基于移动载荷的弓网系统动态响应特性研究

秦帅韬

（上海铁路局集团公司南京供电段，上海 200000）

接触网是一种特殊形式的供电线路，为电力机车提供电能。受电弓是电力机车取流装置，通过其上的滑板与接触线滑动接触，源源不断的从接触网上取得提供机车行驶的电能。研究受电弓运行时弓网系统的振动特性，掌握受电弓运行时影响取流的主要因素，制定出适合于我国高速铁路的跨距，为接触网的方案设计提供依据。这些问题的合理解决能给我国高速铁路的建设提供一个良好的理论基础，对我国铁路提速具有重大的意义。

1 接触网悬挂方式

接触网悬挂目前有简单链形悬挂、弹性链形悬挂、复链形悬挂三种方式。从高速受流质量、波动传播速度、多普勒效应、波状磨耗、离线率比较，弹性链形悬挂优于复链形悬挂，简单链形悬挂较差；从结构复杂程度、工程造价、维修工作量比较，简单链形悬挂优于弹性链形悬挂，复链形悬挂较差；从弹性均匀度、受流稳定性、动态抬升量比较，复链形悬挂优于弹性链形悬挂，简单链形悬挂较差。

三种类型都不具有排他性，只是选用时考虑的侧重面不同。接触线的材质在高速接触网的组成中占有特别重要的地位，在确定接触线线型时应注意选取抗拉强度大、重量较轻的优质线材。高速接触网具有整体效果及辐合性能，应注意消除不均质质点及不均匀张力的现象。除结构问题以外，优良的施工工艺会带来意想不到的受流效果。

三种悬挂方式如图1所示：

图1 三种典型悬挂方式简图

2 仿真实验

2.1 仿真软件

Workbench计算环境充分考虑了工程、研究人员使用习惯与需求，基于ANSYS经典环境进一步开发而来，也是ANSYS后续最为主要的计算环境。Workbench计算环境更多地考虑了人机交互，使分析计算工作变得更为直观，结果显示更为直接，计算配置更为智能，在多物理场耦合方面尤其具有优势。本次计算采用Workbench计算环境的瞬态分析模块，分别考虑支撑梁刚度、支撑弦刚度、受电网材质等边界条件，基于载荷时序关系，模拟受电网在移动载荷作用下的动态响应特性，分别提取各支撑点及最大位移的位移时程特性，对比研究了80km/h、160km/h、240km/h速度下的结果差异性［1－2］。

2.2 仿真设置

2019年1月5日，宁启铁路二期工程（南通站-启东站）正式建成通车。该线路接触网采用的是简单链形悬挂。承力索为JTMH95高强度铜镁合金绞线，接触线为CTS120铜锡合金接触线。线路运行的是CR200J型动车组，其受电弓型号为TSG20。宁启二期接触线外观如图2所示，接触线参数如表1所示：

图2 CTS120接触线图

表1 CTS120接触线尺寸

为了便于研究，选取4处支柱定位，连续3段跨距（L），每跨内设置5根均分的吊弦来作为研究模型如图3所示。然后采用单弓取流方式分别以80km/h、160km/h、240km/h瞬时通过来模拟动车组实际运行时各定位点接触线的振动情况。

图3 研究模型

2.3 参数设置

通过查阅现场资料及相关文献［3-6］对模型参数进行如表2设置：

表2 模型参数

2.4 仿真结果

为了便于实验结果的研究和对比，选取第2处定位点和第2跨跨中吊弦点作为参照。输入参数后，对V1、V2、V3速度下分别进行仿真实验。选取经过20s，得到的结果如图3、图4所示：

图3 三种速度下定位点2振动情况对比

图4 三种速度下跨中定位点振动情况对比

3 结论

通过对两处定位点接触线振动情况的对比可以发现，当受电弓以80km/h的速度通过定位点时，振动的相应情况还不是特别的明显。而速度到达240km/h的时候，定位点接触线的振幅达到最大，频率也最高，恢复平衡的时间也最久。所以弓网关系也是限制列车时速的一个重要方面。

简单链形接触悬挂各定位点弹性差异较大，受力也较为单一不均匀，这样接触压力与接触导线在接触点的抬升量以跨距为周期振动的现象表现的较为明显。尤其在动车组高速运行下，接触线振动的变化幅度都比较大，对受电弓取流和行车安全都是不利的。

单弓取流时，当受电弓没有通过定位点的时候，接触线就处于振动状态，振动幅值随着受电弓的接近逐渐变大，最大值通常出现在通过定位点的时刻，之后接触线仍然处于一系列的振动当中，这是由于前波与反射波相互叠加的原因。但接触线总的振动趋势是幅值逐渐变小，最后趋于原来的平衡状态。由于接触网各项参数的不同，列车运行速度的不同，以及当时的环境状况等原因，使得接触网的振动呈现很大的相异性。

本文对不同的列车运行速度下接触线的振动情况进行了探讨，为日后弓网关系的设计、改善提供了一定的理论支撑。在日常的检修任务中，必须严格按照检修周期对定位点处的设备进行重点排查，以消除影响行车的隐患。文章在建立模型时为了便于研究，将接触线“Z”字形布置简化为“一”字形布置，也存在着一定的局限性。