承力索张力对接触网弹性的影响研究

承力索张力对接触网弹性的影响研究

黄必霞

（中交机电工程局武汉技术中心湖北武汉430000）

摘要：本文主要研究承力索张力对接触网弹性的影响。通过改变承力索张力，计算不同承力索张力下的接触网等效刚度，分析承力索张力对接触网弹性的影响。

关键词：接触网；等效刚度；

1引言

电气化铁路的运行可靠性主要取决于供电系统中牵引供电设备，尤其无备用的接触网的可靠性。在现代电气化铁路中，在速度较高的情况下，受电弓和接触网之间相互影响的匹配性要求极高，受电弓和接触网（简称弓网）之间的相互关系是制约列车提速的重要因素之一。良好可靠的弓网接触能够为列车提供持续稳定的电能，列车行驶速度的增加能够带来弓网系统剧烈的振动，造成弓网之间电能传输质量的下降[1]。

为了保证高速运行时弓网之间良好的动力学特性，既有文献中给出了以下几种措施。文献[2]研究了不同接触网驰度对弓网动力学特性的影响，认为一定量的接触网驰度可以提高弓网的受流质量；文献[3]研究了不同接触网结构参数对弓网受流质量的影响，认为跨距的减小可以显著提升弓网受流质量；文献[4]研究了受电弓结构参数对弓网受流特性的影响，认为可以通过增加弓头弹簧刚度的方法提升弓网的动态特性；文献[5]分析了不同型号弓网的匹配特性，认为可以对弓网系统进行匹配优化提升弓网动力学特性。

接触网作为柔性索结构架设在铁路沿线，其机械特性直接决定了弓网之间的相互作用规律。一般认为，接触网的弹性直接决定了弓网之间的受流质量[6]。较小的弹性不均匀系数能够保证受电弓较为平稳的滑过接触线。接触网的等效刚度能够直接反映其弹性分布特性，一般可以通过现场试验敲击进行确定。同时也可以通过在数值仿真模型中计算得到。以往的研究主要集中在接触线张力对接触网弹性的影响[7]。然而，接触网的主要结构是由两条张力索组成，即承力索和接触线，研究承力索张力对接触网弹性的影响对于提升高速弓网动态性能有着较为重要的意义。本文的工作主要是通过有限元方法建立接触网有限元模型，通过施加静力载荷，计算接触网的等效刚度。通过改变承力索的张力，研究承力索张力对接触网弹性的影响。通过比较不同承力索张力下的接触网弹性不均匀系数，提出承力索张力的优化方案。

2接触网力学模型

接下来通过改变承力索的张力，分析承力索张力对接触网弹性的影响。图3给出了不同承力索张力下的接触网等效刚度曲线。可以看出承力索张力的增加能够带来接触网等效刚度的提升。在局部易导致较强的反射波，从而引起弓网接触的不良状态。

为了进一步分析承力索张力对接触网弹性的影响，图4给出了不同承力索张力下的接触网弹性不均匀系数。可以看出，承力索张力的增加会导致接触网弹性不均匀系数的增大，容易导致接触力波动的增加，危害弓网的受流质量。因此，从数值仿真算例中可以得出以下结论：适当减小承力索张力有助于减小接触网的刚度，同时也能够降低接触网的弹性不均匀系数，有助于提升弓网受流质量。

5结论

本文采用欧拉梁单元模拟接触网的垂向振动，基于分离变量法建立了接触网的力学模型，通过静力学求解得到接触网的等效刚度，改变不同的承力索张力分析了承力索张力对接触网弹性的影响。仿真结论表明：接触网刚度随着承力索张力的减小而减小；接触网的弹性不均匀系数随承力索张力的增加而增大。因此，降低承力索张力在一定程度上有利于提升接触网的机械特性。在既有线路上，可以通过适当降低承力索张力的方法，降低接触网的弹性不均匀分布，使得受电弓更加平稳划过接触线。

参考文献：

[1]宫衍圣，李会杰.接触网系统故障分析及可靠性理论应用探讨[J].电气化铁道.2008(02):34-36.

[2]张卫华，梅桂明，陈良麒.接触线弛度及表面不平顺对接触受流的影响分析[J].铁道学报.2000(06):50-54.

[3]孙立金，戚广枫.接触网参数设计对高速列车受流影响的探讨[J].电气化铁道.2000(01):17-18.

[4]姜静.基于频率分析的高速铁路弓网参数匹配研究[D].西南交通大学,2016.

[5]韩志伟.高速铁路弓网动态特性现代谱评估及故障图像智能识别[D].西南交通大学,2013.

[6]梅桂明.受电弓—接触网系统动力学研究[D].西南交通大学,2011.

[7]程维.电气化铁道受电弓—接触网系统受流特性研究[D].西南交通大学,2007.

[8]李丰良，粟谦，孙焰.接触网的力学模型及运动微分方程[J].长沙铁道学院学报.1996(02):90-93.