牛紀強　梁習(xí)鋒　周丹

摘要：采用數(shù)值計算方法對2車編組的CRHl型高速列車以不同速度通過車站和于車站內(nèi)交會進行了模擬，研究了DSA型受電弓升力變化及運行狀態(tài)（閉口和開口）和屏蔽門對受電弓升力的影響。研究表明，列車進、出車站過程受電弓升力波動顯著。單車以閉口和開口狀態(tài)下過車站時，均為弓頭和上框架升力變化最大，受電弓運行狀態(tài)不改變弓頭升力變化幅值與車速冪次方呈線性關(guān)系，且開口狀態(tài)下弓頭升力變化大于閉口狀態(tài)，屏蔽門對受電弓升力影響有限。列車在站內(nèi)交會時，受電弓運行狀態(tài)顯著改變了受電弓各部件升力變化及其隨車速變化規(guī)律，屏蔽門對交會工況的影響比單車工況顯著；車站內(nèi)交會位置對受電弓升力變化基本無影響；不等速交會對受電弓變化影響明顯。

關(guān)鍵詞：高速列車；受電弓；氣動力；車站；屏蔽門

引言

縮短運行時間可能會導(dǎo)致出現(xiàn)列車越站情況。列車從開闊線路突人空間相對狹小的車站內(nèi)時，列車周圍流場也會隨之發(fā)生突變，這會對桿件結(jié)構(gòu)的受電弓穩(wěn)定性造成影響。隨著列車速度的不斷提高，在加劇受電弓氣動噪聲的同時，產(chǎn)生的氣動載荷也成為影響受電弓穩(wěn)定性和弓網(wǎng)關(guān)系的主要因素。不正常的弓網(wǎng)接觸會導(dǎo)致弓網(wǎng)溫度過高而損壞。升力是影響受電弓受流質(zhì)量的主要氣動力因素，因此，研究受電弓氣動升力可以有效保證高速列車安全運行。

李瑞平等對高速列車通過隧道時受電動弓空氣動力學(xué)效應(yīng)對弓網(wǎng)動力學(xué)性能的影響進行了研究，得出列車通過隧道時產(chǎn)生的受電弓氣動抬升力變化對弓網(wǎng)接觸壓力和接觸線抬升位移具有顯著影響；李瑞平等還對高速受電弓的氣動力進行數(shù)值模擬，并且建立受電弓氣動抬升力計算模型。推導(dǎo)出受電弓氣動抬升力的計算方法，受電弓各部件的氣動力轉(zhuǎn)換成升力的傳遞系數(shù)。金海等采用數(shù)值模擬中的動網(wǎng)格技術(shù)對列車高速過站進行數(shù)值模擬研究，定量評估壓力波傳遞對屋蓋結(jié)構(gòu)壓力分布的影響，結(jié)合高速列車通過時車站區(qū)域風(fēng)速的空問分布范圍，給出車站區(qū)域人員活動的安全和舒適范圍。何連華等對武漢站高速列車過站列車風(fēng)進行了數(shù)值模擬，得到了不同部位的列車風(fēng)分布形態(tài)及空問分布特性，并分析了結(jié)構(gòu)物受到的列車風(fēng)風(fēng)荷載作用，確定了車站安全退避距離。曹登敬等采用動網(wǎng)格技術(shù)模擬了高速列車穿越車站，得到列車過站中列車風(fēng)空問分布形態(tài)和屏蔽門上壓力分布的規(guī)律，分析了車站的風(fēng)環(huán)境，給出用于結(jié)構(gòu)設(shè)計的荷載取值建議。蔡國華利用低速風(fēng)洞對不同受電弓的氣動阻力進行了對比分析，得知弓頭阻力占受電弓總氣動阻力的14%～21%，不同高度和斜度檔板可以有效降低受電弓氣動阻力和氣動噪音，并且對弓頭動態(tài)接觸壓力進行測量，得知其與車速的平方呈正比關(guān)系。張永升等對受電弓氣動特性進行了風(fēng)洞試驗研究，得知受電弓相對列車運行方向?qū)κ茈姽μ匦杂酗@著影響，導(dǎo)風(fēng)板角度可以有效控制弓網(wǎng)接觸壓力。付善強等對受電弓在不同狀態(tài)下的氣動力、弓頭抬升力以及關(guān)鍵部件的振動加速度進行了風(fēng)洞試驗研究，給出了受電弓氣動力弓頭抬升力、風(fēng)致振動隨風(fēng)速、側(cè)偏角、升降弓的變化規(guī)律。郭迪龍等采用DES對高速列車受電弓的非定常氣動特性進行研究，研究表明受電弓脫體渦的強度脫落頻率對受電弓氣動升力系數(shù)影響很大，橫風(fēng)對受電弓的升力振動頻率有顯著影響。吳燕等建立了接觸網(wǎng)和受電弓子系統(tǒng)的有限元和空氣動力學(xué)耦合模型，對弓網(wǎng)進行動態(tài)仿真，得知簡單鏈型懸掛比彈性鏈型懸掛接觸線動態(tài)抬升量和平均接觸壓力均小。趙萌等建立了弓-車-網(wǎng)組合模型，對強側(cè)風(fēng)條件下的受電弓氣動特性進行了數(shù)值模擬，得知隨側(cè)風(fēng)速度及角度的增大，受電弓的氣動力及力矩呈非線性變化，受電弓流場區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生大量漩渦及低速尾流區(qū)，接觸網(wǎng)及車體對受電弓流場有明顯影響。劉星等通過將受電弓非穩(wěn)態(tài)氣動力及平均穩(wěn)態(tài)氣動力分別加載至受電弓三質(zhì)量塊模型下，得知穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)空氣動力學(xué)對弓網(wǎng)受流影響差別不大，當(dāng)外部激勵振幅較大或頻率與弓網(wǎng)系統(tǒng)頻率接近時，弓網(wǎng)受流特性會受到顯著影響。

本文對高速列車單列車通過車站和于車站內(nèi)交會進行了數(shù)值模擬，研究了車速、受電弓運行狀態(tài)、屏蔽門、交會位置和速度對受電弓各部件的影響。