第三講

弓網的動態相互作用西南交通大學希望學院羅為24/MAR/2015受電弓與接觸網屬于兩個相互獨立的振動子系統，這兩者具有各自不同的質量模塊、彈性系數、衰減系數和固有頻率，并且通過弓網接觸力耦合在一起。現場應用中，接觸網錨段的變化的彈性導致受電弓周期性上下振動，且振動幅度又與抬升力有關。

用時間的周期函數描述的物理量，稱為振動

力學系統能維持振動，必須具有彈性和慣性。由于彈性，系統偏離其平衡位置時產生回復力，促使系統返回原來位置；由于慣性，系統在返回平衡位置的過程中積累了動能，使系統越過平衡位置向另一側運動。由于彈性和慣性的相互影響，才造成系統的振動。

描述振動的量：位移、速度、加速度等弓網系統的振動

弓網系統的振動為隨機振動——只能用數理統計的方法加以研究

接觸網包括接觸線、承力索、吊弦、定位器以及其他零件，既有均布質量，又有集中質量，是一個非常復雜的振動系統接觸網的振動與接觸網彈性有關的因素√接觸網的跨中彈性（單位垂直作用力引起的接觸線抬升)與跨距成正比，與接觸線和承力索的張力之和成反比

彈性沿跨距的一致性用接觸網的彈性不均勻系數表示√彈性及彈性不均勻系數與接觸線截面、線索張力、接觸網跨距、結構高度、預弛度及有無彈性吊索有關，與接觸網施工精度有關接觸網的彈性彈性曲線平均彈性彈性=抬升量/抬升力平均彈性彈性不均勻系數相對彈性彈性和彈性不均勻系數emax（mm/N）emin（mm/N）μ（%）京津城際0.29670.131938武廣高速0.30040.243410鄭西高速0.30490.247310波動傳播速度Cp——在某一點用一個力對接觸線加振后將力消除，該點接觸線振動經過S秒后傳到L，則Cp=L/S波動傳播速度——振動沿接觸網錨段傳播的速度CpTj–接觸線的張力Nmj–接觸線的質量常數kg/m接觸網上的每個點在平衡位置附近振動，振動沿接觸網波動傳播接觸網的動態特性：r——反射系數α——多普勒系數放大系數r/α——反應接觸網振動波幅度增強或減弱的系數m=1kg,V=160km/h,Cp=382km/h波動傳播與反射多普勒系數α——反應受電弓運行速度與波動傳播速度之間的關系反射系數r——指接觸網的振動波在吊弦、線夾等非均質點被反射，是接觸網的質量特性

Cp——波動傳播速度v

——受電弓運行速度mc、Tc——承力索的線密度和張力mj

、Tj——接觸線的線密度和張力波動傳播與反射參數京津城際武廣高速鄭西高速波動傳播速度（km/h）568.7536.7523.1無量綱系數β0.6150.6530.669多普勒系數α0.2370.2100.198反射系數r0.4670.4260.444放大系數γ1.9702.0292.242限定速度va（km/h）206.6216.0201.4固有頻率f1/f2（Hz）1.50/1.361.51/1.371.52/1.38接觸網的動態特性參數（vmax=350km/h）兩自由度模型受電弓的動力學模型

當受電弓與接觸網接觸并高速運行時，受電弓彈簧系統的振動、車體的振動以及風力等因素均參與作用，受電弓弓頭在上下、左右、前后三個方向產生運動接觸力將弓與網聯系在一起弓網系統的振動

隨著速度的增加，動態部件對弓網接觸力的影響越來越大，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，接觸力必須保持在一定范圍，即動態范圍弓網接觸力—受電弓垂直作用在接觸網上的力EN50119關于弓網接觸力的范圍電流制式列車速度(km/h)接觸力(N)AC≤200300＞0AC＞200350＞0DC≤200300＞0DC＞200400＞0Fmax≥Fm＋3s，Fm－3s＞0，將F=0稱為弓網離線

b——無限位抬升量

u——最大運營抬升量

s——受電弓擺動量

正常運行條件及最大跨距

u<2.0*b

u<1.5*b帶抬升限位功能定位點的抬升弓網動態相互作用的測量測量內容:1、弓網接觸力2、接觸線抬升力3、電弧4、運行工況:列車的速度、位置5、環境條件：溫度、濕度、日照強度、風、隧道等等6、測試配置：受電弓的參數、接觸網類型弓網動態相互作用的測量要求----接觸力原則：在保證弓網的良好動態相互作用的前提下，要測量弓網的接觸力，是不可能直接測量滑板與接觸線之間的力的。所以，我們一般采用間接的測量方法。由于滑板和接觸線接觸時，受到的接觸力的同時，也受到如摩擦力、空氣動力、慣性力、受電弓的抬升力等。所以測量接觸力時，通過經驗和數學模型，計算得出我們的需要的接觸力。這過程中一定要排除其他方向的力的干擾。在選擇傳感器時，請注意使用環境、通訊方式、敏感度等弓網動態相互作用的測量要求----位移測量內容包括：定位點處的接觸線抬升：測量誤差應小于5mm。弓頭的垂直位移：測量精度應優于10mm。在選擇傳感器時，請注意使用環境、通訊方式、敏感度等弓網動態相互作用的測量要求----電弧采用非接觸方式原理：利用電弧探測器對銅材料輻射出的光的波長的敏感度。在選擇探測器時，請注意安裝位置、通訊方式、敏感度等弓網動態仿真隨著運行速度的提高，弓網動態相互作用變得越來越重要，只有考慮到包括受電弓和接觸網在內的各類配套的系統設備，才能獲得一個切實有用的弓網系統設計方案。計算機仿真是模擬這些部件動態相互作用的有效選擇。弓網動態相互作用仿真的目的是要確定受電弓作用在接觸線上的移動接觸力與時間相關的特性，以及和接觸線抬升的相互關系。從而便于我們對弓網系統的動態性能進行評估與對比。Re200系統v=220km/h單受電弓（DSA250）計算機仿真結果接觸力抬升弓網振動仿真弓網動態測量弓網接觸力、受電弓通過定位點時的接觸線抬升等弓網動態相互作用性能參數的實測數據既可用于弓網系統運行可靠性和運行質量的評估，也可用于弓網動態仿真系統和其他測量系統的確認，還可用于弓網系統的故障診斷。弓網接觸力、定位點抬升的測量均應符合規定的要求，且能夠得到相應的確認，只有這樣，這些參數的測量結果才能令人信服。弓網動態特性實測數據動態接觸力與速度的關系動態接觸力的頻數分布應符合正態分布Fm：接觸力平均值s：接觸力標準偏差動態接觸力與速度的關系3種弓網系統的動態接觸力分布s最小，弓網運行相對平穩s最大，弓網振動相對劇烈動態接觸力與速度的關系定位點的抬升2010_12_03_