接触网弹性仿真计算设计方案

接触网弹性仿真计算设计

方案

一、绪论

1.1研究目的及意义

在电气化铁路的供电系统中，接触网系统是极其重要的组成部分，接触网系统的投资比较大，并且无备用，其工作环境本身就比较恶劣，在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，这就要求接触网系统在机械结构上具有较好的稳定性和良好的弹性性能。所以接触网的设计施工要科学合理。目前世界各国高铁的运行速度都是在不断提升，为了满足列车运行的安全稳定，对接触网的弹性稳定性要求也是越来越高，越来越严格。在我国大力发展高铁的大环境下，研究接触网的弹性影响对提高弓网之间的受流质量有着重要的作用以及指导意义。

1.2国内外研究的状况

现代高速铁路大多数采用的都是电力牵引方式，电力牵引的重要主体就是接触网，接触网的弹性性能的优劣直接影响电力机车弓网的受流质量，最后直接影响列车运行的速度和行车安全。为了满足国内外高速铁路的加速发展和市场的激烈竞争，必须对接触网的弹性问题进行研究计算并应用到实际中。

中国铁路接触网的悬挂方式基本上分为两种，简单链型悬挂和弹性链型悬挂，复链型悬挂使用的较少，但是其动态品质最为优越，也是比较适合高速铁路，但是因为结构比较复杂，施工维修都不容易而使用较少。简单链型悬挂和弹性链型悬挂都可以满足高速弓网的受流要求，简单链型的静态不均匀度较大，其动态接触力比弹性链型悬挂方式要大，弹性链型悬挂方式的接触线动态态抬升量，容易产生疲劳，技术的关键在于弹性吊索的安装，施工抢修也比较麻烦。经过多年的铁路运营表示，在相同的接触网系统参数下，并且在相同的列车行驶速度下，弹性链型悬挂方式比简性链型悬挂方式要运行的更加平稳，其原因在于弹性链型悬挂增加了弹性吊索，减小了其弹性不均匀度和接触线弛度。

在上个世纪60年代，日本建成了世界上第一条高速铁路，由新大阪开往东京的新干线，列车速度达到270km/h。他们是60年代孤独的先行者。当时采用的是复链式悬挂。其弹性非常大，其跨中的弹性甚至能达到定位点弹性的百分之九十以上。完全满足高速受流这一要求。1972年3月日本山阳新干线开通，它采用的是重复链型悬挂。这种链型悬挂加大了承力索接触线等线索的张力和直径，取消了复杂的弹性组合吊弦，这一改变使得接触网系统的重量变大，减少了接触网的弹性，减少接触线的抬升量，减少接触网系统的振动幅度。使得接触网的受流综合性能得到大幅度提升。但是这种接触悬挂一次性投资太大，结构复杂，零部件多，直接导致接触网系统运营维修费用过高，发生事故时候抢修难度大，中断时间长。又由于上世纪八九十年代日本处于经济衰退的艰难时期，于1997年兴建的北陆新干线采用的是简单链型悬挂，降低了接触网施工的成本。但是日本近年来的两种主要的接触网悬挂方式，其接触线张力都在逐渐增加（14.7KN-250km/h，19.6KN-300km/h）重复链型悬挂和简单链型悬挂目前已经成为日本的两种标准接触网悬挂类型。

作为80年代的新霸主，法国高速铁路大西洋线于1989年开幕，连接巴黎和法国西部，时速300km/h。采用的是简单链型悬挂。法国接触网工程师有着不同的观点，弹性吊索对于时速超过250km/h的高速铁路来说其影响意义并不大，反而认为提速是影响机车行车安全的主要因素。所以目前法国主要采用简单链型悬挂方式。随着列车速度的不断增加，接触线张力也在增加， 300km/h的路段接触线张力在20KN，而时速350km/h的路段接触线张力增加到25KN，所以法国接触网公式的重点放在改善受电弓机械性能，并研发高性能的受电弓。同时法国是目前轮轨系统的世界记录保持者。1990年5月，试验运行速度达到500km/h以上。法国在160km/h时速的接触网采用的是全补链型悬挂，弹性链型辅助索长度为12m，吊弦之间的间距为9m。同样采用全补链型悬挂的还有TGV东南线，它的弹性链型辅助索长度为15m，吊弦间距为4.5m，总的接触线张力为28KN。其接触线的预弛度为1：1000，可以满足270km/h的时速。由于该接触网在定位点处增加了弹性吊索，减小了弹性不均匀度，也增加了定位支持点的弹性，同时增大定位器抬升量，但是这样容易产生定位管打弓事故。

上世纪五十年代，德国便开始进行制定接触网标准化的工作。在多年的实践运营下，先后推出Re75、Re100、Re 160、Re200 、Re250、Re300 、Re330型接触网。

刚开始的两种为简单链型悬挂，剩下的都是全补偿弹性链型悬挂。在Re200及以下系列悬挂标准为基础德国铁路又设计了Re250悬挂标准，该标准可以满足时速250km/h的路段。90年代在Re250悬挂标准为基础又推出了新的Re330型接触网，该标准适用于时速300km/h的线路上。在Re330型接触网中继续使用了传统的链型悬挂，但是加大了接触线张力，原来的Re250其接触线15KN到Re330型其接触线张力增加到27KN，跨距也减小了，由原来的Re250型80m减少到了65m，并将弹性吊索的结构进行了简化，在净空受到限制或施工比较困难的区段取消了安装弹性吊索，换成了安装简单链形悬挂，同时研究高性能的受电弓来满足机车高速运行的取流和稳定。

总的来说，国内外的高速接触网发展的趋势有以下几点：①接触网结构越来越简单，便于施工维修，并提高接触网可靠性和稳定性②在接触网系统的线料参数不变的情况下，适当提高接触线张力，减小系统的弹性不均匀度，以及减小接触线弹性和提升了接触线波动传播速度，进而为提升机车运行速度提供保障。③各国的铁路公司都在积极研制并开发与接触网参数及与运营速度相匹配的高速高性能受电弓。

1.3本论文的研究内容和方法

接触网的弹性和弹性均匀度受很多因素的影响，比如悬挂类型，承力索张力，接触线张力，弹性吊索长度，跨距，吊弦数目等等。本论文主要研究这些参素的改变对于接触网系统产生的弹性影响以及其均匀度影响。

本论文的重点在于研究计算接触网的弹性和弹性均匀度，首先用ANSYS软件建立了接触网系统的有限元模型，在本论文中，首先建立了单跨简单链型悬挂模型和三跨弹性链型悬挂模型。对这两个模型通过结构分析软件ANSYS计算得出静态结构，找型，计算吊弦长度。然后在接触线上每个吊弦位置的节点处添加静态抬升力，对比没加静态抬升力的情况下得出每个节点Y方向上的位移差值，就可以计算出每个点的弹性，进而求出弹性均匀度。然后改变模型的参数再次通过上诉方法计算静态抬升量，得出在不同因素的作用下对接触网系统弹性均匀度以及每个关键点弹性的影响，计算出在不同因素情况下得到的弹性参数，对比并得出结论。为今后的接触网设计施工提供可靠的科学依据。