課件案例教案

中國鐵路網(wǎng)中的第一段交流電氣化鐵路是1958年開始修建的寶成鐵路寶91km，50余年的發(fā)展，中國電氣化鐵路的受電弓和接觸網(wǎng)均發(fā)生了一定程度的變化，鑒于中國鐵路第1章緒 概 第2章受電 概 弓 框 底 接觸 第3章受電弓與接觸網(wǎng)的幾何特 概 限 中性 第4章受電弓與接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)相互作 概 4.6.1和目 輸 第5章受電弓與接觸網(wǎng)的材料接 概 滑 接觸 第6章受電弓與接觸網(wǎng)的電接觸特 概 第7章受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施 概 吊 第8章受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)營.............................................................................概 受電弓的保 接觸網(wǎng)的 修 第9章受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)測(cè) 概 主要參考文 第1本章要點(diǎn)圖1.1電氣列車所需電能的傳輸過2a1.2b1.2c 圖1.2接觸懸掛圖1.3電力機(jī)車通過受電弓從接觸懸掛集圖1.4單腕臂鏈形懸掛接觸1.5軟橫跨式接觸。圖1.6硬橫梁式接觸空剛性接觸網(wǎng)（又稱接觸軌）組成的集電系統(tǒng)取流。懸掛在隧道上方的剛性接觸網(wǎng)如圖1.7所示。1.7剛性接觸網(wǎng)（左）及嵌入了接觸線的匯流排（右弓網(wǎng)系統(tǒng)的要求與 DropDevice），一旦滑板破損斷裂，ADD可快速降下受電弓，盡可能縮小弓網(wǎng)事故范圍。運(yùn)營要弓網(wǎng)系統(tǒng)的與發(fā)在年月日舉辦的德國柏林世界貿(mào)易博覽會(huì)上，維爾納·馮·西門子(ErnstWernervon年，將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于柏林——施潘道的第一輛有軌電車上，不幸的是，馬匹穿道同時(shí)接車排經(jīng)常脫軌，對(duì)商業(yè)運(yùn)行來說這種集電系統(tǒng)太不可靠。1889年，公司的德國工程師首次采用圖1.8第一臺(tái)電力機(jī) 圖1.9車輛通過集電器獲取電1新干PS200A為雙臂菱形、下臂交叉式受電弓，采用彈簧操作式傳動(dòng)系統(tǒng)。上、下框架均采用異形500mm，靜態(tài)接觸力為54N+15N。與PS200A型受電弓相匹配的東海道新干線接觸網(wǎng)采用了總張力為29.4kN的帶彈性組合吊弦的復(fù)鏈東海道新干線接觸網(wǎng)的承力索和輔助承力索分別為80mm2、60mm2的鎘銅線，接觸線為110mm2的硬時(shí)，接觸網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)跨距為50～60m，隧道內(nèi)和桁架橋上的標(biāo)準(zhǔn)跨距為45m。將列車速度限制在160km/h以下。1.11帶彈性組合吊弦的復(fù)鏈形懸掛接觸網(wǎng)（單位滑板與接觸線均磨損嚴(yán)重，4～5年就需要更換一次接觸線。圖1.12為新干線500系電動(dòng)車組上使用的翼形弓頭T型受電弓，圖1.13為700系電動(dòng)車組上 圖1.12翼形弓頭T型受電 圖1.13翼形弓頭V型受電弓（PS207型2

1.14新干線使用的簡(jiǎn)單鏈形懸掛接觸構(gòu)如圖1.15所示，弓頭長度僅為1450mm，滑板長度為800mm。圖1.15AMDE型受電 圖1.16東南線的接觸網(wǎng)結(jié)270km/h時(shí)的弓網(wǎng)接觸性能良好。但隨著列車運(yùn)行速度的進(jìn)一步提高，AMDE型受電弓的AMDE1.16所示，接觸網(wǎng)為彈性鏈形懸掛，使用張力14kN、截面積為65mm2的錫青銅承力索和張力為14kN、截面積為120mm2的硬銅接觸線，錫青銅線彈性吊索的截面為35mm2，長度和張力分別為15m、4kN。接觸網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)跨距為63m。東南線的弓網(wǎng)系統(tǒng)在投入運(yùn)行前經(jīng)歷了大量的試運(yùn)行，并且速度也提升到了當(dāng)時(shí)的世界從1991年起，性能得到優(yōu)化的受電弓陸續(xù)在法國交流鐵路投入使用，如Faiveley生產(chǎn)的GPU、CX型允許抬升空間達(dá)到了400mm，如圖1.17所示。2007年4月3日，在即將開通黎——斯特拉斯堡東部線上，使用CX25型受電弓的V150試驗(yàn)列車最高速度達(dá)到了574.8km/h，創(chuàng)造了輪軌鐵路速度的世界。圖1.18為安裝在V150試驗(yàn)列車上的CX25型受電弓。V150型電氣列車的總功率為19600kW，使用的CX25型受電弓弓頭長度為1450mm，裝有一根800mm長、60mm寬的碳材料滑板，高速運(yùn)行時(shí)可以集取700～800A的電流。1.17法國地中海線使用的簡(jiǎn)單鏈形懸掛接觸網(wǎng)1.18安裝在V150試驗(yàn)列車上的CX25AC25kVAC31.5～31.7kV之間。此外，變電所內(nèi)還增加了電容器，以穩(wěn)3德國電氣化鐵路采用單相AC15kV、16.67Hz電流電式。在弓網(wǎng)系統(tǒng)方面，電氣列車使用了弓頭幾何外形最大的通用受電弓，弓頭長度為1950mm。彈性盡可能均勻，就需要在懸掛點(diǎn)處安裝Y形彈性吊索。Re160、Re200型接觸網(wǎng)的標(biāo)65m。DSA350SEK型受電弓滑板使用斜放的拉力彈簧固定，弓頭懸架能夠繞頂管中心自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，橫向定運(yùn)行的細(xì)微裂紋時(shí)動(dòng)作，對(duì)其動(dòng)作靈敏度進(jìn)行了設(shè)定。ADD德國對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行深入研究后取得了許多有價(jià)值的成果。原德國在20世紀(jì)50年始大規(guī)模修建電氣化鐵路時(shí)，就同步開展接觸網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，、AEG、BBC等公司聯(lián)合先后開發(fā)了Re75、Re100、Re160Re200型接觸網(wǎng)。2070年代中期，在總結(jié)上述四種標(biāo)準(zhǔn)懸掛的基礎(chǔ)上，鐵路均采用了Re250型接觸網(wǎng)。20世紀(jì)90年代初，為應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，又開發(fā)了Re330型高速接觸網(wǎng)，其速度目標(biāo)值可達(dá)400km/h。19916ICE250km/h。198851日，德國鐵路為未來城市間開發(fā)的一列高速列車ICE/V樣車在維爾茨堡——富爾達(dá)的新線區(qū)段上的試運(yùn)行速度達(dá)到了406.9km/h，這也是鐵路列車的運(yùn)行速度第一次超過400km/h。Re250型接觸網(wǎng)的延續(xù)性而未采用。4

1.20德國Re160～Re330接觸網(wǎng)設(shè)年月日投入運(yùn)營。電壓由低向高、電源頻率由非標(biāo)準(zhǔn)向工業(yè)頻率（5060Hz）轉(zhuǎn)換。在設(shè)計(jì)寶鳳段電氣化鐵路供電系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)過反復(fù)研究比選，最終確定單相工頻AC25kV為中國電氣化鐵路的固定電流制式。設(shè)計(jì)處，對(duì)電力機(jī)車進(jìn)行了全面設(shè)計(jì)。1958年底，中國試制出第一臺(tái)電力機(jī)車，即6Y1型干線電力機(jī)1.21蘇制ДЖ-5型受電的拉出值一般為300mm。2008年6月24日，使用SSS400+型受電弓的CRH3型動(dòng)車組在京津城際鐵的運(yùn)行速度達(dá)京津城際鐵路的接觸網(wǎng)采用簡(jiǎn)單鏈形懸掛方式，跨距約為50m，線索組合為CTMH120型接觸線與JTMH120型承力索，結(jié)構(gòu)高度為1.6m，標(biāo)稱接觸線高度為5.3m，接觸線和承力索的張力分別為27kN、21kN，接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1.22所示。1.22京津城際鐵路的2009年12月9日，使用CX型受電弓的CRH3型動(dòng)車組在武廣高速鐵的運(yùn)行速度達(dá)到2010928SSS400+CRH380A型動(dòng)車組在滬杭城際鐵路運(yùn)行試驗(yàn)中，最高速度達(dá)到了416.6km/h，有軌運(yùn)營列車速度試驗(yàn)世界再次被刷新。2010123DSA380 型動(dòng)車組運(yùn)行速度達(dá)到了486.1km/h，運(yùn)營列車雙弓情況下的最高速度再次被改寫弓網(wǎng)系統(tǒng)的問題與本書的內(nèi)容體材料接口（第5章）及受電弓與接觸網(wǎng)的電接觸特性（第6章）等內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，使讀者在充分了態(tài)評(píng)估以及運(yùn)營中的技術(shù)診斷，又都離不開弓網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量（第9章。1.22本書的內(nèi)容體2本章要點(diǎn)單臂受電弓結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。滑板托架滑板托架是安裝滑板的基座，是弓頭質(zhì)量的主要組成部分。高速運(yùn)行時(shí)，滑板托架圖2.2所示的高強(qiáng)輕型薄壁箱形結(jié)構(gòu)。托架兩端弧形的弓角通常用輕合金管材制作，也可和托架一起使2.2滑板托螺栓將托架安裝到弓頭上，如圖2.3所示。 圖2.3碳滑板的安裝2.4是四腕菱形雙臂框架的典型結(jié)構(gòu)，由前后左右四個(gè)腕臂組成。每個(gè)腕臂又分為上腕臂和下腕2.46。這種框架的特點(diǎn)是剛性好，但運(yùn)行和制造經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)框架的安裝面不平或框架底座歪 2.58G型電力機(jī)車。

弓的2/3，能有效降低受電弓占用的車頂面積。圖1.8為新干線0系動(dòng)車組使用的PS200A型四腕交高速電氣化線的AMDE型雙層受電弓。2.7所示，這種傳動(dòng)系統(tǒng)的受電弓設(shè)有兩種類型的主彈簧：即升弓彈簧和降弓彈簧。升弓彈簧的作用是2.7簧操作式傳動(dòng)系統(tǒng)DSA380型受電弓的升、降動(dòng)作主要通過空氣回路進(jìn)行控制。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入氣囊升弓機(jī)構(gòu)后，使 觸力、Fl（降弓時(shí)的靜態(tài)接觸力F0=（Fr+Fl）/2。TSI（歐洲互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范）能量子系統(tǒng)建議受電弓采用的標(biāo)稱靜態(tài)接觸力為：——AC15kV和AC25kV電流電時(shí)，F(xiàn)0=7020——DC1.5kV電流電時(shí)，F(xiàn)0=9020——DC3.0kV電流電時(shí)，F(xiàn)0=11010N 圖2.9靜態(tài)接觸力的允許偏差界限

2.11受電弓運(yùn)行時(shí)的空氣動(dòng)（75～80%基本一致，需在弓頭上設(shè)置合適的氣流調(diào)節(jié)板。圖2.12中的氣流調(diào)節(jié)板安裝在受電弓的弓角上。2.12安裝在受電弓弓角上的導(dǎo)流板（需要加注和補(bǔ)充導(dǎo)流板的圖受電弓的運(yùn)行速度越高，氣動(dòng)升力、氣動(dòng)阻力就越大。氣動(dòng)升力、氣動(dòng)阻力與運(yùn)行速度的平方成正比，即運(yùn)行速度增加為原來的兩倍，氣動(dòng)升力和氣動(dòng)阻力會(huì)增大為原來的四倍；運(yùn)行速度增大為原來的三倍，氣動(dòng)升力和氣動(dòng)阻力會(huì)增大為原來的九倍?？諝饷芏却?，氣動(dòng)升力和氣動(dòng)阻力也越大?？諝饷芏仍龃鬄樵瓉淼膬杀叮瑲鈩?dòng)升力和氣動(dòng)阻力也增大為原來的兩倍，即氣動(dòng)升力和氣動(dòng)阻力與空氣密度成正比。 k

通過Mc和m垂直作用在接觸線上。

etesintvte a2esint2 =（2π/T）=（2πv/l)tttt

M

a

M

2e

(2)2v2 2.13動(dòng)態(tài)接觸力分力（a）弓網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型1—接觸線；2—質(zhì)量m的弓頭；3—?jiǎng)偠葹镵4—?jiǎng)討B(tài)視在質(zhì)量為 的框架；5—靜態(tài)接觸力動(dòng)力學(xué)分析由式（2.2）可知，F(xiàn)DYN與弓頭的運(yùn)行方向相反，與弓頭的振動(dòng)加速度方向一致。FDYN正比于受電低e和（或）Mt，可以有效降低FDYN。 2.14電弓上的FF0FRFAER 當(dāng)弓頭向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)RFDYN方向向下，一般情況下，弓頭運(yùn)行到最高點(diǎn)時(shí)，受電弓施加在接觸FminF0FRFAER 同理，當(dāng)弓頭向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)RFDYN方向向上，弓頭運(yùn)行到最低點(diǎn)時(shí)，受電弓施加在接觸網(wǎng)上的FmaxF0FRFAER FmF0FAERF0k (1)Vin 280km/h通常采用圖2.17所示的方法測(cè)量。2.17通過固定滑板用的繩索測(cè)量平均H在點(diǎn)與振點(diǎn)之間的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)就越顯著。圖2.18所為DSA200型電弓的在質(zhì)量數(shù)，其，1～6H主要為整架受電弓的響應(yīng)范圍，7～12H主要為上部框架的響應(yīng)范圍，而12～2H主要為弓頭的響應(yīng)范圍。

圖2.18DSA200型受電弓的視在質(zhì)2.19升降操作耐久性試驗(yàn)（型式試驗(yàn)裝有最大設(shè)計(jì)質(zhì)量弓頭的受電弓，應(yīng)能承受 次從落弓位到上部工作高度的連續(xù)升降操作。安裝弓頭的受電弓在上述同樣條件下0.1m/s的速度承受75000次連續(xù)的（如果裝有阻尼器，應(yīng)事先被斷開橫向固有頻率測(cè)量（型式試驗(yàn)75%300N的橫向力，使之偏離原來所處的橫向振動(dòng)試驗(yàn)（型式試驗(yàn)10%。當(dāng)受電弓伸展到上部工作位置 75%時(shí)，振動(dòng)臺(tái)的振幅應(yīng)被調(diào)整到使弓頭支承軸的振動(dòng)加速 f為7m/s（該值來自于公式0.7g 0，其中f0為受電弓的橫向固有頻率，單位Hz，且0f20g=9.8m/s2經(jīng)過107次循環(huán)，受電弓的靜態(tài)接觸力和傳動(dòng)系統(tǒng)仍能符合技術(shù)要求。垂直振動(dòng)試驗(yàn)（研究性試驗(yàn)將配有正常傳動(dòng)系統(tǒng)和與服役接觸網(wǎng)相適應(yīng)的受電弓安裝在垂直方向能產(chǎn)生正弦振動(dòng)的受電弓振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上（見第9.2節(jié)，振動(dòng)臺(tái)的剛度至少比弓頭懸架的剛度高10倍。對(duì)受電弓施加振動(dòng)，從0.5Hz到10Hz時(shí)，振動(dòng)頻率的最大增加幅度為0.02Hz/s；從10Hz到時(shí)，振動(dòng)頻率的最大增加幅度為0.1Hz/s受電弓的靜態(tài)接觸力以及振動(dòng)臺(tái)輸出的正弦波振幅應(yīng)根據(jù)受電弓的具體情況事先確定。橫向剛度試驗(yàn)（型式試驗(yàn)30mm。2.20受電弓橫向剛度試每次施加力以后，受電弓不應(yīng)產(chǎn)生永久變形。落弓保持力測(cè)量（型式試驗(yàn)平均抬升力測(cè)量（綜合試驗(yàn)上所測(cè)力的總和（測(cè)量方法見第2.3.6節(jié)。在最大運(yùn)行速度和兩個(gè)旅行方向，且在指定的工作高度范圍內(nèi)，總平均抬升力應(yīng)與在目標(biāo)值以內(nèi)。加熱試驗(yàn)（補(bǔ)充型式試驗(yàn)30min試驗(yàn)應(yīng)在截面積為接觸線標(biāo)稱截面積90%的導(dǎo)體上進(jìn)行?；鍫顩r“看似新的”，但應(yīng)對(duì)滑板進(jìn)行加工，模擬出初始磨耗狀態(tài)?；迮c導(dǎo)體間的接觸力等于標(biāo)稱靜態(tài)接觸力。試驗(yàn)中，滑板溫度的測(cè)量應(yīng)盡量靠近與導(dǎo)體的接觸點(diǎn)?；宓臏囟炔粦?yīng)超過規(guī)定的數(shù)值50%的額定電流受電弓鐵路的應(yīng)用與發(fā)從1958年修建電氣化鐵路開始，到2010年高速鐵路大面積投入運(yùn)營為止，中國鐵路受電弓的發(fā)展大致經(jīng)歷了低速（160km/h以下、中速（160～250km/h）和高速（250km/h以上）三個(gè)階段。11958年仿制的6Y1型干線電力機(jī)車使用蘇制ДЖ-5型受電弓，這鐵路弓網(wǎng)系統(tǒng)的標(biāo)志性事件。蘇制ДЖ-5型受電弓弓頭長2260mm，滑板1270mm，弓頭輪廓如2.21所示。中國第一2.21ДЖ-5型受電弓弓頭外2.2ДЖ-5型受電弓的主要參標(biāo)稱電壓弓頭長度整弓質(zhì)量制出TSG1型干線電力機(jī)車受電弓，如圖2.22所示。主要參數(shù)見表2.3。項(xiàng) 參標(biāo)稱電壓 弓頭長度 滑板長度 整弓質(zhì)量 約19616Y2型干線電力機(jī)車及早期的韶山型電力機(jī)車M7型四腕菱形雙臂受電弓。M7Faiveley生產(chǎn)，弓頭和滑板長度比ДЖ-5型受電弓略小，如圖2.23所示，主要參數(shù)列于表2.4。2.23M7型受電標(biāo)稱電壓弓頭長度滑板長度整弓質(zhì)量19716GFaiveleyAM51UF2.242.5為其主要標(biāo)稱電壓弓頭長度整弓質(zhì)量25別為2160mm、1260mm。22001121230臺(tái)電力機(jī)車均使用圖2.27所示的DSA200型受電弓。此型受電弓的弓頭幾何外形遵循國際通用受電弓標(biāo)準(zhǔn)UIC608附件4a的規(guī)定，弓頭長度為1950mm，滑板長度1576mm，接觸線在弓頭上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)范圍為1030mm。DSA200型受電弓采用純碳滑板，適合與銅或銅合金接觸線相匹配。2.28DSA200型受電弓的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，其他參數(shù)見表2.6。 表2.6DSA200型受電弓的主要參數(shù)標(biāo)稱電壓整弓質(zhì)量車頂，在受電弓的四臂連桿機(jī)構(gòu)中充當(dāng)靜臂桿，同時(shí)也是傳動(dòng)系統(tǒng)、ADD及其他連桿機(jī)構(gòu)的安裝和連矩通過上框架作用于弓頭，保證所需要的弓網(wǎng)接觸力，同時(shí)也是ADD氣路的保護(hù)通道；與碳滑板相連的腔體內(nèi)部氣壓與碳滑板內(nèi)部毛細(xì)氣管氣壓保持一致，ADD閥不動(dòng)作。2.29ADD構(gòu) ADDADD閥會(huì)通過一個(gè)節(jié)流閥不斷給碳滑板內(nèi)部毛細(xì)氣管供氣，確保其氣壓與氣囊氣壓不出現(xiàn)引起ADD動(dòng)作的差別。會(huì)出現(xiàn)氣壓失衡的允許限度，ADD閥會(huì)迅速打開通向氣囊的腔體，短時(shí)間內(nèi)將氣囊內(nèi)部的壓縮空氣直下，整個(gè)過程持續(xù)2s左右。ADD的壓力開關(guān)能根據(jù)氣壓的變化產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，列車控制系統(tǒng)接收到此信號(hào)后，立刻使受ADDADD工作正常，一旦打開測(cè)試閥，受題導(dǎo)致受電弓無法升起時(shí)，可利用該閥體臨時(shí)關(guān)閉ADD，不致于因ADD的問題影響正常行車。2007年，中國鐵路列車進(jìn)行第六次大面積提速，高速運(yùn)行的動(dòng)車組普遍使用了圖2.30所示的DSA250型受電弓。與DSA200型受電弓相比，DSA250型受電弓的下臂采用鋁型材焊接結(jié)構(gòu)型式，弓頭可以選裝導(dǎo)流項(xiàng) 參標(biāo)稱電壓 弓頭長度 整弓質(zhì)量 約同一時(shí)期，部分電力機(jī)車也開始使用符合UIC608附件4a規(guī)定的受電弓， 2.31TSG15型受電弓的結(jié)構(gòu)組成，主要參數(shù)見表2.8。表2.8TSG15型受電弓的主要參數(shù) 標(biāo)稱電壓 弓頭長度 整弓質(zhì)量 約3鐵路，為滿足高速受流要求，當(dāng)時(shí)的動(dòng)車組選用了圖2.32所示的SSS400+型受電弓。2.32SSS400+型受電SSS400+型受電弓弓頭輪廓符合UIC608附件4a的規(guī)定，主要參數(shù)列于表2.9標(biāo)稱電壓弓頭長度整弓質(zhì)量UIC608附件4a的規(guī)定，主要技術(shù)參數(shù)見及表2.10。 標(biāo)稱電壓 約109標(biāo)稱電壓53整弓質(zhì)量CX-NG型受電弓能夠根據(jù)接觸網(wǎng)的參數(shù)和動(dòng)車組的運(yùn)行速度自動(dòng)調(diào)整靜態(tài)接觸力，弓頭也無需安2.36靜態(tài)接觸力邏輯控制電2.37根據(jù)運(yùn)行需要調(diào)整靜態(tài)接觸FB700.58型受電Stemmann-Technik生產(chǎn)，主要組成如2.38所示，弓頭尺寸見圖2.39，弓頭上面安裝了一組四列浸金屬碳滑板，每列滑板的剖面為35mm×22mm。此型受電弓的主要技術(shù)參數(shù)見表2.38FB700.58受電弓的組2.39FB700.58型受電弓弓2.12FB700.58型受電弓的主要技術(shù)參項(xiàng)參項(xiàng)標(biāo)稱電2880mm-運(yùn)行電起動(dòng)電1600A（最大、30秒滑板長最大電弓頭長停車電運(yùn)行速 8WL0296-2YD51型受電弓由 板。此型受電弓的主要技術(shù)參數(shù)見表2.13。2.138WL0296-2YD51型受電弓的主要技術(shù)項(xiàng)參項(xiàng)參運(yùn)行電停車電Approx.弓頭長運(yùn)行速1.5mTSG18C2.14。DCDC1000V～DC310mm＋10本章要點(diǎn)概限越好，盡管高而寬的車輛可以裝的貨物、可以拉的旅客。 圖3.1機(jī)車車輛上部限界圖3.2雙層集裝箱裝載上部限圖3.3客貨共線鐵路基本建筑限 圖3.4客貨共線鐵路基本建筑限 圖3.5雙層集裝箱基本建筑限界（電氣化區(qū)段 受電弓和接觸懸掛電弓與帶電部件的接觸等可能出現(xiàn)的狀況進(jìn)行了假設(shè)。圖3.7為IEC62128-1規(guī)定的受電弓和接觸懸掛區(qū)在圖3.7中，HP是所有運(yùn)行條件下帶電導(dǎo)線在軌道平面上方的最高點(diǎn)。接觸懸掛區(qū)的范圍垂直向受電弓的幾何

3.7電弓與接觸懸掛區(qū)型受電弓的工作范圍。以落弓位置為基準(zhǔn)，下部工作位置高度為Hmin=300mm，上部工作位置高度Hmax=2400mm，工作范圍H=Hmax-Hmin=2100mm

中國高速動(dòng)車組的受電弓弓頭幾何外形遵循UIC608（國際通用受電弓標(biāo)準(zhǔn)）附件4a的規(guī)定，外形尺寸如圖3.9所示。弓頭總長度為1950mm，弓頭的工作范圍是指弓頭總長度減去至少2×200mm后所得到圖3.10為SSS400+型受電弓弓頭的幾何外形，滑板總長度為1576mm，工作面呈現(xiàn)為R=10m的圓圖3.10SSS400+型受電弓弓頭的幾何外接觸網(wǎng)的幾何

圖3.11電弓的動(dòng)態(tài)包絡(luò)3.12鏈形懸掛的線3.13懸掛1—下的橫向偏移會(huì)小一些。斜鏈形懸掛的安裝和運(yùn)行比較復(fù)雜。3.14鏈形懸掛的線（a）平面布置；（b）在支柱A上；（c）在支柱B上3.153.163.15

3.16雙接3.1力等00123456789運(yùn)營狀態(tài)時(shí)的風(fēng)速，應(yīng)采用空曠地區(qū)、地面以上10m、10min自動(dòng)記錄的、15年發(fā)生一次的平均最大值。結(jié)的風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定50年一遇的風(fēng)速最大值為基準(zhǔn)風(fēng)速。wqs式中：vw——風(fēng)偏移設(shè)計(jì)風(fēng)速wqs

pv2d 3.2；μs——導(dǎo)線風(fēng)載體型系數(shù)（3.3）μz——風(fēng)壓高度變化系數(shù)（3.4）d—m；p——導(dǎo)線單位長度的風(fēng)負(fù)載（kN/m3.2導(dǎo)線風(fēng)壓不均勻系計(jì)算風(fēng)速 3.3導(dǎo)線風(fēng)載體型系 3.4風(fēng)壓高度變化系A(chǔ)BCD5 3.17在pjx(lyw(x)

（N/m；Tj——接觸線的張力（N。y(x)(aiai1)(lx) 式中：ai——左定位點(diǎn)接觸線的拉出值（ai+1——右定位點(diǎn)接觸線的拉出值（m

ey(x)y(x)pjx(lx)(aiai1)(lx) jj lTj(aiai1

ppl T(a a i 2pjl

pl

pl

jjR2(xl2yR(xR2(xl2

yl

y(x)(ai1ai)x e(x)y(x)

(x)(ai1ai)x

x(x

曲 x) (x)

(x)(ai1ai)x px(l

j jxlai1 l(1pj (1pj)l a a i 2l w 22l

ewmax e(x)y(x)

(x)

(x)(ai1ai)x

x(xli)pjx(l

xl(ai1ai

(1pj)l

l(1pj a a i 2l w 22l ewmax

(1R

pj)l 8

（3.11吊弦有著相同的垂直于鐵路線的平面偏移角，如圖3.19所示（圖中SH為結(jié)構(gòu)高度，該假設(shè)適應(yīng)于結(jié)構(gòu)高度大于1.4m的情況。圖3.19接觸線比承力索偏移大時(shí)的接觸網(wǎng)設(shè)備傾斜偏py 側(cè)

pCWpj

pMWpd 式中：pc——承力索單位長度風(fēng)負(fù)載（N/m不同偏移產(chǎn)生的橫向偏差為ee

eCA(pjpd)l2(

)l

cce2pd

jc c jc c 16TjTc

TcTj

3l2m3.5接觸懸掛方案參——彈性吊索張力——說明，本例的風(fēng)負(fù)載單位均為kN/m。3.6接觸懸掛線索參外徑負(fù)載ptd和吊弦單位長度風(fēng)負(fù)載pdiao進(jìn)行計(jì)算。p0.72251.81.2512.1v )12.284v 0.72251.81.2514v

7.5v /(16001000)14.224v/(16001000)7.6201v

0.72251.81.254.5v /(16001000)4.5721v 30～35m/sq0.5625s1.25z1.8pj0.56251.81.2512.1v )9.5634v 0.56251.81.2514v /(16001000)11.074v

0.56251.81.257.5v

/(16001000)5.9326v

pdiao0.56251.81.254.5v

/(16001000)3.5596v 30～35m/sq0.49s1.25z1.8pj0.491.81.2512.1v )8.3308v 0.491.81.2514v /(16001000)9.6469v

0.491.81.257.5v

/(16001000)5.1680v

0.491.81.254.5v /(16001000)3.1008v

2(mmm)cSH

（kN/m；（kN/m；（kN/ml——跨距（m）；N3.7均吊弦長ptd_Span ptd/annc /其中：n——一跨內(nèi)吊弦的數(shù)目；m；3.8觸懸掛風(fēng)負(fù)載的附加2(×10-6×vmax2(×10-6×vmax2(×10-6×vmax2(×10-6×vmaxptd_000000pd_p(pTpT)/(TT16TTSH/(3ml2 j c j 3.9弦偏移引起的附加負(fù)------------pj_finalpj0.5(pd_Spanptd_Span) 3.10觸線的風(fēng)負(fù)20-30-pc_finalpc0.5(pd_Spanptd_Span) 3.11力索的風(fēng)負(fù)風(fēng) 方案 方案

max

（×10×vma

max

max l

ejmax

j_

l

j_ l

ec

c_

pc_finall (

p

ptd_

pd_

)l

2a2(TT ocs

T (pp

)l

td_

d_計(jì)算出四種接觸懸掛方案的容許風(fēng)速，計(jì)算結(jié)果列于表3.12中。3.12大偏移時(shí)的容距，而張力的提高和/或跨距的縮小均可增強(qiáng)接觸網(wǎng)的抗風(fēng)偏能力。因此，高速接觸網(wǎng)的跨性限值平面高度的差與跨距的千分比。如果兩個(gè)相鄰定位點(diǎn)的接觸線高度分別 HA、HB，跨距 l，則接觸iHAHB1000 l不003.5.5及其工作狀觸線抬升達(dá)到最大時(shí)，下沿的輪廓形狀應(yīng)能保證受電弓順利通過。此外，的結(jié)構(gòu)應(yīng)能方便(a)直矩形鋁合金限位（b）彎矩形鋁合金限位圖3.21常用的結(jié)受到的力可以分解為水平分力和垂直分力，如圖3.23所示。圖3.23的受力分arctan 其中：G——所受的垂直分力（N）；F——所受的水平分力（NGGGdw9.8(mjd1mjd2) ；—重量（N）； （kg/m；d2——定位點(diǎn)距右側(cè)最近吊弦的距離（m；GR=0。圖3.24直線區(qū)段的因接觸線之字形布置受到水平力作 FF1F2T(a0a1a1 受電弓中受電弓中E受電弓圖3.25曲線區(qū)段的因接觸線折線布置受到水平力作F3F1F2Tcos1Tcos2T(L1L2 j

為FF3T(a1a0a1a2)T(L1L2)T(a1a0a1 j （3.33，

tan 3.26觸網(wǎng)的錨段和錨段關(guān)直圖3.28關(guān)節(jié)45m＜圖3.29線區(qū)段的五跨錨段關(guān)圖3.30叉式線 圖3.31無交叉線岔 通在道岔區(qū)域增加輔助接觸懸掛會(huì)增加投資和維修成本，接觸網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)需要花費(fèi)的時(shí)間與精中性段（又稱電分相）是一段兩端都有電氣分段的接觸網(wǎng)，可以防止不壓、相位或頻率的連續(xù)3.34a3.34b3.34性段設(shè)計(jì)的變中性段長度圖 中性段的符號(hào)表3.36短中3.37長中（條件：L′＜400m、在圖3.37的布置段的長度大于互聯(lián)互通列車上距離最遠(yuǎn)的兩架400m3.38兩端為絕緣器件的3.39斷口式中性（條件：L’＞D+2l、D＜142mL+2l＜D’1、L”＞143m在圖3.39的中性段布置中，中性段的總長度D小于3架連續(xù)受電弓的間隔，該間隔L”為143m間不能設(shè)置電連接。受電弓在車輛上的布置如圖3.40所示3.40受電弓在車輛上的布圖3.40的受電弓布置與圖3.37和3.39的中性段方對(duì)于圖3.36和3.38的解決方案，受電弓的布置應(yīng)得到接觸理部門的同意，條件是L’=L1＜400、有多條線路并行的情況下，中性段應(yīng)盡量設(shè)置在緊鄰饋電上網(wǎng)點(diǎn)處，避免架設(shè)過長的饋電線。典型高速鐵路的弓網(wǎng)幾德國鐵路、新干線、法國交流鐵路及中國鐵路的弓頭幾何外形見 3.14表表 備 弓頭總長度為1800mm，滑板長度為遵循UIC608附2的規(guī)定，弓頭總長度

1450mm作長

950mm，滑板長度為

遵循UIC608附4a1950mm，工作長度為1450mm，滑板長度為1030mm德國鐵路、新干線、法國交流鐵路及中國高速接觸網(wǎng)的主要幾何參數(shù)見 3.15表 Re160Re200橋處為45m-50m左本章要點(diǎn)概接觸網(wǎng)的彈性與彈性不（mm/N；（mm；F0——抬升力（N

e

4.1觸懸掛的參跨距承力索單位長度質(zhì)量接觸線單位長度質(zhì)量承力索張力接觸線張力—彈性吊索張力—555拉出值

式中：l——跨距（m）；—接觸線張力（kN）；（kN；

em

Tc

uemaxeminemax

（4.3高接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)圖4.2（a）為接觸線初始受到受電弓抬升力P0作用時(shí)的示意圖；（b）（t＝0）觸線在受電弓抬升力作用后產(chǎn)生的沿接觸線的橫向初始波示意圖；圖（c）為t=t+△t時(shí)刻，波以4.2沿設(shè)受電弓抬升力作用下的接觸線的張力為T、單位長度質(zhì)量為m，長度為dx的接觸線微分段的受力分析如圖4.3所示。4.3觸線微分段的受力分FyTsin2Tsin

yx y

1x FTy Ty

x x y 2FyxTxdxmdxt2

m2 t令Cp 2 2x2

Cp tCp

yf(xCpt 4.4單鏈形懸掛的受力分PP0xvt =0（t=l/vPxa、bT。設(shè)a、bFa、Fby軸方向的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)y

T

T

yTx

yTx

Ty Ty

Ty

x

x x

y

2x Fy dx 2x 由式（4.8）可知，受電弓施加在微分段上的作用力為P·dx=P0δ?x‐vt?dx。微分段的質(zhì)量為mdx，微分段的加速度為2y，依據(jù)牛頓第二定律得t2mdxt

2Tx2dxP0(x Cp 2t

2Cpx 2 mCpx

4.5電弓沿接觸式（4.13）δ（x-vt）δ(x-vt=0)=1δ(x-vt≠0)=0特性的狄拉克三角函數(shù)，應(yīng)用已

2l

sinnx0/l

（4.132y 22y2P

t Cp

ml

sinnx0/ sinnx/ y(x,t)yn(t)sin(nx/（4.15

&y&(t)C2(n/l)2y(t)(2P/ml)sin(nx/ yn(t)C1ncos(nCpt/l)C2nsin(nCpt/l)Ansin(nvt/利用邊yn(0)0y&n(0)0，得出C1n=0，因而

y&(0)C(nC/l)2Pl/[m(n)2(C2v2)](nv/l)

pppp

vm(n)2(C2v2)

nCpy(x,t)m2(C2v2)n2 p

T/需要特別說明的是，在式Cp 中，T包含了承力索張力Tc和接觸線張力Tj，mT/mC （m/s）或 m 觸線的波動(dòng)速度Cp=158m/s，相當(dāng)于569km/h。波動(dòng)速在式（4.21）中，Cp為波沿接觸線的速度，即單位時(shí)間內(nèi)波沿接觸線的距離接觸線的波動(dòng)速度是弓網(wǎng)系統(tǒng)電能傳輸?shù)奈锢硐蘖?。受電弓運(yùn)行速度v與接觸線波動(dòng)速度Cp的差距不同，接觸線的撓曲程度也不同。圖4.6是三種情況下接觸線撓曲狀態(tài)的示意圖：（a）是將三種情（b曲狀態(tài)。P為抬升力的作用點(diǎn)。曲線（b：v<Cp時(shí)，波在P的前后沒有較為明顯的改變，只是由于阻尼作用，P右方的振幅有一定程度的衰減，P對(duì)接觸線應(yīng)力和弓網(wǎng)接觸質(zhì)量幾乎不產(chǎn)生影響。曲線（c）：vCpv趨近Cp時(shí)，波在P（衰減），此時(shí)，P對(duì)接觸線（d：v=Cp行速度與波動(dòng)速度的關(guān)系可表示為vmax （km/h； 4.7遇到集中質(zhì)在圖4.7中，集中質(zhì)量M剛性地固定在接觸線的x=x0處，沿著接觸線的橫波在x0處遇到M出現(xiàn)反射和透射，一部分波通過M后繼續(xù)前進(jìn)，一部分波則被反射，波動(dòng)能量引起M振動(dòng)，振幅用y0(t)表示，即y0(t)是波動(dòng)作用的結(jié)果。用f1(x0-Cpt)和f2(x0+Cpt)分別表示M左邊和右邊的波，則y0(t)y(x0,t)f1(x0Cpt)f2(x0 接觸線上反射被激發(fā)，反射波與到達(dá)的波相反。接觸線波的反射在數(shù)學(xué)上通過引入邊界條件y(x0,t)2mt

2Tx2q(x,在x=x0時(shí)，與接觸線相連接的集中質(zhì)量M對(duì)入射波形成干擾性反射。從左邊到達(dá)的波為y0(t)=f(x0-Cpt)MPr(t)，該力從相反方向作用在接觸線上，接觸線在x=x0點(diǎn)的速度達(dá)到y(tǒng)&r(t)Pr(t)/(2mCp

yr(t)y(t)y0yt(t(xx0)/Cp)y0(t(xx0)/Cp)yr(t(xx0)/Cp

y(t) y?0(1)(122)ejtM/(2mCp

yr(t)y(t)y0

Pr(t)2mCp&r(t)y?M2(1j)/(122)e 0 ry?/y?(j)/(122 0由式（4.30）可知，低頻時(shí)的反作用力Pr(t)的振幅等于y?M2。頻率較高時(shí)，該振幅應(yīng)為04.8（a GBA—基波；NA—傳輸波；EF和EA—二次波；NZ—吊弦線也增添了一Pj2mjCjy&y&0)。此外，由于吊弦的質(zhì)量而出現(xiàn)慣性力M&y&。吊

Tc/Tj/ 其中，Cc 和Cj 相同的類型。對(duì)于入射的正弦波y(tTc/Tj/ y(t)2m cj yr(t)y(t)y0(t)(2mccMj)/(2(mccm

Tcmc r

mcCcmjC

加速度為g，吊弦上的初始張力為mjgl，在以下條件成立時(shí)，吊弦會(huì)出現(xiàn)松弛現(xiàn)象。(mcCcmjCj)y&mjCjy&0mj 合并，并假設(shè)吊弦質(zhì)量 時(shí)，反射系數(shù)就小。圖4.8顯示了吊弦NZ是如何對(duì)入射的波進(jìn)行反射的，其中方波P·△t使接觸線產(chǎn)生系數(shù)為r=0.4的直線波前GA，同時(shí)顯示了這種波在接觸線和承力索中的。吊弦NZ的抬升在吊弦右對(duì)稱向左移動(dòng)，在接觸線中反射波EF將疊加到進(jìn)入的波前GA上，導(dǎo)致接觸線BN段的坡度變陡。波前NABAEAEFy&P/2m

j 1yr＝r?y0朝著受電弓前進(jìn)，并迫y&1y'(Cv)&0r(Cpv)/(Cp P2mCy&P j 0(Cpv)/(Cp 為r/α，比值r/α稱為放大系數(shù)，常用γ表示

Mev駛向非連續(xù)點(diǎn)，雖然與接觸線接觸，但不對(duì)接觸線施加任何力。在通過量帶到接觸線上。此過程往返重復(fù)，直到受電弓到達(dá)xr。從圖4.9可以看出，如果γ＞1，每續(xù)力的增加都大于初始力，系統(tǒng)的振幅在受電弓到達(dá)xr之前不斷增加。相反，如果γ＜1，則連續(xù)力變化就會(huì)減弱，接觸線的振動(dòng)逐漸變緩和。γ=1時(shí)，振幅4.91kg的質(zhì)量塊以接觸力P壓向具有P0的接觸線上多普勒系數(shù)а是運(yùn)行速度v的函數(shù)，如果將γ=1時(shí)的速度定義為限定速度va，則v低于va時(shí)

r(Cpva)CpvCp(1r)/(1

rr Tcmc則vCp/(12Tcmc/Tjmj C2Tj j圖4.9中的xr點(diǎn)為非連續(xù)點(diǎn)，入射波被全部反射，而實(shí)際運(yùn)用的接觸網(wǎng)避免了此種情況的出現(xiàn)，放在v=350km/h時(shí)，可以計(jì)算出α=0.210、γ=2.209。振動(dòng)次數(shù)又稱振動(dòng)頻率，用Hz來表示。在5s內(nèi)振動(dòng)一次接觸網(wǎng)可能需要非常大的外部激振力，如果把振動(dòng)頻率提高到1Hz左右，用很小的4.104.10接觸線受到激振時(shí)的形式，振動(dòng)波節(jié)（振幅為0的點(diǎn)）位于對(duì)稱鈾上；若是跨數(shù)為偶數(shù)的鏈形懸掛，對(duì)稱軸在定位點(diǎn)處。fC(TcTj(TcTj)/(mcmj(TcTj)(TcTj)/(mcmj2

2l

2l懸掛接觸網(wǎng)而言，依據(jù)式（4.46）和式（4.47）計(jì)算出的固有頻率f1f2分別為1.50Hz1.36Hz。表4.3中的參數(shù)值為京津城際、武廣高速和高速接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，波動(dòng)速度介于4.3接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)波動(dòng)速度無量綱系數(shù)多普勒系數(shù)反射系數(shù)放大系數(shù)限定速度固有頻率——武——武——京——武——京多普勒多普勒系放大系 運(yùn)行速度4.11多普勒系數(shù)α和放大系弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)相互作用的性接觸線的動(dòng)態(tài)抬升可由式（4.20）進(jìn)行計(jì)算。在式（4.20）中，第一項(xiàng)和第二項(xiàng)均含有f(,) (1/n2)sinn

4.12接觸線變形后的狀態(tài)（圖中符號(hào)需要改

P0 p m2(C2v2p

Kfx,vt

c Kvf x, tc 4.13作圖法求解動(dòng)態(tài)抬升（圖中符號(hào)需要改x2l 即v 2l對(duì)于式（4.48）來說，假設(shè)v=βCp，則 P l 2

第2章已對(duì)弓網(wǎng)接觸力作過介紹，這里需要著重強(qiáng)調(diào)的是，弓網(wǎng)接觸力為受電弓施加在接觸網(wǎng)上的垂直力。對(duì)于運(yùn)行中的弓網(wǎng)系統(tǒng)，由于慣性力FDYN的存在，弓網(wǎng)接觸力與接觸網(wǎng)反作用于受電弓的力FDYN的矢量和。FR與受電弓弓頭運(yùn)動(dòng)方向相反，F(xiàn)DYN與弓頭運(yùn)行加速度方向相同。在弓網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過觸力則呈現(xiàn)為最大值Fmax。可見，弓網(wǎng)接觸力為電氣列車運(yùn)行速度的函數(shù)，應(yīng)維持在Fmin和Fmax之間，并圍繞著受電弓的平均抬升力Fm=F0+k·v2波動(dòng)?！佑|力統(tǒng)計(jì)最小值Fm-Fm((xiFn

x 式中：xi——接觸力的采樣值，i=1、2、…、觸力平均值Fm、標(biāo)準(zhǔn)偏差σ以及接觸力的概率分布。也可用標(biāo)準(zhǔn)偏差作為評(píng)價(jià)弓網(wǎng)接觸性能的標(biāo)準(zhǔn)：4.14三種接觸力概率的正態(tài)分布（縱坐標(biāo)箭頭4.15所示的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布Fm3Fm

4.15接觸力概率的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分m95.44%的接觸力數(shù)值在F2Fm2之m4.16弓網(wǎng)接觸力的動(dòng)態(tài)范圍與速度的關(guān)圍，這也相應(yīng)改善了受電弓的動(dòng)態(tài)性能。需要著重的是，當(dāng)運(yùn)行速度提高時(shí)，F(xiàn)m3的值不應(yīng)接量進(jìn)行評(píng)價(jià)。燃弧率NQ可用下式進(jìn)行計(jì)算NQtarc 時(shí)，燃弧率不應(yīng)超過0.1%；高速運(yùn)行時(shí)，燃弧率不應(yīng)超過0.2%。同時(shí)集流的兩架受電弓不設(shè)電氣連接，且兩架受電弓的距離介于200～400m之間。500500受電弓運(yùn)行位置0電弓運(yùn)行位置弓網(wǎng)接觸力弓網(wǎng)接觸力0弓網(wǎng)接觸力弓網(wǎng)接觸力084.17雙弓情況下的弓網(wǎng)接觸m10M1010kN5m.m30mhSSS400+293N415N，最小值85N8N。標(biāo)準(zhǔn)偏差也有顯著不同，分別31N59N?？梢?，前200km/h240m350km/h。弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)相互作用的測(cè)10N（所有力傳感器的總和，測(cè)量系統(tǒng)的最大誤差應(yīng)小于10%。測(cè)量系統(tǒng)對(duì)弓網(wǎng)接觸力的改變不應(yīng)超過5%。 n ( (fnf1)i1Fapplied——弓頭上施加的激振力（N）；（Hz，i=1，2，…，n

誤差應(yīng)小于10%的要求一致。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以采用濾波器對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。測(cè)量系統(tǒng)的采樣頻率應(yīng)大于200Hz，或使采樣點(diǎn)的間隔小于0.40m——對(duì)直流受電弓，從0N～700N位移帶來改變，這種改變不得大于被測(cè)位移量的3%。220nm～225nm323nm～329nm。為了保證電弧的準(zhǔn)確測(cè)量，測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)免疫于波長大于330nm的可見光的影響。

——通過下式確定新的功率密度閾值（xd）與新的距離（d）的關(guān)

dxdxy

速度的誤差在±2.5km/h以內(nèi)。常規(guī)值是5ms。弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)相互作用的仿包含10跨接觸網(wǎng)；——接觸力標(biāo)準(zhǔn)偏差14.4仿真值的偏參 接觸力的標(biāo)準(zhǔn)偏差 2如果仿真速度超過了確認(rèn)速度，且增加的值在被確認(rèn)模型的接觸線波動(dòng)速度的5%以內(nèi)，這種14.8給定的范圍之內(nèi)，則可以使用測(cè)量值對(duì)該仿真方法進(jìn)行24.19受電弓模4.5受電弓數(shù)剛度（N————為使靜態(tài)接觸力等于120N，應(yīng)對(duì)質(zhì)量m2施加一個(gè)恒定的力接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)接觸網(wǎng)為一支接觸線的鏈形懸掛系統(tǒng)。該模型由10個(gè)相同的跨組成，如圖4.20所示。4.20懸掛系4.6吊弦位1234567894.7線索機(jī)械參——關(guān)注頻率范圍為0Hz～20Hz34.8參考模型的結(jié)果范-00本章要點(diǎn)概接觸材料的1線加以表示。這種曲線因材料的組成、組織不同而有所不同，大體上可分為圖5.1所示的五種類型。5.1幾類材料的應(yīng)力與應(yīng)變曲線示意低碳鋼，見圖5.1（a）]。裂[如鑄鐵，見圖5.1（b）]。5.1（b）]。再次增加而斷裂[如硬而粘性大的塑料，見圖5.1（c）]。斷裂[如軟質(zhì)橡膠，見圖5.1（c）]。 征物體變形的難易程度，用E（Pa）表示，即E2(/2)D(DD(/2)D(DD2d2 其中—作用載荷（N； HB （mm；mm需要使用不同載荷的錐進(jìn)行壓痕。圖5.2是上述三種硬度測(cè)試方法的示意圖。3

5.2三種測(cè)試硬度方法的示意4（Ω·m

RS

接近于零；導(dǎo)體的ρ為10-8～10-5Ω·m；半導(dǎo)體的ρ為10-5～107Ω·m；絕緣體的ρ為107～1020Ω·m5.1幾種材料的電阻銀5.2.3J/（kg·K5.2幾種材料的比熱容鋁銅銀碳（1/K，積變化量的體膨脹系數(shù)。表5.3為部分材料的線膨脹系數(shù)。5.3部分材料的線膨脹系數(shù)鐵銅熱能力的常數(shù)，稱為熱導(dǎo)率或?qū)嵯禂?shù)，單位W/（m·K，即單位時(shí)間內(nèi)在1K溫差的1m3或1cm3正5.4列出了一些材料的在常溫下的熱導(dǎo)率，顯然，與5.4幾種材料的熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率銅鋁碳子互相的頻度增加，并變得難以活動(dòng)，金屬的熱導(dǎo)率λ因而隨溫度升高而下降。金屬內(nèi)的雜質(zhì)會(huì)妨礙自由電子的運(yùn)動(dòng)，減少傳導(dǎo)作用，所以，合金的熱導(dǎo)率明顯變小，約相當(dāng)于母相金屬的15%～70%。5.5幾種材料材耐熱性是材料應(yīng)用中的重要性質(zhì)，材料的可反映材料的耐熱性。材料熔焊時(shí)的溫度稱為，一般情況下，材料結(jié)構(gòu)中的分子間作用力越大，就越高。表5.5幾種材料材滑

石 5.3粉末冶金滑板外形（單位5.6粉末冶金滑板結(jié)構(gòu)尺I IIL1（mm）

0

05.7粉末冶金滑板的機(jī)械及電性能要—5.3.3觀、密度和等也不同。溫條件下，碳能與許多金屬反應(yīng)，生成金屬碳化物。碳具有還原性，在高溫下可以冶煉金屬。2%以下，達(dá)到封孔和防水5.8碳滑板應(yīng)滿足的機(jī)械與電性能要制托架上，制成一列整體碳滑板。圖5.4為一種高速受電弓的整體碳滑板。5.4整體碳滑浸金屬碳滑板的制造方法為：將碳素粉料模成胚料碳基條，送入高溫培燒爐后按照一定的升溫5.9浸金屬碳滑板的機(jī)械與電性能要接觸以（u（Ag、錫））（Cu（CuAg）（）1：110mm2銅接觸線為示例4：120mm2銅鎂合金[ω（Mg）=0.2%]接觸線為示例6：150mm2銅錫合金接觸線為CTS150。5.10銅與銅合金接觸線化學(xué)主成分材OP其他————CTA、余————余————余————余—————5.5接觸線截面形狀及合金識(shí)別溝規(guī) 面積

+4%～-

度2純度大于99.9%的電解銅為原料，經(jīng)連鑄—軋制—拉拔成線材后不經(jīng)退火處理而直接使用的接觸線。具有非常好的效果，同等合金含量的銅錫接觸線的使用約是銅銀接觸線的1.2倍，但銅錫接觸線的5.12銅與銅合金接觸線的導(dǎo)電率與抗注：IACS（IACS—InternationalAnnealedCopperStandard）用于表征金屬或合金的導(dǎo)電率（參比于標(biāo)準(zhǔn)退火純銅。規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)退業(yè)純銅的導(dǎo)電率為100%IACS，即電導(dǎo)率為58.5×106（1/?·m）。18~24mm的銅桿拉制而成的，此材料連續(xù)通過5.6所示。這就將幾乎是圓形的材料微結(jié)構(gòu)拉拔成長形，最后排列為與導(dǎo)線拉伸方向一致的5.6銅或銅合金桿拉撥成接觸微結(jié)構(gòu)稱之為再結(jié)晶，并伴隨著喪失冷拔接觸線的全部典型物理特性。圖5.7示出了再結(jié)晶對(duì)Cu、5.7溫度對(duì)接觸線抗拉強(qiáng)度率約為46％IACS中國改進(jìn)生產(chǎn)的CGLN-250鋁包鋼接觸線和研制開發(fā)的TA-196鋁包鋼接觸線的抗655MPa60.2％IACS493MPa81.1％IACS300km/h的高速接觸網(wǎng)中應(yīng)用（CS的銅復(fù)比約為60％，CSD的銅復(fù)比為80％左右。銅復(fù)比為銅與復(fù)合導(dǎo)線截面積（插入圖滑板與接觸線的材料10倍。如果碳滑板和金屬滑板在同5.8200N，直流區(qū)段的接觸線約3年更換一次。5.8意大利高速電氣列車牽引單元上的受電 圖5.9流磨擦磨損

速度為圖5.12CuMg0.5合金接觸線根據(jù)速度變化的磨損率，接觸力為250N，電流圖5.10為CuAg0.1合金接觸線和CuMg0.5合金接觸線的磨損情況比較。可以得出這樣的結(jié)論：由 圖 接觸線的磨損本章要點(diǎn)概弓網(wǎng)靜態(tài)電 圖6.1電接觸形式6.2所示。即使有很6.3 圖6.2滑板與接觸線接觸斑 圖6.3電流經(jīng)過導(dǎo)電斑

R Re2 R12

式中：Rce——單個(gè)導(dǎo)電斑點(diǎn)的收縮電阻（Ω R——膜電阻（ 、——分別為滑板和接觸線的電阻率（Ω·m； 1 R1 的硬度，定義接觸硬度H為HF n（N/m2；F——弓網(wǎng)接觸力（N

S——接觸面積（m2

HaH（6.5R1 1 HR1 1H

或浸金屬碳等，部分滑板材料電阻率如表所示。接觸網(wǎng)主要使用銅或銅合金材料的接觸線，銅或銅合金接觸線的導(dǎo)電率及電阻率如表6.1部分滑板電阻1列、24列斷面為矩形的滑板，滑板表面基本為平面。新安裝及較少使用的6.4為文獻(xiàn)[21]計(jì)算出的接觸電阻與接觸點(diǎn)數(shù)目的關(guān)系曲線，表明收縮電阻與接觸斑點(diǎn)數(shù)目不呈864收縮收縮電 接觸面內(nèi)的接觸斑點(diǎn)數(shù)目6.4收縮電阻與接觸斑點(diǎn)數(shù)目的關(guān)6.5所示的最佳值，弓網(wǎng)電電氣磨損為主機(jī)械磨損為6.5磨耗BvF的關(guān)將式（6.8）的Rc代入式（6.10）式中：——導(dǎo)電斑點(diǎn)的接觸溫升（K；

U2(IR ()2HI ——接觸材料的熱導(dǎo)率與電阻率乘積的平均值（V2/K弓網(wǎng)靜態(tài)電接觸6.6為使用了CY280型滑板的弓頭與剛性接觸網(wǎng)的靜態(tài)電接觸試驗(yàn)接線和溫度測(cè)量板與接觸線的接觸力可以調(diào)整，試驗(yàn)電流可以精確設(shè)定。接觸線的容許溫度為150℃。 6.6弓網(wǎng)靜態(tài)電接觸試接觸線的型號(hào)為CTA120，物理機(jī)械性能如表6.4所示。6.3CY280型滑板的物理機(jī)械性型

接觸點(diǎn)的距離均為5mm。160N150A、180A、240A、220A時(shí)，1#、3#、5#、7#、9#測(cè)溫點(diǎn)的溫度—時(shí)間關(guān)系如圖6.7所示。電流 220A、不同接觸力時(shí)的接觸點(diǎn)溫度—時(shí)間關(guān)220A圖6.8所示。溫度溫度觸力分別為90N、120N時(shí)，1＃、2＃、3＃、4＃測(cè)溫點(diǎn)的溫度變化如圖6.10所示。6.9無匯流排的接觸線與滑板的靜態(tài)電接觸試溫度溫度溫度溫度由圖6.7可知，試驗(yàn)電流接通一段時(shí)間后，5＃測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨于平穩(wěn)，但1＃、3＃、7＃、9#測(cè)溫點(diǎn)試驗(yàn)電流時(shí)，7＃測(cè)溫點(diǎn)的溫度—時(shí)間關(guān)系如圖6.11所示。溫度6.1120min內(nèi)，試驗(yàn)電流越大，7＃測(cè)溫點(diǎn)的溫度上升速度就越快，而達(dá)到了151.4℃。溫度6.11不同試驗(yàn)電流時(shí)，7＃測(cè)溫點(diǎn)的溫度—時(shí)間關(guān)溫度趨于平穩(wěn)，而1＃、3＃、7＃、9#測(cè)溫點(diǎn)的溫度卻出現(xiàn)波動(dòng)。406080100120140406080100120140160180時(shí)間(分鐘溫度時(shí)間（分鐘溫度6.12接觸力改變時(shí)，7＃測(cè)溫點(diǎn)的溫度—時(shí)間時(shí)間（分鐘溫度6.13接觸力改變時(shí)，8＃測(cè)溫點(diǎn)的溫度—時(shí)間關(guān)系60N～120N范圍內(nèi)變化時(shí)，接觸點(diǎn)溫度—時(shí)間關(guān)系基本趨勢(shì)相同，——由結(jié)論（1）和式（68）可知，接觸力在60N～120N范圍內(nèi)變化時(shí)，接觸斑點(diǎn)數(shù)目n與接觸力F之積為常數(shù)。說明接觸力雖然增加，但滑板與接觸線的接觸斑點(diǎn)數(shù)目卻在減少。也可以理解為，較大614，這種現(xiàn)象持續(xù)的時(shí)間較短（從幾秒到幾十秒，試驗(yàn)電流越大，出現(xiàn)此類現(xiàn)象的概率越高。圖6.14接觸斑點(diǎn)熔焊現(xiàn) 圖6.15滑板表面的燒灼痕

Rc 2221222

SS

()2I 2128

將RS代入式（6.15）

Iq

q1282(12)2 =150A約為130K。取接觸線的電阻率1=0.01777×10-6?·m、滑板電阻率2=35×10-6?·m，接觸線和滑板材料的熱導(dǎo)率分別為1=380W/m·K、2=160W/m·K，則11 （6.12（6.14（6.16接觸區(qū)域等效面積S=0.93×10-6m2、熱流密度q=68.8×106W/m2。弓網(wǎng)滑動(dòng)電6.1節(jié)分析了滑板與接觸線穩(wěn)定狀態(tài)下接觸區(qū)域內(nèi)的溫度及其分布問題，并進(jìn)行了接觸力—接觸研究弓網(wǎng)暫態(tài)熱效應(yīng)的目的在于防止因電氣列車起動(dòng)或短路電流引起的焦使弓網(wǎng)接觸區(qū)域的（的建后擾變間松時(shí)因以度大礎(chǔ)起種快速高強(qiáng)度的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)過程將在第6.5節(jié)討論。6.60的半無限大物體，在時(shí)間τ>02a x

T(x,

x

q(

T(x,

0 d2T(x; T(x;p) dT(x;dT(x;p)

q(x x

T(x;p) limT(xp有界，所以C2=0C2

x（x;p）=C1

C1q(p)q(p) q( T(x;p) pa pa

]eT(x,)1q(,或

xd e (,a a

T(x,)

0

,

4a

當(dāng)熱流密度T(x,)或

x(,e4a((,axa

T(x,)

e4a,d

x a

q T(x,)

e4a0erfc(

式（6.20）可以看出，溫度分布函數(shù)T(x,是作用時(shí)間τ、距離研究點(diǎn)x這兩個(gè)變量的函數(shù)。 6m2/s溫度分布如圖6.17所示。 圖6.16焦源靜止不動(dòng)時(shí)的熱過起動(dòng)電生的弓網(wǎng)暫態(tài)熱效 2826242220010

10203040506070809010V

102030405060708090圖6.18SS1型電力機(jī)車的取流特 圖6.19SS3型電力機(jī)車的取流特電氣列車起動(dòng)時(shí)的暫態(tài)熱過程如圖6.20所示。當(dāng)列車從O點(diǎn)起步時(shí)，弓網(wǎng)接觸點(diǎn)引起的焦源以速vOM點(diǎn)移動(dòng)，熱擾動(dòng)導(dǎo)M點(diǎn)的溫度開始上升，這種溫度上升過程直到熱源到N點(diǎn)時(shí)停止，因?yàn)闊嵩丛竭^N點(diǎn)以后，熱擾動(dòng)對(duì)M點(diǎn)的影響已經(jīng)可以忽略不計(jì)了。6.20熱源移動(dòng)時(shí)的暫態(tài)熱過

S1a假設(shè)O點(diǎn)距離M點(diǎn)為S0，列車起動(dòng)加速度為a，則熱源與M點(diǎn)的距離

1

(S00

a 020

S0

S0 T(x,)

e 4 式（6.21）中，電氣列車起動(dòng)a為常數(shù)，S0及τ可從6.17中選S0=0.5×10-3m，M點(diǎn)的溫度。不同起動(dòng)電流時(shí)，M6.21～6.23中。線的表面溫度僅為40℃；小起動(dòng)加速度為0.005m/s2時(shí)，接觸點(diǎn)溫度達(dá)到了160℃，超過了銅接觸線容許溫度150℃；3為，所到最度同當(dāng)加依為0、.20150052時(shí)弓觸最高溫度分別達(dá)到 和1200℃。電氣列車起動(dòng)加速度最小時(shí)，接觸點(diǎn)的最高溫度超過了銅接觸線。短路電生的弓網(wǎng)暫態(tài)熱效1700A～4500A1700A時(shí)，利用式（6.20）計(jì)算出的接觸點(diǎn)溫度分布如圖6.24所示。6.241700A1×10-2、2×10-2、3×10-24×10-2s時(shí)，接觸的地方表示溫度最高。此幅紅外熱成像圖形中的滑板局部最高溫度接近200℃。6.25滑板發(fā)熱現(xiàn)弓網(wǎng)可分合電12～20V，則在觸頭間隙中通常會(huì)產(chǎn)生一團(tuán)溫度極高、發(fā)出強(qiáng)光且能夠?qū)щ姷慕茍A柱形的氣體——減小