接觸網課程設計--高速電氣化鐵路接觸網的控制參數(shù)設計

1、<p><b>　　1題目分析</b></p><p><b>　　1.1 題目</b></p><p>　　高速電氣化鐵路接觸網的控制參數(shù)設計。</p><p><b>　　1.2 具體內容</b></p><p>　　根據(jù)高速接觸網的控制參數(shù)及理論分析，設計京—滬

2、高速電氣化鐵路接觸網控制參數(shù)。</p><p><b>　　1.3 設計思路</b></p><p>　　高速接觸網控制參數(shù)，就是接觸網自身影響高速運行的基本參數(shù)，研究這些參數(shù)的最終的目的是保證良好、穩(wěn)定地受流及使接觸線具有較長的使用壽命。研究和計算的內容主要包括波動速度，反射因數(shù)，多普勒因數(shù)，增強因數(shù)，接觸線應力，鏈形懸掛的固有頻率,此課程設計將對京滬高速接觸網的具

3、體控制參數(shù)進行設計、分析和計算。</p><p><b>　　1.4 設計方案</b></p><p>　　京滬高速電氣化鐵路的時速為350 km/h。通過比較彈鏈、復鏈及簡鏈的技術性能及施工、維護成本，并考慮到我國的基本情況，懸掛模式選擇全補償彈性鏈型懸掛，其中接觸線材料選擇CuMg120，承力索材料選擇BzⅡ120，現(xiàn)將對京滬高速電氣化鐵路的主要設計參數(shù)整理，如表

4、1所示。</p><p>　　表1 京滬高鐵各種參數(shù)</p><p><b>　　2 設計計算</b></p><p><b>　　2.1 波動速度</b></p><p>　　當受電弓高速運行時，受電弓就要給接觸懸掛一個外界抬升力，接觸線在受電弓抬升力的作用后產生沿接觸線傳播的橫向振動波，這個波

5、按接觸懸掛的固有頻率所形成的波動速度沿接觸線向受電弓前、后兩個方向傳播，后續(xù)受電弓在遇到前弓形成的振動波時，會產生對受流不利的影響。接觸線所形成的振動波的傳播速度可按下式計算：</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　式中 —— 接觸線的張力(N)；</p><p>　　—— 接觸線的單位長度質量(kg/m)。&

6、lt;/p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式2.1得</p><p>　　由經驗可知，當行車速度遠小于時，具有較好的受流質量。國外的大量運行及實踐表明，在運行速度為波動速度的65% ~72%時，具有最佳效果?；谏鲜鲈?，波動速度被一致認為是控制運行速度的重要條件，并表示為：</p><p><b>　　(2.2)</b></p><p

7、>　　式中 —— 實際運行速度(km/h)；</p><p>　　—— 波動速度(km/h)；</p><p>　　——無量綱系數(shù)，一般取0.65~0.70。</p><p>　　式2.2中的取值不同，接觸線的抬升量不同，當值增加，其抬升量也隨之變大，值越接近1，抬升量越大。實際上，當值大于0.8以后，對高速受流會產生影響，要想提高運行速度，從設計角度講

8、，必須相應提高接觸線的波動速度。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式2.2得</p><p>　　通過計算可知，所設計的京滬高速接觸懸掛中該參數(shù)符合國家規(guī)定的標準。</p><p><b>　　2.2反射因數(shù)</b></p><p>　　理論分析表明，接觸網適應高速的性能與接觸線，承力索及吊弦三者的耦合及參數(shù)因素有關，即接

9、觸線的振動波在遇到非均質點（如吊弦點、線夾點、分段絕緣器處）時被反射，這種反射的影響用反射因數(shù) 表示，反射因數(shù)用下式計算：</p><p><b>　　(2.3)</b></p><p>　　式中 —— 承力索的張力(N)；</p><p>　　—— 接觸線的張力(N)；</p><p>　　—— 承力索單位長度的質

10、量(kg/m)；</p><p>　　—— 接觸線單位長度的質量(kg/m)。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式2.3得</p><p>　　反射因數(shù)越小，表明接觸懸掛的耦合性能越好，其波動速度會大為提高，因此有利于京滬電氣化鐵路實現(xiàn)高速。</p><p><b>　　2.3多普勒因數(shù)</b></p>&l

11、t;p>　　受電弓在高速運行中，會受到接觸懸掛等各種結構因匹配及參數(shù)不同造成的干擾和影響，其被擾動力激發(fā)的接觸懸掛形成的振動波與高速運行的受電弓形成了非常復雜的振動狀態(tài)，兩者是相互影響和制約，這種相互影響、制約及其相互作用的關系稱為多普勒效應，用多普勒因數(shù)表示，它是一個與波動速度及運行速度有關的系數(shù)。其計算可用下式表示：</p><p><b>　　(2.4)</b></p>

12、;<p>　　式中 —— 接觸懸掛的波動速度(km/h)；</p><p>　　—— 列車運行速度(km/h)。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式2.4得</p><p><b>　　2.4 增強因數(shù)</b></p><p>　　受電弓在高速運行中，在通過定位點或跨距內等距吊弦點時，會周期性的激發(fā)接觸線

13、的振動，這種接觸線被激發(fā)的振動波在傳播和反射中時會被增強，振幅的增強程度用增強因數(shù)表示：</p><p><b>　　(2.5)</b></p><p>　　式中 —— 反射因數(shù)；</p><p><b>　　—— 多普勒因數(shù)。</b></p><p>　　分析表明，若，每個隨后突變量都大于產生

14、它的前一個量。相反，如果，則接觸線的擺動變緩和，故又稱放大因數(shù)。</p><p>　　將以上計算所得數(shù)據(jù)代入式2.5得</p><p>　　對于所設計的京滬高速鐵路接觸懸掛，采用增大接觸線張力，減小承力索張力的辦法，以減小反射因數(shù)，即減小增強因數(shù)，從而改善受流質量。</p><p><b>　　2.5接觸線應力</b></p>&

15、lt;p>　　接觸線使用應力超過了許用應力，在高頻振動作用下會產生疲勞斷裂。</p><p>　　接觸線無論被認為是一種軟索，或者被認為是一種兩端加有張力的梁，它的共同特征是它自身具有一定的彈性性能，在受電弓抬升力的作用下，會有一定的升高變形，這時，接觸線本身必然在力的作用下產生應力的變化，為了便于應力的分析，先設定接觸線為兩端具有張力作用的梁，可得受電弓作用點處的接觸線應力 的方程式為：</p>

16、;<p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　式中 —— 受電弓的抬升力；</p><p>　　—— 梁的抗彎截面模量；</p><p>　　—— 接觸線的剛度。</p><p>　　由上式可知，抬升力越大，運行速度越大，則應力越大；而接觸線張力較大時，應力變小，接觸線的剛度較大時，應力

17、較大；抗彎截面模量變大時，應力變小。當接近于時，不僅對高速時受流質量不利，而且會加大接觸線工作疲勞，縮短其使用壽命，因此，在選擇高速接觸懸掛的材質和型式時，必須對以上參數(shù)進行技術比選及優(yōu)化，簡單來說，要保證選用的線材的使用應力大大低于許用應力。經過查詢相關資料，接觸線CuMg120的重要參數(shù)如表2所示。</p><p>　　表2 CuMg120接觸線參數(shù)</p><p>　　將表中數(shù)據(jù)代

18、入式2.6得</p><p>　　可見，該接觸線的使用應力遠小于其許用應力，故京滬高速鐵路接觸線采用CuMg120接觸線能夠保證其安全性和較長的使用壽命。</p><p>　　2.6 鏈形懸掛的固有頻率</p><p>　　鏈形懸掛是一個具有多自由度的振動系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在大量的固有頻率。對于由相等跨組成的鏈形懸掛，存在著對稱和反對稱振動方式。若為反對稱振動，由此計算

19、出其頻率為：</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　式中 —— 鏈形懸掛振動波的平均傳播速度。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式2.7得</p><p>　　若是對稱振動，至第一個區(qū)間吊弦的這一段同時包括在內，其頻率為：</p><p><b>　　(2

20、.8)</b></p><p>　　式中，表示靠近支撐點吊弦之間的距離。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式2.8得</p><p>　　分析表明，固有頻率對震動性能有重要影響，有變Y形輔助懸掛索的固有頻率都在12Hz范圍以內，沒有變Y形輔助懸掛索的固有頻率在12Hz以外仍有很強的頻率出現(xiàn)，因此，在本設計中的京滬高速鐵路接觸懸掛采用變Y形輔助懸掛索，以減弱

21、固有頻率對振動的影響。</p><p>　　3設備選擇及繪制裝配圖</p><p>　　經過前面的計算、分析，本課程設計中所選用的接觸懸掛的模式、接觸線和承力索線材的型號及各類具體參數(shù)都符合要求，能夠滿足京滬電氣化鐵路實現(xiàn)高速運行的條件?，F(xiàn)繪制出其接觸懸掛的裝配圖，如圖1所示。</p><p><b>　　4結論</b></p>

22、<p>　　接觸網的受流質量是高速接觸網的三大難題之一，本課程設計通過分別對接觸網的六個控制參數(shù)進行分析及計算，得出了以下結論：</p><p>　　圖1 接觸懸掛的裝配圖</p><p>　?。?）為了增大接觸線正常運行的可靠性，要盡量提高接觸線的波動速度和接</p><p>　　觸線的張力，提高接觸線的張力是目前各國普遍采用的技術措施，可以有效地提高

23、接觸線的波動速速，有利于機車的高速運行。</p><p>　?。?）為了保證安全及延長接觸線的使用壽命，必須在線材應用上保證線材的使用應力大大低于其許用應力。</p><p>　　（3）減小受電弓對接觸線的抬升力和接觸線的剛度，可以提高接觸線的疲勞可靠度，從而提高接觸線的安全運行和延長使用壽命。</p><p><b>　　參考文獻</b>&l

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