与接触网相互作用EN50206-1干线车辆受电弓特性与测试EN50206-2地铁和轻轨车辆受电弓特性与测试Page14SWJTUOCS2010.09.101.受电弓对受电弓的基本要求不可能为了特定接触网单纯设计受电弓受电弓的基本特性应适合于规定的应用范围——两个运行方向的平均接触压力应该相等且只随速度变化略有增加；平均接触压力应能防止燃弧，同时应使接触线抬升、磨损保持最小——静态接触压力应该满足静态取流要求（AC系统：60～90N、DC1.5kV系统：70～110N）——滑板的质量应尽可能低，以便实现最佳的动态特性——设置自动降弓装置（ADD），能使受电弓在故障时落下——频域动态视在质量应在小范围内，且不应有明显突出的峰值Page15SWJTUOCS2010.09.10FAERFDYNFRF0FRFwindF=F0±FR+FAER±FDYN受电弓设计接触网、轨道等弓网接触压力F——受电弓与接触网之间的接触压力静态接触压力F0——停车时，传动机构使受电弓作用到接触网上的力磨擦力FR——关节间磨擦产生的力，与弓头运行方向相反空气动力分力FAER——气流对受电弓的抬升力动态分力FDYN——由垂直振动引起的惯性力1.受电弓受电弓的抬升力Page16SWJTUOCS2010.09.1004080120160200240280km/h36004080120160200NSpeedFmF=0,00097*+70(1)Vm2(1)inkm/hV1.受电弓受电弓的平均接触压力目标值（AC系统）Page17SWJTUOCS2010.09.101.受电弓受电弓的平均接触压力目标值（DC系统）Page18SWJTUOCS2010.09.10ДЖ-5(苏)(6Y1)Q3TSG1(1978)AM51UF(8K)TSG3(1993)DSA系列(200、250)(Stemmann-Technik)8WL0系列(6YH69、SSS400+)(Siemens+Schunk)LV-2600(6K)M7(6Y2)AM51BU(6G)TSG15/191.受电弓中国铁路受电弓的发展Page19SWJTUOCS2010.09.101961年8月15日，中国，宝凤段电气化铁路开通接触网接触线TCG100承力索Cu90或Tj70受电弓ДЖ-5型，双臂1.受电弓中国铁路受电弓Page20SWJTUOCS2010.09.101.受电弓TSG1TSG3LV2600中国铁路受电弓Page21SWJTUOCS2010.09.10DSA200(CED180)WBL88DSA2501.受电弓8WL0127-6YH69(TSG15)中国铁路受电弓Page22SWJTUOCS2010.09.10SSS400+型受电弓优化了框架动力学性能、良好的动力学性能、降低收弓高度、双向运行。运行速度350km/h1.受电弓中国铁路受电弓Page23SWJTUOCS2010.09.10安装在高速动车组上的SSS400+型受电弓1.受电弓Page24SWJTUOCS2010.09.101.受电弓（1）在各种速度下及多机重联牵引时能可靠受流（2）在所有使用条件下、遵守各接触网规定的允许抬高（3）在高速时噪声辐射要小（4）在两个运行方向上有中性的空气动力学性能（5）运行超过10万km时，滑板和接触线的磨损要小（6）有较高的可使用性（7）维修简单且费用低德国对高速受电弓的要求Page25SWJTUOCS2010.09.101.受电弓（1）接触电阻要小（2）熔点高（3）导热性良好（4）质量小（5）机械强度高（6）弹性好（7）与铜或铜合金接触线之间的摩擦系数小（8）便于实现轻量化和标准化德国对高速受电弓滑板的要求Page26SWJTUOCS2010.09.102.弓网系统的几何相互作用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Page27SWJTUOCS2010.09.10受电弓的工作范围2.弓网系统的几何相互作用上、下工作位置之间的范围为工作范围Page28SWJTUOCS2010.09.10√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2.弓网系统的几何相互作用√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√接触线抬升——接触线由受电弓施加的力引起的垂直向上运动接触线的高度范围Page29SWJTUOCS2010.09.10高速铁路的标称接触线高度DBAGSNCFCRH基础限界（扩大的-德国铁路法）48004800动态包络线的GC车辆限界4700电气绝缘距离215220350安装误差3030接触线向下的运动5550额外负载产生的弛度（冰等）9080在线路坡度小于12‰的情况下的腕臂运动10最小接触线高度520050805150对于维修所引起的轨道高度变化的储备100标称接触线高度5300508053002.弓网系统的几何相互作用Page30SWJTUOCS2010.09.10受电弓的弓头形状2.弓网系统的几何相互作用Page31SWJTUOCS2010.09.10弓网之间几何作用的特征值（横向）2.弓网系统的几何相互作用Page32SWJTUOCS2010.09.10不同线路曲线半径的跨距和拉出值2.弓网系统的几何相互作用高速情况下，弹性及其不均匀系数成为决定性因素Page33SWJTUOCS2010.09.10道岔上方接触线的水平位置风力作用下的横向偏移受电弓工作范围拉出值的位置2.弓网系统的几何相互作用Page34SWJTUOCS2010.09.10受电弓间距与中性段长度2.弓网系统的几何相互作用Page35SWJTUOCS2010.09.10滑板与接触线的材料组合3.弓网系统的材料接口接触线和滑板的磨耗接触点的最大允许电流主要取决于材料组合Page36SWJTUOCS2010.09.10受电弓的滑板材料3.弓网系统的材料接口Page37SWJTUOCS2010.09.10受电弓的滑板3.弓网系统的材料接口Page38SWJTUOCS2010.09.10碳类滑板及其托架断面3.弓网系统的材料接口Page39SWJTUOCS2010.09.10√浇铸——轧制过程将铜或铜合金杆材拉制而成3.弓网系统的材料接口接触线√连续通过数个圆形模具——沟槽式模具——修整模具，将导线冷拔成最终的尺寸和外形√将几乎是圆形的材料微结构拉拔成长形，最后排列为与导线拉伸方向一致的纤维状结构√晶状体结构的不均匀性增加了剪切抗力并使材料硬化。铜经受数个冷拔过程，变形抗力增加，但导电性和可塑性降低Page40SWJTUOCS2010.09.10槽2串联轮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材料卷线机卷线直径：18.5～30.0mm高温压延成型机接触线的生产3.弓网系统的材料接口Page41SWJTUOCS2010.09.10拉丝模示意图绕线盘拉丝(带槽模具)拉丝(圆形模具)剥皮开槽辊材料供应机(托盘或电缆盘)精加工模材料拉丝机本体成品盘接触线的生产3.弓网系统的材料接口Page42SWJTUOCS2010.09.10接触线的生产3.弓网系统的材料接口Page43SWJTUOCS2010.09.10接触线的材料3.弓网系统的材料接口类型导电率（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%430Page44SWJTUOCS2010.09.103.弓网系统的材料接口滑板与接触线在工作过程中由于机械的、电气的（包括热的）和化学的原因使材料从滑板和接触线表面移走，这个现象称为滑板和接触线的磨损磨损主要有两种形式：机械摩擦电气磨损滑板与接触线的摩擦磨损Page45SWJTUOCS2010.09.103.弓网系统的材料接口249101213151617578金属A金属B311114机械磨耗化学磨耗电气磨耗(1)机械磨耗(2)粘结磨耗(3)移动(4)粘结(5)硬粒磨耗(6)二元磨耗(7)三元磨耗(8)夹在中