受电弓与接触网系统方案设计方法及其应用探究

闫军杰

摘 要：受电弓及接触网系统方案设计中涉及了较多的内容，为了使设计达到实际的要求，满足列车运行速度需求，需要结合有效的方法来进行设计。文章通过对受电弓及接触网几何相互作用的阐述，结合受电弓及接触网模型建立提出弓网系统方案设计方法，分析弓网系统方案设计方法应用，使受电弓及接触网系统方案设计方法能够得到有效应用，保证设计的效果。

关键词：受电弓;接触网;系统;设计

1 受电弓及接触网几何相互作用

接触线作为受电弓的滑道，不离开受电弓弓头的工作范围才可使受电弓沿着接触网顺利地滑行，接触线在线路上方的几何特点应与受电弓几何特点相适应。受电弓及接触网的几何特点如下。

1.1 受电弓的几何特征

受电弓的几何外形小，对线路结构限界要求比较低，同时接触网的跨距比较小。当几何外形比较大的时候，接触网可使用的跨距也会变大，对线路结构限界要求会提高。各国的部门可结合自身的情况来明确受电弓的弓头几何外形，我国的铁路受电弓弓头几何外形符合UIC608附4a规定，弓头的长度为1 950 mm，其工作范围等于上部及下部工作位置之差，一般为2 000 mm左右[1]。

1.2 接触网的几何特征

接触线在线路上方几何特征数值可通过横向及垂向两个方面参数来表示，其中垂向特征数值中包括了接触线的高度、坡度以及在定位点的抬升等。横向特征数值中包括了接触线拉出值、侧风作用的横向偏移值等。垂向参数需要保证受电弓在工作范围中的正常运行，而垂直中心线的横向参数应保证有一支接触线在弓头工作范围之内。弓网接触压力测量可表明接触线空间位置的不连续会导致接触压力的瞬间变化[2]。

2 受电弓及接触网模型建立

需要对受电弓质点、刚体系、柔性系动力学模型等准备好，利用动态特性测量技术来获取相应的参数，结合参数来开展分析工作，再根据受电弓模型的情况进行分析，明确其有效性，建立完善的模型库。之后可利用模态法对刚性接触网汇流排、定位悬挂结构等进行了解，根据接触网动力学模型开展分析，再结合空间动力学模型选择相应的方法，可开始进行分析工作。运用非线性函数来明确相应的数值，根据动力学矩阵等来明确接触点的位置，经过对受电弓、刚性接触网动力耦合模型的利用，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，可根据各模型的特点，以其为参考，并且使用恰当的模型的仿真积分算法编写仿真程序。

3 弓网系统方案设计方法

3.1 弓网系统方案设计流程

弓网系统方案的设计中包括了设计目标、依据、流程及步骤、计算方法。弓网系统方案设计应按照相应的流程进行。首先，需要明确设计目标，结合弓网系统性能评价情况来选择受电弓类型，获取仿真参数，之后需要选择接触网技术参数，提出相应的方案。通过建立弓网系统建模及仿真来比较方案，再参考弓网动态相互作用性能分析是否符合要求，结合方案中的性能指標来选出最佳的方案，并且综合考虑经济性及技术性方面的需求，确定方案。

3.2 弓网动态性能评价依据

弓网系统动态性能指标中有接触力统计量、定位点抬升统计量、燃弧统计量及离线率，结合我国的高速铁路设计规范内容，参考弓网系统动态性能指标评价依据开展设计，其中包括了接触力范围、接触力最大标准差、统计接触力、最大燃弧率、定位点设计最大抬升及离线率。可通过燃弧率来进行分析，一般弓网的燃弧前提是与弓网接触力为0的时候，可将离线率作为燃弧率展开分析，根据要求的速度来确定符合列车运行速度的受电弓的种类、数量。选择接触网技术参数的时候，需要确定接触线、承力索线型的最小截面。在实际情况下，应对接触线磨损到一定程度下悬挂线索可符合牵引供电系统额定载流量、短路载流量的要求。接触网动态性受到了设定受电弓接触网悬挂参数、装置系统设计的影响。确定了受电弓技术参数后，应经过分析制定与其相匹配的技术方案，使方案具有可行性，为实际的设计提供指导[3]。

3.3 接触网技术参数设计依据

接触网技术参数设计步骤及依据包括以下内容，其中接触线线型及张力设计依据是接触线最小工作张力以及最大许用应力;承力索线型及张力设计依据是承力索最大工作张力及承力索最大许用应力;吊弦线型设计依据是吊弦结构及吊弦间距、接触线自重;跨距的设计依据是最大跨距、工程取值及跨中弹性及弹性不均匀系数;弹性吊索线型及张力设计依据是弹性不均匀系数。拉出值设计依据与定位结构及受电弓油管;定位结构设计依据是定位形式、材料及结构尺寸。

4 弓网系统方案设计方法应用

应用第一节弓网系统方案设计，制定出能够满足双弓运行速度要求的弓网系统方案。在该过程中，需要根据弓网系统的特点使弓网系统初步方案明确，假设适应380 km/h的受电弓使用SSS400+与CX-GI型，弓间距取最小值为200 m，经过计算可得到承力索及接触线截面积不小于95 mm2和120 mm2。根据弓网系统设计的流程及接触网技术参数设计依据，可得到相应的设计方案。结合弓网系统方案设计方法，建立相应的动力学仿真模型，通过对模型开展详细的分析，可得到不同弓网初步方案的动态性能指标。为了使仿真结果具有准确性，可结合EN 50318—2002确认流程来进行验证，结合已经确认的弓网动力学仿真系统来进行弓网初步方案动态仿真。先建立SSS400+型和CX-GI型受电弓仿真模型，获得相应的参数，受电弓的总气动力按照0. 000 97v2选取，其中v表示的是受电弓运行速度。建立接触网初步方案中的仿真模型，简链锚段长度暂取1 360 m，弓网动态性能指标统计520～840 m，弹链锚段长度取1 400 m，弹链弓网动态性能指标统计为500～900 m，经过对方案1、2的比较分析，分别通过4中接触网仿真模型，得到8种仿真工况，可结合动力学仿真来得到各种工况的动态性能指标。通常双弓运行后弓的接触力波动大，经过对SSS400+型受电弓后弓方案1、3的弹性链型悬挂接触网得到的接触力曲线的分析，可知方案3的波动比较大，而进过对方案2、3的简单链型悬挂接触网得到的接触力曲线的分析，可知方案4的波动比较大，分析可知弹性链型悬挂接触网的接触力波动比较小。比较受电弓方案3同种接触网的接触力曲线，SSS400+型后弓的接触力波动相对CX-GI型后弓较小，结合8种弓网动态性能指标，同种类型受电弓通过弹性链形悬挂接触网的接触力标准差相比简单链型悬挂接触网要小，而不同类型受电弓通过同种弹性链型悬挂接触网，CX-GI 型受电弓的接触力标准差比 SSS400+型受电弓较大。通过对方案中指标情况的分析可知接触网方案1的技术参数可满足两种受电弓双弓运行速度380 km/h 的弓网动态性能要求。通过对方案1的数值可计算出定点设计最大抬升量及定位器长度、拉出值，确定相关参数，使设计顺利完成[4]。结合弓网系统标准，使用接触网振动理论及弓网动力学仿真技术提出方案设计目标、依据及流程，得到弓网系统方案通用设计方法，预测弓网系统的动态性能，加强弓网系统的可靠性。可应用弓网系统方案设计方法设计能够满足列车运行速度的方案，使设计能够达到要求，为系统的运行提供相应的支持[5]。

5   结语

在目前的铁路体系中，受电弓及接触网系统设计作为其中的重要部分，影响着铁路的运行效果，通过对受电弓及接触网的合理设计，可使其发挥出有效的作用，实现列车的稳定运行。在设计中，应明确弓网系统方案设计流程、性能评价依据、参数设计依据，进行动力学仿真及方案选择，采用恰当的方式选择方案，保证选择的合理性，为系统的设计提供相应的保障。

[参考文献]

[1]吴积钦，钱清泉.受电弓与接触网系统电接触特性[J].中国铁道科学，2008（3）：106-109.

[2]余韬.受电弓-接触网系统电弧抑制方法及标准[J].铁道技术监督，2013（3）：5-8.

[3]关金发，吴积钦.受电弓与接触网动态仿真模型建立及其确认[J].铁道科学与工程学报，2017（11）：2444-2451.

[4]段帅宁.受电弓与接触网系统电接触特性分析[J].中外企业家，2018（33）：149.

[5]关金发，田志军，吴积钦.受电弓与接触网系统方案设计方法及其应用[J].铁道标准设计，2020（2）：158-163.

（编辑 傅金睿）