第四章接触网受流理论.

Page14接触网受流理论Page2牵引供电系统Page3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Page41.弓网系统综述2.弓网系统的振动特性3.弓网系统的电接触特性4.弓网系统的摩擦磨损主要内容Page51弓网系统综述●高速电气化铁路必须具有的三大要素①具有很高强度的铁路线路及轨道②具有能适应高速铁路速度性能的机车和车辆③具有能适应高速运行条件的接触网及与之相匹配的受电弓●高速受流：是指高速运行中的受电弓通过与接触线的滑动接触获得电能并传给电力机车的过程。Page61.弓网系统综述1879年，柏林，第一辆电力机车，300m环形线路，DC150V，西门子Page71.弓网系统综述1889年，弓状电流集电器，西门子Page81.弓网系统综述新干线于1964年10月1日，东京奥运前夕开始通车营运，第一条路线是连结东京与新大阪之间的东海道新干线Page91.弓网系统综述PS200A型受电弓双臂菱形下臂交叉弹簧上升空气下降铜基粉末冶金滑板Page101.弓网系统综述带弹性组合吊弦的复链形接触网弹性均匀，能满足210km/h受流需要振幅较大，侧风时受流恶化镉铜线80mm2镉铜线60mm2硬铜线110mm2导高:5000mmPage111.弓网系统综述日本受电弓的发展PS200A0系动车组,双臂,铜基粉末冶金滑板PS201受电弓200系动车组,双臂,铜基粉末冶金滑板PS202100系动车组,双臂,铜基粉末冶金滑板TPS203300系动车组,双臂,浸金属碳滑板TPS301700系动车组,Z型弓Page121.弓网系统综述承力索：St18024.5kN辅助承力索：Cu15011.8kN接触线：GT17017.6kNMax:50m1500mm日本接触网Page131.弓网系统综述承力索：Cu15019.6kN接触线：CS11019.6kNMax:50m950mm日本接触网Page141.弓网系统综述2007年4月3日，TGV，法国东部线，574.8km/hPage151.弓网系统综述法国受电弓的发展AMDE东南线,最高速度380km/h。Z型子母弓,碳滑板GPU受电弓大西洋线,最高速度515.3km/h。单层Z型弓,碳滑板(也可使用金属滑板)CX东部线,最高速度574.8km/h。碳滑板Page161.弓网系统综述东南高速线(1981)速度=270km/h承力索:锡青铜65mm2,14kN接触线:Cu120,15kN导高:5080大西洋高速(1989)欧洲北部高速(1993)速度=300km/h承力索:锡青铜65mm2,14kN接触线:Cu150mm2,20kN地中海高速(2001)速度=350km/h承力索:锡青铜116mm2,20kN接触线:铜合金150mm2,25kN法国接触网Page171.弓网系统综述德国受电弓的发展SBS65Re160、Re200接触网时使用,碳滑板DSA350S受电弓三元弓,最高速度350km/h，碳滑板DSA350SEK标准受电弓，碳滑板SSS400+标准受电弓，SSS87改进型，碳滑板Page181.弓网系统综述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230公里/小时以内的速度Re250全新的开发，首次应用铝合金件行驶速度可达280公里/小时5m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350公里/小时。65m5m1.80m18m接触线AC120CuMg27kN承力索BzII12021kN弹性吊索BzII353.5kN吊弦BzII10德国接触网Page191.弓网系统综述1961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Page201.弓网系统综述2008年6月24日，CRH3，京津城际客运专线，394.3km/hPage21中国铁路受电弓ДЖ-5(苏)(6Y1)Q3TSG1(1978)AM51UF(8K)TSG3(1993)DSA系列(200、250)(Stemmann-Technik)8WL0系列(6YH69、SSS400+)(Siemens+Schunk)受电弓LV-2600(6K)M7(6Y2)AM51BU(6G)TSG15/191.弓网系统综述Page22中国铁路受电弓1.弓网系统综述Page23DSA200CED180WBL88DSA250中国铁路受电弓1.弓网系统综述Page248WL0127-6YH69型受电弓(TSG15)1.弓网系统综述Page25SSS400+型受电弓(TSG19)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.弓网系统综述Page26安装在高速动车组上的SSS400+型受电弓1.弓网系统综述Page271.弓网系统综述固定设备与移动设备联系的纽带Page281.弓网系统综述弓网关系评价指标相互作用动态耦合评价移动设备固定设备接触点Page291.弓网系统综述评价弓网关系的指标运行可靠性接触质量运行寿命接触线抬升接触线横向位置静态接触电阻弓网系统电弧机械摩擦电气磨损三方面（受流质量）弓网振动小接触面传输大电流受流摩擦磨损（磨耗）Page301.弓网系统综述弓网系统通过不间断的机械、电气接触向电动列车供电，在满足一定的经济、技术条件下，供电可靠性、接触(受流)质量及弓网系统的运行寿命依赖于受电弓和接触网的设计、安装（施工）、运行维护方案及其大量参数的选取研究弓网系统的最终目的Page311.弓网系统综述弓网系统是一个整体，研究接触网离不开受电弓，研究受电弓离不开接触网研究弓网系统的方法不同速度段的弓网系统，要解决的问题也不尽相同Page32高速受流技术的质量性能指标(1）接触网悬挂的弹性和弹性系数η(x)=y(x)／pp→抬升力y(x)→由抬生力p在x处引起的升高（mm）η(x)→接触线在x处的弹性值（mm/N）德国国铁对不同悬挂所允许的弹性和不均匀度值运行速度（km/h）100160200280280以上弹性值(mm/N)1.201.201.100.600.40允许均匀度（%）503020108Page33•为了减小弹性的差异，必须尽量使跨距中部和悬挂点处的弹性均匀一致，一般采用弹性链型悬挂。•弹性吊索的长度对悬挂点处的弹性有较大影响，一般为12－18m。•加大悬挂的综合张力，会改善悬挂弹性的均匀程度，但是实践证明，增加承力索的张力对悬挂点处的弹性影响较小，然而，将接触线的张力从10KN增加到15KN，悬挂点处的弹性系数减小15％－20％。高速受流技术的质量性能指标Page34(2)弓线间的接触压力它是评价与控制受流质量的重要条件。理论研究证明:对于接触悬挂－受电弓系统而言,其间的接触压力变化幅度越小、变化率越低，则动态受流质量越好；反之，则变坏。1)标准偏差值(标准偏差值曲线如下图)2)接触压力的平均值：3)接触压力不均匀系数：inippnp112minmaxpppp%100minmaxminmaxpppp高速受流技术的质量性能指标Page35(3)受电弓的归算质量与最大振幅1)受电弓的最大振幅2e=Hmax-Hmin通常情况下，e值控制在150mm的范围内。2)受电弓的归算质量归算质量越小，受电弓的追随性越好，其运行轨迹越平缓。国外控制在8－25kg之内，我国TSG1型受电弓的归算质量42kg(4)离线率及持续时间离线是衡量高速受流的重要方面和重要指标,这个指标可以从一下三个方面考虑.限定时间或限定距离的离线次数；一次离线的时间；（0.1-0.6ms)离线率。(200km/h以上时控制在5％）高速受流技术的质量性能指标Page36(5)接触线平均抬升量及最大抬升量静态抬升量振动抬升量动态抬升量一般情况下控制在100－150mm范围内，最大不超过200mm。(6)接触线磨耗比与导线寿命磨耗：电气磨耗、化学磨耗、机械磨耗。磨耗比接触线通过万架弓次后，被磨去的横截面称为磨耗比。接触线寿命寿命的直接原因是磨耗及导线疲劳。TCG－100寿命25－30年Ris120200万弓架次约30年高速受流技术的质量性能指标Page372.弓网系统的振动特性任何一个可以用时间的周期函数描述的物理量,都称之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，会产生回复力，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，从而使系统越过平衡位置向另一侧运动。正是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为随机振动——只能用数理统计的方法加以研究Page382.弓网系统的振动特性接触网包括接触线、承力索、吊弦、定位器以及其它零件，既有均布质量，又有集中质量，是一个非常复杂的振动系统SASBDropperSASBContactwiremD1mD2mBT1mAT1kD1kDPmD2mD1mDPmATWmBTWEIAEIBABxLSupportwireTowerkTWkT1Page392.弓网系统的振动特性与接触网弹性有关的因素接触网的弹性（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程度表示弹性及弹性不均匀度与接触线截面、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Page402.弓网系统的振动特性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Page412.弓网系统的振动特性接触网的弹性比较反定位装置正定位装置跨距中心Page422.弓网系统的振动特性0,30,40,50,60,7吊弦处弹性mm/NSpt1234567SptemaxRe2500,54mm/NRe3300,39mm/N低的弹性emax弹性和不均匀性0,30,40,50,60,7吊弦处Spt1234567SptemaxRe25010%Re3308%eminemin低的不均匀性u弹性mm/Nu=((emax-emin)/(emax+emin))*100%Page432.弓网系统的振动特性MHFcHZLKH,CH,BHKF,CF,BFFc0ZHmeqEZE两自由度模型Page442.弓网系统的振动特性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Page452.弓网系统的振动特性弓网接触力连接两个机械系统（接触网和受电弓），这两部分均能振荡并且具有各种不同的质量模块、弹性系数、衰减系数和自然频率。由于接触网具有弹性、在受电弓作用到接触网上时就使接触线有一定的抬升量。实际上，沿接触线锚段变化的弹性导致受电弓周期性上下运动，这种运动幅度取决于抬升力本身随着速度的增加，动态部件对接触压力的影响越来越大，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，接触力的值必须保持在一定范围，即动态范围Page462.弓网系统的振动特性FAERFDYNFRF0FRFwindF=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力静态接触压力F0——驱动机构使滑板与接触线间产生的接触压力磨擦力FR——关节间的磨擦力，与弓头运动方向相反空气动力接触压力分力FAER——气流对受电弓的抬升力动态接触压力分力FDYN——由垂直振动引起的惯性力Page472.弓网系统的振动特性EN50