考虑接触网零部件影响的接触网波动速度分析

曾雪秦

摘 要：从高铁接触网的波动速度及其传播规律分析入手，并从波速、波长、波幅这三个方面对基于接触网零部件影响的接触网波动速度进行了研究，希望能对提高我国高铁运行的安全性、稳定性有所帮助。

关键词：接触网；波动速度；波速；波长

中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）05-0006-02

近年来，随着中国社会的发展和科技的进步，高铁的发展极其迅速。高铁以其车速快、安全、可靠、舒适、环保等优点逐渐被人们接受和认可，与之相关的研究也随之大幅度增多。接触网是高铁的重要组成部分之一，它的波动速度直接影响高铁列车的运行稳定性。为此，有必要对接触网的波动速度进行深入研究。基于此，下面就对接触网零部件影响的接触网波动速度展开探讨。

1 高铁接触网的波动速度和传播规律

由于高铁全部是以电力牵引作为驱动的，因此受力质量的优劣对于电力机车的安全、高速运行尤为重要，换言之，必须确保列车在高速运行的条件下动态受流稳定、可靠。这里所指的动态电流即受电弓与接触网在互相接触滑动的过程中，利用弓网接触点接受电流并传递给电力机车的过程。通常情况下，在动态电流产生的过程中，受电弓与接触网上的接触线在发生相互作用时，很可能会引起接触线垂向上的振动，当振动出现之后，振动波会一直沿着接触线的方向进行传播，这样便会形成波动现象。而由此形成的波动会继续传播，虽然波形一般都是沿着接触网从近到远地进行传播，但必须明确的一点是，参与整个波动过程的质点却并不会随着波形远离接触网，它会始终在一个近乎平衡的位置附近持续振动。相关研究结果表明，参与波动的质点的振动方向通常都是与波的传播方向垂直分布，我们常将这种波称之为横波。可以将波动这种现象视作为接触网整体表现的运行状态，对于接触网上的任意一个质点而言，只能说某个质点是否振动，但却并不能说其是否存在波动，也就是说，接触网上的任何质点都不会出现波动。由于所要研究的是接触网的波动速度，所以必须清楚波动的主要特征参数对接触网的影响，下面对此进行具体研究。

2 基于接触网零部件影响下的波动速度

对于高铁接触网波动速度的研究，大多都是通过对波动速度的特征参数进行分析来完成的。为此，以下也从特征参数分析入手，对基于接触网各个主要零部件影响下的波动速度进行研究。

2.1 接触网波动速度特征参数——波速

在所有的特征参数当中，波速是描述接触网波动特性最为有效的参数之一。所谓的波速具体是指波动沿着接触网接触线方向传播的具体速度，它的传播方向既可以向前也可以向后。相关研究表明，当电力机车的运行速度与接触网的波速逐步接近时，会导致机车与弓网的关系明显恶化，具体体现在弓网接触压力的波动幅度会持续增大，而且受电弓的受流质量会随之下降，同时，车速与接触网波速非常接近时，还有可能导致整个接触网结构破坏，这会引起十分严重的后果。通过大量的试验后，我国将高铁列车运行速度的最高限值设定为接触网波速的0.7倍。接触网的波动速度可以用下式表示：

在没有特殊要求的前提下，常用该式计算接触网的波速。由式（1）可知，与波速关系最为密切的两个常量为张力和接触线密度。当张力增大时，波速会随之增大；而随着接触线密度的增大，波速会随之减小。如果接触网为给定的条件时，张力与接触线密度则为固定值，此时的接触网波速也为恒定不变的常值。

2.2 接触网波动速度特征参数——波长

在表征接触网波动中，波长是一个非常重要的参数，对该参数进行研究主要为了进一步分析高铁列车在双弓或是多弓条件下运行时，波动对位于后面的受电弓的影响机理。通过对单根索模型与现实接触网的波长进行对比后发现，模型上的波长与现实中波长存在一定的差异，虽然接触网的波速可以用该模型进行计算，但是波长却不能使用该模型进行计算。由经典波动理论可知，波长与频率的乘积为波动的相速度。为此，接触网的波动波长可以用下式表示：

. 2.3 接触网波动速度特征参数——波幅

在特征参数中，波幅对接触网波动速度的影响较波速和波长相对低一些，但它的影响也是存在的。通过仿真模拟分析可知，随着高铁列车时速从200 km/h提高到300 km/h，跨中点垂向振动的位移随之增大，这充分说明了波幅会随着列车速度的提高而增大。同时，当张力增加时，跨中点垂向振动的位移有所减小，这说明波幅会随着张力的增加而减小。此外，波幅还会对弓网接触压力造成一定程度的影响。大量的研究结果表明，想要从根本上改善弓网的关系，就必须对波幅进行控制，比较有效的方法是增设阻尼机构。但需要注意的是，阻尼机构的增设会对接触线带来硬点等影响，因此应当结合具体情况适当采用相应方式。

3 结束语

总而言之，随着高速铁路的不断增多，接触网势必也会随之增多，高铁列车的时速也会越来越快，这必然会导致振动不断加剧，从而容易引起弓网磨损，甚至会出现弓网脱开拉弧等现象，不利于列车行驶过程中的电流稳定供给。为了提高列车的运行安全性和稳定性，必须采取相应的措施减少接触网主要零部件对其波动速度的影响，这样才能确保电流的持续稳定供给，也才能使列车运行更加安全可靠。

参考文献

[1]潘国峰.高速弓网耦合动力学特性及接触网垂向不平顺影响研究[D].杭州：浙江大学，2012.

[2]韩坤，冯晓云，杨顺风，等.接触网网压波动下动车组恒速控制策略的仿真研究真[J].铁通机车车辆，2008（12）.

[3]吴燕，吴俊勇.高速受电弓-接触网动态受流性能及双弓距离的研究[J].铁道学报，2010（8）.

〔编辑：刘晓芳〕

Consider the Impact of Parts Catenary Fluctuation Velocity Analysis

Zeng Xueqin

Abstract： Starting from fluctuations in speed and propagation of high-speed rail catenary， and from the velocity， wavelength， amplitude of these three aspects of the catenary catenary fluctuating velocity components based effects were studied， hoping to improve the operation of Chinas high-speed rail the safety， stability helpful.

Key words： catenary； fluctuations in speed； velocity； wavelength

摘 要：从高铁接触网的波动速度及其传播规律分析入手，并从波速、波长、波幅这三个方面对基于接触网零部件影响的接触网波动速度进行了研究，希望能对提高我国高铁运行的安全性、稳定性有所帮助。

关键词：接触网；波动速度；波速；波长

中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）05-0006-02

近年来，随着中国社会的发展和科技的进步，高铁的发展极其迅速。高铁以其车速快、安全、可靠、舒适、环保等优点逐渐被人们接受和认可，与之相关的研究也随之大幅度增多。接触网是高铁的重要组成部分之一，它的波动速度直接影响高铁列车的运行稳定性。为此，有必要对接触网的波动速度进行深入研究。基于此，下面就对接触网零部件影响的接触网波动速度展开探讨。

1 高铁接触网的波动速度和传播规律

由于高铁全部是以电力牵引作为驱动的，因此受力质量的优劣对于电力机车的安全、高速运行尤为重要，换言之，必须确保列车在高速运行的条件下动态受流稳定、可靠。这里所指的动态电流即受电弓与接触网在互相接触滑动的过程中，利用弓网接触点接受电流并传递给电力机车的过程。通常情况下，在动态电流产生的过程中，受电弓与接触网上的接触线在发生相互作用时，很可能会引起接触线垂向上的振动，当振动出现之后，振动波会一直沿着接触线的方向进行传播，这样便会形成波动现象。而由此形成的波动会继续传播，虽然波形一般都是沿着接触网从近到远地进行传播，但必须明确的一点是，参与整个波动过程的质点却并不会随着波形远离接触网，它会始终在一个近乎平衡的位置附近持续振动。相关研究结果表明，参与波动的质点的振动方向通常都是与波的传播方向垂直分布，我们常将这种波称之为横波。可以将波动这种现象视作为接触网整体表现的运行状态，对于接触网上的任意一个质点而言，只能说某个质点是否振动，但却并不能说其是否存在波动，也就是说，接触网上的任何质点都不会出现波动。由于所要研究的是接触网的波动速度，所以必须清楚波动的主要特征参数对接触网的影响，下面对此进行具体研究。

2 基于接触网零部件影响下的波动速度

对于高铁接触网波动速度的研究，大多都是通过对波动速度的特征参数进行分析来完成的。为此，以下也从特征参数分析入手，对基于接触网各个主要零部件影响下的波动速度进行研究。

2.1 接触网波动速度特征参数——波速

在所有的特征参数当中，波速是描述接触网波动特性最为有效的参数之一。所谓的波速具体是指波动沿着接触网接触线方向传播的具体速度，它的传播方向既可以向前也可以向后。相关研究表明，当电力机车的运行速度与接触网的波速逐步接近时，会导致机车与弓网的关系明显恶化，具体体现在弓网接触压力的波动幅度会持续增大，而且受电弓的受流质量会随之下降，同时，车速与接触网波速非常接近时，还有可能导致整个接触网结构破坏，这会引起十分严重的后果。通过大量的试验后，我国将高铁列车运行速度的最高限值设定为接触网波速的0.7倍。接触网的波动速度可以用下式表示：

在没有特殊要求的前提下，常用该式计算接触网的波速。由式（1）可知，与波速关系最为密切的两个常量为张力和接触线密度。当张力增大时，波速会随之增大；而随着接触线密度的增大，波速会随之减小。如果接触网为给定的条件时，张力与接触线密度则为固定值，此时的接触网波速也为恒定不变的常值。

2.2 接触网波动速度特征参数——波长

在表征接触网波动中，波长是一个非常重要的参数，对该参数进行研究主要为了进一步分析高铁列车在双弓或是多弓条件下运行时，波动对位于后面的受电弓的影响机理。通过对单根索模型与现实接触网的波长进行对比后发现，模型上的波长与现实中波长存在一定的差异，虽然接触网的波速可以用该模型进行计算，但是波长却不能使用该模型进行计算。由经典波动理论可知，波长与频率的乘积为波动的相速度。为此，接触网的波动波长可以用下式表示：

. 2.3 接触网波动速度特征参数——波幅

在特征参数中，波幅对接触网波动速度的影响较波速和波长相对低一些，但它的影响也是存在的。通过仿真模拟分析可知，随着高铁列车时速从200 km/h提高到300 km/h，跨中点垂向振动的位移随之增大，这充分说明了波幅会随着列车速度的提高而增大。同时，当张力增加时，跨中点垂向振动的位移有所减小，这说明波幅会随着张力的增加而减小。此外，波幅还会对弓网接触压力造成一定程度的影响。大量的研究结果表明，想要从根本上改善弓网的关系，就必须对波幅进行控制，比较有效的方法是增设阻尼机构。但需要注意的是，阻尼机构的增设会对接触线带来硬点等影响，因此应当结合具体情况适当采用相应方式。

3 结束语

总而言之，随着高速铁路的不断增多，接触网势必也会随之增多，高铁列车的时速也会越来越快，这必然会导致振动不断加剧，从而容易引起弓网磨损，甚至会出现弓网脱开拉弧等现象，不利于列车行驶过程中的电流稳定供给。为了提高列车的运行安全性和稳定性，必须采取相应的措施减少接触网主要零部件对其波动速度的影响，这样才能确保电流的持续稳定供给，也才能使列车运行更加安全可靠。

参考文献

[1]潘国峰.高速弓网耦合动力学特性及接触网垂向不平顺影响研究[D].杭州：浙江大学，2012.

[2]韩坤，冯晓云，杨顺风，等.接触网网压波动下动车组恒速控制策略的仿真研究真[J].铁通机车车辆，2008（12）.

[3]吴燕，吴俊勇.高速受电弓-接触网动态受流性能及双弓距离的研究[J].铁道学报，2010（8）.

〔编辑：刘晓芳〕

Consider the Impact of Parts Catenary Fluctuation Velocity Analysis

Zeng Xueqin

Abstract： Starting from fluctuations in speed and propagation of high-speed rail catenary， and from the velocity， wavelength， amplitude of these three aspects of the catenary catenary fluctuating velocity components based effects were studied， hoping to improve the operation of Chinas high-speed rail the safety， stability helpful.

Key words： catenary； fluctuations in speed； velocity； wavelength

摘 要：从高铁接触网的波动速度及其传播规律分析入手，并从波速、波长、波幅这三个方面对基于接触网零部件影响的接触网波动速度进行了研究，希望能对提高我国高铁运行的安全性、稳定性有所帮助。

关键词：接触网；波动速度；波速；波长

中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）05-0006-02

近年来，随着中国社会的发展和科技的进步，高铁的发展极其迅速。高铁以其车速快、安全、可靠、舒适、环保等优点逐渐被人们接受和认可，与之相关的研究也随之大幅度增多。接触网是高铁的重要组成部分之一，它的波动速度直接影响高铁列车的运行稳定性。为此，有必要对接触网的波动速度进行深入研究。基于此，下面就对接触网零部件影响的接触网波动速度展开探讨。

1 高铁接触网的波动速度和传播规律

由于高铁全部是以电力牵引作为驱动的，因此受力质量的优劣对于电力机车的安全、高速运行尤为重要，换言之，必须确保列车在高速运行的条件下动态受流稳定、可靠。这里所指的动态电流即受电弓与接触网在互相接触滑动的过程中，利用弓网接触点接受电流并传递给电力机车的过程。通常情况下，在动态电流产生的过程中，受电弓与接触网上的接触线在发生相互作用时，很可能会引起接触线垂向上的振动，当振动出现之后，振动波会一直沿着接触线的方向进行传播，这样便会形成波动现象。而由此形成的波动会继续传播，虽然波形一般都是沿着接触网从近到远地进行传播，但必须明确的一点是，参与整个波动过程的质点却并不会随着波形远离接触网，它会始终在一个近乎平衡的位置附近持续振动。相关研究结果表明，参与波动的质点的振动方向通常都是与波的传播方向垂直分布，我们常将这种波称之为横波。可以将波动这种现象视作为接触网整体表现的运行状态，对于接触网上的任意一个质点而言，只能说某个质点是否振动，但却并不能说其是否存在波动，也就是说，接触网上的任何质点都不会出现波动。由于所要研究的是接触网的波动速度，所以必须清楚波动的主要特征参数对接触网的影响，下面对此进行具体研究。

2 基于接触网零部件影响下的波动速度

对于高铁接触网波动速度的研究，大多都是通过对波动速度的特征参数进行分析来完成的。为此，以下也从特征参数分析入手，对基于接触网各个主要零部件影响下的波动速度进行研究。

2.1 接触网波动速度特征参数——波速

在所有的特征参数当中，波速是描述接触网波动特性最为有效的参数之一。所谓的波速具体是指波动沿着接触网接触线方向传播的具体速度，它的传播方向既可以向前也可以向后。相关研究表明，当电力机车的运行速度与接触网的波速逐步接近时，会导致机车与弓网的关系明显恶化，具体体现在弓网接触压力的波动幅度会持续增大，而且受电弓的受流质量会随之下降，同时，车速与接触网波速非常接近时，还有可能导致整个接触网结构破坏，这会引起十分严重的后果。通过大量的试验后，我国将高铁列车运行速度的最高限值设定为接触网波速的0.7倍。接触网的波动速度可以用下式表示：

在没有特殊要求的前提下，常用该式计算接触网的波速。由式（1）可知，与波速关系最为密切的两个常量为张力和接触线密度。当张力增大时，波速会随之增大；而随着接触线密度的增大，波速会随之减小。如果接触网为给定的条件时，张力与接触线密度则为固定值，此时的接触网波速也为恒定不变的常值。

2.2 接触网波动速度特征参数——波长

在表征接触网波动中，波长是一个非常重要的参数，对该参数进行研究主要为了进一步分析高铁列车在双弓或是多弓条件下运行时，波动对位于后面的受电弓的影响机理。通过对单根索模型与现实接触网的波长进行对比后发现，模型上的波长与现实中波长存在一定的差异，虽然接触网的波速可以用该模型进行计算，但是波长却不能使用该模型进行计算。由经典波动理论可知，波长与频率的乘积为波动的相速度。为此，接触网的波动波长可以用下式表示：

. 2.3 接触网波动速度特征参数——波幅

在特征参数中，波幅对接触网波动速度的影响较波速和波长相对低一些，但它的影响也是存在的。通过仿真模拟分析可知，随着高铁列车时速从200 km/h提高到300 km/h，跨中点垂向振动的位移随之增大，这充分说明了波幅会随着列车速度的提高而增大。同时，当张力增加时，跨中点垂向振动的位移有所减小，这说明波幅会随着张力的增加而减小。此外，波幅还会对弓网接触压力造成一定程度的影响。大量的研究结果表明，想要从根本上改善弓网的关系，就必须对波幅进行控制，比较有效的方法是增设阻尼机构。但需要注意的是，阻尼机构的增设会对接触线带来硬点等影响，因此应当结合具体情况适当采用相应方式。

3 结束语

总而言之，随着高速铁路的不断增多，接触网势必也会随之增多，高铁列车的时速也会越来越快，这必然会导致振动不断加剧，从而容易引起弓网磨损，甚至会出现弓网脱开拉弧等现象，不利于列车行驶过程中的电流稳定供给。为了提高列车的运行安全性和稳定性，必须采取相应的措施减少接触网主要零部件对其波动速度的影响，这样才能确保电流的持续稳定供给，也才能使列车运行更加安全可靠。

参考文献

[1]潘国峰.高速弓网耦合动力学特性及接触网垂向不平顺影响研究[D].杭州：浙江大学，2012.

[2]韩坤，冯晓云，杨顺风，等.接触网网压波动下动车组恒速控制策略的仿真研究真[J].铁通机车车辆，2008（12）.

[3]吴燕，吴俊勇.高速受电弓-接触网动态受流性能及双弓距离的研究[J].铁道学报，2010（8）.

〔编辑：刘晓芳〕

Consider the Impact of Parts Catenary Fluctuation Velocity Analysis

Zeng Xueqin

Abstract： Starting from fluctuations in speed and propagation of high-speed rail catenary， and from the velocity， wavelength， amplitude of these three aspects of the catenary catenary fluctuating velocity components based effects were studied， hoping to improve the operation of Chinas high-speed rail the safety， stability helpful.

Key words： catenary； fluctuations in speed； velocity； wavelength