秦帥韜

（上海鐵路局集團(tuán)公司南京供電段，上海 200000）

接觸網(wǎng)是一種特殊形式的供電線(xiàn)路，為電力機(jī)車(chē)提供電能。受電弓是電力機(jī)車(chē)取流裝置，通過(guò)其上的滑板與接觸線(xiàn)滑動(dòng)接觸，源源不斷的從接觸網(wǎng)上取得提供機(jī)車(chē)行駛的電能。研究受電弓運(yùn)行時(shí)弓網(wǎng)系統(tǒng)的振動(dòng)特性，掌握受電弓運(yùn)行時(shí)影響取流的主要因素，制定出適合于我國(guó)高速鐵路的跨距，為接觸網(wǎng)的方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。這些問(wèn)題的合理解決能給我國(guó)高速鐵路的建設(shè)提供一個(gè)良好的理論基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)鐵路提速具有重大的意義。

1 接觸網(wǎng)懸掛方式

接觸網(wǎng)懸掛目前有簡(jiǎn)單鏈形懸掛、彈性鏈形懸掛、復(fù)鏈形懸掛三種方式。從高速受流質(zhì)量、波動(dòng)傳播速度、多普勒效應(yīng)、波狀磨耗、離線(xiàn)率比較，彈性鏈形懸掛優(yōu)于復(fù)鏈形懸掛，簡(jiǎn)單鏈形懸掛較差；從結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、工程造價(jià)、維修工作量比較，簡(jiǎn)單鏈形懸掛優(yōu)于彈性鏈形懸掛，復(fù)鏈形懸掛較差；從彈性均勻度、受流穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)抬升量比較，復(fù)鏈形懸掛優(yōu)于彈性鏈形懸掛，簡(jiǎn)單鏈形懸掛較差。

三種類(lèi)型都不具有排他性，只是選用時(shí)考慮的側(cè)重面不同。接觸線(xiàn)的材質(zhì)在高速接觸網(wǎng)的組成中占有特別重要的地位，在確定接觸線(xiàn)線(xiàn)型時(shí)應(yīng)注意選取抗拉強(qiáng)度大、重量較輕的優(yōu)質(zhì)線(xiàn)材。高速接觸網(wǎng)具有整體效果及輻合性能，應(yīng)注意消除不均質(zhì)質(zhì)點(diǎn)及不均勻張力的現(xiàn)象。除結(jié)構(gòu)問(wèn)題以外，優(yōu)良的施工工藝會(huì)帶來(lái)意想不到的受流效果。

三種懸掛方式如圖1所示：

圖1 三種典型懸掛方式簡(jiǎn)圖

2 仿真實(shí)驗(yàn)

2.1 仿真軟件

Workbench計(jì)算環(huán)境充分考慮了工程、研究人員使用習(xí)慣與需求，基于ANSYS經(jīng)典環(huán)境進(jìn)一步開(kāi)發(fā)而來(lái)，也是ANSYS后續(xù)最為主要的計(jì)算環(huán)境。Workbench計(jì)算環(huán)境更多地考慮了人機(jī)交互，使分析計(jì)算工作變得更為直觀，結(jié)果顯示更為直接，計(jì)算配置更為智能，在多物理場(chǎng)耦合方面尤其具有優(yōu)勢(shì)。本次計(jì)算采用Workbench計(jì)算環(huán)境的瞬態(tài)分析模塊，分別考慮支撐梁剛度、支撐弦剛度、受電網(wǎng)材質(zhì)等邊界條件，基于載荷時(shí)序關(guān)系，模擬受電網(wǎng)在移動(dòng)載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，分別提取各支撐點(diǎn)及最大位移的位移時(shí)程特性，對(duì)比研究了80km/h、160km/h、240km/h速度下的結(jié)果差異性［1－2］。

2.2 仿真設(shè)置

2019年1月5日，寧啟鐵路二期工程（南通站-啟東站）正式建成通車(chē)。該線(xiàn)路接觸網(wǎng)采用的是簡(jiǎn)單鏈形懸掛。承力索為JTMH95高強(qiáng)度銅鎂合金絞線(xiàn)，接觸線(xiàn)為CTS120銅錫合金接觸線(xiàn)。線(xiàn)路運(yùn)行的是CR200J型動(dòng)車(chē)組，其受電弓型號(hào)為T(mén)SG20。寧啟二期接觸線(xiàn)外觀如圖2所示，接觸線(xiàn)參數(shù)如表1所示：

圖2 CTS120接觸線(xiàn)圖

表1 CTS120接觸線(xiàn)尺寸

為了便于研究，選取4處支柱定位，連續(xù)3段跨距（L），每跨內(nèi)設(shè)置5根均分的吊弦來(lái)作為研究模型如圖3所示。然后采用單弓取流方式分別以80km/h、160km/h、240km/h瞬時(shí)通過(guò)來(lái)模擬動(dòng)車(chē)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)各定位點(diǎn)接觸線(xiàn)的振動(dòng)情況。

圖3 研究模型

2.3 參數(shù)設(shè)置

通過(guò)查閱現(xiàn)場(chǎng)資料及相關(guān)文獻(xiàn)［3-6］對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行如表2設(shè)置：

表2 模型參數(shù)

2.4 仿真結(jié)果

為了便于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的研究和對(duì)比，選取第2處定位點(diǎn)和第2跨跨中吊弦點(diǎn)作為參照。輸入?yún)?shù)后，對(duì)V1、V2、V3速度下分別進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。選取經(jīng)過(guò)20s，得到的結(jié)果如圖3、圖4所示：

圖3 三種速度下定位點(diǎn)2振動(dòng)情況對(duì)比

圖4 三種速度下跨中定位點(diǎn)振動(dòng)情況對(duì)比

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)兩處定位點(diǎn)接觸線(xiàn)振動(dòng)情況的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)受電弓以80km/h的速度通過(guò)定位點(diǎn)時(shí)，振動(dòng)的相應(yīng)情況還不是特別的明顯。而速度到達(dá)240km/h的時(shí)候，定位點(diǎn)接觸線(xiàn)的振幅達(dá)到最大，頻率也最高，恢復(fù)平衡的時(shí)間也最久。所以弓網(wǎng)關(guān)系也是限制列車(chē)時(shí)速的一個(gè)重要方面。

簡(jiǎn)單鏈形接觸懸掛各定位點(diǎn)彈性差異較大，受力也較為單一不均勻，這樣接觸壓力與接觸導(dǎo)線(xiàn)在接觸點(diǎn)的抬升量以跨距為周期振動(dòng)的現(xiàn)象表現(xiàn)的較為明顯。尤其在動(dòng)車(chē)組高速運(yùn)行下，接觸線(xiàn)振動(dòng)的變化幅度都比較大，對(duì)受電弓取流和行車(chē)安全都是不利的。

單弓取流時(shí)，當(dāng)受電弓沒(méi)有通過(guò)定位點(diǎn)的時(shí)候，接觸線(xiàn)就處于振動(dòng)狀態(tài)，振動(dòng)幅值隨著受電弓的接近逐漸變大，最大值通常出現(xiàn)在通過(guò)定位點(diǎn)的時(shí)刻，之后接觸線(xiàn)仍然處于一系列的振動(dòng)當(dāng)中，這是由于前波與反射波相互疊加的原因。但接觸線(xiàn)總的振動(dòng)趨勢(shì)是幅值逐漸變小，最后趨于原來(lái)的平衡狀態(tài)。由于接觸網(wǎng)各項(xiàng)參數(shù)的不同，列車(chē)運(yùn)行速度的不同，以及當(dāng)時(shí)的環(huán)境狀況等原因，使得接觸網(wǎng)的振動(dòng)呈現(xiàn)很大的相異性。

本文對(duì)不同的列車(chē)運(yùn)行速度下接觸線(xiàn)的振動(dòng)情況進(jìn)行了探討，為日后弓網(wǎng)關(guān)系的設(shè)計(jì)、改善提供了一定的理論支撐。在日常的檢修任務(wù)中，必須嚴(yán)格按照檢修周期對(duì)定位點(diǎn)處的設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)排查，以消除影響行車(chē)的隱患。文章在建立模型時(shí)為了便于研究，將接觸線(xiàn)“Z”字形布置簡(jiǎn)化為“一”字形布置，也存在著一定的局限性。