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        電氣化鐵路弓網(wǎng)關系研究及仿真

        2017-07-08 07:38:02王明濤方俊王崢
        科技創(chuàng)新與應用 2017年19期
        關鍵詞:接觸網(wǎng)

        王明濤+方俊+王崢

        摘 要:列車受電弓從接觸網(wǎng)受流是在動態(tài)運行完成的,不同的接觸網(wǎng)-受電弓組合會產生不同的作用性能,良好的弓網(wǎng)關系是保證列車受流安全可靠的必要前提。文章通過對受電弓特性及弓網(wǎng)受流的性能評價進行分析,建立起仿真分析模型,最后根據(jù)仿真分析結果對弓網(wǎng)作用關系進行評價。

        關鍵詞:接觸網(wǎng);受電弓;受流

        中圖分類號:U226.8 文獻標志碼:A 文章編號:2095-2945(2017)19-0191-02

        引言

        在受電弓與接觸網(wǎng)組成的供電耦合系統(tǒng)中,受電弓對接觸網(wǎng)進行激勵,振動波沿接觸網(wǎng)傳播,過程中會產生反射,并且列車高速運行過程中受電弓會使弓網(wǎng)振動幅度增大,使接觸網(wǎng)的抬升進一步增加。受電弓與接觸網(wǎng)的這種動態(tài)相互作用與列車的運行速度密切相關。隨著列車運行速度的提高,空氣動力也會參與其中。

        因此,在電氣列車運行過程中,弓網(wǎng)接觸壓力以及接觸網(wǎng)的抬升是不斷變化的。弓網(wǎng)接觸力和接觸網(wǎng)抬升是受電弓和接觸網(wǎng)兩個振動子系統(tǒng)相互耦合的結果,可以用來評估受電弓和接觸網(wǎng)的接觸質量。

        對于電氣化鐵路,有必要通過弓網(wǎng)仿真有針對性的對受電弓與接觸網(wǎng)的匹配性進行研究,在保證弓網(wǎng)系統(tǒng)運行可靠性的前提下,提高弓網(wǎng)系統(tǒng)的接觸質量和延長弓網(wǎng)系統(tǒng)的運行壽命,降低弓網(wǎng)系統(tǒng)運營成本,為高速受電弓與剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)的健康發(fā)展提供科學依據(jù)。

        1 主要研究內容

        本課題從受電弓和接觸網(wǎng)相互作用入手,研究受電弓與接觸網(wǎng)的工作動態(tài),通過受電弓與接觸網(wǎng)動態(tài)作用仿真分析,給出受電弓與接觸網(wǎng)動態(tài)移動時,接觸壓力與時間相關的特性,以及和接觸網(wǎng)抬升的相互關系,對相應的接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)進行評價。

        2 研究思路與技術路線

        根據(jù)具體的接觸網(wǎng)設計參數(shù)和受電弓技術參數(shù),利用有限元的方法建立整個錨段接觸網(wǎng)的FEM模型;建立受電弓的模型;同時依據(jù)EN3018或現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)確認仿真模型的有效性;最后根據(jù)仿真分析的結果對現(xiàn)有弓網(wǎng)關系進行評價,若存在問題,則結合現(xiàn)場實際應用情況給出成因分析及合理化建議。

        3 受電弓結構及特性

        受電弓是安裝在車輛上,實現(xiàn)列車從接觸網(wǎng)取得電流的專用設備,一般由底架、框架、弓頭和傳動系統(tǒng)等組成。受電弓的結構與技術特性對弓網(wǎng)系統(tǒng)的運行品質有著舉足輕重的作用,如果受電弓與接觸網(wǎng)不匹配,就不會產生所期望的結果。

        受電弓的特性包括電氣性能、靜態(tài)接觸力、空氣動力、動態(tài)接觸力、抬升力及動態(tài)特性等方面。受電弓與接觸網(wǎng)組成的系統(tǒng)簡稱弓網(wǎng)系統(tǒng),弓網(wǎng)系統(tǒng)要求:動態(tài)接觸力和接觸網(wǎng)抬升應在允許范圍內;通過弓網(wǎng)接觸點的電流應能滿足車輛各種情況下的運行需要;符合可靠性和使用壽命方面的規(guī)定。弓網(wǎng)系統(tǒng)要求的這些功能可細分為機械、材料、電氣、幾何、運行和維護等幾個方面,各個方面既相互區(qū)別又相互聯(lián)系。

        4 弓網(wǎng)相互作用的性能與評價標準

        幾何參數(shù):依照互聯(lián)互通規(guī)則運行的基礎結構類型,車輛受電弓應符合標準規(guī)定的幾何特征?;A結構的管理者應確保架空接觸網(wǎng)的幾何特征值符合受電弓的弓頭輪廓要求。

        材料接口:接觸網(wǎng)和滑板的磨耗,以及接觸點的允許最大電流,在很大程度上依賴于接觸網(wǎng)和滑板的材料。接觸網(wǎng)一般采用銅或銅合金,滑板材料建議選用純碳,在集流量較大的情況下,可浸入額外的金屬。

        集流量:接觸網(wǎng)中的電流取決于列車運行速度、列車重量、列車間距、線路坡度和接觸網(wǎng)的結構。受電弓和接觸網(wǎng)的性能應滿足于不出現(xiàn)過熱。列車的電流需求應服從于接觸網(wǎng)的工作極限。靜態(tài)接觸力應滿足于靜止狀態(tài)下的可靠取流。靜止狀態(tài)下,AC25kV系統(tǒng)的靜態(tài)接觸力通常為60~90N。

        動態(tài)相互作用性能:弓網(wǎng)動態(tài)相互作用性能影響到列車的運行性能、列車的安全性及接觸網(wǎng)和滑板的磨耗。弓網(wǎng)動態(tài)性能取決于接觸網(wǎng)與受電弓的匹配性以及運行環(huán)境?;具\行環(huán)境是指列車運行速度、受電弓的數(shù)量及位置。

        5 受電弓與接觸網(wǎng)動態(tài)作用仿真

        受電弓與接觸網(wǎng)動態(tài)作用仿真是要確定受電弓作用在接觸網(wǎng)上的移動接觸力與時間相關的特性,以及和接觸網(wǎng)抬升的相互關系。受電弓與接觸網(wǎng)在弓網(wǎng)接觸點形成了兩個子系統(tǒng)的耦合,這就需要分別建立合適的受電弓和接觸網(wǎng)的模型,合理模擬接觸點的特性和相互作用,并計算出接觸點的垂直運動和接觸力。弓網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)特性與頻率相關,應針對弓網(wǎng)動態(tài)相互作用仿真所研究的對象確定關注的頻率范圍,這一頻率范圍應該與受電弓模型、架空接觸網(wǎng)模型、仿真模型以及弓網(wǎng)動態(tài)相互作用性能參數(shù)測量系統(tǒng)的頻率范圍保持一致。

        為了使弓網(wǎng)動態(tài)相互作用的仿真結果令人信服,需要對仿真方法進行確認。將仿真結果與在線實測結果進行比較,或與其他已被確認的仿真方法進行比較是常用的兩種仿真確認手段。

        建立25kV供電的受電弓及接觸網(wǎng)仿真模型,升起后部受電弓以200km/h運行,仿真數(shù)據(jù)如表1所示,仿真曲線如圖1所示,接觸力分布如圖2所示。

        在200km/h情況下,列車使用后部受電弓集流時,受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)性能符合EN50367:2006標準要求,弓網(wǎng)機械接觸良好,弓網(wǎng)無離線。

        6 結束語

        本文探討了受電弓的結構及工作原理,提出了受電弓與接觸網(wǎng)相互作用的性能及評價標準,通過仿真手段對具體的弓網(wǎng)關系進行分析可以得出以下結論:(1)提出了受電弓與接觸網(wǎng)相互作用的性能及評價標準,受電弓與接觸網(wǎng)選型要相互匹配;(2)分析的受電弓與接觸網(wǎng)模型的動態(tài)性能符合標準要求,弓網(wǎng)無離線。

        參考文獻:

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