彈性吊索對接觸網錨段關節弓網受流影響分析

吳亞飛

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

250 km/h及以上速度等級的高速鐵路接觸網一般采用彈性鏈形懸掛，在中間柱懸掛處，彈性吊索與腕臂裝置無干擾，但在錨段關節處，彈性吊索易發生與相鄰支定位管吊弦等零部件相磨，現場調整困難時，經常發生取消彈性吊索現象，但取消彈性吊索會影響接觸網錨段關節處弓網動態受流。因此，開展彈性吊索對接觸網錨段關節弓網動態性能的影響分析具有重要的現實需求。

利用弓網動態仿真，可計算不同彈性吊索工況下接觸網錨段關節的弓網動態性能。目前，國內外有關弓網動態仿真研究有：關金發[1]研究了四跨錨段關節平面布置對弓網動態性能的影響；BRUNI S.[2]等介紹了現有國際上所使用的弓網動態仿真技術；汪吉健[3]、張衛華[4]、HARELL P.[5]、李文豪[6]等分別研究了承力索張力、接觸線弛度、電分相和彈性吊索參數對弓網動態性能的影響；POMBO J.[7]、趙飛等[8]研究了受電弓、接觸網空氣動力對弓網動態性能的影響；周寧[9]、吳燕[10]、李勇[11]等分析了滿足弓網動態性能的雙弓運行下弓間距選取值。還有部分學者從模型參數變化對弓網動態研究的影響方面進行了分析[12-21]。通過以上得知，通過弓網動態仿真對比與分析不同接觸網技術參數對弓網動態性能從而優化技術參數的方法是普遍使用且有效的。

鑒于國內外尚未見有關彈性吊索對接觸網錨段關節弓網動態性能的影響研究，本文利用弓網動態仿真，建立接觸網錨段關節仿真模型，分析雙弓作用下彈性吊索對接觸網錨段關節弓網動態性能影響，確定不同速度等級的接觸網錨段關節彈性吊索設置和參數選擇，為高速鐵路接觸網錨段關節設計與施工提供參考依據。

1 接觸網錨段關節仿真模型

1.1 計算參數及工況

根據TB 10621—2014《高速鐵路設計規范條文說明》提出不同速度等級的彈性吊索推薦方案，其中，250 km/h等級接觸網選用2.8～3.5 kN的彈性吊索張力；350 km/h等級接觸網選用3.5 kN的彈性吊索張力。彈性吊索長度根據跨距和系統動態性能進行確定，一般為14～22 m。

結合相關標準要求，250 km/h和350 km/h高速鐵路接觸網的設計參數如表1所示。彈性吊索長度和張力可選取在一定范圍內。

表1 接觸網設計參數

兩種速度等級高速鐵路接觸網的錨段關節立面和平面布置如圖1、圖2所示。

圖1 五跨非絕緣錨段關節立面布置

圖2 五跨非絕緣錨段關節平面布置

與250 km/h鐵路接觸網匹配使用DSA 250型受電弓。與350 km/h鐵路接觸網匹配使用DSA 380型受電弓。弓間距為200 m。受電弓氣動力按0.000 97v2(v為運行速度)計算。

結合彈性吊索參數可在一定范圍內選取，計算工況如表2所示。

表2 計算工況

1.2 接觸網動態仿真模型

根據計算參數，建立彈性鏈型懸掛接觸網錨段關節轉換柱安裝彈性吊索和取消彈性吊索的接觸網動態仿真模型的立面和平面，如圖3～圖6所示。

圖3 錨段關節轉換柱安裝彈性吊索時接觸網仿真模型立面

圖4 錨段關節轉換柱安裝彈性吊索時接觸網仿真模型平面

圖5 錨段關節轉換柱取消彈性吊索時接觸網仿真模型立面

圖6 錨段關節轉換柱取消彈性吊索時接觸網仿真模型平面

2 錨段關節彈性吊索的設置與參數分析

應用第1節的接觸網錨段關節仿真模型，對比分析雙弓通過安裝彈性吊索的錨段關節和未安裝彈性吊索的錨段關節時的弓網動態性能。

通過圖7～圖10，對比部分工況不同速度等級錨段關節轉換柱是否設置彈性吊索的弓網接觸力曲線，可發現，是否安裝彈性吊索對雙弓接觸力有較大影響。

圖7 工況1錨段關節接觸力曲線

圖8 工況2錨段關節接觸力曲線

圖9 工況5錨段關節接觸力曲線

圖10 工況6錨段關節接觸力曲線

統計各工況前、后弓接觸力特征值，如表3和表4所示。

表3 各工況前弓錨段關節接觸力統計結果 N

表4 各工況后弓錨段關節接觸力統計結果 N

無論彈性吊索參數如何變化，安裝彈性吊索的錨段關節在250 km/h速度等級接觸網的雙弓接觸力標準差較小，弓網接觸質量較好。250 km/h速度等級，前弓在彈性吊索長度為14 m、張力為2.8 kN的工況比彈性吊索為18 m、張力為3.5 kN的工況下接觸力標準差減小10%，后弓減小2%，弓網接觸質量較好。

當350 km/h速度等級接觸網的彈性吊索長度為14 m時，前弓在錨段關節取消彈性吊索時比安裝彈性吊索時接觸力標準差減小7%，后弓減小12%，弓網接觸質量較好。

當350 km/h速度等級接觸網的彈性吊索長度為18 m時，后弓在錨段關節安裝彈性吊索時比取消彈性吊索時接觸力標準差減小21%，弓網接觸質量較好。350 km/h速度等級時，安裝14 m長彈性吊索和取消彈性吊索、安裝18 m長彈性吊索3種情況下錨段關節處雙弓接觸力標準差接近。

為驗證彈性吊索參數選取的合理性，統計整理計算結果中錨段中部的接觸力，見表5和表6。

表5 各工況前弓錨段中部接觸力統計結果 N

表6 各工況后弓錨段中部接觸力統計結果 N

250 km/h速度等級彈性吊索長度為14 m、張力為2.8 kN，錨段關節安裝彈性吊索的接觸網錨段中部接觸力標準差最小，與錨段關節接觸力分析結論一致。

350 km/h速度等級彈性吊索長度為18 m，錨段關節安裝彈性吊索的接觸網錨段中部接觸力標準差最小，相對350 km/h速度等級彈性吊索長度為14 m，錨段關節未安裝彈性吊索的接觸網錨段中部前弓接觸力標準差減小約7%，后弓減小約11%。結合錨段關節接觸力分析結論，350 km/h速度等級彈性吊索長度為18 m，錨段關節安裝彈性吊索的接觸網全錨段弓網動態性能較好。

3 結論

從弓網受流可靠性角度，利用弓網動態仿真手段，建立彈性鏈型懸掛接觸網錨段關節仿真模型，分析彈性吊索對接觸網錨段關節弓網動態性能的影響，得到如下結論。

(1)250 km/h速度等級高速鐵路接觸網彈性吊索長度宜取14 m，張力宜取2.8 kN，錨段關節宜安裝彈性吊索。

(2)350 km/h速度等級高速鐵路接觸網彈性吊索長度宜取18 m，張力宜取3.5 kN，錨段關節宜安裝彈性吊索。