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。

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