高速鐵路接觸網(wǎng)振動(dòng)行為研究.pdf

1、中國幅員遼闊，為高速鐵路的大區(qū)域、長時(shí)間運(yùn)行提供了空間需求，而中國傳統(tǒng)文化中關(guān)于新年團(tuán)聚的家庭習(xí)俗，以及中國政府在謀求國家穩(wěn)定發(fā)展過程中提出的城市化政策，為高鐵發(fā)展提供了市場需求。此外，在技術(shù)引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的理念以及“一帶一路”，“走出去”等國家戰(zhàn)略的引導(dǎo)下，中國高速鐵路迅猛發(fā)展，而隨著列車運(yùn)行速度的提高，對于高速列車三大基礎(chǔ)力學(xué)問題之一的弓網(wǎng)關(guān)系提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。本文基于理論分析、仿真分析和試驗(yàn)研究等手段，結(jié)合中國接觸網(wǎng)系統(tǒng)

2、實(shí)際運(yùn)用過程中設(shè)計(jì)與施工的具體需求，圍繞高速鐵路接觸網(wǎng)振動(dòng)行為以及弓網(wǎng)系統(tǒng)相互作用規(guī)律，從移動(dòng)載荷作用下彈性波導(dǎo)的振動(dòng)特性，接觸網(wǎng)振動(dòng)試驗(yàn)研究與模態(tài)參數(shù)識別，高速受流時(shí)接觸網(wǎng)的振動(dòng)特性及其弓網(wǎng)相互作用規(guī)律，以及雙弓受流條件下的接觸網(wǎng)振動(dòng)行為和接觸力變動(dòng)機(jī)理四個(gè)方面做了深入的探索。
　　首先，在移動(dòng)載荷作用下彈性波導(dǎo)的振動(dòng)特性方面，應(yīng)用有限元技術(shù)迭代找形方法對接觸網(wǎng)靜態(tài)平衡條件下的初始構(gòu)形進(jìn)行精確求解，降低重力作用下接觸線和承力索最

3、大位移偏差至0.202mm和0.024mm，實(shí)現(xiàn)張力誤差減小至0.0045％和0.0625％;分析了接觸網(wǎng)彈性分布與接觸網(wǎng)線纜張力間的對應(yīng)關(guān)系，并引入彈性波導(dǎo)色散關(guān)系分析接觸網(wǎng)常用仿真模型的波動(dòng)特性差異，厘清接觸網(wǎng)彈性波傳播群速度和相速度等關(guān)鍵基本概念，提出基于位移等值線圖法識別實(shí)際接觸網(wǎng)彈性波傳播群速度的方法，識別結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相對誤差小于2％;利用譜分析方法，研究了接觸網(wǎng)定位器、吊弦等位置處的波動(dòng)傳播系數(shù)，辨識了定位器和吊弦位置處彈

4、性波傳播特征;探索了移動(dòng)載荷作用下接觸網(wǎng)內(nèi)共振條件，研究結(jié)果表明移動(dòng)載荷作用下接觸網(wǎng)共振現(xiàn)象與載荷所激起彈性波波長相關(guān)，當(dāng)該彈性波長與接觸網(wǎng)以定位點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)的模態(tài)振動(dòng)波長呈比例時(shí)，將出現(xiàn)移動(dòng)載荷下的接觸網(wǎng)內(nèi)共振。
　　其次，在接觸網(wǎng)振動(dòng)試驗(yàn)研究和模態(tài)參數(shù)識別方面，基于接觸網(wǎng)位移實(shí)測數(shù)據(jù)分析和有限元迭代搜索技術(shù)，提出一種綜合方法應(yīng)用于接觸網(wǎng)阻尼特征參數(shù)識別，同時(shí)辨識了接觸網(wǎng)模態(tài)阻尼比和可用于接觸網(wǎng)有限元分析的瑞利阻尼系數(shù)。結(jié)果表明，接

5、觸網(wǎng)在1.2Hz附近的模態(tài)阻尼比約為1％。當(dāng)使用瑞利阻尼模型近似接觸網(wǎng)振動(dòng)衰減特性時(shí)，質(zhì)量和剛度阻尼系數(shù)取分別為0.02845和0.00274能夠獲得較為真實(shí)的衰減效果。此外，分析了外載荷激勵(lì)作用下接觸網(wǎng)拍振諧波頻率及其來源，同時(shí)基于位移等值線圖精準(zhǔn)辨識了彈性波對接觸網(wǎng)的局部振動(dòng)的影響規(guī)律
　　而對于高速受流時(shí)接觸網(wǎng)基本振動(dòng)特性及弓網(wǎng)相互作用規(guī)律，探明了受電弓以不同運(yùn)行速度激擾接觸網(wǎng)時(shí)，簡單鏈型和彈性鏈型接觸網(wǎng)承力索和接觸線整體同

6、步運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研究結(jié)果還表明，在低速情況下，接觸網(wǎng)定點(diǎn)位移和空間波形分布關(guān)于受電弓通過前后的時(shí)間和空間位置對稱，而在高速情況下，此對稱性受到影響，且接觸網(wǎng)定點(diǎn)位移和空間波形存在明顯的擾動(dòng)區(qū)和非擾動(dòng)區(qū)，分界點(diǎn)應(yīng)力水平急劇變化，簡單鏈型接觸網(wǎng)應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)位于承力索懸掛位置處，彈性鏈型接觸網(wǎng)應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)位于接觸線定位點(diǎn)處，當(dāng)受電弓運(yùn)行速度達(dá)接觸網(wǎng)波動(dòng)速度0.8倍時(shí)，簡單鏈型和彈性鏈型接觸網(wǎng)承力索應(yīng)力相對其預(yù)應(yīng)力增幅分別達(dá)51.74％和47.1％，接

7、觸線應(yīng)力增幅分別可達(dá)13.12％和10.96％，彈性鏈型彈性吊索應(yīng)力增幅達(dá)16.40％;基于接觸力頻譜分析分析了弓網(wǎng)受流質(zhì)量變化規(guī)律，在不同運(yùn)行速度范圍內(nèi)，當(dāng)受電弓跨距通過頻率超過接觸網(wǎng)二階模態(tài)族中第一個(gè)模態(tài)頻率時(shí)，接觸網(wǎng)振動(dòng)行為進(jìn)入二階模式，弓網(wǎng)受流質(zhì)量顯著提升，同時(shí)提出在特定運(yùn)行速度條件下通過調(diào)整接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，保持弓網(wǎng)接觸力頻率成分小于吊弦通過頻率以提升弓網(wǎng)受流質(zhì)量的基本方法及其原理;研究了彈性鏈型接觸網(wǎng)中彈性吊索張力和長度的變化

8、對弓網(wǎng)接觸力時(shí)頻特征的影響規(guī)律，結(jié)果表明彈性吊索張力和長度會改變接觸網(wǎng)在定位點(diǎn)和第二根吊弦間的剛度和彈性分布，從而會引起受電弓弓頭抬升位移的變化，但對弓網(wǎng)受流質(zhì)量影響不明顯。
　　最后，針對雙弓作用下的接觸網(wǎng)振動(dòng)行為與弓網(wǎng)接觸力變動(dòng)機(jī)理，提出基于單弓受流結(jié)果重構(gòu)雙弓受流條件下接觸網(wǎng)振動(dòng)行為的方法，為多弓受流研究提供基本手段，同時(shí)，基于譜分析方法，研究了彈性波作用下弓網(wǎng)接觸力變動(dòng)機(jī)理，并成功應(yīng)用于雙弓受流時(shí)弓網(wǎng)受流質(zhì)量周期性變動(dòng)原因

9、分析，結(jié)果表明，受電弓與彈性波導(dǎo)通過滑動(dòng)接觸相互作用時(shí)，波導(dǎo)上連續(xù)傳播的彈性波造成接觸力的變化，而彈性波不同相位處的振動(dòng)造成接觸力波動(dòng)存在相互抵消現(xiàn)象，從而連續(xù)傳播的彈性波能引起穩(wěn)定的接觸力波動(dòng)，雙弓受流條件下，無論是簡單鏈型接觸網(wǎng)還是彈性鏈型接觸網(wǎng)，前弓受流質(zhì)量受加入的第二個(gè)受電弓的影響較小，但是前弓激起接觸網(wǎng)的彈性振動(dòng)會對后弓弓網(wǎng)接觸狀態(tài)造成不利或有利影響。在某確定運(yùn)行速度條件下，若接觸瞬間弓網(wǎng)接觸點(diǎn)處的接觸線相對受電弓呈避振狀態(tài)，