第13讲 受电弓及弓网系统的耦合与设计
弓网系统
新干线于1964年10月1日，东京奥运前夕开始通车营运， 第一条路线是连结东京与新大阪之间的东海道新干线
Page 7
1. 弓网系统综述
Page 8
SWJTU OCS
2009.06.16
PS200A型受电弓
双臂菱形 下臂交叉 弹簧上升 空气下降 铜基粉末冶金滑板
1. 弓网系统综述
带弹性组合吊弦的复链形接触网
0,7
0,6
Re 250
0,
10 %
5
u = ((emax- emin) / (emax+ emin)) * 100 %
0,4
Re 330
0,3
8%
Spt 1 2 3 4 5 6 7 Spt
吊弦处
2. 弓网系统的振动特性
Page 37
Fc
MH H
KH,CH,BH
meq E
KF,CF,BF
Fc0
SWJTU OCS
弓网系统的振动特性与接触网弹性有关的因素接触网的弹性单位垂直作用力引起的接触线抬升与跨距成正比与接触线和承力索的张力之和成反比page33弹性沿跨距的一致性用接触网的弹性不均匀程度表示弹性及弹性不均匀度与接触线截面线索张力接触网跨距结构高度预弛度及有无弹性吊索有关与接触网施工精度有关swjtuocs200906162
TSG1(1978)
M7(6Y2)
AM51BU(6G)
受
电
AM51UF(8K)
弓
LV-2600(6K)
TSG3(1993)
DSA系列(200、250)(Stemmann-Technik)
8WL0系列(6YH69、SSS400+)(Siemens+Schunk)
毕业设计(论文)-动车组受电弓故障分析及改进设计
目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (2)1.2国内外高速动车组受电弓的发展 (2)1.3 国内受电弓常见的故障 (3)第2章受电弓概述 (5)2.1 CRH2A型受电弓组成结构 (5)2.2 CRH2A受电弓的工作原理 (7)2.3CRH2A型受电弓特点及其特性 (7)2.4 CRH2A型受电弓升降装置 (8)第3章CRH2A型受电弓模型 (10)3.1 CRH2A型受电弓的日常检查 ........................................................... 10‘3.2 CRH2A型受电弓的故障 (11)3.3 CRH2A型受电弓故障原因 (11)3.4 CRH2A型受电弓故障分析及改 (12)参考文献 (18)致谢 (19)摘要世界上第一条高速铁路是1964年开通的日本东海岛新干线，发展至今已有53年。
近年来国内高速铁路飞快发展，随着列车速度的提高，受电弓与接触网关系的问题日益突出。
动车组是通过受电弓从接触网上获取电能，所以良好的弓网接触是保证列车取流的必要条件，受电弓的滑板成了重中之重，列车运行时如何减少受电弓滑板的损耗，提高受电弓滑板质量已经成为高速铁路技术的重要问题。
动车组受电弓滑板材料如今各国都在加紧研发，它所涉及的材料学问题是其解决受电弓滑板损耗的基础，早期接触网线多采用纯铜或铜合金材料，而在受电弓滑板方面，其材料经历了纯金属滑板、粉末冶金滑板、纯碳滑板、浸金属碳滑板等发展过程。
关键词：动车组；受电弓；安全第1章绪论1.1 研究背景根据我国的基本国情，国内铁路提速是通过修建电气化铁路和对既有线路的改造实现的。
而铁路的电气化和高速化已成为世界铁路运输发展趋势，只有实现电气化，才能实现铁路运输高速化目标。
因此发展高速铁路是铁路是现代化建设的必然趋势，而高速铁路均采用电力牵引和电气化铁路技术，高速列车必须在高速运行条件下可靠地从接触网上取得电能，否则将影响列车运行和电气驱动系统的性能。
受电弓结构原理及应用
目录1. 概述 (2)2. 弓网动力学 (2)3. 工作特点 (2)4. 受电弓结构 (3)5. 受电弓分类 (4)6. 受电弓的工作原理 (6)7. 受流质量 (6)7.1. 静态接触压力 (7)7.1.1. 额定静态接触压力 (7)7.1.2. 同高压力差 (7)7.1.3. 同向压力差 (7)7.2. 最高升弓高度 (7)7.3. 弓头运行轨迹 (8)1.概述受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上。
2.弓网动力学弓网动力学研究电气化铁道机车（动力车）受电弓与接触网动态作用关系与振动问题的学科领域。
电力机车是通过受电弓滑板与接触网导线间的滑动接触而获取电能的，当运动的受电弓通过相对静止的接触网时，接触网受到外力干扰，于是在受电弓和接触网两个系统间产生动态的相互作用，弓网系统产生特定形态的振动。
当振动剧烈时，可以造成受电弓滑板与接触导线脱离接触，形成离线，产生电弧和火花，加速电器的绝缘损伤，对通信产生电磁干扰，更严重的是直接影响受流，甚至会造成供电瞬时中断，使列车丧失牵引力和制动力。
而弓网之间接触力过大时，虽可大大降低离线率，但接触导线与受电弓滑板磨耗增大，使用寿命缩短。
因此，良好的弓网关系是确保列车稳定可靠地受流的基本前提。
弓网动力学的主要任务就是要研究并抑制弓网系统有害振动，确保受电弓与接触网系统相互适应、合理匹配，为不同营运条件（特别是高速运行）下的受电弓与接触网结构选型和参数设计提供理论指导。
评价弓网关系和受流质量，一般采用弓网接触压力、离线率、接触导线抬升量、受电弓振幅、接触网弹性系数、接触导线波动传播速度和受电弓追随性等指标。
弓网动力学的研究，通常以理论研究为主，并结合必要试验，通过建立受电弓与接触网振动模型来预测上述性能指标，从而改进或调整系统设计。
弓网系统最初的动态设计只是基于一些简化的数学模型而进行的，随着列车运行速度的提高，弓网系统的模型越来越复杂，从20世纪70年代开始，计算机作为一种辅助模拟工具被用于弓网系统动力学仿真和优化设计，从而使得弓网动力学研究领域得到极大丰富和发展。
高铁弓网系统受流特性与受电弓
（3）离线问题 当接触网的悬挂系统不能适应列车运行速度的要
求时，受电弓的滑板就会与接触导线脱离。高速运行 时，受电弓的向上推力将使接触导线的位置急速变化， 这一变化以横波的形式沿接触导线前后传播，使导线 产生波动。如果其传播速度赶不上高速列车的运行速 度，就会产生离线现象。当二者不匹配时，受流质量 将严重恶化，甚至造成弓网解体。因此，在高速弓网
五）提高弓网系统工作稳定性的主要措施 1、采用新型复合材料制成的接触导线，以提高其抗拉 强度。 2、增大接触线和承力索的截面，以增加接触线和承力 索的张力；减小接触网的跨度，并采用更为合理的悬 挂方式。 3、确定受电弓同时升两个受电弓之间的最小距离。 4、改进受电弓的结构设计。
二、受电弓
1、受电弓介绍
四）弓网关系产生的影响 （1）弓线间的接触压力
当受电弓沿接触导线移动时，受电 弓的高度就开始迅速变化，再加上受电 弓还受到高速空气动力的作用，从而将 引起接触压力的变化。其后果是：压力 变小会造成受电弓离线，出现电弧，使
（2）接触导线的波动和噪声 高速铁路的噪声声源主要来源于弓网
系统（接触导线波动而产生严重的电弧放 电以及强烈的噪声问题）、轮轨系统和空 气阻力。世界各国对铁路噪声规定了容许 标准值，我国为70。为降低噪音，除了在 轨道、线路、车辆、电气化接触网等方面
一、高铁系统的受流特性
一）高铁弓网系统简介
电气化铁道是由电力机车和牵引供电装置组成的，牵引供电装置一般 分成牵引变电所和接触网两部分，所以人们又称电力机车、牵引变电 所和接触网为电气化铁道的“三大元件”。
电厂发出的电流，经升压变压器提高电压后，由高压输电线送到铁路 沿线的牵引变电所。在牵引变电所里把电流变换成所要求的电流或电 压后，经馈线转送到邻近区间和站场线路的接触网上供电力机车使用 。
弓网系统(标准与规范)
SWJTU
受电弓——接触网系统
什么是标准
20 Jul 2008 Page 2
接触网研究室
系统综述 受电弓 接触网 弓网电接触 测量与评价 标准与规范
（2）国际标准化组织（ISO）给标准所作的 定义，即：“标准是由各方根据科学技术成就
与先进经验，共同合作起草、一致或基本上同
意的技术规范或其他公开文件，其目的在于促 进最佳的公众利益，并由标准化团体批准”
SWJTU
受电弓——接触网系统
与接触网相关的中国标准
20 Jul 2008 Page 8
接触网研究室
系统综述 受电弓 接触网 弓网电接触 测量与评价 标准与规范
设计方面
《铁路电力牵引供电设计规范》(TB10009—2005) 2005-04-25发布 《铁路枢纽电力牵引供电设计规范》(TB10076—2000) 2000-12-21 发布 《铁路电力牵引供电隧道内接触网设计规范》(TB10075—2000) 2000-12-21发布 《新建时速200km客货共线铁路设计暂行规定》 2005-04-25发布 《新建时速200～250km客运专线铁路设计暂行规定》 《京沪高速铁路设计暂行规定》（上、下） 2004-12-30发布
SWJTU
受电弓——接触网系统
标准、规范、规程的区别与联系
20 Jul 2008 Page 7
接触网研究室
系统综述 受电弓 接触网 弓网电接触 测量与评价 标准与规范
随着与国际惯例的逐步接轨，标准、规范、规程在
使用中逐步发生着变化。例如：近年来，卫生部门把
一些涉及技术规定的、具有一定强制性约束力的规范 性文件，统一冠名为“技术规范”或“规范”，以区 别于自愿用或推荐性的标准等 工程建设标准化工作中，尚没有要求进一步规范这 三个术语的使用
受电弓结构原理及应用
目录1. 概述 (2)2. 弓网动力学 (2)3. 工作特点 (2)4. 受电弓结构 (3)5. 受电弓分类 (4)6. 受电弓的工作原理 (6)7. 受流质量 (6)7.1. 静态接触压力 (7)7.1.1. 额定静态接触压力 (7)7.1.2. 同高压力差 (7)7.1.3. 同向压力差 (7)7.2. 最高升弓高度 (7)7.3. 弓头运行轨迹 (8)1.概述受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上。
2.弓网动力学弓网动力学研究电气化铁道机车（动力车）受电弓与接触网动态作用关系与振动问题的学科领域。
电力机车是通过受电弓滑板与接触网导线间的滑动接触而获取电能的，当运动的受电弓通过相对静止的接触网时，接触网受到外力干扰，于是在受电弓和接触网两个系统间产生动态的相互作用，弓网系统产生特定形态的振动。
当振动剧烈时，可以造成受电弓滑板与接触导线脱离接触，形成离线，产生电弧和火花，加速电器的绝缘损伤，对通信产生电磁干扰，更严重的是直接影响受流，甚至会造成供电瞬时中断，使列车丧失牵引力和制动力。
而弓网之间接触力过大时，虽可大大降低离线率，但接触导线与受电弓滑板磨耗增大，使用寿命缩短。
因此，良好的弓网关系是确保列车稳定可靠地受流的基本前提。
弓网动力学的主要任务就是要研究并抑制弓网系统有害振动，确保受电弓与接触网系统相互适应、合理匹配，为不同营运条件（特别是高速运行）下的受电弓与接触网结构选型和参数设计提供理论指导。
评价弓网关系和受流质量，一般采用弓网接触压力、离线率、接触导线抬升量、受电弓振幅、接触网弹性系数、接触导线波动传播速度和受电弓追随性等指标。
弓网动力学的研究，通常以理论研究为主，并结合必要试验，通过建立受电弓与接触网振动模型来预测上述性能指标，从而改进或调整系统设计。
弓网系统最初的动态设计只是基于一些简化的数学模型而进行的，随着列车运行速度的提高，弓网系统的模型越来越复杂，从20世纪70年代开始，计算机作为一种辅助模拟工具被用于弓网系统动力学仿真和优化设计，从而使得弓网动力学研究领域得到极大丰富和发展。
弓网系统(标准与规范)课件
弓网系统(标准与规范 )课件
REPORTING
2023
目录
• 弓网系统概述 • 弓网系统标准 • 弓网系统规范 • 弓网系统检测与评估 • 弓网系统维护与保养
2023
PART 01
弓网系统概述
REPORTING
弓网系统的定义与组成
弓网系统的定义
弓网系统是一种用于轨道交通车 辆与轨道之间动态连接的系统， 由受电弓和接触网两部分组成。
设计规范
总结词
提高弓网系统设计的可靠性和稳定性
详细描述
为了提高弓网系统设计的可靠性和稳定性，设计规范中还规定了材料选择、结构 优化、强度计算等方面的要求。这些要求有助于确保弓网系统在各种工况下都能 够稳定运行，减少故障和安全隐患。
设计规范
总结词
促进弓网系统设计的创新和发展
详细描述
设计规范不仅是对现有技术的总结和规范，也是对未来技术发展的引导和促进。设计规范中鼓励采用新技术、新 工艺和新材料，以促进弓网系统设计的创新和发展。这有助于推动弓网系统的技术进步，提高列车运行的安全性 和舒适性。
几何尺寸
评估弓网系统的几何尺 寸是否触压力
评估弓网系统接触压力 是否适中，以保证良好 的电气连接和机械稳定
性。
摩擦力
评估弓网系统摩擦力是 否在合理范围内，以避 免过度磨损和车轮打滑
。
动态稳定性
评估弓网系统在动态运 行过程中的稳定性，如 振动、冲击和噪声等。
评估流程
弓网系统的应用场景
01
02
03
城市轨道交通
弓网系统广泛应用于城市 轨道交通中的地铁、轻轨 等交通工具。
高速铁路
在高速铁路中，弓网系统 也得到了广泛应用，为列 车提供稳定可靠的电力供 应。
受电弓课程设计--受电弓机构设计(含全套资料)
（3）良好的空气动力学性能。高速列车运行时所受的空气阻力较常规列车大很多。安装在车顶的受电弓是车体突出部分，必须采取相关措施提高受电弓空气动力学性能，即减小空气动力学作用对受流的影响，减小空气阻力和气动噪声。
（4）采用单弓受流。理论计算和实际运用表明，基于减小空气阻力、噪声，避免接触网波动的角度出发，现代高速列车应该采用单弓受流。
目前我们CRH系列动车组所采用的是DSA250型受电弓（如下图），该受电弓采用轻量化优质材料，具有良好的机械和动力学性能，受电弓滑板采用纯硬碳材料，对接触网起到保护作用。
图1.2.1DSA250型受电弓
2.2.1弓头
弓头的设计选图中所示的结构。
3尺度
机构关键尺寸计算
图3.1.1 连杆机构图
以AB为原动件分析，则这个连杆机构是一个二级杆组。由于在杆AB绕A点旋转，CD杆绕点D旋转，而又杆AB和杆CD的距离始终保持不变,而A点，D点与机架固结。
可以根据机构的运动情况，找出运动约束条件建立约束方程。
经过求解，可以得出
根据得到的坐标值，然后根据公式：
然后把点E,F,B,G,A的坐标值带进去，可以求出EF,AG,BG的杆长。
它们分别是：
在普通列车上使用的受电弓已经基本能满足我们运行使用的要求，但是随着我国铁路大提速的要求及高铁的日益发展，实用与高速列车的受电弓就显得尤为重要。而普通列车上的受电弓的性能并不能完全满足高速列车的需求。
浅析城市轨道交通弓网配合实际问题
浅析城市轨道交通弓网配合实际问题提要：城市轨道交通运营过程中难免会产生各类故障问题，解决实际问题对城市轨道交通运营工作蓬勃健康发展的重要性不言而喻。
弓网系统配合问题一直是城市轨道交通问题研究分析的重点，面对实际弓网系统配合问题应及时提供相应的解决方法。
关键词：城市轨道交通弓网系统研究分析解决方法一、弓网系统关系背景车辆受电弓与接触网直接接触取流，二者关系密切，相互影响，尤其对于刚性和柔性接触网并存的线路，处理好接触网工程与车辆的接口，对于确保接触网运行品质十分重要[1]。
良好的弓网受流关系取决于两方面因素：一是受电弓和接触网均具备优良的技术性能，二是受电弓和接触网之间具有良好的匹配性，两者缺一不可。
因此要实现弓网间的良好匹配，需要接触网工程设计与车辆制造商之间进行良好的协调。
在满足单弓取流能力下，每列车配置不超过2台受电弓，每台受电弓配置2块碳滑板。
受电弓应采用重量轻、防震性能、弓网追随性、集电稳定性和单弓取流能力更好的气囊式高速受电弓。
由于刚性接触网整体刚度较柔性接触网更大，因此在受电弓选型上建议提高一个等级。
城市轨道交通车辆受电弓的静调抬升力直接决定了弓网之间的压力及其变化范围，是决定车辆受流品质的重要参数，同时也关系到停车取流时弓网间的接触电阻是否造成局部过热或烧蚀接触线。
电气化铁道采用交流25kV电压供电，接触网供电的线路一般采用单根接触线，单弓电流最高只有400A左右，受电弓静态抬升力约为70N，对于单根接触线是适宜的；城市轨道交通架空接触网通常采用直流1500V电压供电，单弓电流高达1500A左右，柔性接触网采用双接触线，受电弓静态抬升力约为120N，大量应用经验表明也是适宜的。
近年来我国地铁大量线路采用了地下线路刚性接触网、地面线路柔性接触网的供电方式，刚性接触网只有单根接触线，接触面上承受的受电弓压力和电流密度相对于双接触线的柔性接触网成倍增加，更大大超过电气化铁路弓网之间压力和电流密度，从弓网之间机械磨耗和电气磨耗的机理分析，接触线磨耗量都会大幅增加，因此合理设置受电弓的抬升力十分重要。
高铁弓网系统的受流特性及受电弓
武汉高速铁路 职业技能训练段
二）高速受电的特点
1）高速列车的行车速度较常速列车高得多，因而受电弓沿 接触网导线移动的速度大大加快，这就使接触网与受电弓的波 动特性发生变化，从而影响受电弓的受流效果。 2）高速列车在高速运行时所受的空气阻力远较常速列车大 得多，空气动态力也是影响高速受电的一个重要因素； 3）高速列车所需的牵引功率较常速列车大得多，若采用多弓 受电必然会增加阻力、加大噪声，并引起接触网的波动干扰， 因而受电弓的数量不能太多，这就需要解决受电弓从接触网大 功率受电的问题。
二、受电弓
1、受电弓介绍 2、高速铁路受电弓应满足的条件
武汉高速铁路 职业技能训练段
一、高铁系统的受流特性
一）高铁弓网系统简介
电气化铁道是由电力机车和牵引供电装置组成的，牵引供电装置一般 分成牵引变电所和接触网两部分，所以人们又称电力机车、牵引变电 所和接触网为电气化铁道的“三大元件”。 电厂发出的电流，经升压变压器提高电压后，由高压输电线送到铁路 沿线的牵引变电所。在牵引变电所里把电流变换成所要求的电流或电 压后，经馈线转送到邻近区间和站场线路的接触网上供电力机车使用 。
小结
一、高铁系统的受流特性
1、高铁弓网系统简介 2、高速受电的特点 3、弓网系统对接触网的要求 4、弓网关系产生的影响 5、提高弓网系统工作稳定性的主要措施
武汉高速铁路 职业技能训练段
二、受电弓
1、受电弓介绍 2、高速铁路受电弓应满足的条件
武汉高速铁路 职业技能训练段
复习题
一、填空：
1、弓线间的接触压力变小，会造成受电弓（ ），出现电弧，使弓、线 烧伤。 2、受电弓的最大工作范围（ ）mm，允许工作范围（ ）mm。
DSA-350型受电弓是按ICE(德国高铁技术标准）统一 技术条件制造的。无严格质量要求及特殊强度要求的部件 用不锈钢材料制造，上剪形装置、弓框和接触滑板支座等 部件则采用铝材制造。接触滑板用独立弹簧悬挂，弹簧便 于更换，并具有足够的行程。升降系统中设有减振器．以 便使剪形臂在下降时不致对车顶产生冲击。研制了一种特 殊的高压绝缘子，将其与受电弓移动部分制成一体。受电 弓直接固装在车顶上，从而保证了较低的结构高度。升弓 驱动采用风动，装置中设有高灵敏度的减压阀，以保证受 电弓在整个工作高度范围内，滑板与接触导线之间的接触 压力基本保持不变。
高铁弓网系统的受流特性及受电弓
高铁弓网系统的受流特性及受电弓
一、高铁系统的受流特性
1、高铁弓网系统简介 2、高速受电的特点 3、弓网系统对接触网的要求 4、弓网关系产生的影响 5、提高弓网系统工作稳定性的主要措施
二、受电弓
1、受电弓介绍 2、高速铁路受电弓应满足的条件
一、高铁系统的受流特性
一）高铁弓网系统简介
供电系统示意图
我国和世界上多数国家 均采用工频（50Hz）单 相交流供电制，网压额定 值为25KV。
电力牵引系统的组成
CRH5动车组牵引传动系统工 作原理示意图
CRH5动车组牵引系统使 用交—直—交传动方式，主 要由受电弓、主断路器、牵
引变压器、牵引变流器及牵
引电机组成。受电弓通过接 触网获得25KV电压，输送给 牵引变压器，降压成1770V 的交流电。降压后的电流再
高速铁路工网系统对接触网的要求： (1)在最高行车速度和更大的速度变化范围内应能保证 正常供电： (2)应有更高的耐磨性和抗腐蚀（包括抗电蚀）能力； (3)对接触网的结构和布置应有更高的要求； (4) 接触悬挂弹性均匀度好。
四）弓网时，受电弓的高度就开始迅速变 化，再加上受电弓还受到高速空气动力的作用，从而将引起接 触压力的变化。其后果是：压力变小会造成受电弓离线，出现 电弧，使弓、线烧伤；压力变大会使接触导线过分升高，同时 使受电弓滑板和接触导线的磨损加剧。
以（68.6＋9.8）N的接触压力紧 贴接触线摩擦滑行，将电能引入机 车。
❖ 受电弓——单臂、双臂、T形
❖ 单臂——非对称结构，质量轻——高速 ❖ 双臂——对称结构，质量重——低速 ❖ T形——空气动力学特性好——高速
受电弓的最大工作范围 1250mm，允许工作范围 950mm。
受电弓设计计算说明书
受电弓设计计算说明书姓名：学号：班级：指导老师：年月目录第1章问题的提出 (1)第2章设计要求与设计数据 (1)第3章机构选型设计 (2)第4章机构尺度综合 (5)第5章机构运动分析 (7)5.1 驱动方式的选择 (7)5.1.1直接型 (7)5.1.2 间接型 (9)5.2运动仿真 (10)5.2.1 仿真 (10)5.2.2 传动机构的比较 (11)5.3 机构运动验证 (12)5.3.1 E点X方向偏移的验证 (12)5.3.2 E点Y方向偏移的验证 (12)5.3.3 传动角验证 (13)第6章机构动力分析 (14)6.1整个机构动态静力分析 (15)6.2整个驱动过程中受力分析 (18)6.3风缸受力情况分析 (19)6.4基点的受力情况 (19)第7章结论 (20)第8章收获与体会 (21)第9章致谢 (21)参考文献 (22)附录1 (23)第1章问题的提出受电弓亦称集电弓，是一种让电气化列车或电车从高架电缆取得电力的设备的统称.它是动力输送的关键部位，为保证列车安全稳定运行，就必须使机车与铁路电网保持良好的接触。
这就要求输送电力的受电弓在工作时满足以下要求：（1）受电弓升弓时，接近电线的速度应较慢；受电弓收弓是离线的速度应较快。
以避免弓与高压线之间产生高压电弧，烧坏弓头及电线，影响安全。
（2）又因高压线在重力作用下使得两电线杆之间的电线呈向下垂的趋势，从而受电弓在机车运行中的高度也必须随其变化，要保持弓与线良好的接触，就要求整个受电弓对机车的响应比较快。
（3）随着现代社会的快速发展，列车也得朝着高速舒适的方向发展。
这就更对受电弓的性能有更高的要求。
第2章设计要求与设计数据设计要求：(1)在弓头上升、下降的1550mm行程内，偏离理想化直线轨迹的距离不得超过100mm,弓头摆动最大角位移不得超过5ο。
(2)在任何时候，弓头上部都是整个机构的最高处。
(3)只有一个自由度，用风缸驱动。
弓—网耦合系统的动态模拟及疲劳分析.
弓—网耦合系统的动态模拟及疲劳分析受电弓-接触网耦合系统的动态特性是影响受流质量及实现列车运行高速化的重要因素,疲劳分析是判断接触网可靠性的重要依据。
运用大型有限元计算软件ANSYS对其进行动力学仿真研究和疲劳计算是分析其受流质量和可靠度的有效途径。
本文首先介绍了柔性悬挂接触网和受电弓的一些基本概念及其应用和研究现状,接着运用拉格朗日方程推导了受电弓的非线性运动方程,将其在一定高度上做线性化处理,得到受电弓垂向线性模型,进而得到弓网耦合系统的计算模型。
根据模拟仿真结果研究了预留弛度、承力索张力、接触线张力、接触线线密度、吊弦数目、跨距、吊弦刚度等接触网参数和列车行驶速度、接触刚度、弓头质量、弓头刚度、弓头阻尼、干摩擦等受电弓参数对弓网耦合系统受流质量的影响。
并对弹性链型悬挂接触网作了初步研究,分析比较了两种类型接触网的优劣。
针对疲劳模块,本文给出了详细的技术原理,包括构件S-N曲线的确定、Goodman直线的运用和考虑接触线磨耗之后引起的变幅应力问题的处理。
由于本课题的疲劳分析部分与一般的零件疲劳有所不同,本文还列出了编制思路和程序框图。
通过疲劳算例,分析了列车行驶速度、接触刚度、弓头质量和干摩擦等因素对简单链型悬挂接触网寿命的影响,并得出一些有益的结论。
同主题文章[1].张晓松,刘兴业,毕继红. 接触网结构中几种柱体的有限元分析及绘图系统的开发' [J]. 天津城市建设学院学报. 1998.(04)[2].张宝奇. 改进软横跨处接触悬挂非工作支悬吊方式的建议' [J]. 铁道技术监督. 2008.(07)[3].张余昌. 探秘电气化铁路供电' [J]. 铁道知识. 2008.(05)[4].陈利军. 浅谈接触网硬点产生的原因及控制措施' [J]. 黑龙江科技信息. 2009.(33)[5].陆大栋. 高速行车的接触网结构' [J]. 铁道工程学报. 1991.(03)[6].李荣帅,谢强,周锋,陈镕. 高速电气化铁路接触网自振特性及横向风振动力分析' [J]. 铁道标准设计. 2009.(01)[7].曹树森,秦剑,柯坚,刘晓红. 接触网空间相关随机风场的模拟研究' [J]. 机车电传动. 2010.(02)[8].钟延篪. TGV和新干线的受流系统' [J]. 电力机车与城轨车辆. 1991.(04)[9].周宁,李瑞平,张卫华. 基于负弛度法的接触网建模与仿真' [J]. 交通运输工程学报. 2009.(04)[10].段伟. 电气化铁路下穿立交工程中接触网边渡方案的探讨' [J]. 上海铁道科技. 2009.(02)【关键词相关文档搜索】：结构工程; 接触网; 受电弓; 耦合系统; 动力学仿真; 接触力; 疲劳【作者相关信息搜索】：天津大学;结构工程;毕继红;李鹏;。
弓网系统(系统综述)课件
控制与检测系统
控制系统的稳定性对弓网系统运行的安全性和稳定性具有重要影响，需确保控制 指令的准确性和及时性。
检测系统是实时监测弓网系统运行状态的关键，需配置相应的传感器和数据处理 单元，对异常状态进行预警和记录。
维护与保养
维护与保养是确保弓网系统长期稳定运行的重要措施，需定 期对接触线、承力索、受电弓等进行检查和保养。
工作原理与特性
工作原理
当电力机车运行时，受电弓与接触线接触，通过滑动摩擦的方式将电能从接触 线传输到机车，实现动态受流。
特性
弓网系统的特性包括良好的导电性能、耐磨性、耐腐蚀性等，以确保电力机车 的正常运行和安全运输。
02
弓网系统技术参数
接触线与承力索
01
接触线是直接与受电弓滑板接触 的元件，其性能对弓网系统运行 稳定性、安全性及使用寿命具有 重要影响。
高速铁路
高速铁路是弓网系统的另一个重要应 用领域，高速铁路列车的运行速度高 ，对弓网系统的性能要求更加严格。
为了满足高速铁路的需求，弓网系统 的材料、结构和设计都需要进行特殊 的设计和制造，以确保列车在高速运 行时的稳定性和安全性。
磁悬浮列车
磁悬浮列车是一种新型的轨道交通工具，其运行原理与传统的轮轨列车不同，因此对弓网系统的要求 也有所不同。
功能
弓网系统的主要功能是为电力机车提 供可靠的电能，保证电力机车的正常 运行，实现安全、高效、经济的运输 。
组成与结构
组成
弓网系统主要由接触线、承力索、吊弦、绝缘子等零部件组 成。
结构
弓网系统的结构包括接触线、承力索、吊弦、绝缘子等，这 些零部件通过特定的结构和方式相互连接，形成完整的弓网 系统。
振动通常是由于弓网系统运行过程中 的动态激励引起的，如电机振动、传 动系统振动等。噪声则是由于振动和 摩擦等物理现象产生的声音，可能对 周围环境和乘客产生影响。振动与噪 声问题不仅会影响设备的正常运行， 还可能对环境和人体健康造成一定的 影响。
受电弓
自动降弓装置（Auto Dropping Device）
与以往的弹簧式受电弓不同。DSA200受电弓上增 加了一套ADD气路保护系统。该系统由ADD测试阀、ADD 关闭阀、快速降弓阀构成。
快速降弓阀体内有两个腔体：一个腔体连接气囊， 另一个腔体连接碳滑板。
在正常的升弓以及降弓下，ADD阀不工作。正常状 态下，ADD内部通过一个节流阀控制不断给碳滑板内部 毛细气管供气，保证其气压平衡，并防止小泄漏事故 引起降弓动作的发生。
集电头部分
铰 链 机 构
底 架 部 分
上框架 平衡杆 拉杆 下臂杆
集电头 集电头支撑
升弓气囊 ADD系统
底架 阻尼器
结构特点
其动作过程通过两套嵌套的四臂连杆机构完 成。
第一套四臂连杆机构主要由底架、下臂杆、 上框架以及拉杆形成，该机构的作用是使受电弓 完成工作过程中的升降动作。
第二套四臂连杆机构主要由下臂杆、上框架、 平衡杆、弓头组成，该机构作用是在受电弓的工 作高度保持弓头的水平状态。
•1 弓网介绍 •2 DSA-200型受电弓 •3 DSA-200型受电弓的结构 •4 注意事项 •5 事故案例 •6 接触网异常时处理程序
一、弓网介绍
1、什么接触网？
接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空"之"字形 架设的，供受电弓取流的高压输电线。
其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基 础几部分组成。
3、车顶绝缘检测装置的使用
必须按照“四必须，一严禁”要求执行。 四必须：1、机车发生弓网故障或车顶高压设备故 障，按照故障处理程序进行处理后，必须进行高压绝缘 监测实验。2、途中发生接触网失压停车检查处理后， 必须进行绝缘监测实验。3、车顶高压设备缠绕异物， 在清除异物或采取高压隔离相应端受电弓后，必须进行 高压绝缘监测。4、电力机车车顶进行检修，监测后的 机车在转入有电区前，必须进行高压绝缘监测。 一严禁：打雷、闪电等极端恶劣天气下，严禁进行 监测。
受电弓与接触网系统
1. 受电弓
与受电弓相关的部分标准
UIC 608
国际通用受电弓
UIC 794
欧洲高速铁路网受电弓与接触网相互作用
EN 50206-1 干线车辆受电弓特性与测试 （TB/T 1456）
EN 50206-2 地铁和轻轨车辆受电弓特性与测试
1. 受电弓
对受电弓的基本要求
不可能为了特定接触网单纯设计受电弓 受电弓的基本特性应适合于规定的应用范围
受电弓的上部工作位置高度 受电弓的下部工作位置高度 受电弓的工作范围 动态包络线 伸展包络高度 电气间隙 接触线高度最小值 接触线高度最大值 接触线高度最小设计值
HCWd,max 接触线高度最大设计值
HCWnom DA1
标称接触线高度
超过最小接触线高度的设计偏差 a1 轨道的垂直误差 a2 接触线向下的安装误差 a3 接触线向下的动态位移 a4 导体温度和冰负载的影响
京津城际
568.7 0.615 0.237 0.467 1.970 206.6 1.50/1.36
武广高速
536.7 0.653 0.210 0.426 2.029 216.0 1.51/1.37
郑西高速
523.1 0.669 0.198 0.444 2.242 201.4 1.52/1.38
3. 弓网动态相互作用
力学系统能维持振动，必须具有弹性和惯性。由于弹性，系统偏 离其平衡位置时产生回复力，促使系统返回原来位置；由于惯性， 系统在返回平衡位置的过程中积累了动能，使系统越过平衡位置向 另一侧运动。由于弹性和惯性的相互影响，才造成系统的振动
描述振动的量：位移、速度、加速度等 弓网系统的振动为随机振动——只能用数理统计的方法加以研究
Fm
浅谈有轨电车弓网耦合问题
浅谈有轨电车弓网耦合问题摘要：本文通过苏州高新有轨电车和上海松江有轨电车接触网与电车弓网耦合运行情况，分析电车受电弓碳滑板与接触网拉出值耦合存在问题及碳滑板磨损、受电弓羊角磨损异常问题，提出了相应解决措施，以便为同类工程及运营单位提供类似经验和参考。
关键词：有轨电车;碳滑板;磨耗;接触网；拉出值0引言苏州高新有轨电车1、2号线和上海松江有轨电车1、2号线全线采均用全接触网供电模式，弓网关系是关系运营安全的重要问题。
电车受电弓滑板是其导入电能、提供动力的重要受流部件，因此也是关系到弓网关系的重要部件。
1号线自2014年10月份开通运营两年多来供电及车辆系统总体运行良好，但2016年11月份至2017年3月份期间，正线直线区段发生多次接触网明显拉弧现象，造成接触网拉弧部分导线灼伤，同时也造成电车受电弓碳滑板磨损异常，上海松江有轨电车开通运营半年后也发现弓网耦合问题。
1设备概况1.1接触网接触网均为柔性接触网，简单悬挂，主要以地面敷设方式，局部采用高架形式。
正线、渡线、折返线、存车线均采用补偿简单弹性悬挂CTA150+1×JT120,接触线额定张力为12KN，架空地线最大张力12KN。
导线高度一般为5800mm，下穿立交、下穿地道段4600mm~5800mm,跨距弛度≤250mm。
补偿方式采用内置式坠砣滑轮补偿。
拉出值一般为±200mm,拉出值最大为300mm，其直线区段接触线偏离受电弓中心不大于280mm，曲线区段不大于320mm。
接触线局部磨耗和损伤小于33%，平均磨耗小于25%。
接触线高度变化时，其坡度不大于5‰。
1.2受电弓及碳滑板苏州高新有轨电车受电弓通过电机控制弹簧实现升降，其碳滑板材质为浸金属,接触压力额定80N,控制范围是60-110N，碳滑板的硬度为HR110，带绝缘子的落弓高度为369±10mm；最小工作高度为100mm；最大工作高度为3100mm。
受电弓总长为2458±10mm，碳滑板尺寸1240±1*60mm*21.5mm，碳滑板数量2，弓头长度1891±10mm，弓头宽度300±10mm，弓头高度250±10mm。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
SWJTUDONG 2011.12
几何耦合的重点问题 垂直方向的：高度与坡度、坡度变化率； 水平方向的：拉出值、跨中风偏移 综合作用的：纵移与横偏
锚段关节非支抬高、偏移；
线岔始触区和无线夹区； 受电弓与附加导线间的距离。
受电弓及弓网系统的耦合和设计
五 高速弓网的耦合关系
几何耦合
SWJTUDONG 2011.12
四
弓网系统复杂性
◇轮轨关系既有独特性，又有基础性和一定的制约性； ◇弓网关系既有独立性，又有综合性和被动性； ◇随着列车运行速度的不断提高，轮轨系统对弓网系统的影响呈现出高次幂函 数的变化规律，具有特殊复杂性； ◇任何一个内在工程要素的变化，都会带来工程技术（包括设计、建设、制造、 施工各环节）上大的差异；这些差异，甚至无法仅依赖一门或几门科学技术理 论来指导、解决，必须依靠先进的工程科学技术试验方法手段来不断的试验研 究后，才可能进行调整。
以及以上多种运动机理的复合作用 ◇动态受电弓与动态接触线间的动摩擦。
受电弓及弓网系统的耦合和设计
SWJTUDONG 2011.12
四
弓网系统复杂性
(2) 弓网存在四重动态耦合(几何、电气、机械、材料)
◇弓网的复杂性还表现在弓网的接触过程中接触力的不 断变化，存在静态作用力与动态作用力两种表现形式。 ◇静态下的(指静止或低速情况下)弓网作用力来源于受 电弓升弓后对接触线的垂直压力，反映了接触网和受电弓的 静态特性； ◇ 静态作用力越大，滑板和接触线的机械磨耗越大，使
受电弓及弓网系统的耦合和设计
SWJTUDONG 2011.12
三、弓网的系统性
◇弓网受流是一个多学科交叉的系统工程； ◇弓网系统的核心任务是完成电能的传输； ◇ 弓和网是弓网系统的两个具有独立特性的子系统； ◇ 影响弓网耦合的因素很多，具有大系统特征； ◇系统的研究重点是电接触、振动与波动、检测与评价； 仿真与试验；装备制造； ◇受流质量与弓网寿命依赖于弓网系统的设计、制造 （施工）、运行维护方案; ◇弓网系统性还表现为电气化铁路大系统的一个小系统 弓网系统示意图
受电弓及弓网系统的耦合和设计
受电弓的性能表征
SWJTUDONG 2011.12
额定静态接触压力； 同高度压力差； 同向压力差； 静态压力曲线； 工作高度；
最高升弓高度；
升降弓时间， 静态接触压力
受电弓及弓网系统的耦合和设计
受电弓性能优化
优化目标：
SWJTUDONG 2011.12
（1）确保高速运行条件下的可靠性和安全性； （2）受流质量良好，离线率和电火花在容许范围之内；
受电弓及弓网系统的耦合和设计
五 高速弓网的耦合关系
SWJTUDONG 2011.12
◇ 几何耦合（基础） ◇ 电气耦合（核心）
弓和网的空间几何关系
弓和网的电气关系 弓和网的动态关系
弓网耦合
◇ 机械耦合（关键）
◇ 材料耦合（保障） 弓和网的材料匹配关系
受电弓及弓网系统的耦合和设计
五 高速弓网的耦合关系
作用相当！
受电弓及弓网系统的耦合和设计
4 弓网受流对滑板的技术要求
SWJTUDONG 2011.12
(1) 为防止接触线与滑板间的接触电阻过大，引起发热烧损接 触线和滑板，滑板的材料必须具有良好的导电性能；
(2) 接触线和滑板间必须具有良好的磨擦性和互润性，以减少
维修量、延长设备寿命； (3) 滑板对接触线或接触线对滑板二者间不能造成损伤；
底架：不锈钢焊接结构；下臂：铸铝结构； 上导杆：碳纤维；弓头：高强度钛合金；
中国300km/h受电弓
上臂：铝型材。 设计速度 300 km/h 落弓位伸展长度 2640 mm 最大升弓高度（包括绝缘子） 3000 mm 落弓位高度（包括绝缘子） 588 mm 弓头长度 1950 mm 额定电压 25 kV 额定电流 1000 A 接触压力 70 ~120 N（可 调） 驱动类型 气囊驱动机构 升弓 ≤5.4秒 可调 降弓≤4 秒 可调 整弓质量 约109kg
受电弓及弓网系统的耦合和设计
三、弓网的系统性
SWJTUDONG 2011.12
几何
受电弓 接触网 弓网系统图
电气 机械 材料
弓网耦合因素图
弓网间的多重耦合---弓与网的主次
受电弓及弓网系统的耦合和设计
三、弓网的系统性
SWJTUDONG 2011.12
受电弓
接触网
弓网受流
系统工程的特点
◇是一个由许多部分组成的整体； ◇是一个由相互关联、相互制约的各个部分所组成的具有特定功能的有机整体； ◇一个“系统”本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分； ◇工程技术离不开具体的环境和条件，必须有什么问题解决什么问题； ◇工程技术避不开客观事物的复杂性，必然要同时运用多个学科的成果。
(4) 滑板应具有良好的韧性、耐冲击性好，不会因冲击而发生
缺损或破裂，也不会因工作原因而产生大量粉性物质； (5) 为减小受电弓的归算质量，提高受电弓的跟随特性，降低
受电弓引起的冲击和离线率，滑板的质量要轻；
(6) 滑板为易耗品，为节约经费，其价格应低。
受电弓及弓网系统的耦合和设计
三、弓网受流的系统性
受电弓及弓网系统的耦合和设计
一、受电弓的基本构成和术语
SWJTUDONG 2011.12
(2)弓头悬挂结构
弓头悬挂结构
受电弓及弓网系统的耦合和设计
一、受电弓的基本构成和术语 (3) 框架 (4) 底架 (5) 传动机构
SWJTUDONG 2011.12
框架结构简图 升弓机构
受电弓及弓网系统的耦合和设计
(3) 拉出值与受电弓有效工作长度
受电弓静受电弓的弓头轮廓 表征接触线在轨平面方向的主要参数是拉出值和风偏，接触线应总是处 于受电弓弓头的工作范围(受电弓弓头的工作长度减去至少2×200mm后 所得到的数值)以内。为此，应考虑以下因素： ——受电弓偏离机车车辆的设计位置； ——机车车辆的左右晃动以及轨道偏差； ——接触线移动的极限位置值。 接触线移动的极限位置主要为风偏，任何架空导线在风的作用下都要偏 离自己的起始位置，接触线也不例外。
受电弓及弓网系统的耦合和设计
受电弓形式与发展
SWJTUDONG 2011.12
1889年德国受电弓
500系 T型受电弓
双臂受电弓TPS203
受电弓及弓网系统的耦合和设计
受电弓形式与发展
单臂受电弓
SWJTUDONG 2011.12
德国DSA受电弓
法国GPU受电弓
法国CX-300受电弓
700系用受电弓(日本)
受电弓的归算质量是指将整个受电弓的活动部分（如滑板、托架、 框架等）的实际质量归算到弓线接触点，使整个受电弓具有与受电弓 滑板相同加速度的质量，该质量所产生的动能与整个受电弓所产生的 实际动能相等。 受电弓的归算质量不是一个常数，它随受电弓的升弓高度变化而变 化。其算法有多种，但均是根据动能相等的原理进行的。 实践和研究表明：受电弓的归算质量应控制在8~25千克之间。 受电弓的归算质量越小，它的跟随特性就越好，适应接触网的能 力也就越强，能有效降低受电弓的动态振幅。 对受电弓而言，归算质量的作用与接触网的波动速度对接触网的
（3）平均接触压力不超过120N；标准偏差不超过24N；
（4）应有尽量长的使用寿命，不低于150~200万架次。 优化内容： （1）弓头垂直运动轨迹； （2）主轴转矩； （3）维持动态平衡及升弓弹簧刚度 （4）归算质量； （5）静态接触压力。
受电弓及弓网系统的耦合和设计
受电弓归算质量
SWJTUDONG 2011.12
二 受电弓简介 1 高速受流对受电弓的要求
SWJTUDHale Waihona Puke NG 2011.12质量轻
2 受电弓简介
稳定
上下走直线
左右不摇摆
依据受电弓的支撑结构，可分为单臂弓和双臂弓，双臂弓主要 用于早期电气化铁路，以日本的菱形受电弓为代表；随着技术的发 展，单臂受电弓应用越来越多。 受电弓—单臂、双臂、T形 单臂—非对称结构，质量轻 双臂—对称结构，质量重、稳定性好 T形—空气动力学特性好
受电弓及弓网系统的耦合和设计
SWJTUDONG 2011.12
2 受电弓简介
弓头
基本要求： 上下走直线
弓头不偏摆
静态接触恒定
框架
动力学性能基本要求
升降弓装置
单臂受电弓
弓头跟随性好 动态响应快 阻尼合理 受空气影响小 噪音小
质量轻
受电弓及弓网系统的耦合和设计
2 单臂受电弓的基本结构
SWJTUDONG 2011.4
受电弓及弓网系统的耦合和设计
SWJTUDONG 2011.12
第14讲 受电弓及弓网系统的耦合与设计
主讲人 董昭德
西南交通大学电气工程学院 2011· 12
受电弓及弓网系统的耦合和设计
一、受电弓的基本构成和术语
SWJTUDONG 2011.12
（1）框架 （2）底架（3）弓头（4）滑板（5）弓角（6）弓头长度（7）弓头宽度 （8）弓头高度（9）弓头支承轴（10）滑板长度（11）下部工作位置高度 （12）上部工作位置高度（13）工作范围（14）落弓高度 (15) 支持绝缘子.
接触网
SWJTUDONG 2011.12
弓网受流
受电弓 ◇弓和网是两个独立的机电系统，受电弓高速移动，接触网固定不动； ◇弓网之间的接触耦合是动与静，刚与柔的耦合； ◇受电弓和接触网的设备属性和功能属性相分离； ◇ 受电弓和接触网彼此分开后都没有单独使用的功能，二者只有耦合要一起才 具有使用价值，因此，弓网是一个整体，必须将二者作为一个系统； ◇影响弓网受流系统的因素众多，弓网受流问题是一个系统工程问题，因此，设 计、分析、解决弓网问题必须从系统的认识出发，设计和实施一个整体，以求达 到所希望的效果。系统工程是工程技术，是技术就不宜泛称为科学。