考虑接触网零部件影响的接触网波动速度分析

雷明华

贵阳市城市轨道交通集团有限公司运营分公司，贵州 贵阳 550000

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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［2］韩坤，冯晓云，杨顺风，等.接触网网压波动下动车组恒速控制策略的仿真研究真［J］.铁通机车车辆，2008（12）.

［3］吴燕，吴俊勇.高速受电弓-接触网动态受流性能及双弓距离的研究［J］.铁道学报，2010（8）.