第12講高速接觸網的性能控制參數(shù)

高速接觸網的性能控制參數(shù)主講人董昭德西南交通大學電氣工程學院2011.09.18成都第3講高速接觸網的性能控制參數(shù)3.1接觸線及相關概念3.2接觸懸掛的振動和波動3.3接觸懸掛彈性本講主要內容一高速接觸網對接觸線的要求工作環(huán)境：露天，承載800A以上的工作電流承受30kN以上的機械張力；熱效應（電流焦耳熱，環(huán)境輻射熱、電弧高溫）作用明顯熱效應會使導線晶體結構異化，機械強度下降；機電氣損耗、機械振動、化學腐蝕也會使機械強度下降;要求：具有良好的導電性能，能承載800A以上的工作電流以及短時短路電流具有良好的機械特性，能承受30kN以上的機械張力且安全可靠能在這些工作環(huán)境中長期保持這些優(yōu)良性能!二與接觸線相關的基本概念與接觸線相關的主要概念

拉出值；

導高；◆坡度；

弛度；◆

磨耗；◆

載流量；◆

波動速度；◆

疲勞。各國120接觸線橫斷面尺寸銅接觸線橫斷面二與接觸線相關的基本概念◆接觸線磨耗接觸線磨耗面積磨耗面積計算用圖什么叫接觸線磨耗？如何測量和計算磨耗？用途是什么？有何標準？二與接觸線相關的基本概念◆接觸線磨耗接觸線磨耗面積測量主要觀測點和測量方法測量目的張力調整或換線磨耗面積計算用圖標準

當全錨段接觸線平均磨耗超過接觸線截面積的20%時應整錨段更換接觸線；接觸線局部磨耗達25%時應局部補強；接觸線局部磨耗達30%時應將接觸線切斷并用接觸線接頭線夾連接，應保證接頭處過渡平滑，必要時應安裝吊弦使該處接觸線約高于相鄰吊弦點0~10mm，但不應形成明顯負弛度。對于運行速度在200km/h以上接觸網，一個錨段內不允許有兩個及以上接觸線接頭。二與接觸線相關的基本概念◆接觸線坡度

兩定位點接觸線之高度差與其水平距離的比值稱為接觸線坡度。接觸線坡度及其變化率對受電弓取流的平穩(wěn)性有重要影響，速度越高對接觸線坡度要求越嚴。

對于運行速度在120km/h以下的普速接觸網，接觸線坡度應控制在3‰以下，困難時不超過5‰；

對于準高速接觸網，接觸線坡度應控制在2‰以下，困難時不超過4‰；

對于運行速度在200km/h以上的高速接觸網，接觸線坡度應控制在1‰以下，困難條件下不超過3‰。范例1

假設（支撐點1到支撐點2）的公差值為+20mm，下一個支撐點（支撐點3）處的導高則應保持相同或抬高。不允許向下傾斜。支撐點1.FH=5300mm支撐點2FH=5320mm支撐點3Linea…FH=5330mmLineb…FH=5320mm?FH=+10mm?FH=+20mm?FH=0mm例2（a線）

假設（支撐點2）不采用最大誤差值，在另一方向接觸線的工作坡度則允許達到最大值。

支撐點1FH=5300mm

支撐點2FH=5295mm

支撐點3.FH=5310mm?FH=+15mm?FH=-5mm例2（b線）

假設（支撐點2）不采用最大誤差值，給定的導線（b線）坡度相同，（b線）則可采用20mm最大坡度值。支撐點1…FH=5300mm 支撐點2…FH=5295mm

支撐點3…FH=5275mm?FH=-5mmchangeofsign

?FH=-20mm接觸線的高度、坡度、坡度變化率◆接觸線坡度二與接觸線相關的基本概念二與接觸線相關的基本概念◆接觸網載流量理論計算公式二與接觸線相關的基本概念◆接觸網載流量理論計算公式輻射散熱二與接觸線相關的基本概念◆接觸網載流量理論計算公式輻射吸收熱二與接觸線相關的基本概念◆接觸網載流量理論計算公式對流散熱二與接觸線相關的基本概念◆接觸網線索選型考慮的因素

接觸線的波動速度和最大補償張力

流經承力索以及其他附加導線的牽引電流；

接觸導線出現(xiàn)磨損后所造成的載流量下降；

導線最大允許磨耗量及其安全系數(shù)；

接觸線(網)出現(xiàn)局部發(fā)熱時的安全系數(shù)；

接觸網線索的高溫軟化特性。

接觸線截面大小及其性價比。

接觸線截面大小與受流質量、可施工性和可維護性一與接觸線相關的基本概念◆接觸線安全系數(shù)接觸線的安全系數(shù)計算式導線張力20KN25KN30KN張力差10%10%10%安全系數(shù)2.02.22.02.22.02.2導線強度488.99537.89611.24672.37733.49806.84一與接觸線相關的基本概念◆接觸線安全系數(shù)高速鐵路設計規(guī)范(試行)(TB10621-2009J971-2009)規(guī)定的接觸線安全系數(shù)安全系數(shù)=未軟化的導線最小拉斷力X導線允許磨耗系數(shù)/導線額定或最大工作張力接觸線最大許用應力計算式及案例最大許用應力=未軟化的最小拉斷力X最高溫度系數(shù)X接觸線允許磨耗系數(shù)X風冰荷載系數(shù)

X補償效率系數(shù)X終錨線夾系數(shù)X焊接接頭系數(shù)一與接觸線相關的基本概念◆承力索安全系數(shù)高速鐵路設計規(guī)范(試行)(TB10621-2009J971-2009)規(guī)定的承力索最大許用張力最大許用應力=未軟化的最小拉斷力X最高溫度系數(shù)X風荷載系數(shù)X冰荷載系數(shù)X補償效率系數(shù)X終錨線夾系數(shù)X垂直荷載系數(shù)二與接觸線相關的基本概念◆接觸線波動傳播速度

定義：靜止接觸線在受到受電弓瞬間抬升力作用后所產生的上下振動的振動波沿接觸線傳播的速度。

計算式推導過程(見振動微分方程)；

波動速度與接觸線抬升量的關系；

不同速度利用率情況下的接觸線振動和抬升波動速度波速利用系數(shù)三接觸線的振動和波動◆接觸線振動方程接觸線瞬間受力分析

根據(jù)牛頓運動定律有在受電弓抬升力作用下，接觸線只有上下運動沒有左右運動，亦即微分段沒有沿X軸方向的運動，微分段兩端的水平張力相等且等于導線的外加張力。在垂直方向，設作用于微分段兩端的垂直分力分別為Fa和Fb，則

三接觸線的振動和波動◆接觸線振動方程該微分方程的解為令得上式即為接觸懸掛的振動微分方程，其中C即為接觸線的波動傳播速度三接觸線的振動和波動◆接觸線振動方程在一個跨距內，任一點的動抬升量是隨時間變化的，當速度增大時，不僅括號中表征振動影響的第二項的值隨著增大，而且括號外的乘積因子也隨著增大。列車運行速度越高，接觸懸掛的振動越大，接觸線的動抬升量(即振幅)越大。當運行速度接近波動速度時，接觸線的振幅將為無窮大。由此反推可知：要提高列車的運行速度，必須增大接觸懸掛的波動速度，使其遠大于列車運行速度，從而降低接觸懸掛的振動和接觸線的動態(tài)振幅。三接觸線的波動和振動◆接觸線的抬升量由上式可得受電弓對接觸線產生的靜態(tài)抬升量無窮三角級數(shù)是函數(shù)的傅立葉級數(shù)展開式，由此可求得受電弓靜止于某點時的靜抬升量即三接觸線的波動和振動◆接觸線的抬升量

四接觸懸掛彈性◆接觸懸掛彈性簡單鏈形懸掛的彈性彈性鏈形懸掛的彈性兩吊弦間的懸掛彈性復鏈形懸掛的彈性定義抬升量四接觸懸掛彈性◆接觸懸掛彈性彈性不均勻系數(shù)典型接觸懸掛的彈性值彈性是某一點整個跨距或錨段用五接觸網高速動態(tài)表征參數(shù)◆接觸網的高速動態(tài)特性多普勒因數(shù)、增強因數(shù)與運行速度的關系反射系數(shù)多普勒系數(shù)增強系數(shù)波速利用系數(shù)波動速度六接觸線的彎曲疲勞◆接觸網的高速動態(tài)特性屈服曲線速度－應力特性曲線AgCu120（波動速度540km/h）七例題◆某錨段接觸網，為JTMH120+CTMH150彈性鏈形懸掛,接觸線單位長度的自重為1.35kg/m，承力索單位長度的自重為1.065kg