受電弓與接觸網系統方案設計方法及其應用探究

閆軍杰

摘 要：受電弓及接觸網系統方案設計中涉及了較多的內容，為了使設計達到實際的要求，滿足列車運行速度需求，需要結合有效的方法來進行設計。文章通過對受電弓及接觸網幾何相互作用的闡述，結合受電弓及接觸網模型建立提出弓網系統方案設計方法，分析弓網系統方案設計方法應用，使受電弓及接觸網系統方案設計方法能夠得到有效應用，保證設計的效果。

關鍵詞：受電弓;接觸網;系統;設計

1 受電弓及接觸網幾何相互作用

接觸線作為受電弓的滑道，不離開受電弓弓頭的工作范圍才可使受電弓沿著接觸網順利地滑行，接觸線在線路上方的幾何特點應與受電弓幾何特點相適應。受電弓及接觸網的幾何特點如下。

1.1 受電弓的幾何特征

受電弓的幾何外形小，對線路結構限界要求比較低，同時接觸網的跨距比較小。當幾何外形比較大的時候，接觸網可使用的跨距也會變大，對線路結構限界要求會提高。各國的部門可結合自身的情況來明確受電弓的弓頭幾何外形，我國的鐵路受電弓弓頭幾何外形符合UIC608附4a規定，弓頭的長度為1 950 mm，其工作范圍等于上部及下部工作位置之差，一般為2 000 mm左右[1]。

1.2 接觸網的幾何特征

接觸線在線路上方幾何特征數值可通過橫向及垂向兩個方面參數來表示，其中垂向特征數值中包括了接觸線的高度、坡度以及在定位點的抬升等。橫向特征數值中包括了接觸線拉出值、側風作用的橫向偏移值等。垂向參數需要保證受電弓在工作范圍中的正常運行，而垂直中心線的橫向參數應保證有一支接觸線在弓頭工作范圍之內。弓網接觸壓力測量可表明接觸線空間位置的不連續會導致接觸壓力的瞬間變化[2]。

2 受電弓及接觸網模型建立

需要對受電弓質點、剛體系、柔性系動力學模型等準備好，利用動態特性測量技術來獲取相應的參數，結合參數來開展分析工作，再根據受電弓模型的情況進行分析，明確其有效性，建立完善的模型庫。之后可利用模態法對剛性接觸網匯流排、定位懸掛結構等進行了解，根據接觸網動力學模型開展分析，再結合空間動力學模型選擇相應的方法，可開始進行分析工作。運用非線性函數來明確相應的數值，根據動力學矩陣等來明確接觸點的位置，經過對受電弓、剛性接觸網動力耦合模型的利用，可建立其他需要的模型，使模型的建立符合研究需求。完成了模型建立之后，可根據各模型的特點，以其為參考，并且使用恰當的模型的仿真積分算法編寫仿真程序。

3 弓網系統方案設計方法

3.1 弓網系統方案設計流程

弓網系統方案的設計中包括了設計目標、依據、流程及步驟、計算方法。弓網系統方案設計應按照相應的流程進行。首先，需要明確設計目標，結合弓網系統性能評價情況來選擇受電弓類型，獲取仿真參數，之后需要選擇接觸網技術參數，提出相應的方案。通過建立弓網系統建模及仿真來比較方案，再參考弓網動態相互作用性能分析是否符合要求，結合方案中的性能指標來選出最佳的方案，并且綜合考慮經濟性及技術性方面的需求，確定方案。

3.2 弓網動態性能評價依據

弓網系統動態性能指標中有接觸力統計量、定位點抬升統計量、燃弧統計量及離線率，結合我國的高速鐵路設計規范內容，參考弓網系統動態性能指標評價依據開展設計，其中包括了接觸力范圍、接觸力最大標準差、統計接觸力、最大燃弧率、定位點設計最大抬升及離線率。可通過燃弧率來進行分析，一般弓網的燃弧前提是與弓網接觸力為0的時候，可將離線率作為燃弧率展開分析，根據要求的速度來確定符合列車運行速度的受電弓的種類、數量。選擇接觸網技術參數的時候，需要確定接觸線、承力索線型的最小截面。在實際情況下，應對接觸線磨損到一定程度下懸掛線索可符合牽引供電系統額定載流量、短路載流量的要求。接觸網動態性受到了設定受電弓接觸網懸掛參數、裝置系統設計的影響。確定了受電弓技術參數后，應經過分析制定與其相匹配的技術方案，使方案具有可行性，為實際的設計提供指導[3]。

3.3 接觸網技術參數設計依據

接觸網技術參數設計步驟及依據包括以下內容，其中接觸線線型及張力設計依據是接觸線最小工作張力以及最大許用應力;承力索線型及張力設計依據是承力索最大工作張力及承力索最大許用應力;吊弦線型設計依據是吊弦結構及吊弦間距、接觸線自重;跨距的設計依據是最大跨距、工程取值及跨中彈性及彈性不均勻系數;彈性吊索線型及張力設計依據是彈性不均勻系數。拉出值設計依據與定位結構及受電弓油管;定位結構設計依據是定位形式、材料及結構尺寸。

4 弓網系統方案設計方法應用

應用第一節弓網系統方案設計，制定出能夠滿足雙弓運行速度要求的弓網系統方案。在該過程中，需要根據弓網系統的特點使弓網系統初步方案明確，假設適應380 km/h的受電弓使用SSS400+與CX-GI型，弓間距取最小值為200 m，經過計算可得到承力索及接觸線截面積不小于95 mm2和120 mm2。根據弓網系統設計的流程及接觸網技術參數設計依據，可得到相應的設計方案。結合弓網系統方案設計方法，建立相應的動力學仿真模型，通過對模型開展詳細的分析，可得到不同弓網初步方案的動態性能指標。為了使仿真結果具有準確性，可結合EN 50318—2002確認流程來進行驗證，結合已經確認的弓網動力學仿真系統來進行弓網初步方案動態仿真。先建立SSS400+型和CX-GI型受電弓仿真模型，獲得相應的參數，受電弓的總氣動力按照0. 000 97v2選取，其中v表示的是受電弓運行速度。建立接觸網初步方案中的仿真模型，簡鏈錨段長度暫取1 360 m，弓網動態性能指標統計520～840 m，彈鏈錨段長度取1 400 m，彈鏈弓網動態性能指標統計為500～900 m，經過對方案1、2的比較分析，分別通過4中接觸網仿真模型，得到8種仿真工況，可結合動力學仿真來得到各種工況的動態性能指標。通常雙弓運行后弓的接觸力波動大，經過對SSS400+型受電弓后弓方案1、3的彈性鏈型懸掛接觸網得到的接觸力曲線的分析，可知方案3的波動比較大，而進過對方案2、3的簡單鏈型懸掛接觸網得到的接觸力曲線的分析，可知方案4的波動比較大，分析可知彈性鏈型懸掛接觸網的接觸力波動比較小。比較受電弓方案3同種接觸網的接觸力曲線，SSS400+型后弓的接觸力波動相對CX-GI型后弓較小，結合8種弓網動態性能指標，同種類型受電弓通過彈性鏈形懸掛接觸網的接觸力標準差相比簡單鏈型懸掛接觸網要小，而不同類型受電弓通過同種彈性鏈型懸掛接觸網，CX-GI 型受電弓的接觸力標準差比 SSS400+型受電弓較大。通過對方案中指標情況的分析可知接觸網方案1的技術參數可滿足兩種受電弓雙弓運行速度380 km/h 的弓網動態性能要求。通過對方案1的數值可計算出定點設計最大抬升量及定位器長度、拉出值，確定相關參數，使設計順利完成[4]。結合弓網系統標準，使用接觸網振動理論及弓網動力學仿真技術提出方案設計目標、依據及流程，得到弓網系統方案通用設計方法，預測弓網系統的動態性能，加強弓網系統的可靠性。可應用弓網系統方案設計方法設計能夠滿足列車運行速度的方案，使設計能夠達到要求，為系統的運行提供相應的支持[5]。

5 ? 結語

在目前的鐵路體系中，受電弓及接觸網系統設計作為其中的重要部分，影響著鐵路的運行效果，通過對受電弓及接觸網的合理設計，可使其發揮出有效的作用，實現列車的穩定運行。在設計中，應明確弓網系統方案設計流程、性能評價依據、參數設計依據，進行動力學仿真及方案選擇，采用恰當的方式選擇方案，保證選擇的合理性，為系統的設計提供相應的保障。

[參考文獻]

[1]吳積欽，錢清泉.受電弓與接觸網系統電接觸特性[J].中國鐵道科學，2008（3）：106-109.

[2]余韜.受電弓-接觸網系統電弧抑制方法及標準[J].鐵道技術監督，2013（3）：5-8.

[3]關金發，吳積欽.受電弓與接觸網動態仿真模型建立及其確認[J].鐵道科學與工程學報，2017（11）：2444-2451.

[4]段帥寧.受電弓與接觸網系統電接觸特性分析[J].中外企業家，2018（33）：149.

[5]關金發，田志軍，吳積欽.受電弓與接觸網系統方案設計方法及其應用[J].鐵道標準設計，2020（2）：158-163.

（編輯 傅金睿）