接觸網(wǎng)課程設(shè)計(jì)--高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)的控制參數(shù)設(shè)計(jì)

1、接觸網(wǎng)工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告1題目分析1.1 題目高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)的控制參數(shù)設(shè)計(jì)。1.2 具體內(nèi)容根據(jù)高速接觸網(wǎng)的控制參數(shù)及理論分析，設(shè)計(jì)京滬高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)控制參數(shù)。1.3 設(shè)計(jì)思路高速接觸網(wǎng)控制參數(shù)，就是接觸網(wǎng)自身影響高速運(yùn)行的基本參數(shù)，研究這些參數(shù)的最終的目的是保證良好、穩(wěn)定地受流及使接觸線具有較長的使用壽命。研究和計(jì)算的內(nèi)容主要包括波動(dòng)速度，反射因數(shù)，多普勒因數(shù)，增強(qiáng)因數(shù)，接觸線應(yīng)力，鏈形懸掛的固有頻率,此課程設(shè)計(jì)將對(duì)京滬高速接觸網(wǎng)的具體控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和計(jì)算。1.4 設(shè)計(jì)方案京滬高速電氣化鐵路的時(shí)速為350 km/h。通過比較彈鏈、復(fù)鏈及簡鏈的技術(shù)性能及施工、維護(hù)成本，并考慮

2、到我國的基本情況，懸掛模式選擇全補(bǔ)償彈性鏈型懸掛，其中接觸線材料選擇CuMg120，承力索材料選擇Bz120，現(xiàn)將對(duì)京滬高速電氣化鐵路的主要設(shè)計(jì)參數(shù)整理，如表1所示。表1 京滬高鐵各種參數(shù)技術(shù)參數(shù)符號(hào)單位量值承力索張力kN21接觸線張力kN27承力索線密度kg/m1.08接觸線線密度kg/m1.08列車實(shí)際速度km/h350跨距m63近支撐點(diǎn)吊弦間距m92 設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 波動(dòng)速度當(dāng)受電弓高速運(yùn)行時(shí)，受電弓就要給接觸懸掛一個(gè)外界抬升力，接觸線在受電弓抬升力的作用后產(chǎn)生沿接觸線傳播的橫向振動(dòng)波，這個(gè)波按接觸懸掛的固有頻率所形成的波動(dòng)速度沿接觸線向受電弓前、后兩個(gè)方向傳播，后續(xù)受電弓在遇到前弓形成

3、的振動(dòng)波時(shí)，會(huì)產(chǎn)生對(duì)受流不利的影響。接觸線所形成的振動(dòng)波的傳播速度可按下式計(jì)算： (2.1)式中 接觸線的張力(N)； 接觸線的單位長度質(zhì)量(kg/m)。將數(shù)據(jù)代入式2.1得由經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)行車速度遠(yuǎn)小于時(shí)，具有較好的受流質(zhì)量。國外的大量運(yùn)行及實(shí)踐表明，在運(yùn)行速度為波動(dòng)速度的65% 72%時(shí)，具有最佳效果?；谏鲜鲈颍▌?dòng)速度被一致認(rèn)為是控制運(yùn)行速度的重要條件，并表示為： (2.2)式中 實(shí)際運(yùn)行速度(km/h)； 波動(dòng)速度(km/h)；無量綱系數(shù)，一般取0.650.70。式2.2中的取值不同，接觸線的抬升量不同，當(dāng)值增加，其抬升量也隨之變大，值越接近1，抬升量越大。實(shí)際上，當(dāng)值大于0.8以后

4、，對(duì)高速受流會(huì)產(chǎn)生影響，要想提高運(yùn)行速度，從設(shè)計(jì)角度講，必須相應(yīng)提高接觸線的波動(dòng)速度。將數(shù)據(jù)代入式2.2得通過計(jì)算可知，所設(shè)計(jì)的京滬高速接觸懸掛中該參數(shù)符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。2.2反射因數(shù)理論分析表明，接觸網(wǎng)適應(yīng)高速的性能與接觸線，承力索及吊弦三者的耦合及參數(shù)因素有關(guān)，即接觸線的振動(dòng)波在遇到非均質(zhì)點(diǎn)（如吊弦點(diǎn)、線夾點(diǎn)、分段絕緣器處）時(shí)被反射，這種反射的影響用反射因數(shù) 表示，反射因數(shù)用下式計(jì)算： (2.3)式中 承力索的張力(N)； 接觸線的張力(N)； 承力索單位長度的質(zhì)量(kg/m)； 接觸線單位長度的質(zhì)量(kg/m)。將數(shù)據(jù)代入式2.3得反射因數(shù)越小，表明接觸懸掛的耦合性能越好，其波動(dòng)速度會(huì)

5、大為提高，因此有利于京滬電氣化鐵路實(shí)現(xiàn)高速。2.3多普勒因數(shù)受電弓在高速運(yùn)行中，會(huì)受到接觸懸掛等各種結(jié)構(gòu)因匹配及參數(shù)不同造成的干擾和影響，其被擾動(dòng)力激發(fā)的接觸懸掛形成的振動(dòng)波與高速運(yùn)行的受電弓形成了非常復(fù)雜的振動(dòng)狀態(tài)，兩者是相互影響和制約，這種相互影響、制約及其相互作用的關(guān)系稱為多普勒效應(yīng)，用多普勒因數(shù)表示，它是一個(gè)與波動(dòng)速度及運(yùn)行速度有關(guān)的系數(shù)。其計(jì)算可用下式表示： (2.4)式中 接觸懸掛的波動(dòng)速度(km/h)； 列車運(yùn)行速度(km/h)。將數(shù)據(jù)代入式2.4得2.4 增強(qiáng)因數(shù)受電弓在高速運(yùn)行中，在通過定位點(diǎn)或跨距內(nèi)等距吊弦點(diǎn)時(shí)，會(huì)周期性的激發(fā)接觸線的振動(dòng)，這種接觸線被激發(fā)的振動(dòng)波在傳播和反

6、射中時(shí)會(huì)被增強(qiáng)，振幅的增強(qiáng)程度用增強(qiáng)因數(shù)表示： (2.5)式中 反射因數(shù)； 多普勒因數(shù)。分析表明，若，每個(gè)隨后突變量都大于產(chǎn)生它的前一個(gè)量。相反，如果，則接觸線的擺動(dòng)變緩和，故又稱放大因數(shù)。將以上計(jì)算所得數(shù)據(jù)代入式2.5得對(duì)于所設(shè)計(jì)的京滬高速鐵路接觸懸掛，采用增大接觸線張力，減小承力索張力的辦法，以減小反射因數(shù)，即減小增強(qiáng)因數(shù)，從而改善受流質(zhì)量。2.5接觸線應(yīng)力接觸線使用應(yīng)力超過了許用應(yīng)力，在高頻振動(dòng)作用下會(huì)產(chǎn)生疲勞斷裂。接觸線無論被認(rèn)為是一種軟索，或者被認(rèn)為是一種兩端加有張力的梁，它的共同特征是它自身具有一定的彈性性能，在受電弓抬升力的作用下，會(huì)有一定的升高變形，這時(shí)，接觸線本身必然在力的作

7、用下產(chǎn)生應(yīng)力的變化，為了便于應(yīng)力的分析，先設(shè)定接觸線為兩端具有張力作用的梁，可得受電弓作用點(diǎn)處的接觸線應(yīng)力 的方程式為： （2.6）式中 受電弓的抬升力； 梁的抗彎截面模量； 接觸線的剛度。由上式可知，抬升力越大，運(yùn)行速度越大，則應(yīng)力越大；而接觸線張力較大時(shí)，應(yīng)力變小，接觸線的剛度較大時(shí)，應(yīng)力較大；抗彎截面模量變大時(shí)，應(yīng)力變小。當(dāng)接近于時(shí)，不僅對(duì)高速時(shí)受流質(zhì)量不利，而且會(huì)加大接觸線工作疲勞，縮短其使用壽命，因此，在選擇高速接觸懸掛的材質(zhì)和型式時(shí)，必須對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行技術(shù)比選及優(yōu)化，簡單來說，要保證選用的線材的使用應(yīng)力大大低于許用應(yīng)力。經(jīng)過查詢相關(guān)資料，接觸線CuMg120的重要參數(shù)如表2所示。表

8、2 CuMg120接觸線參數(shù)技術(shù)參數(shù)抬升力 剛度 截面模量 許用應(yīng)力 量值74320 230將表中數(shù)據(jù)代入式2.6得可見，該接觸線的使用應(yīng)力遠(yuǎn)小于其許用應(yīng)力，故京滬高速鐵路接觸線采用CuMg120接觸線能夠保證其安全性和較長的使用壽命。2.6 鏈形懸掛的固有頻率鏈形懸掛是一個(gè)具有多自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在大量的固有頻率。對(duì)于由相等跨組成的鏈形懸掛，存在著對(duì)稱和反對(duì)稱振動(dòng)方式。若為反對(duì)稱振動(dòng)，由此計(jì)算出其頻率為： (2.7)式中 鏈形懸掛振動(dòng)波的平均傳播速度。將數(shù)據(jù)代入式2.7得若是對(duì)稱振動(dòng)，至第一個(gè)區(qū)間吊弦的這一段同時(shí)包括在內(nèi)，其頻率為： (2.8)式中，表示靠近支撐點(diǎn)吊弦之間的距離。將數(shù)

9、據(jù)代入式2.8得分析表明，固有頻率對(duì)震動(dòng)性能有重要影響，有變Y形輔助懸掛索的固有頻率都在12Hz范圍以內(nèi)，沒有變Y形輔助懸掛索的固有頻率在12Hz以外仍有很強(qiáng)的頻率出現(xiàn)，因此，在本設(shè)計(jì)中的京滬高速鐵路接觸懸掛采用變Y形輔助懸掛索，以減弱固有頻率對(duì)振動(dòng)的影響。3設(shè)備選擇及繪制裝配圖經(jīng)過前面的計(jì)算、分析，本課程設(shè)計(jì)中所選用的接觸懸掛的模式、接觸線和承力索線材的型號(hào)及各類具體參數(shù)都符合要求，能夠滿足京滬電氣化鐵路實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行的條件。現(xiàn)繪制出其接觸懸掛的裝配圖，如圖1所示。4結(jié)論接觸網(wǎng)的受流質(zhì)量是高速接觸網(wǎng)的三大難題之一，本課程設(shè)計(jì)通過分別對(duì)接觸網(wǎng)的六個(gè)控制參數(shù)進(jìn)行分析及計(jì)算，得出了以下結(jié)論： 圖1

10、接觸懸掛的裝配圖（1）為了增大接觸線正常運(yùn)行的可靠性，要盡量提高接觸線的波動(dòng)速度和接觸線的張力，提高接觸線的張力是目前各國普遍采用的技術(shù)措施，可以有效地提高接觸線的波動(dòng)速速，有利于機(jī)車的高速運(yùn)行。（2）為了保證安全及延長接觸線的使用壽命，必須在線材應(yīng)用上保證線材的使用應(yīng)力大大低于其許用應(yīng)力。（3）減小受電弓對(duì)接觸線的抬升力和接觸線的剛度，可以提高接觸線的疲勞可靠度，從而提高接觸線的安全運(yùn)行和延長使用壽命。參考文獻(xiàn)1 于萬聚著.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)M. 成都:西南交通大學(xué)出版社,2002: 243-255. 2 鐵道部電氣化局電氣化勘測設(shè)計(jì)院.電氣化鐵路設(shè)計(jì)手冊(cè)-接觸網(wǎng)M.北京:中國鐵道出版社,1987.158-170.3 謝洪和.電力機(jī)車走行下接觸線的應(yīng)力計(jì)算J.電氣化鐵道,1995,17(3):39-4