第四章 接触网受流理论ppt课件.ppt
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1、4 接触网受流理论,牵引供电系统,接触点(纽带),固定设备,移动设备,机械作用,电气作用,电能传输!,两个振动子系统,小接触面传输大电流,摩擦磨损,(接触压力与抬升),(接触电阻与燃弧),(机械摩擦与电气磨损),运行可靠性,接触质量,运行寿命,材料匹配,弓网系统的核心问题,1. 弓网系统综述,2. 弓网系统的振动特性,3. 弓网系统的电接触特性,4. 弓网系统的摩擦磨损,主要内容,1 弓网系统综述,高速电气化铁路必须具有的三大要素 具有很高强度的铁路线路及轨道 具有能适应高速铁路速度性能的机车和车辆 具有能适应高速运行条件的接触网及与之相匹配的受电弓,高速受流: 是指高速运行中的受电弓通过与接
2、触线的滑动接触获得电能并传给电力机车的过程。,弓网系统综述,1879年,柏林,第一辆电力机车,300m环形线路,DC150V,西门子,弓网系统综述,1889年,弓状电流集电器,西门子,弓网系统综述,新干线于1964年10月1日,东京奥运前夕开始通车营运,第一条路线是连结东京与新大阪之间的东海道新干线,弓网系统综述,PS200A型受电弓,双臂菱形下臂交叉弹簧上升空气下降铜基粉末冶金滑板,弓网系统综述,带弹性组合吊弦的复链形接触网,弹性均匀,能满足210km/h受流需要振幅较大,侧风时受流恶化,镉铜线80mm2,镉铜线60mm2,硬铜线110mm2,导高:5000mm,弓网系统综述,日本受电弓的发
3、展,PS200A,0系动车组,双臂,铜基粉末冶金滑板,PS201,受电弓,200系动车组,双臂,铜基粉末冶金滑板,PS202,100系动车组,双臂,铜基粉末冶金滑板,TPS203,300系动车组,双臂,浸金属碳滑板,TPS301,700系动车组, Z型弓,弓网系统综述,承力索:St180 24.5kN,辅助承力索:Cu150 11.8kN,接触线:GT170 17.6kN,Max:50m,1500mm,日本接触网,弓网系统综述,承力索:Cu150 19.6kN,接触线:CS110 19.6kN,Max:50m,950mm,日本接触网,弓网系统综述,2007年4月3日,TGV,法国东部线,574
4、.8km/h,弓网系统综述,法国受电弓的发展,AMDE,东南线,最高速度380km/h。Z型子母弓,碳滑板,GPU,受电弓,大西洋线,最高速度515.3km/h。单层Z型弓,碳滑板(也可使用金属滑板),CX,东部线,最高速度574.8km/h。碳滑板,弓网系统综述,东南高速线(1981)速度= 270km/h承力索:锡青铜65mm2,14kN接触线:Cu120,15kN导高:5080,大西洋高速(1989)欧洲北部高速(1993)速度= 300km/h承力索:锡青铜65mm2,14kN接触线:Cu150mm2,20kN,地中海高速(2001)速度= 350km/h承力索:锡青铜116mm2,2
5、0kN接触线:铜合金150mm2,25kN,法国接触网,弓网系统综述,德国受电弓的发展,SBS65,Re160、Re200接触网时使用,碳滑板,DSA350S,受电弓,三元弓,最高速度350km/h,碳滑板,DSA350SEK,标准受电弓,碳滑板,SSS400+,标准受电弓,SSS87改进型,碳滑板,弓网系统综述,德国接触网,弓网系统综述,1961年8月15日,中国,宝凤段电气化铁路开通,接触网接触线TCG100承力索Cu90或Tj70,受电弓-5型,双臂,弓网系统综述,2008年6月24日,CRH3,京津城际客运专线,394.3km/h,中国铁路受电弓,-5(苏)(6Y1),Q3,TSG1(
6、1978),AM51UF(8K),TSG3(1993),DSA系列(200、250)(Stemmann-Technik),8WL0系列(6YH69、SSS400+)(Siemens+Schunk),受电弓,LV-2600(6K),M7(6Y2),AM51BU(6G),TSG15/19,弓网系统综述,中国铁路受电弓,弓网系统综述,DSA200,CED180,WBL88,DSA250,中国铁路受电弓,弓网系统综述,8WL0 127-6YH69型受电弓(TSG15),弓网系统综述,SSS400+型受电弓(TSG19),优化了框架动力学性能、良好的动力学性能、降低收弓高度、双向运行。运行速度350km
7、/h,弓网系统综述,安装在高速动车组上的SSS400+型受电弓,弓网系统综述,弓网系统综述,固定设备与移动设备联系的纽带,弓网系统综述,弓网关系评价指标,评价,相互作用,动态耦合,评价,评价,移动设备,固定设备,接触点,弓网系统综述,评价弓网关系的指标,运行可靠性,接触质量,运行寿命,接触线抬升,接触线横向位置,静态接触电阻,弓网系统电弧,机械摩擦,电气磨损,三方面,(受流质量),弓网振动,小接触面传输大电流,受流摩擦磨损,(磨耗),弓网系统综述,弓网系统通过不间断的机械、电气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、接触(受流)质量及弓网系统的运行寿命依赖于受电弓和接触网
8、的设计、安装(施工)、运行维护方案及其大量参数的选取,研究弓网系统的最终目的,弓网系统综述,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,研究弓网系统的方法,不同速度段的弓网系统,要解决的问题也不尽相同,高速受流技术的质量性能指标,(1)接触网悬挂的弹性和弹性系数 (x)=y(x)p p 抬升力 y (x) 由抬生力p在x处引起的升高(mm) (x) 接触线在x处的弹性值(mm/N) 德国国铁对不同悬挂所允许的弹性和不均匀度值,为了减小弹性的差异,必须尽量使跨距中部和悬挂点处的弹性均匀一致,一般采用弹性链型悬挂。弹性吊索的长度对悬挂点处的弹性有较大影响,一般为1218m。
9、加大悬挂的综合张力,会改善悬挂弹性的均匀程度,但是实践证明,增加承力索的张力对悬挂点处的弹性影响较小,然而,将接触线的张力从10KN增加到15KN,悬挂点处的弹性系数减小1520。,高速受流技术的质量性能指标,(2)弓线间的接触压力 它是评价与控制受流质量的重要条件。理论研究证明: 对于接触悬挂受电弓系统而言, 其间的接触压力变化幅度越小、变化率越低, 则动态受流质量越好;反之, 则变坏。 1)标准偏差值(标准偏差值曲线如下图) 2)接触压力的平均值: 3)接触压力不均匀系数:,高速受流技术的质量性能指标,(3)受电弓的归算质量与最大振幅 1)受电弓的最大振幅 2e=Hmax-Hmin 通常情
10、况下,e值控制在150mm的范围内。 2)受电弓的归算质量 归算质量越小,受电弓的追随性越好,其运行轨迹越平缓。国外控制在825kg之内,我国TSG1型受电弓的归算质量42kg(4)离线率及持续时间 离线是衡量高速受流的重要方面和重要指标,这个指标可以从一下三个方面考虑. 限定时间或限定距离的离线次数; 一次离线的时间;(0.1-0.6ms) 离线率。(200km/h以上时控制在5),高速受流技术的质量性能指标,(5)接触线平均抬升量及最大抬升量 静态抬升量 振动抬升量 动态抬升量 一般情况下控制在100150mm范围内,最大不超过200mm。(6) 接触线磨耗比与导线寿命 磨耗:电气磨耗、化
11、学磨耗、机械磨耗。 磨耗比 接触线通过万架弓次后,被磨去的横截面 称为磨耗比。 接触线寿命 寿命的直接原因是磨耗及导线疲劳。 TCG100 寿命2530年 Ris120 200万弓架次 约30年,高速受流技术的质量性能指标,2. 弓网系统的振动特性,任何一个可以用时间的周期函数描述的物理量,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、加速度等,弓网系统的振动为随
12、机振动只能用数理统计的方法加以研究,2. 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,2. 弓网系统的振动特性,与接触网弹性有关的因素,接触网的弹性(单位垂直作用力引起的接触线抬升)与跨距成正比,与接触线和承力索的张力之和成反比 弹性沿跨距的一致性用接触网的弹性不均匀程度表示 弹性及弹性不均匀度与接触线截面、线索张力、接触网跨距、结构高度、预弛度及有无弹性吊索有关,与接触网施工精度有关,2. 弓网系统的振动特性,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,2. 弓网
13、系统的振动特性,接触网的弹性比较,反定位装置,正定位装置,跨距中心,2. 弓网系统的振动特性,吊弦处,弹性 mm/N,Spt,1,2,3,4,5,6,7,Spt,emax,Re 2500,54 mm/N,Re 3300,39 mm/N,低的弹性 emax,弹性和不均匀性,吊弦处,Spt,1,2,3,4,5,6,7,Spt,emax,Re 25010 %,Re 3308 %,emin,emin,低的不均匀性u,弹性 mm/N,u = (emax- emin) / (emax+ emin) * 100 %,2. 弓网系统的振动特性,两自由度模型,2. 弓网系统的振动特性,当受电弓与接触网接触并高速
14、运行时,受电弓弹簧系统的振动、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,接触力将弓与网联系在一起,2. 弓网系统的振动特性,弓网接触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,接触力的值必须保持在一定范围,即动态范围,2. 弓网系统的
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