考虑接触网零部件影响的接触网波动速度分析

考虑接触网零部件影响的接触网波动速
度分析
摘要：从分析高速铁路接触网的波速及其传播规律入手，从波速、波长、波
幅三个方面研究了基于接触网构件影响的接触网波速。

希望能对提高我国高铁运
行的安全性、稳定性有所帮助。

关键词：接触网；波动速度；波速；波长
近年来，随着我国社会的发展和科学技术的进步，高铁发展异常迅猛。

高速
铁路以其快速、完整、可靠、舒适、环保等优点逐渐被人们所接受和认可，与之
相关的研究也在大幅增加。

接触网是高速铁路的重要组成部分之一，其速度波动
直接影响高速铁路列车的运行稳定性。

因此，有必要对接触网的波动速度进行深
入研究。

在此基础上，讨论了接触网元件对接触网波动速度的影响。

1高铁接触网的波动速度和传播规律
由于高速铁路都是由电力牵引驱动，因此电力机车的受力质量对电力机车的
安全、高速运行尤为重要。

也就是说，要保证列车在高速运行中的动态稳定。

这
里所说的动电流是指受电弓和接触网相互接触、滑动的过程，通过受电弓的接触
点接收电流并将其传输给电力机车。

正常情况下，在动态电流产生过程中，受电
弓与接触网上的接触网相互作用时，很可能引起接触网的垂直振动。

振动发生后，振动波始终跟随接触面。

沿直线方向传播，从而形成波浪现象。

由此产生的波动
将继续传播。

虽然波形通常沿接触网由近到远传播，但必须清楚的是，参与整个
波动过程的粒子不会随波形离开接触网，它总是在接近平衡的位置连续振动。

相
关研究结果表明，参与波的粒子的振动方向通常与波的传播方向垂直，我们通常
称这种波为横波。

波动现象可视为接触网整体性能的运行状态。

对于接触网上的
任何质点，只能说某一质点是否有振动，而不能说是否有波动，也就是说接触网
上的任何质点都不会有波动。

由于要研究的是接触网的波动速度，因此有必要了解波动的主要特征参数对接触网的影响。

下面是一个具体的研究。

2基于接触网零部件影响下的波动速度
对于高铁接触网波动速度的研究，大多都是通过对波动速度的特征参数进行分析来完成的。

为此，以下也从特征参数分析入手，对基于接触网各个主要零部件影响下的波动速度进行研究。

2.1接触网波动速度特征参数——波速
在所有的特征参数当中，波速是描述接触网波动特性最为有效的参数之一。

所谓的波速具体是指波动沿着接触网接触线方向传播的具体速度，它的传播方向既可以向前也可以向后。

相关研究表明，当电力机车的运行速度与接触网的波速逐步接近时，会导致机车与弓网的关系明显恶化，具体体现在弓网接触压力的波动幅度会持续增大，而且受电弓的受流质量会随之下降，同时，车速与接触网波速非常接近时，还有可能导致整个接触网结构破坏，这会引起十分严重的后果。

通过大量的试验后，我国将高铁列车运行速度的最高限值设定为接触网波速的0.7 倍。

接触网的波动速度可以用下式表示：
式（1）中： cw1——接触网的波动速度；
T——张力；
ρ——接触线密度。

在没有特殊要求的前提下，常用该式计算接触网的波速。

由式（1）可知，与波速关系最为密切的两个常量为张力和接触线密度。

当张力增大时，波速会随之增大；而随着接触线密度的增大，波速会随之减小。

如果接触网为给定的条件时，张力与接触线密度则为固值，此时的接触网波速也为恒定不变的常值。

2.2接触网波动速度特征参数——波长
在表征接触网波动中，波长是一个非常重要的参数，对该参数进行研究主要
为了进一步分析高铁列车在双弓或是多弓条件下运行时，波动对位于后面的受电
弓的影响机理。

通过对单根索模型与现实接触网的波长进行对比后发现，模型上
的波长与现实中波长存在一定的差异，虽然接触网的波速可以用该模型进行计算，但是波长却不能使用该模型进行计算。

由经典波动理论可知，波长与频率的乘积
为波动的相速度。

为此，接触网的波动波长可以用下式表示：
在式（2）中：λ——接触网的波动波长；cp——相速度；f——振动频率。

相关研究表明，在弓网作用下引起的接触网波动归属于低频区域的范畴，由
此可以获得现实接触网的波长：
式中：λ——现实接触网的波长；
T——张力；
ρ——接触线密度；
f——振动频率。

由式（3）可知，接触网的接触线张力、接触线密度和振动频率这三者都对
波长有所影响。

2.3接触网波动速度特征参数——波幅
在特征参数中，波幅对接触网波动速度的影响较波速和波长相对低一些，但
它的影响也是存在的。

通过仿真模拟分析可知，随着高铁列车时速从 200 km/h
提高到 300 km/h，跨中点垂向振动的位移随之增大，这充分说明了波幅会随着
列车速度的提高而增大。

同时，当张力增加时，跨中点垂向振动的位移有所减小，
这说明波幅会随着张力的增加而减小。

此外，波幅还会对弓网接触压力造成一定程度的影响。

大量的研究结果表明，想要从根本上改善弓网的关系，就必须对波幅进行控制，比较有效的方法是增设阻尼机构。

但需要注意的是，阻尼机构的增设会对接触线带来硬点等影响，因此应当结合具体情况适当采用相应方式。

3结束语
总而言之，随着高速铁路的不断增多，接触网势必也会随之增多，高铁列车的时速也会越来越快，这必然会导致振动不断加剧，从而容易引起弓网磨损，甚至会出现弓网脱开拉弧等现象，不利于列车行驶过程中的电流稳定供给。

为了提高列车的运行安全性和稳定性，必须采取相应的措施减少接触网主要零部件对其波动速度的影响，这样才能确保电流的持续稳定供给，也才能使列车运行更加安全可靠。

参考文献
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