高速鐵路接觸網(wǎng)動態(tài)性能概述第一章弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題第二章接觸懸掛的最大太升量與動態(tài)包絡(luò)線第三章第四章概述01概述概述高速電氣化鐵路必須具有的三大要素：（1）具有很高強(qiáng)度的鐵路線路及軌道；（2）具有能適應(yīng)高速鐵路速度性能的機(jī)車和車輛；（3）具有能適應(yīng)高速運(yùn)行條件的接觸網(wǎng)及與之相匹配的受電弓；高速受流是指高速運(yùn)行中的受電弓通過與接觸線的滑動接觸獲得電能并傳給電力機(jī)車的過程。受電弓系統(tǒng)的受流（能量傳遞）過程是在動態(tài)中完成的。對于同一系統(tǒng)而言，列車速度越高，維持弓網(wǎng)間良好接觸越困難，受流質(zhì)量隨之下降。當(dāng)速度超過系統(tǒng)正常允許范圍以上時，受流性能會嚴(yán)重惡化，甚至影響列車正常運(yùn)行。高速電氣化鐵路不能沿用現(xiàn)有常速下的各種系統(tǒng)，在高速領(lǐng)域內(nèi)的不同速度段，要解決的問題也不盡相同。概述概述高速受流技術(shù)是高速電氣化鐵路關(guān)鍵技術(shù)之一。弓網(wǎng)關(guān)系強(qiáng)調(diào)接觸網(wǎng)與受電弓是一個整體，研究弓網(wǎng)關(guān)系就是研究兩者間的相互作用。高速運(yùn)行時，對接觸懸掛的要求：（1）具有能夠傳遞強(qiáng)大的牽引電流的能力。（2）沿跨距內(nèi)，接觸線對軌面的高度相對一致，受電弓沿接觸線的運(yùn)行軌跡基本是水平狀態(tài)。（3）在受電弓的抬升力作用下，甚至在雙弓沖擊力作用下，接觸懸掛不發(fā)生較大振幅的低頻振動。高速運(yùn)行時，對受電弓的要求:具有良好的跟隨性。接觸懸掛與受電弓在性能上的良好匹配是動態(tài)受流的一個重要因素。不同的接觸懸掛,它只適配相應(yīng)性能的受電弓,反過來亦然,一旦受電弓的性能決定之后,只有與它相適配的接觸懸掛類型,才能得到滿意的受流結(jié)果。接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用高速接觸網(wǎng)的振動特性弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題02弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題高速接觸網(wǎng)的振動特性振動系統(tǒng)移動負(fù)荷動態(tài)接觸接觸點(diǎn)（紐帶）固定設(shè)備移動設(shè)備弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題高速接觸網(wǎng)的振動特性弓網(wǎng)關(guān)系評價指標(biāo)評價相互作用動態(tài)耦合評價評價移動設(shè)備固定設(shè)備接觸點(diǎn)弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題高速接觸網(wǎng)的振動特性任何一個可以用時間的周期函數(shù)描述的物理量，都稱之為振動。力學(xué)系統(tǒng)能維持振動，必須具有彈性和慣性。由于彈性，系統(tǒng)偏離其平衡位置時，會產(chǎn)生回復(fù)力，促使系統(tǒng)返回原來位置；由于慣性，系統(tǒng)在返回平衡位置的過程中積累了動能，從而使系統(tǒng)越過平衡位置向另一側(cè)運(yùn)動。正是由于彈性和慣性的相互影響，才造成系統(tǒng)的振動。描述振動的量：位移、速度、加速度等弓網(wǎng)系統(tǒng)的振動為隨機(jī)振動——只能用數(shù)理統(tǒng)計的方法加以研究。接觸網(wǎng)包括接觸線、承力索、吊弦、定位器以及其它零件，既有均布質(zhì)量，又有集中質(zhì)量，是一個非常復(fù)雜的振動系統(tǒng)。當(dāng)受電弓與接觸網(wǎng)接觸并高速運(yùn)行時，受電弓彈簧系統(tǒng)的振動、列車車體的振動以及風(fēng)力等因素均參與作用。弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題高速接觸網(wǎng)的振動特性（1）與接觸網(wǎng)振動有關(guān)的因素：靜態(tài)因素接觸網(wǎng)的彈性（彈性——單位垂直作用力引起接觸線的抬升，與跨距成正比，與接觸網(wǎng)的張力和成反比）；接觸網(wǎng)的彈性不均勻程度（彈性沿跨距的一致性）彈性及彈性不均勻度與接觸線截面、接觸線抗拉應(yīng)力、接觸網(wǎng)跨距、結(jié)構(gòu)高度、預(yù)弛度及有無彈性吊索有關(guān)，與接觸網(wǎng)的施工精度有關(guān)。動態(tài)因素受電弓的跟隨特性：與受電弓工作高度有關(guān)。受電弓的空氣動力特性：與受電弓數(shù)量及間距有關(guān)。弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題高速接觸網(wǎng)的振動特性接觸網(wǎng)的彈性比較弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題高速接觸網(wǎng)的振動特性（2）接觸懸掛的靜抬升量定義指在某力緩慢向上接觸處于靜止?fàn)顟B(tài)的接觸懸掛并向上舉到不能在向上運(yùn)動時，接觸線所能抬升的高度與靜態(tài)高度的差。影響接觸網(wǎng)抬升量的因素懸掛結(jié)構(gòu)、線索張力、跨距大小、受電弓抬升力。變化規(guī)律及應(yīng)用跨中抬升量大，定位點(diǎn)處抬升量??；兩吊弦間的抬升量大，吊弦點(diǎn)處的抬升量小，懸掛的彈性不均勻的。減少因吊弦引起的彈性差的方法：合理布置吊弦間距；嚴(yán)格控制施工誤差；因跨中和定位點(diǎn)的抬升量差異，目前還沒有很好的解決之道。弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題高速接觸網(wǎng)的振動特性（3）高速接觸懸掛抬升量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《新建時速300~350公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定（下）》4.4.4款規(guī)定：懸掛點(diǎn)抬升量，不采用限位定位器時，應(yīng)按不小于2倍的最大抬升量進(jìn)行安全校驗；采用限位定位器時，應(yīng)按不小于1.5倍的最大抬升量進(jìn)行安全校驗。標(biāo)準(zhǔn)的解釋

懸掛類型不同，抬升量不同，因此、該規(guī)定沒有具體說明抬升量應(yīng)該取為多少，而只是給出了一個倍數(shù)關(guān)系，中國的試驗研究和實(shí)際數(shù)據(jù)，抬升量的最大值可達(dá)150mm左右。日本最大抬升量取為100mm；德國最大抬升量取為為150mm?？紤]到定位器尺寸和式樣、懸掛類型、動車組及受電弓特性等多種因素，中國各設(shè)計單位均采用了一個比較保守的數(shù)據(jù)，即最大抬升量取為200mm。接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用高速接觸網(wǎng)的振動特性弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題02弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用接觸線與受電弓的相互作用決定供電可靠性和供電質(zhì)量。起相互作用依賴于受電弓和接觸網(wǎng)的設(shè)計方案及大量的參數(shù)。弓網(wǎng)系統(tǒng)要求通過連續(xù)的，即不中斷的電氣和機(jī)械接觸給牽引車輛供電，與此同時要求接觸線和滑板的磨耗保持盡可能低的程度。（1）接觸線與滑板的匹配接觸線和滑板的使用壽命取決于：受電弓作用在接觸線上的接觸壓力；制作受電弓和滑板的材料；滑板的數(shù)量和制作尺寸；通過接觸點(diǎn)的電流；牽引車輛的速度；線路處于隧道或區(qū)間的環(huán)境系數(shù)。（2）弓網(wǎng)接觸壓力弓網(wǎng)接觸壓力連接兩個機(jī)械系統(tǒng)（接觸網(wǎng)和受電弓），這兩部分均能振蕩并且具有各種不同的質(zhì)量模塊、彈性系數(shù)、衰減系數(shù)和自然頻率。由于接觸網(wǎng)具有彈性、在受電弓作用到接觸網(wǎng)上時就使接觸線有一定的抬升量。弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用實(shí)際上，沿接觸線錨段變化的彈性導(dǎo)致受電弓周期性上下運(yùn)動，這種運(yùn)動幅度取決于抬升力本身。隨著速度的增加，動態(tài)部件對接觸壓力的影響越來越大，為了保持受電弓滑板沿著接觸線并不間斷地與接觸線接觸，接觸壓力的值必須保持在一定范圍，即動態(tài)范圍。弓線間的平均接觸壓力Fm為：弓網(wǎng)接觸壓力與運(yùn)行速度的關(guān)系曲線弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用（3）動態(tài)接觸壓力分力當(dāng)受電弓高速運(yùn)行時，弓頭上下振動，根據(jù)牛頓第二定律，受電弓弓頭歸算質(zhì)量與弓頭上下振動的加速度之積為動態(tài)接觸壓力分力。它主要取決于速度、架空接觸網(wǎng)和受電弓的動態(tài)特性及其數(shù)量和間隔，還取決于牽引車輛的運(yùn)行狀態(tài)和線路質(zhì)量。所謂受電弓的歸算質(zhì)量，就是把整個活架式的受電弓歸算到接觸線高度的一個質(zhì)量，它與受電弓弓頭具有相等的垂直加速度。歸算質(zhì)量不是一個常數(shù)，與受電弓的升高程度有關(guān)。弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用弓網(wǎng)接觸力FAERFDYNFRF0FRFwindF=F0±FR+FAER±FDYN受電弓設(shè)計接觸網(wǎng)、軌道等弓網(wǎng)接觸力F——受電弓垂直作用到接觸網(wǎng)上的力靜態(tài)接觸力F0——停車時，傳動機(jī)構(gòu)使受電弓垂直作用到接觸網(wǎng)上的力磨擦力FR——關(guān)節(jié)間磨擦產(chǎn)生的力，與弓頭運(yùn)行方向相反空氣動力FAER——?dú)饬鲗κ茈姽淖饔昧討B(tài)分力FDYN——由垂直振動引起的慣性力弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用為評價弓網(wǎng)接觸質(zhì)量，應(yīng)計算一個控制段內(nèi)接觸力的如下統(tǒng)計值。（控制區(qū)段應(yīng)不短于一個錨段）弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，弓網(wǎng)接觸力離散性越小，弓網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行越平穩(wěn)，最高速度下的標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于0.3Fm。EN50119要求的接觸力最大值和最小值如下表：動態(tài)接觸力的極值（一般認(rèn)為大于1.8Fm），多出現(xiàn)在接觸網(wǎng)不規(guī)則的地方，比如：——不均勻抬升量——接觸線安裝缺陷——接觸線的缺陷——單一質(zhì)量塊（集中負(fù)載）弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用離線率及持續(xù)時間離線意味著斷電，因而伴隨著火花電弧的產(chǎn)生。這種現(xiàn)象除對沿線通信線路產(chǎn)生干擾外，還會加劇受電弓滑板與接觸線的磨耗，嚴(yán)重時甚至?xí)袛嘟佑|線對電力機(jī)車的供電。離線的原因是多方面的，但是起決定性影響的是受電弓和接觸懸掛的質(zhì)量，故離線就成了衡量受流質(zhì)量、受電弓及接觸懸掛質(zhì)量的重要指標(biāo)。離線檢測裝置就是獲得這項指標(biāo)的測量設(shè)備。離線是受流質(zhì)量惡化的重要特征之一。體現(xiàn)這一特征的指標(biāo)是離線率，可表示為：式中T——在測量區(qū)間內(nèi)受電弓通過的時間；ΣTs——在測量時間T內(nèi)，受電弓滑板從接觸線上脫開的時間的總和。弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用發(fā)生離線時有如下特征：（1）機(jī)車受電弓在牽引狀態(tài)下離線時會產(chǎn)生電弧，發(fā)出強(qiáng)烈的紫外線光；（2）離線時伴有高頻電磁波產(chǎn)生；（3）測量用受電弓（不取流的受電弓）離線時產(chǎn)生火花，火花電流變化陡峭。（4）測量用受電弓離線時，受電弓與接觸線間的電阻變大。固然利用上述四種特征都檢測出離線信號，但分析以上四種特征，選擇哪一種作為離線的依據(jù)好呢？這里有一個條件和準(zhǔn)確度的問題。在利用第一種特征作為測量的依據(jù)時，就必須把測量設(shè)備裝在機(jī)車上，而接觸網(wǎng)其他參數(shù)的測量設(shè)備是裝在試驗車上的，這就不便于同時集中記錄各項參數(shù)。若利用第二種特征作為測量的條件時，就必須試制選擇性極高，防干擾能力特強(qiáng)的接收裝置，一是難度較高，二是效果不一定好。弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用利用第三種特征作為測量的依據(jù)時，則存在一個嚴(yán)重的問題，就是當(dāng)機(jī)車在惰行（即不取流）中離線時也有高頻火花產(chǎn)生。利用火花電流變化陡峭的第三種特征制造的裝置，不能有效地防止來自機(jī)車的干擾，且在接觸網(wǎng)無電時又不能測量。因此，這里介紹的我國研制的JLY-1型離線檢測裝置是利用第四種特征，即利用離線時受電弓與接觸導(dǎo)線間電阻變大的基本原理，來實(shí)現(xiàn)離線的測量。弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題接觸網(wǎng)和受電弓的相互作用從圖C的等值電路可以知道，當(dāng)受電弓與接觸線接觸時，由CG—受電弓—CD構(gòu)成的支路與檢測裝置J并聯(lián)。由于此支路的US的阻抗很小，就旁路流入J中的電流，使J中的電流很小。在離線時，CG—受電弓—CD支路中的阻抗變大，US產(chǎn)生的電流大部分流入J中。且此時產(chǎn)生的高頻火花電流（亦可看成一個信號源US）也通過CG、J和CD構(gòu)成的回路，使J中電流增大，明顯地區(qū)別了“接觸”和“離線”兩種不同的狀態(tài)。概述第一章弓網(wǎng)關(guān)系的主要問題第二章接觸懸掛的最大太升量與動態(tài)包絡(luò)線第三章接觸懸掛的最大太升量與動態(tài)包絡(luò)線接觸懸掛的最大太升量與動態(tài)包絡(luò)線在接觸網(wǎng)支柱上安裝固定的測量裝置測量受電弓通過時定位點(diǎn)處接觸線的抬升，運(yùn)用于以下情況動態(tài)評估時，確認(rèn)弓網(wǎng)系統(tǒng)的方案設(shè)計是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求：（1）確定新型車輛或受電弓的最高允許速度。（2）商業(yè)運(yùn)營中固定監(jiān)測受電弓。在正常運(yùn)行條件下及最大跨距時，定位處的抬升應(yīng)由弓網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計人員進(jìn)行計算機(jī)仿真：（1）采用非限定式定位器，抬升量應(yīng)至少是仿真值的2倍。（2）采用限位式定位器，抬升量應(yīng)至少是仿真值的1.5倍。（3）定位點(diǎn)處接觸線的抬升量，不得超過定位器設(shè)計的最大抬升量。最大抬升量與弓網(wǎng)接觸力和接觸線的波動等相關(guān)，對于某一速度的列車，抬升量任何明顯的增加和減少，均表明有干擾或受電弓缺陷。這些缺陷可能由以下原因造成：接觸懸掛的最大太升量與動態(tài)包絡(luò)線接觸懸掛的最大太升量與動態(tài)包絡(luò)線空氣動力的過高或過低，由于風(fēng)擋調(diào)節(jié)不當(dāng)或損壞、受電弓傾斜引起的接觸滑板間接磨耗。靜態(tài)接觸壓力過高或過低，由于靜態(tài)接觸壓力調(diào)節(jié)不當(dāng)、因磨損超過極限等原因造成接觸滑板質(zhì)量的有較大變化。接觸壓力的