高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)_受電弓系統(tǒng)的研究

1、第20卷第1期(總第47期 中國鐵道科學(xué)1999年3月高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的研究于正平張弘?yún)区櫂?biāo)昌月朝(鐵道部科學(xué)研究院摘要:通過接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的有關(guān)研究, 對其進行多因素、多參數(shù)的分析。分析接觸網(wǎng)受電弓的系統(tǒng)特性, 高速接觸網(wǎng)懸掛型式及參數(shù)的配置, 以及受電弓的有關(guān)性能參數(shù)。討論如何有效地提高接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的受流性能, 為保障電力機車高速、安全、可靠地運行, 提供技術(shù)參考。關(guān)鍵詞:高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)受電弓受流國家科委:“九五”國家科技攻關(guān)計劃資助項目:1引言高速列車是通過受電弓從接觸網(wǎng)獲取電能, 驅(qū)動牽引電機運行的。受電弓與接觸網(wǎng)可靠地接觸是保證高速受流的重要條件。受電弓弓頭

2、的滑板與接觸線接觸, 相對滑動, 從接觸網(wǎng)上取下電流, 輸送給電力機車, 這一過程稱之為受流。在受流過程中, 接觸網(wǎng)和受電弓在機械和電氣上密切相關(guān), 只要其中之一出現(xiàn)問題, 都會破壞正常的受流特性。受電弓和接觸網(wǎng)一旦發(fā)生事故, 將會帶來十分嚴重的后果, 直接造成很大的經(jīng)濟損失。為此, 高速電氣化鐵路必需解決好接觸網(wǎng)與受電弓高速受流這一關(guān)鍵問題。我國的電氣化鐵路的運營還處在低速運營的狀態(tài), 研制高速接觸網(wǎng)、高速受電弓則是發(fā)展我國高速電氣化鐵路的關(guān)鍵技術(shù)問題, 也是急待解決的問題。國外的一些國家高速電氣化鐵道的建設(shè)發(fā)展很快。1964年10月, 日本東海道新干線首先實現(xiàn)最高客運速度210km h -

3、1; 1993年3月, 在東海道新干線上應(yīng)用300系電動車組已將運營速度提高到了270km h -1。1991年6月, 德國ICE 高速線建成通車, 最高運營速度為250km h -1; 1988年5月1日, Re250加強型接觸網(wǎng)在維爾茨堡-富爾達區(qū)段, ICE 試驗速度達到了406. 9km h-1。法國自1981年開通巴黎-里昂的高速線路以來, 行車速度已經(jīng)提高到300km h -1; 1990年5月18日, 法國在大西洋線西南段, T GV 電動車組創(chuàng)造了513. 3km h -1的試驗速度的世界紀錄。為了改變我國在弓網(wǎng)受流領(lǐng)域研究的落后狀況, 國家科學(xué)技術(shù)委員會于1995年設(shè)立了“九

4、五”國家科技攻關(guān)計劃高速鐵路接觸網(wǎng)、受電弓性能參數(shù)的研究專題, 進行這方面的深入研究。目的是改變我國在弓網(wǎng)受流領(lǐng)域研究的落后狀況, 為我國高速鐵路的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。以下介紹的是在這方面的研究與實踐, 其研究結(jié)果可直接用于高速電氣化鐵路的設(shè)計和施工。2我國高速接觸網(wǎng)從1995年開始, 我國既有線的提速工作提到了議事日程并作為工作重點, 當(dāng)時廣州到深圳計劃開行160km h -1電氣化運營鐵路(現(xiàn)改為200km h -1 。為了1996年SS 8型電力機車在鐵道部科學(xué)研究院環(huán)行鐵道試驗基地(以下簡稱“環(huán)行鐵道” 進行運行試驗, 我國于1995年在環(huán)行鐵道對大環(huán)進行接觸網(wǎng)改造, 當(dāng)時將運行速度定為18

5、0km h -1。高速鐵路接觸網(wǎng)、受電弓性能參數(shù)的研究專題項目的研究人員, 同時也是“180km h -1大環(huán)接觸網(wǎng)改造”的設(shè)計人員, 又是高速鐵路試驗段牽引供電系統(tǒng)技術(shù)條件的制定者, 這就給我們提供了理論應(yīng)用于實踐的一個極好的機會。經(jīng)過對前期接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的研究成果進行分析以后, 將環(huán)行鐵道的大環(huán)接觸網(wǎng)的設(shè)計由原定的180km h-1改為250km h -1懸掛。使這項研究直接跨入高速領(lǐng)域。在環(huán)行鐵道的大環(huán)接觸網(wǎng)改造過程中, 德國原奔馳集團的AEG 公司(現(xiàn)更名為ADtranz 公司 主動要求與院合作。經(jīng)協(xié)商后, 由鐵道部科學(xué)研究院和德國AEG 公司各自負責(zé)環(huán)行鐵道的半個環(huán)接觸網(wǎng)設(shè)計。施工

6、全部由中方負責(zé)。環(huán)行鐵道大環(huán)接觸網(wǎng)懸掛型式參考了德國Re 250接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu), 將跨距、結(jié)構(gòu)高度和彈性吊索的長度改為中國方案, 標(biāo)準(zhǔn)跨距為60m 、結(jié)構(gòu)高度為1. 6m 、彈性吊索的長度為14m , 接觸網(wǎng)按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)驗收。1996年5月通過了驗收。驗收時由株洲電力機車廠生產(chǎn)的SS8型電力機車進行試驗, 由于當(dāng)時受環(huán)線外軌超高只有125mm 所限, 運行速度只跑出了179km h -1。為了提高試驗速度, 1996年下半年對環(huán)行鐵道大環(huán)的外軌超高進行改造, 由原來的125mm 增高到190m m 。1997年1月5日在環(huán)行鐵道高速試驗中, 創(chuàng)造了我國鐵路的最高試驗速度212. 6km h -1的紀

7、錄。受環(huán)行鐵道的外軌超高和SS8型電力機車運行速度的限制, 接觸網(wǎng)沒有做250km h -1的速度試驗。接觸網(wǎng)測點的測量數(shù)據(jù)顯示, 列車運行速度為179km h -1時, 接觸線跨中動態(tài)抬高的最大值為72. 4mm (未經(jīng)平均的最大值 , 定位點動態(tài)抬高的最大值為52. 8mm (未經(jīng)平均的最大值 。根據(jù)測量數(shù)據(jù)表明, 接觸網(wǎng)工作狀態(tài)良好。在這之后, 廣深線電氣化鐵路設(shè)計速度由原來的160km h -1改為200km h -1, 高速電氣化鐵路試驗段目前也正在籌建之中。圖1為環(huán)行鐵道250km h -1 彈性鏈型接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)。60中國鐵道科學(xué)第20卷表1為環(huán)行鐵道高速接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)表1環(huán)行鐵

8、道高速接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)線、索接觸線CARS 承力索AEG 承力索彈性吊索型號Ris 120TJ M -7070-Bz 35-Bz 截面積/m m 2120707035張力/kN 14. 714. 714. 72. 8線密度kg m -11. 060. 600. 630. 31接觸線波動傳播速度C /km h -1424運行速度v /km h -1250v /C 0. 59結(jié)構(gòu)高度/m 1. 6接觸線高度/m 5. 5標(biāo)準(zhǔn)跨距/m 60拉出值/mm 200300吊弦間距/m710定位點允許最大抬升量/mm2003我國受電弓的現(xiàn)狀從我國目前的現(xiàn)狀來看, 常用的國產(chǎn)受電弓如T SG1型和TSG3型受電

9、弓與國外同類產(chǎn)品(日本、法國、德國等 相比, 存在很大差距。就其受流性能來看, 只能滿足列車速度100km h -1以下的要求, 其中T SG 3型受電弓的性能優(yōu)于TSG 1型。1997年在環(huán)行鐵道, 對TSG 3型受電弓加裝阻尼器后的試驗表明, TSG 3型受電弓加裝阻尼器后, 與環(huán)行鐵道彈性鏈型接觸網(wǎng)配合, 速度可提高到160km h -1。我國目前尚無高速受電弓的生產(chǎn)廠家, 高速列車的受電弓還有賴于進口。由于日本、法國、德國等國家的受電弓接觸網(wǎng)系統(tǒng)的類型各不相同, 各國的實際情況也不相同, 如何使引進的受電弓與我國的接觸網(wǎng)相匹配, 是一個非常實際和非常重要的研究課題。我國也應(yīng)結(jié)合本國國情

10、加快研制和生產(chǎn)高速受電弓的步伐。4接觸網(wǎng)與受電弓系統(tǒng)的計算接觸網(wǎng)受電弓與電力機車構(gòu)成的受流系統(tǒng)比較復(fù)雜, 一般分成接觸網(wǎng)、受電弓、電力機車子系統(tǒng)來研究, 然后綜合起來再進行相關(guān)的研究。接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的計算繁雜, 由于篇幅所限, 在此只給出部分計算結(jié)果。4. 1接觸網(wǎng)的靜彈性計算61第1期高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的研究計算。表2給出了理論計算與實測結(jié)果的具體數(shù)值。通過與實測結(jié)果的比較, 計算值與實測值基本吻合, 說明這種計算方法具有實用價值。圖2環(huán)行鐵道試驗線接觸網(wǎng)改造127#128#柱與145#146#柱兩跨接觸網(wǎng)靜彈性理論計算曲線表2理論計算與實測結(jié)果的比較柱號跨距靜抬高/m m 靜

11、彈性/mm N -1定位點跨中點定位點跨中點彈性差異系數(shù)(% 127#128#60. 3m 測試值計算值30. 029. 740. 041. 70. 4290. 4250. 5710. 59514. 316. 6145#146#50. 2m測試值計算值30. 028. 040. 038. 00. 4290. 4000. 5100. 54314. 315. 74. 2單臂受電弓運動軌跡的計算單臂受電弓在上升和下降的過程中, 弓頭的運動軌跡不象雙臂受電弓那樣具有豎直的直線軌跡, 而是略呈S 形, 所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時, 需優(yōu)選各桿件的尺寸及支承點的位置, 使得受電弓的弓頭在工作范圍內(nèi)得到近似豎直的軌跡

12、曲線, 并使弓頭在工作范圍內(nèi)的角度變化盡可能地小, 以利于受電弓與接觸線良好地接觸, 因此, 研究受電弓的運動軌跡非常必要。以西門子8WLO 126-6YH 69受電弓為例, 其受電弓運動軌跡的計算結(jié)果如圖3所示。4. 3單臂受電弓的空氣動力計算當(dāng)列車運行時, 受電弓受到空氣動力的作用時, 每一部分在該阻力的作用下都對接觸壓力產(chǎn)生影響。這些影響的總和, 如果使接觸壓力隨空氣動力阻力的增加而加大, 將導(dǎo)致滑板與接觸導(dǎo)線的磨損嚴重, 使用壽命下降; 反之, 如果接觸壓力隨空氣動力阻力的增加而減小, 有可能出現(xiàn)接觸壓力小到一定值時, 受電弓與接觸線接觸不好, 受流質(zhì)量下降, 嚴重時不能可靠地受流。6

13、2中國鐵道科學(xué)第20卷隨速度變化的關(guān)系如圖4 所示。圖3西門子8WL O 126-6YH69受電弓圖4SI EM ENS 8WL O 126-6Y H69受電弓升弓運動軌跡高度1. 5m, 接觸壓力隨速度變化的關(guān)系4. 4單臂受電弓的振動計算受電弓的動力學(xué)特性對接觸壓力有很大影響, 如果弓頭振幅增加, 使離線率增大, 導(dǎo)致滑板受流質(zhì)量差, 產(chǎn)生波狀磨損, 拉弧燒損也比較嚴重。通過計算, 分析升弓機構(gòu)、弓頭彈簧及各部分阻尼對受電弓動態(tài)特性的影響, 選擇合理的參數(shù), 減小動態(tài)接觸壓力變化幅值的標(biāo)準(zhǔn)差, 使受電弓的動態(tài)特性最佳, 是受電弓動力學(xué)計算的目標(biāo)。圖5給出的是受電弓取兩個自由度的算例。阻尼系

14、數(shù)C 01=100時, T SG 1受電弓升弓高度1. 5 m圖5幅頻特性和相頻特性曲線63第1期高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的研究4. 5頭車的空氣動力計算根據(jù)車頭繞流數(shù)值模擬所得的速度場和壓力場, 可作為受電弓周圍的氣動力場對受電弓進行氣動力計算, 同時也可算出頭車的氣動阻力系數(shù)。圖6是從不可壓縮的雷諾平均Navier-Sto kes 方程和 - 湍流模式出發(fā), 應(yīng)用SIM PLE 和動量插值方法, 對空氣繞高速列車的三維流動進行了數(shù)值模擬, 計算出的車頭繞流流場的速 度矢量在縱向?qū)ΨQ面內(nèi)的投影。圖6縱向?qū)ΨQ面內(nèi)車頭繞流速度矢量的投影5國外高速接觸網(wǎng)懸掛的結(jié)構(gòu)型式及性能參數(shù)國外在研究接觸

15、網(wǎng)和受電弓系統(tǒng)的最佳匹配方面作了大量的研究工作, 成績顯著。以日本、法國、德國為代表的國家的高速接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)在運行速度200km h -1300km h -1時仍具有良好的受流性能, 其許多作法可供我國參考。以下介紹幾個有代表性的發(fā)展高速鐵路的國家的接觸網(wǎng)概況。5. 1日本新干線接觸網(wǎng)5. 1. 1東海道新干線的接觸懸掛1964年10月, 日本東海道新干線(東京大阪, 全長515km 投入運營, 首先實現(xiàn)最高客運速度210km h -1, 從此, 高速電氣化鐵路進入了實用階段。該接觸網(wǎng)采用了總張力為30kN 的帶彈性組合吊弦的復(fù)鏈型懸掛結(jié)構(gòu), 見圖7。其接觸網(wǎng)懸掛方式的主要特點是, 在懸掛

16、點的位置加裝專門制造的組合吊弦, 以解決支承點與跨距中間的彈性差, 來改進高速性能。圖764中國鐵道科學(xué)第20卷帶彈性組合吊弦的復(fù)鏈形懸掛雖能滿足速度210km h -1的受流需要, 但彈性組合吊弦同樣也增大了接觸懸掛的振動, 尤其是當(dāng)有強側(cè)向風(fēng)時, 接觸網(wǎng)與受電弓的受流特性很壞。當(dāng)側(cè)向風(fēng)速高于20m s -1時, 受流特性受到嚴重破壞, 此時列車速度不得不限制在160km h -1。因此, 通過試驗研究和長期的運營實踐, 日本專家認為帶彈性組合吊弦復(fù)鏈形懸掛還不能最終滿足高速行車之要求。5. 1. 2山陽新干線的接觸懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)計速度為260km h -1的山陽新干線(新大阪博多, 554km

17、 時, 總結(jié)了東海道新干線的經(jīng)驗。接觸網(wǎng)取消了彈性組合吊弦, 改為加大承力索與接觸線張力的重型復(fù)鏈型懸掛, 見圖8。這種接觸懸掛方式具有接觸線粗、張力大等特點, 相應(yīng)減少了接觸線的振動和弛度, 也減少了受電弓抬高量和接觸線受風(fēng)偏移值, 從而達到適應(yīng)高速行車的受流需要。圖8日本重型復(fù)鏈型接觸懸掛結(jié)構(gòu)表3為日本新干線接觸網(wǎng)參數(shù)。表3新干線接觸網(wǎng)參數(shù)帶彈性組合吊弦復(fù)鏈型懸掛重復(fù)鏈型懸掛加重復(fù)鏈型線、索接觸線承力索輔助承力索接觸線承力索輔助承力索材料硬銅線(Cu 鎘銅絞線(Cd (Cu 鎘銅絞線(Cd (Cu 銅錫合金線(Cu (Sn 9. 814. 724. 514. 7線密度/kg m-10. 9

18、91. 5111. 3751. 450除了接觸線張力增加到19. 6kN 外其它與重雙鏈型懸掛相同接觸線波動傳播速度C /km h -1358355410運營速度v /km h -1210240270v /C 0. 590. 680. 66結(jié)構(gòu)高度/m 1. 51. 51. 5接觸線高度/m 555標(biāo)準(zhǔn)跨距/m605050, 65第1期高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的研究的復(fù)鏈型接觸網(wǎng)懸掛。在東北(東京盛崗, 497km 、上越(大宮新瀉, 270km 兩條新干線都采用了重型復(fù)鏈型接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)。1990年, 日本在上越新干線的部分區(qū)間最高速度已達275km h -1。1993年3月, 在東海

19、道新干線上應(yīng)用300系電動車組已將運營速度提高到了270km h-1。5. 2法國高速鐵路接觸網(wǎng)法國在25kV 交流電氣化鐵路上, 選用單鏈型懸掛。其結(jié)構(gòu)簡單, 造價低廉, 并能夠適應(yīng)于高速受流的需要。因此, 多年來為西歐諸國所效仿。近年來法國對這種傳統(tǒng)的鏈型懸掛方式多方研究, 采用各種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)進行高速受流試驗比較, 又進行了改良, 并將其用于速度為270km h -1的巴黎里昂高速新干線上。法國在1500V 直流電氣化線路上, 對當(dāng)初設(shè)計速度為160km h -1的鏈型接觸懸掛進行改進后, 最高速度也達到了200km h -1。5. 2. 1TGV 東南線1976年開工興建TGV 東南新

20、干線(巴黎里昂 , 全長417km , 1983年全線通車, 最高運營速度為270km h -1, 擬通過改進把時速提高至300km h -1。其接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)見圖9。5. 2. 2TGV 大西洋線大西洋線全長282km , 允許的最高運營速度為300km h -1。取消彈性吊索, 采用簡單鏈型懸掛, 見圖10。接觸線的預(yù)留弛度為跨距的1/1000。表4為法國TGV 高速接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)。圖9法國82 型接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)圖10法國85型接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)法國國鐵計算機模擬試驗表明, 當(dāng)列車速度超過250km h -1時, 受流質(zhì)量與其說與接觸網(wǎng)的彈性均勻有關(guān), 倒不如說與其振動有關(guān)。試驗還表明, 取消

21、彈性吊索后, 彈性均勻性不, 66中國鐵道科學(xué)第20卷另外, 不設(shè)彈性吊索還可以減少安裝和維修過程中既費時又不經(jīng)濟的調(diào)整工作。如果彈性吊索調(diào)整不好, 接觸網(wǎng)容易發(fā)生事故。1990年5月18日, 在T GV 大西洋線西南段, TGV 電動車組創(chuàng)造了515. 3km h -1的運行速度世界紀錄。在這個試驗中, 把接觸線的張力提高到33kN, 該張力的安全系數(shù)是1. 2。表4TGV 高速接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)懸掛地點TGV 東南線1. 070. 6051. 330. 605接觸線波動傳播速度C /km h -1412441(567 運營速度v /km h -1270300(515. 3 v /C 0. 66

22、0. 68(0. 91結(jié)構(gòu)高度/m 1. 41. 4接觸線高度/m 4. 955. 10標(biāo)準(zhǔn)跨距/m 6363預(yù)留弛度1/10001/1000拉出值/mm 200200吊弦間距/m4. 59定位點允許最大抬升量/m m240400平均動態(tài)抬升量(270km h -1時 /mm10059注:括號里的數(shù)字為1990年5月18日在大西洋線西南段, TGV 電動車組創(chuàng)造513. 3km h -1運行速度世界紀錄時的數(shù)據(jù)。5. 2. 3TGV 北方線TGV 北方線新線長333km , 接觸網(wǎng)除接觸線的預(yù)留弛度為跨距的2/1000以外, 其它技術(shù)參數(shù)同TGV 大西洋線。1994年11月, T GV 北方線

23、采用T GV “歐洲之星”穿過英吉利海峽到達英國倫敦。北方線的延伸線還將與比利時的布魯塞爾相連。北方線上最高運營速度為320km h -1。法國目前保持著世界鐵路最高試驗速度和最高實際運營速度的記錄。5. 3德國高速接觸網(wǎng)德國早在50年代就開始接觸網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計, 經(jīng)多年的方案比選、試驗及運行, 提出了Re75、Re100、Re160、Re200(Re 后面的數(shù)據(jù)為接觸網(wǎng)適應(yīng)的速度 4種型號的標(biāo)準(zhǔn)接觸網(wǎng)。隨著高速電氣化鐵路的發(fā)展, 在70年代中又推出Re 250型接觸網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計, 最近又研制出了Re 330型高速接觸懸掛。這里僅介紹適應(yīng)高速的Re 250、Re 330接觸網(wǎng), 它們均采用全補償

24、方式, 如圖11、圖12所示。表5為德國高速接觸網(wǎng)的技術(shù)參數(shù)。67第1期高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的研究表5德國高速接觸網(wǎng)的技術(shù)參數(shù)懸掛類型Re200Re250Re250加強型Re330接觸線型號Ris 100Ris 120Ris 120Ris 120張力/kN 10152127線密度/k g m -11. 08承力索型號50-Bz 70-Bz 70-Bz 120-Bz 張力/kN 10151521線密度/k g m-10. 63彈性吊索型號25-Bz 35-Bz 35-Bz 35-Bz 張力/kN 2. 3、1.72. 82. 82. 8長度/m 18、1418、14 18、1418線密

25、度/kg m -10. 31接觸線波動傳播速度380426504569最高運營速度v /km h -1200250406. 9 350v /C 0. 530. 590. 810. 62結(jié)構(gòu)高度/m 1. 81. 8、1. 11. 8、1. 11. 8接觸線高度/m 4. 955. 755. 35. 35. 3最大跨距/m 8065、4465、4465預(yù)留弛度030無無無拉出值/mm ±400±300±300±300吊弦間距/m 10左右910左右910左右910左右額定載流量! /A 5606706701400跨中彈性/mm N -11. 10. 62、

26、0. 4 0. 52、0. 35 0. 36懸掛點彈性/mm N -10. 80. 5、0. 350. 44、0. 31-彈性差異系數(shù)/(%1610、6 8、6 -反射系數(shù)r0. 4200. 4330. 3920. 465多普勒系數(shù) 200km h -10. 310. 360. 430. 48300km h -10. 120. 170. 250. 31350km h -10. 040. 100. 180. 24400km h -1-0. 030. 030. 120. 17放大系數(shù)!200km h -11. 351. 200. 910. 96300km h -13. 502. 551. 571.

27、 50350km h -110. 504. 332. 181. 94400km h -1-15. 5613. 763. 272. 73注: 反定位時的值; 隧道內(nèi)的值; ! 接觸線磨耗80%時; 試驗最高速度68中國鐵道科學(xué)第20卷第 1 期高速電氣化鐵路 接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的研究 69 圖 11德國 Re 250 型接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu) 圖 12德國 Re 330 型接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu) 1991 年 6 月, ICE 高速線在漢諾威維爾茨堡的 327 km 和曼海姆斯圖加特的 105 km 建成通車, 最高運營速度為 250 km h - 1。1988 年 5 月 1 日, Re250 加強型接觸網(wǎng), 將接觸

28、線 張 力由 15 kN 提高到 21 kN , 在 維爾茨堡 富爾達 區(qū)段, ICE 試驗 速度達 到了 406. 9 kmh - 1 。 6國外高速受電弓簡介 國際上研究高速受電弓, 主要代表國家是日本、德國和法國。從目前來看, 各國所開展 的受電弓的研究各有側(cè)重, 這與該國的實際情況有關(guān)。從發(fā)展的階段來看, 國外第一代高速 受電弓的典型特征是彈簧升弓, 氣動降弓, 彈簧儲能調(diào)節(jié)工作方式, 其典型代表有日本 PS 204、 德國 SSS 87、法國 AMDE ; 第二代高速受電弓的典型特征是氣動升弓, 氣動降弓, 氣動閉環(huán) 自調(diào)節(jié)工作方式, 其典型代表有德國的 DSA-350S、法國的 G

29、PU ; 第三代高速受電弓的典型 特征是氣動升弓, 氣動降弓, 智能型自調(diào)節(jié)工作方式, 其典型代表有法國的 CX25。 6 . 1日本受電弓簡介 日本在新干線上采用的是 PS200 系列受電弓。該系列受電弓為雙臂菱形受電弓, 采用彈 簧升弓氣動降弓的操作方式, 單弓頭, 銅基粉末冶金滑板, 上、 下框架采用異型鋼管焊接, 縱 向 ( 順線路方向的框架折疊尺寸 為 850 mm , 追蹤范圍為 500 mm , 受電弓基座加蓋整流罩。 而 既有線的受電弓縱向順線路方向的框架折疊尺寸 ( 如 P S 16 型、PS 22 型、 PS 101 型受電 弓 為 2 900 mm , 弓頭結(jié)構(gòu)也與既有線

30、的受電弓有所不同, 結(jié)構(gòu)簡單, 重量輕, 可滿足 200 - 1 km h 以上的受流需要。下面將分別介紹日本新干線所采用的 PS 200 系列受電弓。 雙向作用阻尼器, 單弓頭, 弓頭歸算質(zhì) PS 200A 型受電弓用于 0 系電動車組, 參見圖 13。 70 中國鐵道科學(xué) 第 20 卷 量為 6. 93 kg, 框架歸算質(zhì)量為 9. 17 kg。接觸壓力為 54 N+ 15 N。 PS 201 型受電弓 ( 參見圖 14 用于 200 系電動車組, 為單向作用阻尼器, 單弓頭, 兩滑 板相互獨立支撐, 弓頭歸算質(zhì)量為 10 kg , 框架歸算質(zhì)量 10. 19 kg , 接觸壓力為 54

31、N+ 15 N。 圖 13日本 PS 200 A 型受電弓圖 14日本 P S 201 型受電弓 PS202 型受電弓 ( 參見圖 15 用于 100 系和 300 系電動車組, 為單向作用阻尼器, 單弓頭, 兩滑板相互獨立支撐, 弓頭歸算 質(zhì)量 為 9. 68 kg, 框 架歸 算 質(zhì)量 為 9. 17 kg, 接觸壓力為 54 N+ 15 N。 PS 204 型受電 弓用 于 400 系電 動車 組。單向作用阻尼器, 單弓頭, 兩滑板相 互獨立支撐, 弓頭歸算質(zhì)量為 9. 68 kg , 框 架歸算質(zhì)量為 9. 17 kg , 接觸壓力為 54N+ 15N 。 6 . 2法國受電弓簡介 法

32、國國鐵 ( SNCF 所采用的 160 km h 以上的受電弓有: AM DE 型受電弓 ( 參見圖 16 。法國 - 1 東南新干線采用 AM DE 型受電弓于 1981 年 2 月 26 日, 創(chuàng)造了 380 km h 的當(dāng)時 的世界記錄, AMDE 型受電弓為雙層小開 度型 ( 或稱子母弓 受電弓, 接觸壓力為 70 N80 N , 采用碳滑板, 歸算質(zhì)量為 9 kg。 GPU 型受電弓( 參見圖 17 。 為了更好地適應(yīng) 400 km h - 1以上速度的受流需要, Faiveley 公司研制了新式的 GPU 型單層受電弓, 法國國鐵 ( SNCF 在大西洋新干線采用 GP U 型受電

33、 弓于 1990 年 5 月 18 日, 創(chuàng)造了 515. 3 kmh 的世界記錄。 CX 型受電弓是 F aiveley 公司研制的 X 系列受電弓的一種 ( X 系列受電弓為: 電動車組采 - 1 - 1 圖 15日本 PS 202 型受電弓 第 1 期高速電氣化鐵路 接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的研究 - 1 71 用 SX 型受電弓、 速度在 220 km h 以上的電力機車采用 A X 或 CX 型受電弓 , 它可以隨車 速的變化而自動調(diào)整。為此 F aiveley 公司采用了兩種技術(shù), 一是在一定速度范圍以預(yù)先設(shè)定 的控制技術(shù)對接觸壓力進行調(diào)節(jié); 二是采用電子控制和空氣伺服閥的反饋控制技術(shù)。

34、Faiveley 公司研制的 X 系列受電弓自 1990 年以來經(jīng)歷了長期的試驗過程。這些受電弓采用合成纖維 弓頭、 重量減輕了 30 % 40 % 。 有限元分析法和模擬技術(shù)使動態(tài)重量和受流質(zhì)量得到了顯著 的改善。 系列受電弓均采用氣墊支撐裝置和高性能空氣調(diào)整裝置。 關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)不受運行速度 X 和方向的影響。為適應(yīng)特別需要, 既可安裝高上升度弓頭滑板, 又可安裝低上升度弓頭滑板。 X 系列受電弓的設(shè)計使維修量大為減少。 CX 型受電弓, 弓頭質(zhì)量 10 kg , 框架等效質(zhì)量為 17 kg 。 圖 16法國 A M DE 型 受電弓圖 17法國 G PU 型受電弓 6 . 3德國受電弓簡介

35、德國的高速線路采用 ICE 電力機車, 采用 SBS65 型受電弓。為了進一步提高行車速度, Do rnier 公司研制了新式的 DSA -350S 型受電 弓, 見圖 18。該弓具有以下特點: 備有用于 控制高速時空氣抬升力的穩(wěn)定器。 盡可能減 小滑板的重量, 導(dǎo)角也用薄壁管子制成。! 兩 個滑板互相獨立, 由框架支持。 滑板的支持 為伸縮型, 行程可達 50 mm 。 滑板采用碳滑 板。重量較輕。#采用氣墊支撐裝置和高性能 圖 18德國 DSA -350S 型受電弓 空氣調(diào)整裝置。 該受電弓設(shè)計速度為 350 km h- 1 , 可以隨車速的變化在一定速度范圍內(nèi)對接觸壓力進 行自動調(diào)整, 采用了空氣伺服閥的反饋控制技術(shù), 使動態(tài)重量和受流質(zhì)量得到了明顯的改善。 而且所采用的關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)不受運行速度和方向的影響。 72 中國鐵道科學(xué) 第 20 卷 7小結(jié) 我國高速鐵路采用電力牽引已是定勢, 解決時速為 250 km 及以上的接觸網(wǎng)和牽引受電 弓及其相關(guān)的系統(tǒng)特性則是關(guān)鍵課題, 由我們自行設(shè)計并懸掛于環(huán)行鐵道的新型的接觸網(wǎng), 已 經(jīng)經(jīng)受了我國目前最高速度 ( 212. 6 km h - 1 的運行試驗考驗。根據(jù)各種檢測數(shù)據(jù)顯示, 其 運行狀態(tài)良好, 這表