受电弓与接触网系统

Page1SWJTUOCS2012.12.10受电弓与接触网系统2012年12月10日·成都吴积钦[e-mail]2SWJTUOCS2012.12.10√接触网是受电弓的路√预期的使用寿命弓网系统的作用弓网接触点是电能传输的瓶颈Page3SWJTUOCS2012.12.10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Page4SWJTUOCS2012.12.10弓网系统的雏形Page5SWJTUOCS2012.12.10弓网系统的分类接触网系统架空接触网系统架空接触网接触轨系统架空接触轨接触轨受电弓受电弓取流靴弓网系统集电系统Page6SWJTUOCS2012.12.10集电系统的种类Page7SWJTUOCS2012.12.10弓网系统的基础理论弓网系统基础电气电路高电压技术力学理论力学材料力学空气动力学Page8SWJTUOCS2012.12.10日本新干线高速弓网系统的代表振动问题、噪声问题摩擦磨损问题1500mmMax:50m1996年1月26日，300X试验列车，443km/hPage9SWJTUOCS2012.12.101996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Page10SWJTUOCS2012.12.102007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AMDE东南高速270km/h大西洋高速300km/h地中海高速350km/hPage11SWJTUOCS2012.12.101988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Page12SWJTUOCS2012.12.10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Page13SWJTUOCS2012.12.10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Page14SWJTUOCS2012.12.10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）用户需求构建一个新的弓网系统几何特性材料组合集流量动态性能运营管理Page15SWJTUOCS2012.12.102.弓网几何特性3.弓网动态相互作用5.弓网电接触特性4.弓网材料接口6.弓网系统的设计、施工与验收1.受电弓本专题的主要内容Page16SWJTUOCS2012.12.101.受电弓定义安装在电气列车上的一种从一根或几根接触线上集取电流的专用设备，由弓头、框架、底架和传动系统等部分组成，其几何形状可以改变Page17SWJTUOCS2012.12.101.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Page18SWJTUOCS2012.12.101.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（TB/T1456）EN50206-2地铁和轻轨车辆受电弓特性与测试Page19SWJTUOCS2012.12.101.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抬升力应该相等且只随速度变化略有增加；平均抬升力应能防止燃弧，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Page20SWJTUOCS2012.12.10FAERFDYNFRF0FRFwindF=F0±FR+FAER±FDYN受电弓设计接触网、轨道等弓网接触力F——受电弓垂直作用到接触网上的力静态接触力F0——停车时，传动机构使受电弓垂直作用到接触网上的力摩擦力FR——关节间摩擦产生的力，与弓头运行方向相反空气动力FAER——气流对受电弓的作用力动态分力FDYN——由垂直振动引起的惯性力1.受电弓受电弓的抬升力Page21SWJTUOCS2012.12.1004080120160200240280km/h36004080120160200NSpeedFmF=0,00097*+70(1)Vm2(1)inkm/hV1.受电弓平均抬升力目标值（AC系统）Page22SWJTUOCS2012.12.101.受电弓平均抬升力目标值（DC系统）Page23SWJTUOCS2012.12.102.弓网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Page24SWJTUOCS2012.12.102.弓网几何特性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Page25SWJTUOCS2012.12.10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.弓网几何特性最小接触线高度——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Page26SWJTUOCS2012.12.10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=5300mm2.弓网几何特性Page27SWJTUOCS2012.12.102.弓网几何特性Page28SWJTUOCS2012.12.10受电弓的弓头形状2.弓网几何特性Page29SWJTUOCS2012.12.10弓网之间几何作用的特征值（横向）2.弓网几何特性Page30SWJTUOCS2012.12.10不同线路曲线半径的跨距和拉出值高速情况下，弹性及其不均匀系数成为决定性因素2.弓网几何特性Page31SWJTUOCS2012.12.10接触线在滑板上的往复运动范围应尽可能大2.弓网几何特性Page32SWJTUOCS2012.12.10接触线在滑板上的往复运动范围应尽可能大2.弓网几何特性Page33SWJTUOCS2012.12.10定位器状态2.弓网几何特性)/(FGarctg定位器角度：dmGGjdw2/其中：jTlaF4；2dPage34SWJTUOCS2012.12.10支持装置种类2.弓网几何特性Page35SWJTUOCS2012.12.10支持装置种类2.弓网几何特性Page36SWJTUOCS2012.12.10道岔上方的接触网（无交叉线岔）2.弓网几何特性Page37SWJTUOCS2012.12.102.弓网几何特性锚支卡子断线处弹簧补偿器动车行驶方向断落的渡线分段绝缘器锚支卡子断线处动车行驶方向线路中心渡线走向硬锚下行正线118#锚柱（弹补）道岔电连接10002003501000硬锚500弹补断线处锚支卡子道岔B柱107#道岔C柱109#号线路中心60-80正线与渡线非支高差380mmPage38SWJTUOCS2012.12.102.弓网几何特性受电弓弓角损坏的接触网松弛的弹簧Page39SWJTUOCS2012.12.10受电弓的动态包络线2.弓网几何特性S0—最大抬升，取100mmCWH—标称接触线高度，取5300mmPage40SWJTUOCS2012.12.10受电弓间距与中性段长度2.弓网几何特性Page41SWJTUOCS2012.12.102.弓网几何特性典型弓网几何特性Page42SWJTUOCS2012.12.103.弓网动态相互作用用时间的周期函数描述的物理量，称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，使系统越过平衡位置向另一侧运动。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Page43SWJTUOCS2012.12.10与接触网弹性有关的因素√接触网的跨中弹性（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系数表示√弹性及弹性不均匀系数与接触线截面、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3.弓网动态相互作用Page44SWJTUOCS2012.12.10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3.弓网动态相互作用Page45SWJTUOCS2012.12.10弹性和弹性不均匀系数3.弓网动态相互作用0510152025303540450.10.150.20.250.30.35弹性(mm/N)距离(m)京津武广郑西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0.30490.247310Page46SWJTUOCS2012.12.10接触网包括接触线、承力索、吊弦、定位器以及其他零件，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SupportwireTowerkTWkT1接触网的振动3.弓网动态相互作用Page47SWJTUOCS2012.12.10波动传播速度Cp——在某一点