受电弓与接触网系统的动态相互作用
轨道交通受流系统受电弓与接触网动态相互作用
轨道交通受流系统受电弓与接触网动态相互作用1 范围本标准规定了受电弓与架空接触线之间动态相互作用时匹配性能参数测量方法的输出功能和准确度要求。
本标准适用于轨道交通受流系统。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 21561.1—2008 轨道交通机车车辆受电弓特性和试验第1部分：干线机车车辆受电弓（IEC 60494-1：2002，IDT）GB/T 21561.2—2008 轨道交通机车车辆受电弓特性和试验第2部分：地铁和轻轨车辆受电弓（IEC 60494-2：2002，IDT）3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1弓头 collector head受电弓中由框架支承的部件，它包括滑板、弓角并可以有一个悬挂装置。
[GB/T 21561.1—2008，定义3.2.3]3.2接触点 contact point滑板和接触线之间的机械接触点。
3.3弓头工作区域 working area of collector head正常运行时，接触点在滑板上可能的横向和垂向范围。
3.4接触力 contact force受电弓与架空接触网作用的垂直力，是一架受电弓所有接触点的力之和。
3.5平均接触力F m mean force接触力的统计平均值。
3.6静态力 static force在受电弓升弓装置的作用下，弓头向上施加在接触线上的垂直力。
在受电弓升起的同时机车车辆是静止的。
[GB/T 21561.1—2008，定义3.3.5]3.7空气动力 aerodynamic force由于受电弓部件周围的空气流动而作用在受电弓上的附加垂向力。
3.8准静态力 quasi-static force特定速度下静态力和空气动力的总和。
3.9锚段长度 tension length接触网两个下锚固定点之间的距离。
高速铁路设备系列介绍之十三——电力接触网与受电弓
高速铁路设备系列介绍之十三——电力接触网与受电弓：现代高速铁路绝大多数都采用电力牵引方式,作为牵引供电系统的主体接触网,是与高速电气化铁路运营最为直接相关的架空设备,其工作环境恶劣,沿线架设且无备用,是整个牵引供电系统最为薄弱的环节。
其性能的优劣直接决定着电力机车受电弓的受流质量,最终影响列车的运行速度与安全。
受电弓滑板与接触网导线是一对比较特殊的摩擦副, （就是相接触的两个物体产生摩擦而组成的一个摩擦体系称为摩擦副。
）其工况条件有其显著的特点,摩擦磨损的形成机理较复杂,是机械作用、电气作用以及化学或电化学作用的综合结果。
因此,接触网与受电弓的磨合，相互耦合, 相互作用历来被视为高速技术的主要难点。
集中反映了新型牵引动力上。
高速列车其新型牵引动力，是通过受电弓从接触网上取得电能的,受电弓与接触导线的稳定接触是列车获得良好受流的重要条件。
然而,随着列车速度的提高,弓网间接触力会发生变化,系统产生自激振动,振动幅度过大会造成受电弓滑板与接触网导线分离出现离线现象，离线对电力机车牵引供电非常有害,不仅会引起机车受流不良,造成机车运行不稳定,加速接触网和受电弓滑板的磨损,产生无线电信号干扰,损坏机车电气川,严重时会造成巨大经济损失。
接触网由接触悬挂（包括接触线、吊弦和承力索、中心锚结、补偿装置等）、支持装置（包括可动腕臂、硬、软横跨、隧道内各种不同支持物）、支柱与基础构成。
受电弓安装在车顶盖上,工作时其滑板和接触网的接触导线相接触,将电流引入机车或动车内。
高速受电弓和普通受电弓一样,是由集电头(即弓头)、框架、底架和传动机构四个部分组成。
受电弓集电头和接触网间流通负荷电流的流畅程度，称受流质量。
其取决于受电弓和接触网之间的相互作用。
为保证能流通一定的负荷电流，受电弓和接触网之间必须有一定的接触压力。
受电弓升弓系统施加予集电头，使之向上的垂直力为静态接触压力。
接触网沿线各点的刚度不同，使接触导线在受到受电弓接触压力作用时产生不同程度的上升，从而使受电弓在机车运行中产生上下振动。
接触网与受电弓简述
接触网与受电弓简述1 概述触摸网与受电弓是一个全体，研讨触摸网不能抛开受电弓；研讨受电弓不能抛开触摸网。
为确保触摸线与受电弓间的相互效果不呈现毛病、受电弓滑板与触摸线匹配、降低弓线间的磨损，触摸线的安置有必要横向偏移于线路中心线。
为使触摸线和受电弓滑板磨损降到最低程度，应对触摸线和受电弓滑板提出需求，这些需求应在规划受电弓和触摸网时予以考虑。
受电弓的效果是将电能传输到电动牵引设备上。
关于辅佐设备、日子设备的固定用电与牵引地铁列车运转的移动用电两方面来说，电力传输都应安全可靠。
受电弓包含主架、臂、弓头和传动设备。
受电弓和触摸网相互效果的根本需求是：因为受电弓在运转中有关于触摸网作横向运动，而受电弓弓头有必要老是超出触摸线最不利的方位，只要在运转中触摸线不脱离受电弓弓头的作业规模才能使体系顺利运转。
在正常运转时，触摸线在滑板上的滑行是最重要的。
受电弓有上、下两个作业方位，这两个方位之间的规模便是作业规模。
1.1 触摸网的需求触摸网设备有必要能可靠地将电流传输给牵引车辆，机械规划标准必定要格外适合于运转速度。
触摸线是触摸网的重要成份。
1.1.1 触摸线受电弓沿其行走的预张力线称为触摸线，刚性触摸网的触摸线因为汇流排的效果，简直无张力。
触摸线起到触摸滑道的效果，它确保将电能不间断地传输到车辆受电弓上。
为了使受电弓滑板的磨损均匀，触摸线与受电弓中心线构成交角，以之字形或S字形安置。
因为铜或铜合金有较高的导电性、硬度及其接受温度改变和抗腐蚀的才能，硬拉电解铜和铜合金已成为全球运用的导线资料。
暴露在空气中的铜的外表构成一层硬的、能导电且不会阻挠电流活动的氧化层。
这即是为何铜比具有较差导电氧化层的铝来说更适合作为滑动触摸资料的缘由。
银（0.1%）或镁（0.5%）的合金添加剂用来进一步改善铜线的机械和热功能，从而运用较高张力的铜线。
触摸线是被滑过的受电弓磨损的。
此外，用于受电弓和触摸线触摸的资料的组合也对这些部件的磨损率有影响。
受电弓
受电弓受电弓包括主架、臂、弓头和传动装置。
受电弓和接触网相互作用的基本要求是：由于受电弓在运行中相对于接触网做横向运动，而受电弓弓头必须总是超出接触线最不利的位置，只有当运行中接触线不离开受电弓弓头的工作范围时才能使系统顺利运行。
在正常运行时，接触线在滑板上的滑行是最重要的。
受电弓有上、下两个工作位置，这两个位置之间的范围便是工作范围。
经验和理论研究均已证明，不可能为了优化与特定接触网的相互作用而单纯设计受电弓，况且标准的接触网设计没有均衡的动态特性，因为跨距、质量和张力均会随着线路实际情况和运行条件而发生变化。
然而，受电弓必须具有一定的基本特性，并适合于规定的应用范围。
完善的受电弓设计应能保证其在各种不同的接触网系统中均能实现良好的运行性能。
为了实现令人满意的受流质量，受电弓作用的静态接触压力及平均空气动力接触压力应该遵循相关标准的要求。
标称静态接触压力应在以下范围内：对于交流供电系统，为60～90 N；对于直流1.5 kV供电系统，为70～110 N。
在直流系统中，需要改进碳滑板与接触线的接触，为避免列车停车时其附属设备运转引起接触线变热的危险，静态接触压力通常为140 N。
考虑到空气动力的作用，在交流系统中，受电弓的接触压力应为40～120 N；在直流系统中，受电弓的接触压力应为50～150 N。
在列车多弓同时运行的情况下，任何受电弓的平均接触压力不应大于规定值，因为每个单独的受电弓均应满足受流标准的要求。
平均接触压力是力的平均值，因为有静态力和空气动力的作用，它相当于静态力和一定速度条件下气流作用于受电弓元件上引起的空气动态力。
平均接触压力是受电弓弓头与接触网接触的情况下测得的压力，此时后弓不与接触网接触。
为了遵守这些规定，在交流系统中，受电弓的接触压力应为40～120 N；在直流系统中，受电弓的接触压力应为50～120 N。
以京沪高速铁路为例，由于其高速、中速列车均采用交直交动车组，列车在各种工况下的功率因数较高，因此牵引网末端电压水平不再是制约牵引变电所间距的主要因素；而牵引网各导体的载流量和电力系统的负载承受能力则成为限制牵引变电所间距的主要因素。
简析城市轨道交通车辆受电弓—接触网系统的稳定性
简析城市轨道交通车辆受电弓—接触网系统的稳定性【摘要】在城市轨道交通车辆运行过程中，受电弓-接触网系统的稳定性，不仅对于城市轨道交通车辆的运行稳定性有很大的影响作用，而且受电弓-接触网系统的运行性能，也是城市轨道交通车辆运行安全保障的重要条件。
因此，进行城市轨道交通车辆受电弓-接触网系统稳定性的分析研究，对于保证城市轨道车辆的的安全稳定运行有着积极的作用。
本文主要通过建立受电弓-接触网系统模型，在对于系统模型稳定性特征分析研究的基础上，进行城市轨道交通车辆受电弓-接触网系统的稳定性分析。
【关键词】城市；轨道交通；车辆；受电弓-接触网系统；稳定性；分析在城市轨道交通车辆运行过程中，车辆运行是在受电弓-接触网系统的耦合作用下，通过轨道交通车辆的受流作用过程最终实现的，因此，受电弓-接触网系统的稳定性对于城市轨道交通车辆的运行状况有很多的影响和作用。
通常情况下，城市轨道交通车辆运行过程中，受电弓-接触网系统中的受电弓与接触网之间，由于经常发生电弧光现象，容易导致受电弓与接触网之间出现分离，从而对于城市轨道交通车辆的运行稳定与运行安全产生很大的影响。
进行城市轨道交通车辆受电弓-接触网系统稳定性的相关分析与研究，就可以实现在对于系统运行原理尊重的基础上，对于受电弓与接触网之间的运行关系进行合理的处理与改进，以提高城市轨道交通车辆运行的稳定性与安全性。
1 受电弓-接触网系统与功能作用分析1.1 受电弓-接触网系统在城市轨道交通车辆运行中，所应用的受电弓-接触网系统对于车辆的运行作用，主要是通过弓网系统中的受电弓部分的电弓弓头滑板，它随着城市轨道交通车辆的运行移动，与弓网系统中接触网的接触线进行连接，并随着轨道车辆运行移动的滑动接触，使城市轨道车辆受流产生运行动力，进行正常的运行应用。
弓网系统中受电弓与接触网之间的相互作用，直接对于城市轨道车辆运行中的供电质量与供电可靠性有着很大的影响决定作用。
如下图1所示，受电弓-接触网系统在城市轨道交通车辆运行作用中，需要通过连续的电气接触作用，对轨道运行车辆进行供电支持，并且还需要注意将弓网系统中的接触线与弓头滑板的应磨损进行控制。
我国高速铁路弓网相互作用特点
我国高速铁路弓网相互作用特点金柏泉;吴积钦;李岚【摘要】从几何特征、动态性能、材料接口及电接触等方面对京津城际、武广、郑西等高速铁路受电弓与接触网相互作用的特点进行分析.结果表明,高速铁路弓网系统不仅能满足我国铁路互联互通要求,而且高速接触网的几何参数能够与高速列车使用的受电弓相匹配;铜合金接触线和碳滑板的组合能使弓网系统的磨耗量降至最低,且能保证弓网接触点不出现过热;弓网系统的动态性能可以确保高速列车的取流可靠性和取流质量.我国高速铁路弓网系统的性能还可进一步优化.【期刊名称】《中国铁路》【年(卷),期】2011(000)001【总页数】4页(P49-52)【关键词】高速铁路;受电弓;接触网;相互作用【作者】金柏泉;吴积钦;李岚【作者单位】铁道部运输局客运专线技术部,北京,100844;西南交通大学电气工程学院,四川,成都,610031;西南交通大学电气工程学院,四川,成都,610031【正文语种】中文2008年6月24日，使用SSS400+型受电弓的CRH3型动车组在京津城际铁路的运行速度达到了394.3 km/h，创造有轨列车运营速度新纪录；2009年12月9日，使用CX型受电弓的CRH3型动车组在武广高速铁路行驰到394.2 km/h，创造了双车重联情况下的世界高速铁路最高运营速度纪录。
2010年2月6日，郑西高速铁路也顺利投入运营。
实践证明，我国高速铁路的受电弓与接触网系统（简称弓网系统）的可靠性和接触质量能够满足我国高速列车的安全运行需求。
不同类型受电弓与接触网的组合会产生不同的相互作用性能。
结合京津城际、武广、郑西等高速铁路的具体情况，阐述我国高速铁路受电弓与接触网相互作用（简称弓网关系）的几何特征、动态相互作用性能、材料接口及电接触等内容。
1 弓网几何特征我国铁路机车车辆限界为4 800 mm，在接触网标称电压为AC 25 kV情况下，接触线至机车车辆的空气间隙不得小于350 mm，因此，最小接触线高度取为5150 mm。
受电弓结构原理及应用
受电弓结构原理及应用一、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。
二、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。
三、工作特点（1）受电弓无振动而有规律地升起，直至最大工作高度；（2）靠滑动接触而受流。
要求滑板与接触导线接触可靠，受电弓和接触网特别是接触网要磨耗小，升、降弓不产生过分冲击。
（3）升弓时滑板离开底架要快，贴近接触导线要慢，防弹跳。
受电弓与接触网相互作用综述
受电弓与接触网相互作用综述吴积钦，李岚摘要：不同类型的受电弓和接触网组合会产生不同的相互作用性能。
这些性能主要体现在两者之间的几何相互作用、材料接口、弓网电接触及动态相互作用等方面，这些方面相互独立又相互依存。
几何相互作用是弓网系统的基本矛盾，当列车运行到一定速度时，弓网动态相互作用成为弓网系统的主要矛盾。
受电弓与接触网的相互作用性能是弓网系统方案设计及相关标准制订的依据。
关键词：受电弓；接触网；相互作用受电弓与接触网的相互作用（俗称弓网关系），不同类型的受电弓—接触网组合会产生不同的相互作用性能。
这些性能主要体现在两者之间的几何相互作用、材料接口、弓网电接触及动态相互作用等方面。
1几何相互作用接触线是受电弓的滑道，接触线不离开受电弓弓头的工作范围才能使受电弓沿接触网顺利滑行。
接触线在线路上方的几何特征值须与受电弓的几何特征相适应。
1.1受电弓的几何特征受电弓的几何外型越小，对线路的结构限界要求就越低，但接触网的跨距就越小；几何外型越大，接触网可以采用的跨距就越大，但对线路的结构限界要求高。
各国铁路部门根据各自情况确定受电弓的弓头几何外型。
中国铁路受电弓弓头的几何外型遵循UIC608附4a规定，弓头总长度为1950mm。
受电弓的工作范围等于其上部工作位置与下部工作位置之差，通常为2000mm左右。
1.2架空接触网的几何特征接触线在线路上方的几何特征值可用横向与垂向2个方向的参数表征。
垂向特征值主要有接触线高度、接触线坡度、接触线在定位点处的抬升等；横向特征值主要有接触线拉出值、侧风作用下的横向偏移值等。
垂向参数应保证受电弓在工作范围内的正常运行；相对于轨道平面垂直中心线的横方参数应确保任何情况下有一支接触线在弓头工作范围内。
弓网接触压力的测量已经表明，接触线空间位置的不连续性会引起接触压力瞬间的较大变化。
2弓网材料接口接触线和滑板的磨耗以及弓网接触点的允许电流很大程度上依赖于两部件的材料组合。
2.1滑板滑板应满足弓网系统的机械及电气要求，通常要求滑板接触电阻小、熔点高、导热性良好、质量小、机械强度高、弹性好、与铜或铜合金接触线之间的摩擦系数小、便于实现轻量化和标准化等。
受电弓与接触网相互作用关系
线妻系 统的计算机模拟景 模型在设计阶段就可以测茎 定 和审查这 Ｍ …ａ’ ｇｎ…ａ独…轨…用…轻…量驱…动装～置 一的…开发…和成 …品 ……化
种极 限值 。在工程 竣工 后 可 以选 少数 几个 点测 定极 限值 ，
独轨铁 路具 有短 期建设 低成 本 、现场外 预制 工法 、柔性 选
然后借 助计 算 机模 拟模 型推 导 出其 他 各个 点 的极 限值 。这 择线 路 、大 的输 送能 力 、全 自动运行 、高 能源效 率 的优 点 。庞
间隔时 间 。但 是 当前这种 情况很 少发 生 ，待
电气化铁路接地和回流线系统模拟模型
萎 篙 嚣髭譬 霎霎 翥
在 电气 化铁 路上 ，电能从 牵 引变 电所 通过 接触 网输 送 这种方 案经过４年 的研究和设计 ，表 明在 卢依诺线 上使用 自耦 变 给机 车动 车 ，再 通过 回流线 回到供 电的牵 引变 电所 。在 电 压器 系统 能使铁 路牵 引供 电系统 的结构 简化 。在 吉乌 比亚柯牵 流流人 和 流 出的地 方就会 出现接触 电压 ，如果 接触 电压 超 引变 电所连 接３台 自耦变 压器 ，其 中２台就足 够承 担卢依诺 线 的 过欧洲标 准ＥＮ ５０１２２—１（防电击措施 ）和ＥＮ ５０１２２—３（交 牵引 供 电任 务 ，第３台作为 备用 。牵 引变 电所通 过ｇ００ １１３．的 电缆 流和 直流 电气 化铁 路相 互干 扰 问题 ）所 规定 的极 限值 ，那 把 电能输送 到架 空接 触 网。 自耦 变压 器安装 在铁 路车辆 上 ，以 么就存 在 电击 伤亡 的危 险性 。 因此需 测定 这种 极限 值 ，以 便需 要 时可 以流动 使用 。如果 ２台牵 引用 自耦 变 压器 发 生故 障 便在设 计 时予 以考 虑 ，即使 施工 后也 可 以予 以纠正 。但 是 时 ，备用 的就立 即投入使用 。
浅析接触网弹性与受电弓相互关系及改进措施
Ｑａ 一受电 弓压力的动力分力 ； Ｑ 一 受电弓压力 的空气动力分力 ； ｋ 受电 弓与接触线 间的接 触压力 成为衡 量 取流质量 的标准 。 可见 ， 保持机车受电弓与接触 线间的正 常工作压力使其变化越小 ，对受 电弓 取流越有利 ，因此运行中的接触 网应具有 良好 的弹性 和稳定性 ， 以便在气象条件变化时 ， 受电 弓沿接触线 滑行不 出现上下振动 ， 保持 受电弓 与接触线间 的正 常工作压力 ，保证受 电弓从接 触线下正常取流 。充分说明了接触 网弹性 和电 力机车 和受 电弓之间 的密切联系是保证 机车安 全、 可靠 、 高速运行 的条件 。 ２受 电弓性能对接触 网的影响 受流器分为 ： 受电弓受流器 、 弓形受 流器 、 杆形受 流器 、 侧面受流器和轨道式受流器。 受电 弓受 流质量最好 ，形状为倒三角形 ，弓可以升 降，广泛应用 于电气化铁路高速干线 大功率电 力 机车上 。如神朔铁路 Ｓ ４ Ｓ Ｂ电力机车上 ， 受电 弓有静态特性 和动态特性 ，受电弓的工 作特点 靠滑动接触受 流，基本要求是滑板与接 触导线 有保持可靠 的电接触 ， 同时磨损要小 。 为此必须 保证 受电弓滑板 与接触导线间有一定 的接触压 力（ 压力 ） 电 弓的受流性 能在很 大程度 上 互 ， 受 决定 于滑板 与接触导线问 的接触压力。接触压 力过大， 将使机械磨损增加 ， 甚至造成滑板局部 拉槽 ，进而造成接触导线跳拉弧。接触 压力过 小， 将引起接触 电阻增 大 ， 使功率损 耗增Ｊ （ ＝ Ｊ Ｐ ｎ ｒ） Ｒ， 同时还 容易产生 离线 和电弧 ， 因此为 了保 证可靠 受流 ， 电弓的结构应能保证其滑板在 受 工作高度范围内具有不变 的、大小合适的接触 压力 。 在静止状态下 ， 接触 压力与受 电弓高度 的 关系 。 为受电弓的静态特性 。 称 受电弓活动关节处有摩擦力存在。因此受 电弓上升下 降时特性 曲线不 同。 电弓上升时 ， 受 摩擦 力 Ｆ 将 阻止其上升 ， ｘ 使接触压力减小 。受 电弓下降时摩擦力 又阻止其下降 。从而使接触 压力 增 大 。两 条 特 性 曲线 间 相 差 约 为 两 倍 的摩 擦力 。为了减少受 电弓在工作过程 中接触压力 的变化， 采取措施减小摩擦力 。机车运行时 ， 受 电弓将 随着接触线高度变化而上下运动 ，其接 触压力不仅 和受电弓性能有关 ，而且和接触 网 结构 、 性能也有很 大关 系。 就受电弓而言 。接触 压力不仅 与静态 压力 有关。而且与受电弓上下运行 时惯性力（ 即受电 弓的动态特性） 也有关 。因此 ， 在保证一定 的机
EN 50317-2002-铁路应用集电系统 受电弓和接触网的动力交互
I
EN50317:2002
前
言
即公共交通装置和
本欧洲标准由 CENELEC TA9X 即铁路电气及电子应用委员会的 SC 9XC 辅助设备 固定式安装 电源和接地系统技术体提出
本草案于 2002 年 4 月 1 日提交正式表决并以标准号 EN 50317 经 CENELEC 通过 以下限定日期有 -通过国家标准等同采用或签注文件形式来执行该 EN 标准的最迟日期为 (dop)2003 年 4 月 1 日 -撤消与该 EN 标准相冲突国家标准的最迟日期为 (dow)2005 年 4 月 1 日 本欧洲标准由欧洲委员会委托 CENELEC 起草且支持协议指导性文件 96/48/EC
接触网高度
机车设置
测
6.5 测量系统的校准 测量系统应在实验室中进行测试以检查被测力的精确度 被测的完整受电弓应安装所有的测力装 置和加速度传感器 并具备数据传输系统 遥测 光学系统 以及放大器 作用力及测量力的比值 受电弓到测试仪器的传递函数 应经作用于弓头的动力激励来测定 激励以一定频段作用于弓头
CENELEC
EN50317:2002
目
次
前言 .................................................................... II 1 范围 ................................................................... 1 2 规范性引用文件 ........................................................... 1 3 术语和定义 .............................................................. 1 4 缩略语和符号 ............................................................. 3 5 概要 ................................................................... 3 6 接触力的测量 ............................................................. 3 6.1 要求 .................................................................. 3 6.2 测量系统的影响 ......................................................... 4 6.3 惯性修正 .............................................................. 4 6.4 空气动力修正 ........................................................... 4 6.5 测量系统的校准 ......................................................... 4 6.6 测量参数 .............................................................. 5 6.7 测量结果 .............................................................. 5 7 位移测量 ................................................................ 6 7.1 升弓 .................................................................. 6 7.2 接触点的垂直位移 ........................................................ 6 7.3 接触网其他位移的测量 .................................................... 6 8 拉弧测量 ................................................................ 6 8.1 要求 .................................................................. 6 8.2 电弧测量系统的校准 ...................................................... 7 8.3 工作距离的调节 ......................................................... 7 8.4 测量值 ................................................................ 8 8.5 表示值 ................................................................ 8 图 1 探测器位置 ............................................................ 7
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。
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前言 .................................................................... II 1 范围 ................................................................... 1 2 规范性引用文件 ........................................................... 1 3 术语和定义 .............................................................. 1 4 缩略语和符号 ............................................................. 3 5 概要 ................................................................... 3 6 接触力的测量 ............................................................. 3 6.1 要求 .................................................................. 3 6.2 测量系统的影响 ......................................................... 4 6.3 惯性修正 .............................................................. 4 6.4 空气动力修正 ........................................................... 4 6.5 测量系统的校准 ......................................................... 4 6.6 测量参数 .............................................................. 5 6.7 测量结果 .............................................................. 5 7 位移测量 ................................................................ 6 7.1 升弓 .................................................................. 6 7.2 接触点的垂直位移 ........................................................ 6 7.3 接触网其他位移的测量 .................................................... 6 8 拉弧测量 ................................................................ 6 8.1 要求 .................................................................. 6 8.2 电弧测量系统的校准 ...................................................... 7 8.3 工作距离的调节 ......................................................... 7 8.4 测量值 ................................................................ 8 8.5 表示值 ................................................................ 8 图 1 探测器位置 ............................................................ 7
受电弓与接触网系统电接触特性
受电弓与接触网系统电接触特性摘要：本文旨在研究受电弓和接触网系统的电接触特性，对其进行分析和建模。
对于电气化铁路的设计，修改和维护，这些电接触特性的研究将起到至关重要的作用。
同时，研究受电弓和接触网系统的电接触特性还有助于提高电气化铁路的效率。
通过对电力传输过程的深入了解，可以确定如何优化系统，以提高能源利用率和车辆性能。
此外，研究电接触特性还可以为制定避免电力过载和电压波动问题的规范提供参考。
因此，这项研究具有重要的实际意义和应用前景。
在本文中，我们将介绍受电弓和接触网系统的电接触特性及其影响因素，并提出一种基于这些特性的建模方法。
这将为电气化铁路的设计和运营提供有价值的参考和指导。
关键词：受电弓；接触网；接触特性研究1.受电弓与接触网系统1.1.受电弓概述现代铁路运输的关键部分是受电弓和接触网系统。
受电弓在移动的电气化铁路车辆上提供电力，而接触网系统则负责向受电弓传输电力。
因此，受电弓和接触网系统的电接触特性是其可靠性和安全性的重要组成部分。
1.2.接触网系统概述接触网系统是市内城际铁路以及一些工矿企业中常见的电力供应方式，其由接触网、电缆及配电设备组成，广泛应用于中国的铁路、城市地铁等交通领域。
接触网的功能是将动车组等列车上的电能传输至地面层次的电力设备上，进而由接触网分配给不同的线路和城市。
随着动车组数的增多以及列车速度的提高，接触网系统的电接触特性将越来越受到关注。
本文着重研究受电弓与接触网之间的电接触特性，为提高接触网的运行安全和效率，提供理论和实验研究支持。
1.3.电接触特性研究背景铁路行业是普遍应用的交通方式，其中高速铁路更是在近年来快速发展。
而高速铁路的安全性、可靠性、舒适度都与受电弓与接触网系统有着密不可分的关系，尤其是电接触特性对于受电弓与接触网系统的安全及可靠性影响尤为明显。
因此，对于受电弓与接触网系统的电接触特性研究可以为高速铁路的运行安全提供重要支撑，也是近些年来高速铁路研究的热点之一。
受电弓—接触网系统动力学研究
受电弓—接触网系统动力学研究随着铁路技术的不断发展，受电弓—接触网系统在列车运行中发挥着越来越重要的作用。
受电弓是列车从接触网获取电能的关键设备之一，其工作性能直接影响列车的运行安全和稳定性。
因此，对受电弓—接触网系统动力学的研究显得尤为重要。
本文将从以下几个方面对受电弓—接触网系统动力学进行深入探讨。
受电弓—接触网系统动力学研究不仅对提高列车运行效率具有重要意义，而且直接影响列车的运行安全。
受电弓与接触网之间的动态相互作用是列车运行过程中的重要研究对象。
通过对其动力学研究，有助于深入了解受电弓—接触网系统的运行规律，为受电弓设备的优化设计和接触网系统的改进提供理论支持。
建立受电弓—接触网系统动力学模型是进行动力学研究的关键步骤。
需要考虑到受电弓和接触网之间的动态摩擦、阻尼以及弹性等因素，采用合适的力学模型进行描述。
还需要结合列车运行过程中的空气动力学效应以及其他外部干扰因素，对模型进行进一步完善。
常用的建模方法包括有限元法、多体动力学和控制系统等，可根据实际需要选择合适的建模方法。
建立好受电弓—接触网系统动力学模型后，需要通过仿真软件对模型进行仿真分析。
通过调整模型中的参数，可以分析不同工况下受电弓—接触网系统的动态响应和稳定性。
例如，可以分析受电弓在不同速度、不同接触压力条件下的动态特性，以及接触网系统的振动和稳定性问题。
通过仿真分析，可以找出系统中的潜在问题，为实际系统的优化设计提供指导。
实验研究是受电弓—接触网系统动力学研究的重要组成部分。
通过实验，可以验证动力学模型的准确性和有效性，同时还可以针对实际运行过程中出现的问题进行深入研究。
实验研究包括实验室模拟试验和现场试验两部分。
实验室模拟试验可以在一定程度上模拟实际运行环境，为研究提供便利。
现场试验则可以直接针对实际列车运行过程中的问题进行研究和验证，结果更加真实可靠。
受电弓—接触网系统动力学研究是一个充满挑战和机遇的领域。
随着列车运行速度的不断提高和新技术的不断应用，未来的研究将面临更多新的挑战和机遇。
接触网与受电弓
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，通系电1，力过根保管据护线生高0不产中仅工资2艺料22高试2可中卷以资配解料置决试技吊卷术顶要是层求指配，机置对组不电在规气进范设行高备继中进电资行保料空护试载高卷与中问带资题负料2荷试2，下卷而高总且中体可资配保料置障试时2卷，32调需3各控要类试在管验最路；大习对限题设度到备内位进来。行确在调保管整机路使组敷其高设在中过正资程常料1工试中况卷，下安要与全加过，强度并看工且25作尽52下可22都能护可地1关以缩于正小管常故路工障高作高中；中资对资料于料试继试卷电卷连保破接护坏管进范口行围处整，理核或高对者中定对资值某料，些试审异卷核常弯与高扁校中度对资固图料定纸试盒，卷位编工置写况.复进保杂行护设自层备动防与处腐装理跨置，接高尤地中其线资要弯料避曲试免半卷错径调误标试高方中等案资，，料要编试求5写、卷技重电保术要气护交设设装底备备置。4高调、动管中试电作线资高气，敷料中课并设3试资件且、技卷料中拒管术试试调绝路中验卷试动敷包方技作设含案术，技线以来术槽及避、系免管统不架启必等动要多方高项案中方；资式对料，整试为套卷解启突决动然高过停中程机语中。文高因电中此气资，课料电件试力中卷高管电中壁气资薄设料、备试接进卷口行保不调护严试装等工置问作调题并试，且技合进术理行，利过要用关求管运电线行力敷高保设中护技资装术料置。试做线卷到缆技准敷术确设指灵原导活则。。：对对在于于分调差线试动盒过保处程护，中装当高置不中高同资中电料资压试料回卷试路技卷交术调叉问试时题技，，术应作是采为指用调发金试电属人机隔员一板，变进需压行要器隔在组开事在处前发理掌生；握内同图部一纸故线资障槽料时内、，设需强备要电制进回造行路厂外须家部同出电时具源切高高断中中习资资题料料电试试源卷卷，试切线验除缆报从敷告而设与采完相用毕关高，技中要术资进资料行料试检，卷查并主和且要检了保测解护处现装理场置。设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
受电弓与接触网电接触特性
受电弓与接触网系统电接触特性研究1引言电气化铁路的牵引供电系统中，接触网是电气化铁道的主要供电设备，电力机车通过接触网取得电能。
弓网关系对整个电气化铁路系统的正常运营起着非常重要的作用，保证受电弓与接触网导线的良好接触是弓网关系中亟需解决的关键问题[1]。
近年来，弓网系统不良电接触引起的材料烧损及接触线断线事故占弓网事故的比例呈逐年上升之势，专家学者对弓网系统的火花与燃弧现象存在不同见解。
随着旅客列车高速化及货物列车重载化的实施，有必要依据电接触理论，对弓网系统电接触特性进行研究，对弓网系统运行中出现的一些现象做出合理解释，为解决这些问题提供理论依据[2]。
2弓网系统电接触的特征在弓网的运输系统中，电接触主要指滑板与接触线相互接触并通过接触界面实现电流传输的一种物理、化学现象[3]。
电接触形式包括点接触、线接触和面接触，如图2-1所示。
弓网系统相对静止不动时，受电弓与接触网接触区域表现为滑板平面与接触线圆弧面之间的线接触。
无论接触部分如何加工、打磨及运行过程中的相互磨损，在微观上总是凸凹不平的，如图2-2所示。
即使有很大的接触压力使滑板与接触线相互压紧，也只有少数的点(或小面)实际发生了真正的接触，这些实际接触的点(或小面)承受着全部的弓网接触压力。
由于接触线和滑板表面一般都覆盖着一层导电不良的氧化膜或其它种类的杂质，因而在实际接触点(或小面)内，只有少部分膜被压破的地方才能形成电的直接接触，电流实际上只能从这些更小的接触点中通过，如图2-3所示。
把实际发生机械接触的点(或小面)称为接触斑点，接触斑点中那些形成金属或准金属接触的更小面(实际传导电流的面)称为导电斑点。
（a ）点接触（b ）线接触（c ）面接触图2-1电接触形式图图2-2滑板与接触线接触斑点图2-3电流收缩现象图3 弓网系统静态接触电阻电气列车所需的电流通过导电斑点从接触网流向受电弓，电流线在导电斑点附近发生收缩，使电流流过的路径增长，有效导电面积减小，会出现局部附加电阻，称为收缩电阻。
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emin（mm/N） 0.1319 0.2434 0.2473
μ（%） 38 10 10
接触网的动态特性：
接触网上的每个点在平衡位置附近振动，振动沿接触网 波动传播 波动传播速度——振动沿接触网锚段传播的速度Cp
波动传播速度Cp——在某一点用一个力对接触线加振后
将力消除，该点接触线振动经过S秒后传到L，则Cp=L/S
弓网接触力、受电弓通过定位点时的接触线抬升等弓 网动态相互作用性能参数的实测数据既可用于弓网系统 运行可靠性和运行质量的评估，也可用于弓网动态仿真 系统和其他测量系统的确认，还可用于弓网系统的故障 诊断。 弓网接触力、定位点抬升的测量均应符合规定的要求 ，且能够得到相应的确认，只有这样，这些参数的测量 结果才能令人信服。
触线上的移动接触力与时间相关的特性，以及和接触线抬 升的相互关系。从而便于我们对弓网系统的动态性能迚行 评估与对比。
弓网振动仿真
400 350
Contact Force [N]
Re200系统 v=220km/h 单受电弓（DSA250） 计算机仿真结果
300 250 200 150 100 50 0 400
西南交通大学希望学院 罗 为 24/MAR/2015
受电弓与接触网属于两个相互独立的振动子 系统，这两者具有各自不同的质量模块、弹性系 数、衰减系数和固有频率，并且通过弓网接触力 耦合在一起。
现场应用中，接触网锚段的变化的弹性导致 受电弓周期性上下振动，且振动幅度又与抬升力 有关。
弓网系统的振动
480
560
640
720
800
880
Location of Pantograph [m]
200 175
Uplift [mm]]
150 125 100 75 50 25 0 400
接触力 抬升
480 560 640 720 800 880 Location of Pantograph [m]
弓网动态测量
悬挂方式： JTMH120+CTMH150 张力组合：20kN+40kN 结构高度：1600mm
静止
前弓
后弓
作业
1、复习课本第四章,并查阅相关的 参考资料 2、每组为自己的课程设计命题(以 组为单位讨论，还不能确定的请找 学习委员、科代表或者老师交流)
与接触网弹性有关的因素
√接触网的跨中弹性（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
弹性沿跨距的一致性用接触网的弹性不均匀系数表示 √弹性及弹性不均匀系数与接触线截面、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
接触网的弹性
在选择传感器时，请注意使用环境、通讯方式、敏感度等
弓网动态相互作用的测量要求----位移
测量内容包括： 定位点处的接触线抬升：测量误差应小于5mm。 弓头的垂直位移：测量精度应优于10mm。 在选择传感器时，请注意使用环境、通讯方式、敏感度等
弓网动态相互作用的测量要求----电弧
采用非接触方式 原理：利用电弧探测器对铜材料辐射出的光的波长
(C p v) /(C p v)
Cp——波动传播速度 v ——受电弓运行速度
接触网的动态特性参数 （vmax=350km/h）
参数 京津城际 武广高速 郑西高速
波动传播速度（km/h）
无量纲系数β 多普勒系数α 反射系数r
568.7
0.615 0.237 0.467
536.7
0.653 0.210 0.426
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
接触网的振动
L SA
x mD1 k D1 mD1 mD2
B EIB
mD2pper
Tower
k TW mATW
Support wire
SA
SB
k DP mBTW
Contact wire
SB
mBT1
mDP
接触网包括接触线、承力索、吊弦、定位器以及其他零件， 既有均布质量，又有集中质量，是一个非常复杂的振动系统
两自由度模型
弓网系统的振动
接触力将弓 与网联系在 一起
当受电弓与 接触网接触并 高速运行时， 受电弓弹簧系 统的振动、车 体的振动以及 风力等因素均 参与作用，受 电弓弓头在上 下、左右、前 后三个方向产 生运动
弓网接触力—受电弓垂直作用在接触网上的力
随着速度的增加， 动态部件对弓网接触 力的影响越来越大， 为了保持受电弓滑板 沿着接触线并不间断 地与接触线接触，接 触力必须保持在一定 范围，即动态范围
用时间的周期函数描述的物理量，称为振动
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
原则：在保证弓网的良好动态相互作用的前提下，要测量弓 网的接触力，是不可能直接测量滑板与接触线之间的力的。
所以，我们一般采用间接的测量方法。
由于滑板和接触线接触时，受到的接触力的同时，也受到 如摩擦力、空气动力、惯性力、受电弓的抬升力等。所以测 量接触力时，通过经验和数学模型，计算得出我们的需要的 接触力。这过程中一定要排除其他方向的力的干扰。
弹性曲线
平均弹性
弹性=抬升量/抬升力
平均弹性
弹性不均匀系数
相对弹性
弹性和弹性不均匀系数
0.35 京津 武广 郑西
0.3
弹性(mm/N)
0.25
0.2
0.15
0.1
0
5
10
15
20
25 距离 (m)
30
35
40
45
京津城际 武广高速 郑西高速
emax（mm/N） 0.2967 0.3004 0.3049
EN50119关于弓网接触力的范围
Fmax ≥ Fm＋3s，Fm－3s＞ 0，将F=0称为弓网离线
电流制式
AC AC
列车速度(km/h)
≤200 ＞200
接触力(N)
300 350 ＞0 ＞0
DC
DC
≤200
＞200
300
400
＞0
＞0
定位点的抬升
b——无限位抬升量 u——最大运营抬升量 s——受电弓摆动量
C p 3 .6 Tj mj (km / h)
vmax 0.7C p
Tj – 接触线的张力 N
mj – 接触线的质量常数 kg/m
波动传播与反射
放大系数r/α——反应 接触网振动波幅度增强 或减弱的系数
r /
r——反射系数
m=1kg, V=160km/h, Cp=382km/h
正常运行条件及最大跨距 u < 2.0 * b u < 1.5 * b 带抬升限位功能
弓网动态相互作用的测量
测量内容:
1、弓网接触力
2、接触线抬升力 3、电弧 4、运行工况:列车的速度、位置 5、环境条件：温度、湿度、日照强度、风、隧道等等
6、测试配置：受电弓的参数、接触网类型
弓网动态相互作用的测量要求----接触力
弓网动态特性实测数据
动态接触力与速度的关系
Fm：接触力平均值 s：接触力标准偏差
动态接触力的频数分布应符合正态 分布
动态接触力与速度的关系
s最小，弓网运 行相对平稳 s最大，弓网振 动相对剧烈
3种弓网系统的动态接触力分布
动态接触力与速度的关系
定位点的抬升
2010_12_03_11_29，速度447km/h，下行
的敏感度。
在选择探测器时，请注意安装位置、通讯方式、敏 感度等
弓网动态仿真
随着运行速度的提高，弓网动态相互作用变得越来越重 要，只有考虑到包括受电弓和接触网在内的各类配套的系 统设备，才能获得一个切实有用的弓网系统设计方案。计 算机仿真是模拟这些部件动态相互作用的有效选择。
弓网动态相互作用仿真的目的是要确定受电弓作用在接
α——多普勒系数
波动传播与反射
r mc Tc /( mc Tc m j T j )
mc、Tc——承力索的线密度和张力
mj 、Tj ——接触线的线密度和张力
反射系数r——指接触网 的振动波在吊弦、线夹 等非均质点被反射，是 接触网的质量特性 多普勒系数α——反应 受电弓运行速度与波动 传播速度之间的关系
523.1
0.669 0.198 0.444
放大系数γ
限定速度va（km/h） 固有频率f1/f2（Hz）
1.970
206.6 1.50/1.36
2.029
216.0 1.51/1.37
2.242
201.4 1.52/1.38
受电弓的动力学模型
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