接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)接觸壓力分析綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u6585接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)接觸壓力分析綜述 1182431.1弓網(wǎng)接觸壓力評(píng)價(jià)指標(biāo) 117945（1）標(biāo)準(zhǔn)偏差 113544（2）接觸壓力平均值 1249491.2錨段中的弓網(wǎng)接觸壓力分析 2161.2.1接觸線張力對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析 2189221.2.2吊弦布置對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析 310361.2.3彈性吊索長度對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析 4134451.2.4跨距長度對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析 6216811.3錨段關(guān)節(jié)處的弓網(wǎng)接觸壓力分析 8135291.3.1接觸線張力對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析 846201.3.2吊弦布置弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析 96081.3.3彈性吊索長度對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析 10222191.3.4跨距長度對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析 111.1弓網(wǎng)接觸壓力評(píng)價(jià)指標(biāo)高速列車的弓網(wǎng)受流是指列車通過頂部的受電弓與接觸線滑動(dòng)接觸來獲得電能過程。本章通過分析弓網(wǎng)仿真模型的計(jì)算結(jié)果，從弓網(wǎng)的接觸壓力來評(píng)價(jià)弓網(wǎng)受流特性的好壞弓網(wǎng)間的接觸壓力即動(dòng)態(tài)接觸壓力在各國的評(píng)價(jià)體系中均是評(píng)價(jià)弓網(wǎng)關(guān)系重要的核心參數(shù)，是評(píng)價(jià)弓網(wǎng)受流質(zhì)量好壞的重要因素之一。（1）標(biāo)準(zhǔn)偏差接觸壓力的標(biāo)準(zhǔn)偏差值是評(píng)判弓網(wǎng)受流質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，平均接觸力加上三倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差必須小于等于接觸壓力的最大值，平均接觸力減去三倍標(biāo)準(zhǔn)差必須大于零，也就是說標(biāo)準(zhǔn)偏差值反映弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力的動(dòng)態(tài)范圍。或(4-1)式中，S為標(biāo)準(zhǔn)偏差值，、、表示接觸壓力的平均值，最大值和最小值，單位均為N。則上面可得，標(biāo)準(zhǔn)偏差值的表達(dá)式：或(4-2)（2）接觸壓力平均值接觸壓力的平均值是評(píng)價(jià)質(zhì)量的重要內(nèi)容，它能反映出弓線高速接觸的整體狀態(tài)。其值可以用兩種方法表示，所得結(jié)果相似或相似。平均值用式：或(4-3)式中，表示采集點(diǎn)處的接觸壓力（N）；表示平均接觸壓力（N）；n表示線路中采集的總點(diǎn)數(shù)。1.2錨段中的弓網(wǎng)接觸壓力分析1.2.1接觸線張力對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析一般在錨段末端增加接觸線補(bǔ)償裝置并對(duì)其施加張力，張力的增加會(huì)增大接觸網(wǎng)的剛度、提高接觸線的波動(dòng)傳播速度，進(jìn)而可提升列車運(yùn)行的極限速度。當(dāng)承力索張力為21kN，接觸懸掛設(shè)計(jì)參數(shù)不變，接觸線張力為24kN，27kN，30kN，33kN，31.5kN時(shí)，弓網(wǎng)接觸壓力變化情況。如下圖4-1所示，是同一速度等級(jí)下，接觸線張力變化時(shí)，弓網(wǎng)間動(dòng)態(tài)接觸壓力變化情況。圖4-1接觸線張力不同時(shí)的接觸壓力分布Fig4-1Dynamiccontactpressureunderdifferentcontactwiretension由上圖可知，隨著接觸線張力的增大，接觸壓力的最大值和最小值均降低，尤其是接觸線張力增大到33kN時(shí)，其最小值小于50N，此時(shí)受流質(zhì)量變差。接觸線張力為24kN時(shí)，其弓網(wǎng)間接觸壓力過大，此時(shí)弓網(wǎng)間的磨損加大，使得跨距中的受流質(zhì)量變差。接觸線張力為27kN和30kN時(shí)，接觸壓力的變化幅值較為平穩(wěn)，受流質(zhì)量較好。根據(jù)以上分析，對(duì)不同速度等級(jí)下，接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值變化進(jìn)行了分析。其中，標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算結(jié)果如圖4-2所示：圖4-2接觸線張力不同時(shí)的接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差Fig4-2Thestandarddeviationunderdifferentcontactwiretension圖4-2表示的是，接觸線張力變化時(shí)，不同速度等級(jí)下接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化情況?？梢缘贸?，相同接觸線張力的條件下，隨著受電弓運(yùn)行速度的提高，弓網(wǎng)接觸力的振幅增大，接觸壓力的標(biāo)準(zhǔn)偏差值增大。同一速度等級(jí)下，隨著接觸線張力的增大，標(biāo)準(zhǔn)偏差值均有減小趨勢(shì)?？紤]弓網(wǎng)接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值，可以得到，在一定的范圍內(nèi)增大接觸線張力，會(huì)使接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差降低，離線率降低，受電弓振動(dòng)平緩，從而使弓網(wǎng)受流質(zhì)量提高。1.2.2吊弦布置對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析下面是在前面建立的模型基礎(chǔ)上，對(duì)吊弦布置不同時(shí)錨段中的弓網(wǎng)接觸壓力進(jìn)行分析。如4-3所示，是跨距中吊弦布置不同時(shí)，弓網(wǎng)間接觸壓力的動(dòng)態(tài)分布圖。圖4-3吊弦布置不同時(shí)的接觸壓力分布Fig4-3Dynamiccontactpressureunderdifferentdropperarrangement由圖可得：隨著首吊弦間距的增大和中部吊弦間距的減小，接觸壓力的最大值減小，最小值增大，接觸壓力的振動(dòng)幅值減小。首吊弦處，隨著吊弦間距的增大，其最大值緩慢向跨中方向移動(dòng)，且由于剛度的降低，最大值有降低趨勢(shì)。當(dāng)首吊弦間距增大到6m時(shí)，跨距中的剛度均勻程度最高，剛度較小，接觸線的跟隨性較好，接觸壓力的振動(dòng)最為平緩，接觸壓力的最小值明顯大于50N，弓網(wǎng)間的受流質(zhì)量明顯變好。圖4-4所示是跨距中吊弦布置不同時(shí)，不同速度等級(jí)下的接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化曲線。圖4-4不同吊弦布置時(shí)的接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值Fig4-4Thestandarddeviationunderdifferentdropperarrangement如圖4-4可知，在受電弓運(yùn)行速度為250km/h，300km/h和350km/h等級(jí)下時(shí)，隨著首吊弦間距的增大及中間吊弦間距的減小，接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值減小，這是因?yàn)殡S著吊弦的變化，接觸網(wǎng)的彈性不均勻度減小，彈性均勻程度變好，接觸壓力振動(dòng)幅值趨于穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)偏差值降低。而當(dāng)受電弓運(yùn)行速度為400km/h時(shí)，首吊弦間距從3m增大到5m時(shí)，標(biāo)注偏差值略有增大的趨勢(shì)，但是變化不明顯，而首吊弦間距增大到6m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差值降低，說明當(dāng)受電弓運(yùn)行速度較高時(shí)，對(duì)跨距中彈性的均勻程度的要求更高，只有這樣才能使接觸壓力的變化更平緩。由上述分析可知，在錨段中，首吊弦間距增大及中間吊弦間距減小的情況下，會(huì)使得標(biāo)準(zhǔn)偏差值降低，受電弓振動(dòng)平緩，有利于受流質(zhì)量的提高。所以在接觸懸掛錨段中，首吊弦間距為6m時(shí)，受流質(zhì)量最優(yōu)。1.2.3彈性吊索長度對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析彈性吊索長度的大小，直接影響支柱附近的剛度大小和均勻程度，從而影響到弓網(wǎng)間的動(dòng)態(tài)接觸壓力變化情況。為了研究彈性吊索對(duì)弓網(wǎng)間接觸壓力的影響，本節(jié)對(duì)彈性吊索長度為14m，16m，18m，20m時(shí)，對(duì)弓網(wǎng)間的動(dòng)態(tài)受流狀況進(jìn)行了研究，分析接觸壓力的變化情況，如圖4-5所示：圖4-5彈性吊索長度不同時(shí)的接觸壓力分布圖Fig4-5Dynamiccontactpressureunderdifferentelasticsling如圖4-5所示，彈性吊索長度變化時(shí)，弓網(wǎng)間的接觸壓力是以跨距為周期變化的，最大值出現(xiàn)在單跨距的中前部，最小值出現(xiàn)在定位點(diǎn)前。隨著彈性吊索長度的增大，接觸壓力最值的出現(xiàn)位置沒有改變；最大值明顯降低，最小值增大。當(dāng)彈性吊索長度增大到20m時(shí)，離線消失，接觸壓力的振動(dòng)范圍降低。圖4-6表示的是不同速度等級(jí)下，錨段中接觸線張力變化時(shí)，接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化趨勢(shì)。圖4-6彈性吊索長度不同時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值Fig4-6Thestandarddeviationunderdifferentelasticsling從圖4-6可以看出，不同速度等級(jí)下的標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化趨勢(shì)幾乎是一致的，都是隨著長度的增大而增大的。彈性吊索長度為14m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差值最大；長度增大到20m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差值最小，接觸壓力波動(dòng)最平緩。得出彈性吊索的增大，使得跨距中的剛度分布更均勻，接觸壓力的變化更平緩，接觸壓力的標(biāo)準(zhǔn)偏差值降低。下面兩圖分別是受電弓運(yùn)行速度不同時(shí)，接觸壓力平均值的變化情況。具體如圖4-9和所示：圖4-7彈性吊索長度不同時(shí)的平均接觸壓力Fig4-7Theaveragecontactforceunderdifferentelasticsling如以上兩圖所示：在圖4-7中，可以看出：不同速度等級(jí)下接觸線平均接觸壓力的變化趨勢(shì)是一致的，均隨著彈性吊索長度的增大而增大。彈性吊索長度為14m時(shí)，平均接觸壓力最?。粡椥缘跛鏖L度為20m時(shí)，平均接觸壓力最大。從上述分析可得出：彈性吊索長度增大，減弱了支柱的支撐作用，從而減小了支柱附近的剛度，使跨中剛度分布更均勻，接觸線的跟隨性能越好，弓網(wǎng)的相互振動(dòng)越平緩，接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值越小，弓網(wǎng)離線率越低。因此，在一定的范圍內(nèi)增大錨段中彈性吊索的長度，有利于改善弓網(wǎng)的受流質(zhì)量，當(dāng)彈性吊索長度為20m時(shí)，受流質(zhì)量最好。1.2.4跨距長度對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析在考慮不同速度等級(jí)時(shí)，跨距長度從41.6m~58.4m變化時(shí)，研究接觸壓力的變化。圖4-11所示是跨距長度不同時(shí)，跨距中接觸壓力的分布圖。如圖4-11所示，跨距長度為50m時(shí)接觸壓力的最大值和最小值都比跨距長度為41.6m時(shí)的小，且有離線出現(xiàn)?？缇嚅L度為41.6m時(shí)其剛度的均勻程度較大，受流質(zhì)量較好?？缇嚅L度為58.4m時(shí)，接觸壓力偏大，最大值達(dá)到了600N，對(duì)受電弓滑板的損耗較為嚴(yán)重。這是因?yàn)榭缇噍^長時(shí)，相同的接觸線張力下，對(duì)接觸線的拉伸作用較小，使得跨中的弛度較大，由于接觸線的重量造成跨距中的接觸壓力較大。圖4-8跨距長度不同時(shí)的接觸壓力分布圖Fig4-8Dynamiccontactpressureunderdifferentspan圖4-9為不同速度等級(jí)下，跨距長度變化時(shí)，弓網(wǎng)間接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化示意圖；從4-9中可以看出，運(yùn)行速度為350km/h時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差的變化不明顯，基本呈水平趨勢(shì)。受電弓運(yùn)行速度為250km/h和300km/h時(shí)，接觸壓力的標(biāo)準(zhǔn)偏差值大致是隨著跨距長度的增大而增大的。而運(yùn)行速度為400km/h時(shí)，在跨距為50m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，其他跨距長度時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差值均較大。圖4-9跨距長度不同時(shí)接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值Fig4-9Thestandarddeviationunderdifferentspan圖4-10表示的是，不同速度等級(jí)下，跨距長度變化時(shí)，接觸壓力平均值的變化趨勢(shì)。圖4-10跨距長度不同時(shí)接觸壓力平均值Fig4-10Theaveragecontactforceunderdifferentspan由圖4-10可知，在不同速度等級(jí)下，跨距長度增大時(shí)，平均接觸壓力的變化趨勢(shì)是一致的，在跨距長度為50m時(shí)，平均接觸壓力較小。當(dāng)跨距增大到58.4m時(shí)，由于此時(shí)跨距比較長，接觸線張力對(duì)線索的拉伸作用減小，弛度較大，增大了平均接觸壓力。但平均接觸壓力較大時(shí)，會(huì)增大弓網(wǎng)間的磨耗，縮短滑板的使用壽命。考慮到接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差和磨損的問題，跨距為41.6m和50m時(shí)，均符合高速鐵路對(duì)受流的要求。但實(shí)際施工中因?yàn)榻?jīng)濟(jì)原因，一般選擇50m的跨距進(jìn)行施工。1.3錨段關(guān)節(jié)處的弓網(wǎng)接觸壓力分析1.3.1接觸線張力對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析在上文中已經(jīng)分析了接觸線張力變化對(duì)錨段中弓網(wǎng)接觸壓力的影響，在本節(jié)主要計(jì)算運(yùn)行速度為300km/h，350km/h，400km/h，接觸線張力為24kN，27kN，30kN，33kN，31.5kN時(shí)，錨段關(guān)節(jié)處兩轉(zhuǎn)換柱間兩跨距內(nèi)接觸壓力平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化情況。圖4-11所示，是同一速度等級(jí)下，接觸線張力變化時(shí)，錨段關(guān)節(jié)處弓網(wǎng)間接觸壓力變化情況。圖4-11接觸線張力不同時(shí)的接觸壓力分布Fig4-11Dynamiccontactpressureunderdifferentcontactwiretension由圖4-11可知，接觸線張力的增大，接觸壓力的最大值和最小值增大。當(dāng)接觸線張力增大到33kN時(shí)，錨段關(guān)節(jié)處兩錨段的過渡區(qū)域剛度過大，從而使得此處出現(xiàn)弓網(wǎng)離線。在以上分析的基礎(chǔ)上，當(dāng)受電弓不同運(yùn)行速度等級(jí)下，接觸線張力不同時(shí)，對(duì)接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將其描繪成曲線，其變化趨勢(shì)如圖4-12所示：圖4-12不同接觸線張力下的標(biāo)準(zhǔn)偏差值Fig4-12Thestandarddeviationunderdifferentcontactwiretension從圖4-12中可以看出，四跨錨段關(guān)節(jié)處，不同運(yùn)行速度下，接觸線張力的增大，標(biāo)準(zhǔn)偏差的變化趨勢(shì)幾乎是一致的，都隨著張力的增大而減小。由于接觸線張力的增大，使得跨距中的剛度整體增大，接觸線的振動(dòng)幅度減小，使接觸壓力的變化趨于平穩(wěn)，標(biāo)準(zhǔn)偏差值降低。有上文可得，適當(dāng)?shù)脑龃蠼佑|線的張力，可以使得接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值降低，有利于提高弓網(wǎng)受流質(zhì)量。而取接觸線張力為27kN~33kN時(shí)，受流質(zhì)量較好。1.3.2吊弦布置弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析吊弦布置的變化，會(huì)影響到接觸懸掛的剛度，繼而會(huì)影響到弓網(wǎng)間的接觸壓力。通過分析接觸壓力來分析錨段關(guān)節(jié)處弓網(wǎng)間的受流特性。圖4-13所示，是吊弦布置變化時(shí)，錨段關(guān)節(jié)處接觸壓力的變化趨勢(shì)。圖4-13吊弦布置不同時(shí)的接觸壓力Fig4-13Dynamiccontactpressureunderdifferentdropperarrangement如圖4-13所示，當(dāng)首吊弦間距為6m時(shí)，其接觸壓力最小值明顯增大，接觸壓力的振動(dòng)幅值變平緩。隨著首吊弦間距的增大及中間吊弦間距的減小，錨段關(guān)節(jié)處的離線降低。下圖所示，是錨段關(guān)節(jié)處吊弦布置不同時(shí)，不同速度等級(jí)下，接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化情況趨勢(shì)線，如圖4-14所示：圖4-14吊弦布置不同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)偏差的變化Fig4-14Thestandarddeviationunderdifferentdropperarrangement如圖4-14所示，當(dāng)受電弓運(yùn)行在300km/h，350km/h和400km/h時(shí)，在首吊弦間距為4m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差值較大。而當(dāng)首吊弦間距大于4m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差值呈降低的趨勢(shì)。受電弓運(yùn)行速度為250km/h時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差隨吊弦布置的變化幅值較小。由上述可得，在只改變吊弦布置的情況下，首吊弦間距為6m時(shí)，錨段關(guān)節(jié)處弓網(wǎng)受流質(zhì)量最好。1.3.3彈性吊索長度對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析為了改善跨距中的彈性，而設(shè)置了彈性吊索，彈性吊索的改變，在改善接觸網(wǎng)彈性的基礎(chǔ)上，影響到了錨段中的接觸壓力。本節(jié)就是在改變接觸網(wǎng)彈性吊索長度的基礎(chǔ)上，對(duì)錨段關(guān)節(jié)處接觸壓力的變化規(guī)律進(jìn)行分析的。圖4-18表示的是，彈性吊索長度變化時(shí)，接觸壓力的變化趨勢(shì)。圖4-15彈性吊索長度不同使得接觸壓力分布Fig4-15Dynamiccontactpressureunderdifferentelasticsling有圖可以得出：在錨段關(guān)節(jié)處，隨著彈性吊索長度的增大，非過渡區(qū)域接觸壓力的最大值降低。在過渡區(qū)域由于接觸線剛度隨著彈性吊索的增大而降低，使得此處接觸壓力的最小值增大，減低了此處的離線，使得受電弓能夠順利的由第一錨段過渡到第二錨段。圖4-16所示，是不同速度等級(jí)下，彈性吊索長度變化時(shí)，錨段關(guān)節(jié)處標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化趨勢(shì)。圖4-16彈性吊索長度變化時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值Fig4-16Thestandarddeviationunderdifferentelasticsling從圖4-16中可以看到，不同速度等級(jí)下，隨彈性吊索長度，標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化是一致的，都是隨著彈性吊索的增大而降低的。在彈性吊索長度為20m時(shí)獲得標(biāo)準(zhǔn)偏差值最小值；長度為14m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差最高。圖4-17表示的是，不同速度等級(jí)下，錨段關(guān)節(jié)處彈性吊索長度變化時(shí)的平均接觸壓力的變化趨勢(shì)線。由圖可得，在錨段關(guān)節(jié)處，隨著彈性吊索長度的增大，不同速度等級(jí)下，平均接觸壓力的變化趨勢(shì)都是增大的。受電弓運(yùn)行速度越低，其平均接觸壓力越大。圖4-17彈性吊索長度變化時(shí)的平均接觸壓力變化Fig4-17Thestandarddeviationunderdifferentelasticsling由上述可得，彈性吊索長度的增大，接觸壓力的標(biāo)準(zhǔn)偏差值增大。因此，選擇適當(dāng)?shù)膹椥缘跛鏖L度，可以降低離線率，降低弓網(wǎng)磨耗。1.3.4跨距長度對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力的影響分析跨距長度的變化會(huì)影響到錨段關(guān)節(jié)非工作支接觸線的坡度，繼而影響到受電弓運(yùn)行到錨段關(guān)節(jié)過渡區(qū)域時(shí)的弓線間的接觸壓力。所以在保持接觸線和承力索張力分別為30kN和21kN不變，錨段關(guān)節(jié)跨距為41.6m，50m，58.4m的條件下，研究接觸壓力平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化情況。如下圖所示，圖4-18中，跨距長度變化時(shí)，弓網(wǎng)間動(dòng)態(tài)接觸壓力的變化情況。圖4-18跨距長度變化時(shí)弓網(wǎng)間接觸壓力分布Fig4-18Dynam