弓网系统(系统综述).ppt
,吴积钦 061-60718,028-87600718,系统综述电气工程学院接触网研究室,弓网系统的发展,初期采用滑轮作为车辆受流装置,接触网从1880年开始就一直在采用,发展到集电环作为车辆受流装置,随着列车速度提高，使用受电弓作为车辆受流装置 有代表性的高速铁路，毫无例外地采用弓网受流系统,弓网系统的特性,弓网系统是在构成电气设备的同时，在运行中必须保持有一定接触力的机械装置 对于同一系统而言，列车速度越高，维持弓网间良好接触越困难，受流质量随之下降 当速度超过系统正常允许范围以上时，受流性能会严重恶化，甚至影响列车正常运行,弓网系统的相互作用,受电弓与接触网之间机械现象、电现象、热现象及化学现象的统称,弓网系统的相互作用决定供电可靠性和供电质量，与此同时，设备运行寿命要尽可能长,研究弓网系统的最终目的,弓网系统通过不间断的电气、机械接触向电动列车供电，在满足一定的经济、技术条件下，供电可靠性、供电(受流)质量及弓网系统的运行寿命依赖于受电弓和接触网的设计、安装（施工）、运行维护方案及其大量参数的选取,弓网系统的核心问题,两个振动系统之间的关系,小接触面大电流,摩擦磨损,弓网系统的核心问题,振动系统之间的关系,小接触面大电流,摩擦磨损,供电可靠性,供电质量,运行寿命,弓网系统的研究方法,高速电气化铁路不能沿用现有常速下的各种系统，在高速领域内的不同速度段，要解决的问题也不尽相同,弓网系统是一个整体，研究接触网离不开受电弓，研究受电弓离不开接触网,弓网系统涉及到的学科,振动与波动力学电接触热传导材料摩擦磨损仿真与测量气象,弓网系统的振动特性,任何一个可以用时间的周期函数来描述的物理量,都称之为振动,力学系统能维持振动，必须具有弹性和惯性。由于弹性，系统偏离其平衡位置时，会产生回复力，促使系统返回原来位置；由于惯性，系统在返回平衡位置的过程中积累了动能，从而使系统越过平衡位置向另一侧运动。正是由于弹性和惯性的相互影响，才造成系统的振动,描述振动的量：位移、速度、加速度、激振力和振动频率等,弓网系统的振动为随机振动只能用数理统计的方法加以研究,弓网系统的振动特性,接触网包括接触线、承力索、吊弦、定位器以及其它零件，既有均布质量，又有集中质量，是一个非常复杂的振动系统,当受电弓与接触网接触并高速运行时，受电弓弹簧系统的振动、列车车体的振动以及风力等因素均参与作用，受电弓弓头在上下、左右、前后三个方向产生运动,弓网系统的耦合,弓网接触压力连接两个机械系统（接触网和受电弓），这两部分均能振荡并且具有各种不同的质量模块、弹性系数、衰减系数和自然频率。由于接触网具有弹性、在受电弓作用到接触网上时就使接触线有一定的抬升量。实际上，沿接触线锚段变化的弹性导致受电弓周期性上下运动，这种运动幅度取决于抬升力本身,随着速度的增加，动态部件对接触压力的影响越来越大，为了保持受电弓滑板沿着接触线并不间断地与接触线接触，接触压力的值必须保持在一定范围，即动态范围,受电弓与接触网之间的接触力,F,AER,F,DYN,F,R,F,0,F,R,F,wind,F=F0 FR+FAER FDYN,受电弓设计,接触网类型,接触网、轨道等,弓网接触压力F受电弓与接触网之间的接触力静态接触压力F0 驱动机构使滑板与接触线间产生的接触压力磨擦力FR 关节间的磨擦力，与弓头运动方向相反空气动力接触压力分力FAER 气流对受电弓的抬升力动态接触压力分力FDYN 由垂直振动引起的惯性力,弓网系统的振动,与接触网振动有关的因素,静态因素 接触网的弹性（弹性单位垂直作用力引起接触线的抬升，与跨距成正比，与接触网的张力和成反比）接触网的弹性不均匀程度（弹性沿跨距的一致性）弹性及弹性不均匀度与接触线截面、接触线抗拉应力、接触网跨距、结构高度、预弛度及有无弹性吊索有关，与接触网的施工精度有关,动态因素 受电弓的跟随特性 受电弓的空气动力特性,与受电弓工作高度有关与受电弓数量及间距有关,弓网系统的振动,硬点是接触悬挂不均质状态的统称。接触悬挂在硬点处的弹性出现极小值。硬点是接触网的固有特征,基本知识,列车运行时，弓网在硬点部位可能会出现有别于其它地方的升高或降低，弓网间的接触压力、振动速度、振动加速度会出现有别于其它地方的变化。速度越高，变化越明显,硬点对受电弓弓头的影响可通过弓头的垂直加速度衡量，1g=9.8m/s2,弓网系统的振动,接触网的弹性,弹性曲线,平均弹性,弹性=抬升量/抬升力,平均弹性,弹性不均匀系数,相对弹性,弓网系统的振动,接触网的弹性比较,反定位装置,正定位装置,跨距中心,弓网系统的振动,由于力、位置、速度或加速度等的突然变化，引起系统的瞬态变化过程称为冲击。在力学上，冲击是一种过渡现象，属于非周期运动范畴,基本知识,冲击过程可能是单次的、多次的或复合的，但每次持续时间比较短暂（突变）,表征受电弓弓头受到冲击的基本物理量有：速度、加速度、位移（或变形）和冲击持续时间等,弓网系统的振动特性,波动传播速度Cp在某一点用一个力对接触线加振后将力消除，该点接触线振动经过S秒后传到L，则Cp=L/S,波动传播速度,Tj 接触线的水平张力 Ngj 接触线的质量常数 kg/m,0.7,Re 200 Cu 100 10 kN Cp=376 km/h vmax=263 km/hRe 250 CuAg 12015 kN Cp=427 km/h vmax=299 km/hRe 330 CuMg 12027 kN Cp=572 km/h vmax=400 km/hEAC-350 CuMg 15031.5 kN Cp=553 km/h vmax=387 km/h,弓网系统的振动特性,r 反射因数 多普勒因数,增强因数,指接触网的振动波在吊弦、线夹等非均质点被反射,Cp波动传播速度V 列车运行速度,gc、Fc承力索的线密度和张力gj、Fj 接触线的线密度和张力,反映接触网振动波的反射与增强的系数，越小越好,弓网系统的振动特性,m=1kg,V=160km/h,Cp=382km/h,弓网系统的振动特性,EN50119关于弓网接触力的范围,弓网系统的振动特性,EN50367关于弓网接触力与速度的关系曲线,受电弓抬升力对定位器坡度的影响,b无限位抬升量 u最大运营抬升量 s受电弓摆动量,EN 50119正常运行条件下及最大跨距时 u 2.0*b u 1.5*b 带抬升限位功能,弓网系统的振动特性,弓网系统的振动特性测量,弓网系统的振动特性,接触悬挂：TJ95+CTHA120接触线张力:15kN承力索张力：15kN结构高度：1400，正定位货车，速度不详,弓网系统的振动特性,接触悬挂：TJ95+CTHA120接触线张力:15kN承力索张力：15kN结构高度：1400，正定位客车，速度：140km/h,弓网系统的振动特性,接触悬挂：TJ95+CTHA120接触线张力:15kN承力索张力：15kN结构高度：1400，正定位动车组，速度：200km/h,运动力学,牛顿第一定律内容 一切物体在任何情况下，在不受外力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态 说明 物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势，没有外力，它的运动状态不会改变 物体的保持原有运动状态不变的性质称为惯性 力是物体间的相互作用，是力改变了物体的运动状态 力和加速度相联系，而不是和速度相联系,运行力学,牛顿第二定律内容 物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同公式 F=ma说明（1）力和加速度同时产生、同时变化、同时消逝（2）F=ma是一个矢量方程，一般常取加速度的方向反正方向（3）矢量性、瞬时性、相对性,运动力学,牛顿第三定律内容 作用在两个物体的一对作用力方向相反、大小相等、作用在同一直线上、作用在不同的两个物体上。公式 F1=F2，F1表示作用力，F2表示反作用力,弓网系统电接触,点接触形式线接触形式面接触形式,接触面放大图,电流通过接触面发生收缩,接触面收缩电阻Rc,弓网系统电弧的产生与影响,电弧的产生取决于接触面的电流和电压、滑板和接触线材料、列车运行速度、环境气候等 电弧能维持弓网系统的电流连续性 电弧缩短滑板与接触线的运行寿命，对环境有电磁干扰 利用电弧评价受流质量有局限性 可以采取措施减少电弧，彻底消除电弧不现实,弓网系统的摩擦磨损,电气磨耗,通过滑动接触实现电能传输,实际的表面接触结构,接触线与受电弓滑板的特点,接触线,受电弓滑板,F,机械磨耗,谢谢观看！,
