第四章-接触网受流理论课件.ppt

1、Page 14 接触网受流理论接触网受流理论Page 2牵引供电系统Page 3接触点（纽带）接触点（纽带）固定设备固定设备移动设备移动设备机械作用机械作用电气作用电气作用电能传输！电能传输！两个振动子系统两个振动子系统小接触面传输大电流小接触面传输大电流摩擦磨损摩擦磨损（接触压力与抬升）（接触压力与抬升）（接触电阻与燃弧）（接触电阻与燃弧）（机械摩擦与电气磨损）（机械摩擦与电气磨损）运行可靠性运行可靠性接触质量接触质量运行寿命运行寿命材料匹配材料匹配弓网系统的核心问题Page 41.弓网系统综述弓网系统综述2.弓网系统的振动特性弓网系统的振动特性3.弓网系统的电接触特性弓网系统的电接触特性4

2、.弓网系统的摩擦磨损弓网系统的摩擦磨损主要内容主要内容Page 51 弓网系统综述弓网系统综述高速电气化铁路必须具有的三大要素高速电气化铁路必须具有的三大要素 具有很高强度的铁路线路及轨道 具有能适应高速铁路速度性能的机车和车辆 具有能适应高速运行条件的接触网及与之相匹配的受电弓高速受流：高速受流：是指高速运行中的受电弓通过与接触线的滑动接触获得电能并传给电力机车的过程。Page 61.弓网系统综述1879年，柏林，第一辆电力机车，300m环形线路，DC150V，西门子Page 71.弓网系统综述1889年，弓状电流集电器，西门子Page 81.弓网系统综述新干线于1964年10月1日，东京奥

3、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 91.弓网系统综述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Page 101.弓网系统综述带弹性组合吊弦的复链形接触网弹性均匀，能满足弹性均匀，能满足210km/h210km/h受流需要受流需要振幅较大，侧风时受流恶化振幅较大，侧风时受流恶化镉铜线镉铜线80mm80mm2 2镉铜线镉铜线60mm60mm2 2硬铜线硬铜线110mm110mm2 2导高导高:5000mm:5000mmPage 111.弓网系统综述日本受电弓的发展PS200APS200A0 0系动车组系动车组,双臂双臂,铜基粉末

4、冶金滑板铜基粉末冶金滑板PS201PS201受电弓受电弓200200系动车组系动车组,双臂双臂,铜基粉末冶金滑板铜基粉末冶金滑板PS202PS202100100系动车组系动车组,双臂双臂,铜基粉末冶金滑板铜基粉末冶金滑板TPS203TPS203300300系动车组系动车组,双臂双臂,浸金属碳滑板浸金属碳滑板TPS301TPS301700700系动车组系动车组,Z,Z型弓型弓Page 121.弓网系统综述承力索：St180 24.5kN辅助承力索：Cu150 11.8kN接触线：GT170 17.6kNMax:50mMax:50m1500mm1500mm日本接触网Page 131.弓网系统综述承

5、力索：Cu150 19.6kN接触线：CS110 19.6kNMax:50mMax:50m950mm950mm日本接触网Page 141.弓网系统综述2007年4月3日，TGV，法国东部线，574.8km/hPage 151.弓网系统综述法国受电弓的发展AMDEAMDE东南线东南线,最高速度最高速度380km/h380km/h。Z Z型子母弓型子母弓,碳滑板碳滑板GPUGPU受电弓受电弓大西洋线大西洋线,最高速度最高速度515.3km/h515.3km/h。单层。单层Z Z型型弓弓,碳滑板碳滑板(也可使用金属滑板也可使用金属滑板)CXCX东部线东部线,最高速度最高速度574.8km/h574.

6、8km/h。碳滑板。碳滑板Page 161.弓网系统综述东南高速线东南高速线(1981)(1981)速度速度=270km/h270km/h承力索承力索:锡青铜锡青铜65mm65mm2 2,14kN,14kN接触线接触线:Cu120,15kN:Cu120,15kN导高导高:5080:5080大西洋高速大西洋高速(1989)(1989)欧洲北部高速欧洲北部高速(1993)(1993)速度速度=30=300km/h0km/h承力索承力索:锡青铜锡青铜65mm65mm2 2,14kN,14kN接触线接触线:Cu150mm:Cu150mm2 2,20kN,20kN地中海高速地中海高速(2001)(200

7、1)速度速度=35=350km/h0km/h承力索承力索:锡青铜锡青铜116mm116mm2 2,20kN,20kN接触线接触线:铜合金铜合金150mm150mm2 2,25kN,25kN法国接触网Page 171.弓网系统综述德国受电弓的发展SBS65SBS65Re160Re160、Re200Re200接触网时使用接触网时使用,碳滑板碳滑板DSA350SDSA350S受电弓受电弓三元弓三元弓,最高速度最高速度350km/h350km/h，碳滑板，碳滑板DSA350SEKDSA350SEK标准受电弓，碳滑板标准受电弓，碳滑板SSS400+SSS400+标准受电弓，标准受电弓，SSS87SSS8

8、7改进型，碳滑板改进型，碳滑板Page 181.弓网系统综述Re 200 mod14 m承力索承力索BzII 50 10kN弹性吊索弹性吊索BzII 25 2.3kN80 m接触线AC100CuAg 13kN吊弦吊弦BzII 101.80 m14 m从 Re 200基础上发展起来 适用于230公里/小时以内的速度Re 250全新的开发，首次应用铝合金件行驶速度可达 280公里/小时5m承力索承力索BzII 70 15kN弹性吊索弹性吊索BzII 35 2.8kN65 m1.80 m18 m吊弦吊弦BzII 10接触线AC120CuAg 15kNRe 330从 Re 250基础上发展起来。可用一

9、个受电弓，行驶速度可达 350 公里/小时。65 m5m1.80 m18 m接触线AC120CuMg 27kN承力索承力索BzII 120 21kN弹性吊索弹性吊索BzII 35 3.5kN吊弦吊弦BzII 10德国接触网Page 191.弓网系统综述1961年8月15日，中国，宝凤段电气化铁路开通接触网接触网接触线接触线TCG100TCG100承力索承力索Cu90Cu90或或Tj70Tj70受电弓受电弓-5-5型，双臂型，双臂Page 201.弓网系统综述2008年6月24日，CRH3，京津城际客运专线，394.3km/hPage 21中国铁路受电弓-5(-5(苏苏)(6Y1)(6Y1)Q3

10、Q3TSG1(1978)TSG1(1978)AM51UF(8K)AM51UF(8K)TSG3(1993)TSG3(1993)DSADSA系列系列(200(200、250)(Stemmann-Technik)250)(Stemmann-Technik)8WL08WL0系列系列(6YH69(6YH69、SSS400+)(Siemens+Schunk)SSS400+)(Siemens+Schunk)受电弓受电弓LV-2600(6K)LV-2600(6K)M7(6Y2)M7(6Y2)AM51BU(6G)AM51BU(6G)TSG15/19TSG15/191.弓网系统综述Page 22中国铁路受电弓1.

11、弓网系统综述Page 23DSA200CED180WBL88DSA250中国铁路受电弓1.弓网系统综述Page 248WL0 127-6YH69型受电弓(TSG15)1.弓网系统综述Page 25SSS400+型受电弓(TSG19)优化了框架动力学性能、良好的动力学性能、降低收弓高度、双向运优化了框架动力学性能、良好的动力学性能、降低收弓高度、双向运行。运行速度行。运行速度350km/h350km/h1.弓网系统综述Page 26安装在高速动车组上的安装在高速动车组上的SSS400+SSS400+型受电弓型受电弓1.弓网系统综述Page 271.弓网系统综述固定设备与移动设备联系的纽带Page

12、 281.弓网系统综述弓网关系弓网关系评价指标评价指标评价相互作用相互作用动态耦合动态耦合评价评价移动设备移动设备固定设备固定设备接触点接触点Page 291.弓网系统综述评价弓网关系的指标运行可靠性运行可靠性接触质量接触质量运行寿命运行寿命接触线抬升接触线抬升接触线横向位置接触线横向位置静态接触电阻静态接触电阻弓网系统电弧弓网系统电弧机械摩擦机械摩擦电气磨损电气磨损三三方方面面（受流质量）（受流质量）弓网振动弓网振动小接触面传小接触面传输大电流输大电流受流摩擦磨损受流摩擦磨损（磨耗）（磨耗）Page 301.弓网系统综述 弓网系统通过不间断的弓网系统通过不间断的机械机械、电气接触电气接触向电

13、动列车向电动列车供电，在满足一定的供电，在满足一定的经济经济、技术技术条件下，条件下，供电可靠性供电可靠性、接触接触(受流受流)质量质量及弓网系统的及弓网系统的运行寿命运行寿命依赖于受电弓和依赖于受电弓和接触网的接触网的设计设计、安装（施工）安装（施工）、运行维护方案运行维护方案及其大量及其大量参数的选取参数的选取研究弓网系统的最终目的Page 311.弓网系统综述 弓网系统是一个整体，研究接触网离不开受弓网系统是一个整体，研究接触网离不开受电弓，研究受电弓离不开接触网电弓，研究受电弓离不开接触网研究弓网系统的方法 不同速度段的弓网系统，要解决的问题也不尽不同速度段的弓网系统，要解决的问题也不

14、尽相同相同Page 32高速受流技术的质量性能指标(1）接触网悬挂的弹性和弹性系数接触网悬挂的弹性和弹性系数 (x)=y(x)p p 抬升力 y(x)由抬生力p在x处引起的升高（mm）(x)接触线在x处的弹性值（mm/N）德国国铁对不同悬挂所允许的弹性和不均匀度值运行速度运行速度（km/h）100 160200280280以上以上 弹性值弹性值(mm/N)1.201.201.100.600.40允许均匀度允许均匀度（%）503020108Page 33 为了减小弹性的差异，必须尽量使跨距中部和悬为了减小弹性的差异，必须尽量使跨距中部和悬挂点处的弹性均匀一致，一般采用弹性链型悬挂。挂点处的弹性均

15、匀一致，一般采用弹性链型悬挂。弹性吊索的长度对悬挂点处的弹性有较大影响，弹性吊索的长度对悬挂点处的弹性有较大影响，一般为一般为121218m18m。加大悬挂的综合张力，会改善悬挂弹性的均匀程加大悬挂的综合张力，会改善悬挂弹性的均匀程度，但是实践证明，增加承力索的张力对悬挂点度，但是实践证明，增加承力索的张力对悬挂点处的弹性影响较小，然而，将接触线的张力从处的弹性影响较小，然而，将接触线的张力从10KN10KN增加到增加到15KN15KN，悬挂点处的弹性系数减小悬挂点处的弹性系数减小15152020。高速受流技术的质量性能指标Page 34 (2)2)弓线间的接触压力弓线间的接触压力 它是评价与

16、控制受流质量的重要条件它是评价与控制受流质量的重要条件。理论研究证明。理论研究证明:对于接触悬挂受电弓系统而言对于接触悬挂受电弓系统而言,其间的接触压力变化幅度越其间的接触压力变化幅度越小、变化率越低，小、变化率越低，则动态受流质量越好；反之，则动态受流质量越好；反之，则变坏。则变坏。1)标准偏差值标准偏差值(标准偏差值曲线如下图标准偏差值曲线如下图)2)接触压力的平均值：接触压力的平均值：3)接触压力不均匀系数接触压力不均匀系数：inippnp112minmaxpppp%100minmaxminmaxpppp高速受流技术的质量性能指标Page 35(3)(3)受电弓的归算质量与最大振幅受电弓

17、的归算质量与最大振幅 1)1)受电弓的最大振幅受电弓的最大振幅 2e=2e=H Hmaxmax-H-Hminmin 通常情况下，通常情况下，e e值控制值控制在在150mm150mm的范围内。的范围内。2)2)受电弓的归算质量受电弓的归算质量 归算质量越小，受电弓的追随性越归算质量越小，受电弓的追随性越好，其运行轨迹越平缓。国外控制在好，其运行轨迹越平缓。国外控制在8 825kg25kg之内，我国之内，我国TSG1TSG1型受电弓的归算质量型受电弓的归算质量42kg42kg(4)(4)离线率及持续时间离线率及持续时间 离线是衡量高速受流的重要方面和重要指标离线是衡量高速受流的重要方面和重要指标

18、,这个指标可这个指标可以从一下三个方面考虑以从一下三个方面考虑.限定时间或限定距离的离线次数；限定时间或限定距离的离线次数；一次离线的时间；（一次离线的时间；（0.1-0.6ms)0.1-0.6ms)离线率。离线率。(200km/h(200km/h以上时控制在以上时控制在5 5）高速受流技术的质量性能指标Page 36(5)(5)接触线平均抬升量及最大抬升量接触线平均抬升量及最大抬升量 静态抬升量静态抬升量 振动抬升量振动抬升量 动态抬升量动态抬升量 一般情况下控制在一般情况下控制在100100150mm150mm范围内，最大不超过范围内，最大不超过200mm200mm。(6)(6)接触线磨耗

19、比与导线寿命接触线磨耗比与导线寿命 磨耗：电气磨耗、化学磨耗、机械磨耗。磨耗：电气磨耗、化学磨耗、机械磨耗。磨耗比磨耗比 接触线通过万架弓次后，被磨去的横截面接触线通过万架弓次后，被磨去的横截面 称为磨耗比。称为磨耗比。接触线寿命接触线寿命 寿命的直接原因是磨耗及导线疲劳。寿命的直接原因是磨耗及导线疲劳。TCGTCG100 100 寿命寿命25253030年年 Ris120 200Ris120 200万弓架次万弓架次 约约3030年年 高速受流技术的质量性能指标Page 372.弓网系统的振动特性 任何一个可以用时间的周期函数描述的物理量任何一个可以用时间的周期函数描述的物理量,都称之为都称之

20、为振动振动 力学系统能维持力学系统能维持振动振动，必须具有，必须具有弹性弹性和和惯性惯性。由于。由于弹性弹性，系统偏，系统偏离其平衡位置时，会产生回复力，促使系统返回原来位置；由于离其平衡位置时，会产生回复力，促使系统返回原来位置；由于惯惯性性，系统在返回平衡位置的过程中积累了，系统在返回平衡位置的过程中积累了动能动能，从而使系统越过平，从而使系统越过平衡位置向另一侧运动。正是由于衡位置向另一侧运动。正是由于弹性弹性和和惯性惯性的相互影响，才造成系的相互影响，才造成系统的统的振动振动 描述振动的量：描述振动的量：位移位移、速度速度、加速度加速度等等 弓网系统的振动为弓网系统的振动为随机振动随机

21、振动只能用数理统计的方法加以研究只能用数理统计的方法加以研究Page 382.弓网系统的振动特性 接触网包括接触线、承力索、吊弦、定位器以及其它零件，既接触网包括接触线、承力索、吊弦、定位器以及其它零件，既有均布质量，又有集中质量，是一个非常复杂的振动系统有均布质量，又有集中质量，是一个非常复杂的振动系统SASBDropperSASBContact wiremD1mD2mBT1mAT1kD1kDPmD2mD1mDPmATWmBTW EIA EIBABxL Support wireTowerkTWkT1Page 392.弓网系统的振动特性与接触网弹性有关的因素与接触网弹性有关的因素 接触网的接触

22、网的弹性弹性（单位垂直作用力引起的接触线抬升（单位垂直作用力引起的接触线抬升)与跨距成与跨距成正比，与接触线和承力索的张力之和成反比正比，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沿跨距的一致性用接触网的弹性不均匀程度弹性不均匀程度表示表示 弹性及弹性不均匀度与弹性及弹性不均匀度与接触线截面接触线截面、线索、线索张力张力、接触网、接触网跨距跨距、结构高度结构高度、预弛度预弛度及有无及有无弹性吊索弹性吊索有关，与接触网有关，与接触网施工精度施工精度有关有关Page 402.弓网系统的振动特性接触网的弹性接触网的弹性弹性曲线弹性曲线平均弹性平均弹性弹性弹性=抬升量抬升量/抬

23、升力抬升力平均弹性平均弹性弹性不均匀系数弹性不均匀系数相对弹性相对弹性Page 412.弓网系统的振动特性接触网的弹性比较接触网的弹性比较反定位反定位装置装置正定位正定位装置装置跨距中心跨距中心Page 422.弓网系统的振动特性0,30,40,50,60,7吊弦处吊弦处弹性弹性 mm/NSpt 1234567SptemaxRe 2500,54 mm/NRe 3300,39 mm/N 低的弹性低的弹性 emax弹性和不均匀性弹性和不均匀性0,30,40,50,60,7吊弦处吊弦处Spt 1234567SptemaxRe 25010%Re 3308%eminemin 低的不均匀性低的不均匀性u弹

24、性弹性 mm/Nu=(emax-emin)/(emax+emin)*100%Page 432.弓网系统的振动特性MHFcHZLKH,CH,BHKF,CF,BFFc0ZHmeqEZE两自由度模型Page 442.弓网系统的振动特性 当受电弓与当受电弓与接触网接触并接触网接触并高速运行时，高速运行时，受电弓弹簧系受电弓弹簧系统的振动、车统的振动、车体的振动以及体的振动以及风力等因素均风力等因素均参与作用，受参与作用，受电弓弓头在上电弓弓头在上下、左右、前下、左右、前后三个方向产后三个方向产生运动生运动接触力将弓与接触力将弓与网联系在一起网联系在一起Page 452.弓网系统的振动特性 弓网接触力弓

25、网接触力连接两个机械系统（接触网和受电弓），这两部分连接两个机械系统（接触网和受电弓），这两部分均能振荡并且具有各种不同的质量模块、弹性系数、衰减系数和均能振荡并且具有各种不同的质量模块、弹性系数、衰减系数和自然频率。由于接触网具有弹性、在受电弓作用到接触网上时就自然频率。由于接触网具有弹性、在受电弓作用到接触网上时就使接触线有一定的抬升量。实际上，沿接触线锚段变化的弹性导使接触线有一定的抬升量。实际上，沿接触线锚段变化的弹性导致受电弓周期性上下运动，这种运动幅度取决于抬升力本身致受电弓周期性上下运动，这种运动幅度取决于抬升力本身 随着速度的增加，动态部件对接触压力的影响越来越大，为了保随着速

26、度的增加，动态部件对接触压力的影响越来越大，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，接触力的值必持受电弓滑板沿着接触线并不间断地与接触线接触，接触力的值必须保持在一定范围，即须保持在一定范围，即动态范围动态范围Page 462.弓网系统的振动特性FAERFDYNFRF0FRFwindF =F0 FR +FAER FDYN受电弓设计受电弓设计接触网、轨道等接触网、轨道等弓网接触压力弓网接触压力F F受电弓与接触受电弓与接触网之间的接触力网之间的接触力静态接触压力静态接触压力F F0 0 驱动机构使滑驱动机构使滑板与接触线间产生的接触压力板与接触线间产生的接触压力磨擦力磨擦力F FR

27、R 关节间的磨擦力，与关节间的磨擦力，与弓头运动方向相反弓头运动方向相反空气动力接触压力分力空气动力接触压力分力F FAERAER 气气流对受电弓的抬升力流对受电弓的抬升力动态接触压力分力动态接触压力分力F FDYNDYN 由垂直由垂直振动引起的惯性力振动引起的惯性力Page 472.弓网系统的振动特性EN50119EN50119关于弓网接触力的范围关于弓网接触力的范围Page 482.弓网系统的振动特性Re200Re200系统系统v=220km/hv=220km/h单受电弓（单受电弓（DSA250DSA250）计算机仿真结果计算机仿真结果接触力接触力抬升量抬升量Page 492.弓网系统的振

28、动特性实测结果Page 502.弓网系统的振动特性 b b无限位抬升量无限位抬升量 u u最大运营抬升量最大运营抬升量 s s受电弓摆动量受电弓摆动量 正常运行条件及最大跨距正常运行条件及最大跨距 u 2.0 u 2.0*b b u 1.5 u 1.5*b b 带抬升限位功能带抬升限位功能Page 512.弓网系统的振动特性 波动传播速度波动传播速度C Cp p在某一点用一个力对接触线加振后将力消除，该点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接触线振动经过S S秒后传到秒后传到L L，则，则C Cp p=L/S=L/S 波动传播速度波动传播速度振动沿接触网锚段传播的速度振动

29、沿接触网锚段传播的速度)/(*6.3hkmgTCjjpT Tj j 接触线的水平张力接触线的水平张力 N Ng gj j 接触线的质量常数接触线的质量常数 kg/mkg/mpCv7.0maxRe 200 Cu 100 10 kN Cp=376 km/h vmax=263 km/hRe 250 CuAg 120 15 kN Cp=427 km/h vmax=299 km/hRe 330 CuMg 120 27 kN Cp=572 km/h vmax=400 km/hEAC-350 CuMg 150 31.5 kN Cp=553 km/h vmax=387 km/hPage 522.弓网系统的振动

30、特性/rr r反射因数反射因数多普勒因数多普勒因数放大系数放大系数r/反反应接触网振动波幅度应接触网振动波幅度增强或减弱的系数增强或减弱的系数m=1kg,V=160km/h,Cp=382km/hPage 532.弓网系统的振动特性多普勒因数多普勒因数反应受反应受电弓运行速度与波动传播电弓运行速度与波动传播速度之间的关系速度之间的关系)/(jjccccTgTgTgr)/()(VCVCpp反射因数反射因数r指接触网的指接触网的振动波在吊弦、线夹等非振动波在吊弦、线夹等非均质点被反射，是接触网均质点被反射，是接触网的质量特性的质量特性 C Cp p波动传播速度波动传播速度V V 受电弓运行速度受电弓

31、运行速度g gc c、T Tc c承力索的线密度和张力承力索的线密度和张力g gj j 、T Tj j 接触线的线密度和张力接触线的线密度和张力Page 542.弓网系统的振动特性接触悬挂：接触悬挂：TJ95+CTHA120TJ95+CTHA120接触线张力接触线张力:15kN:15kN；承力索张力：；承力索张力：15kN15kN结构高度：结构高度：14001400，正定位；动车组，速度：，正定位；动车组，速度：200km/h200km/hPage 552.弓网系统的振动特性京津城际客运专线 v=310km/h，反定位悬挂方式：Bz120+MgCu120，21kN+27kN结构高度：1600m

32、mPage 562.弓网系统的振动特性 硬点硬点是接触悬挂弹性不均质状态的统称。接触悬挂在是接触悬挂弹性不均质状态的统称。接触悬挂在硬点硬点处的弹处的弹性出现极小值。性出现极小值。硬点硬点是接触网的固有特征是接触网的固有特征 列车运行时，弓网在列车运行时，弓网在硬点硬点部位可能会出现有别于其它地方的升高部位可能会出现有别于其它地方的升高或降低，弓网间的接触力、振动速度、振动加速度会出现有别于其或降低，弓网间的接触力、振动速度、振动加速度会出现有别于其它地方的变化。速度越高，变化越明显它地方的变化。速度越高，变化越明显 硬点硬点对受电弓的影响可通过弓头的垂直加速度衡量，对受电弓的影响可通过弓头的

33、垂直加速度衡量，1g=9.8m/s1g=9.8m/s2 2基本概念基本概念Page 572.弓网系统的振动特性硬点Page 582.弓网系统的振动特性 由于力、位置、速度或加速度等的突然变化，引起系统的瞬态变由于力、位置、速度或加速度等的突然变化，引起系统的瞬态变化过程称为化过程称为冲击冲击。在力学上，冲击是一种过渡现象，属于非周期运。在力学上，冲击是一种过渡现象，属于非周期运动范畴动范畴 冲击冲击过程可能是单次的、多次的或复合的，但每次持续时间比较过程可能是单次的、多次的或复合的，但每次持续时间比较短暂（突变）短暂（突变）表征受电弓弓头受到冲击的基本物理量有：表征受电弓弓头受到冲击的基本物理

34、量有：位移（或变形）、速位移（或变形）、速度度、加速度加速度和和冲击持续时间冲击持续时间等等基本概念基本概念Page 592.弓网系统的振动特性牛顿第一定律牛顿第一定律 一切物体在任何情况下，在不受外力的作用时，一切物体在任何情况下，在不受外力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态总保持静止或匀速直线运动状态 牛顿第二定律牛顿第二定律 物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同牛顿第三定律牛顿第三定律 作用在两个物体的一对作用力方向相反、大小相作用在两个物体的一

35、对作用力方向相反、大小相等、作用在同一直线上、作用在不同的两个物体上等、作用在同一直线上、作用在不同的两个物体上基本定律基本定律Page 603.弓网系统的电接触特性 “电接触电接触”是研究是研究导体与导体导体与导体接触过渡区中的物理现象、化学现象的一个专接触过渡区中的物理现象、化学现象的一个专门学科门学科 弓网系统的电接触分三类：弓网系统的电接触分三类：固定固定接触、接触、滑动滑动接触、接触、可分合可分合接触接触 主要现象和问题：主要现象和问题：固定接触固定接触接触电阻、接触温升、接触熔焊接触电阻、接触温升、接触熔焊 滑动接触滑动接触接触电阻、接触温升、接触熔焊、摩擦磨损、润滑接触电阻、接触

36、温升、接触熔焊、摩擦磨损、润滑 可分合接触可分合接触接触电阻、接触温升、接触熔焊、电火花、电弧接触电阻、接触温升、接触熔焊、电火花、电弧 电接触的基本任务：电接触的基本任务：传导电流传导电流Page 613.弓网系统的电接触特性接触斑点：接触斑点：导体接触面内实际发生接触的点导体接触面内实际发生接触的点导电斑点：导电斑点：金属或准金属接触的更小的面金属或准金属接触的更小的面收缩电阻：收缩电阻：电流路径收缩，有效导电面积减小，出现附加电阻电流路径收缩，有效导电面积减小，出现附加电阻膜电阻：膜电阻：准金属接触时，电子通过极薄的膜时产生附加电阻准金属接触时，电子通过极薄的膜时产生附加电阻接触电阻：接

37、触电阻：收缩电阻与膜电阻串联相加收缩电阻与膜电阻串联相加接触压降：接触压降：通过斑点的电流与接触电阻之积通过斑点的电流与接触电阻之积超温：超温：接触电阻产生焦耳热，使收缩区温度超过区外导体温度接触电阻产生焦耳热，使收缩区温度超过区外导体温度接触面状况接触面状况导电斑点导电斑点Page 623.弓网系统的电接触特性弓网接触电阻为弓网接触电阻为 接触电阻与滑板及接触线材料的接触电阻与滑板及接触线材料的电阻率电阻率有关，与有关，与材料硬度材料硬度及及接触力接触力有关有关 导电斑点数目与材料硬度、接触力有关导电斑点数目与材料硬度、接触力有关 材料一定、接触力材料一定、接触力F F不变时，接触电阻基本与

38、两者的不变时，接触电阻基本与两者的电阻率之和电阻率之和成正比成正比 124HRFH H弓线两者中较软材料的接触硬度弓线两者中较软材料的接触硬度F F弓线间接触力弓线间接触力1 1、2 2接触材料电阻率接触材料电阻率 Page 633.弓网系统的电接触特性国家国家 滑板种类滑板种类 电阻率电阻率(m)m)硬度硬度(HS)(HS)欧美欧美 浸金属碳滑板浸金属碳滑板(MY7D)8.1 96(MY7D)8.1 96 纯碳滑板纯碳滑板(CY3TA)24.0 92(CY3TA)24.0 92中国中国 浸金属碳滑板浸金属碳滑板 8.0 968.0 96 纯碳滑板纯碳滑板 35.0 6535.0 65日本日本

39、 浸金属碳滑板浸金属碳滑板(MC)9.0 100(MC)9.0 100 纯碳滑板纯碳滑板(SW)30.0 75(SW)30.0 75滑板的电阻率与硬度滑板的电阻率与硬度Page 643.弓网系统的电接触特性接触线型号接触线型号（不含规格）（不含规格）导电率导电率(%)(%)(IACS)(IACS)电阻率电阻率mmmm2 2/m/m抗拉强度抗拉强度N/mmN/mm2 2CTCT（CuCu）97%97%0.017770.01777360360CTACTA、CTAHCTAH（AgCuAgCu）97%97%0.017770.01777360360CTSCTS（SnCuSnCu）80%80%0.0239

40、50.02395420420CTMHCTMH（MgCu0.5MgCu0.5）62%62%0.027780.02778500500注：注：IACSIACS为国际标准退火纯软铜的导电率，记为为国际标准退火纯软铜的导电率，记为100%100%温度不大于温度不大于100100的抗拉强度的抗拉强度 2020时的电阻率时的电阻率接触线的导电率和抗拉强度接触线的导电率和抗拉强度Page 653.弓网系统的电接触特性材料组合材料组合接触电阻接触电阻纯碳滑板纯碳滑板+铜或银铜接触线铜或银铜接触线低低纯碳滑板纯碳滑板+锡铜接触线锡铜接触线中中纯碳滑板纯碳滑板+镁铜接触线镁铜接触线高高接触线与滑板的接触电阻比较接触

41、线与滑板的接触电阻比较Page 663.弓网系统的电接触特性实例Page 673.弓网系统的电接触特性实例Page 683.弓网系统的电接触特性实例Page 693.弓网系统的电接触特性 由于接触电阻的存在，列车取流时，接触点的焦耳热使接由于接触电阻的存在，列车取流时，接触点的焦耳热使接触点局部区域温度升高，严重时可达到弓线材料的软化点触点局部区域温度升高，严重时可达到弓线材料的软化点 根据电位根据电位温度理论可知，导电斑点超过接触点外的温温度理论可知，导电斑点超过接触点外的温度与接触电阻及通过接触点的电流成简单的函数关系度与接触电阻及通过接触点的电流成简单的函数关系222212()()188

42、128HUIRIF导电斑点超出接触点以外区域的温度，即接触点温升导电斑点超出接触点以外区域的温度，即接触点温升U U接触压降接触压降I I通过接触面的总电流通过接触面的总电流滑板与接触线材料的热导率与电阻率乘积的平均值滑板与接触线材料的热导率与电阻率乘积的平均值 Page 703.弓网系统的电接触特性 受电弓滑板与接触线受电弓滑板与接触线从分离到接触从分离到接触或或从接触到分离从接触到分离时，如果能满足一定的条件，时，如果能满足一定的条件，滑板与接触线之间便会产生滑板与接触线之间便会产生电弧或其它放电现象电弧或其它放电现象弓网系统的电弧现象弓网系统的电弧现象 滑板和接触线在大气中脱离接触（弓网

43、离线）时，如果被断开的电流超过滑板和接触线在大气中脱离接触（弓网离线）时，如果被断开的电流超过0.250.251A1A，断开后加在滑板与接触线上的电压超过，断开后加在滑板与接触线上的电压超过121220V20V，在滑板与接触线的间，在滑板与接触线的间隙中通常会产生一团温度极高、发出强光和能够导电的近似圆柱形的气体隙中通常会产生一团温度极高、发出强光和能够导电的近似圆柱形的气体这这就是就是电弧电弧 产生电弧的最小电流如果小于一定数值，则开断时只能产生一为时极短的弧光产生电弧的最小电流如果小于一定数值，则开断时只能产生一为时极短的弧光放电放电通常称为通常称为电火花电火花Page 713.弓网系统的

44、电接触特性弓网系统的电弧现象弓网系统的电弧现象Page 723.弓网系统的电接触特性弓网系统的电弧现象弓网系统的电弧现象Page 733.弓网系统的电接触特性弓网系统的电弧现象弓网系统的电弧现象持续持续40ms的电弧的电弧Page 743.弓网系统的电接触特性 电弧热功率导致滑板和接触线温度升高，另一方面，滑板和电弧热功率导致滑板和接触线温度升高，另一方面，滑板和接触线的热量也会向周围介质传递，当输入热量大于输出热量时，接触线的热量也会向周围介质传递，当输入热量大于输出热量时，滑板和接触线的温度才会升高，并在温升达到一定程度时，滑板滑板和接触线的温度才会升高，并在温升达到一定程度时，滑板和接触

45、线的表面才会发生熔化和气化和接触线的表面才会发生熔化和气化 弓网相对运动过程中，滑板和接触线的接触位置不断变化，引弓网相对运动过程中，滑板和接触线的接触位置不断变化，引起的电弧也在不断变化位置，位置变化的速度与接触线的拉出值、起的电弧也在不断变化位置，位置变化的速度与接触线的拉出值、列车的运行速度有关列车的运行速度有关 相对运动阻止了电弧能量引起的弓网系统固定位置的温度升高相对运动阻止了电弧能量引起的弓网系统固定位置的温度升高Page 753.弓网系统的电接触特性(1)t=1.210-7s(2)t=0.910-7s(3)t=0.610-7s(4)t=0.310-7s(1)(2)(3)(4)取典

46、型的电弧电流密度qw=1011A/m2。对铜接触线，松弛时间0为10-10s；导热系数为380W/(m)，密度为8900kg/m3，比热容cp为390J/(kg)，热扩散率或导温系数/()pacm2/s。铜接触线的熔点为1083 弓网系统电弓网系统电弧的影响弧的影响Page 763.弓网系统的电接触特性弓网系统电弓网系统电弧的影响弧的影响曲线从上到下排列，作用距离x依次是0、1.010-6m、2.010-6m、3.010-6m Page 773.弓网系统的电接触特性弓网系统电弧的影响弓网系统电弧的影响曲线从上到下排列，列车运动速度依次是:5m/s、15m/s、30m/s、40m/s 点M处接触

47、线表面温度变化规律 Page 783.弓网系统的电接触特性弓网系统离线间隙较大时，由滑板和接触线传导的热量相对较弓网系统离线间隙较大时，由滑板和接触线传导的热量相对较少，绝大部分由弧柱直接散向接触区域上部，导致接触线上部设少，绝大部分由弧柱直接散向接触区域上部，导致接触线上部设备烧损程度较大备烧损程度较大大电流起动的列车，由于滑板与接触线相对移动的速度较慢，大电流起动的列车，由于滑板与接触线相对移动的速度较慢，电流引起的焦耳热量及电弧引起的电弧热量容易在局部积累，温电流引起的焦耳热量及电弧引起的电弧热量容易在局部积累，温升有可能超过滑动接触材料的允许工作温度升有可能超过滑动接触材料的允许工作温

48、度 电火花与电弧是造成滑板和接触线电气磨损的主要原因，这种电火花与电弧是造成滑板和接触线电气磨损的主要原因，这种电气磨损包括气化蒸发和液体喷溅两种形式电气磨损包括气化蒸发和液体喷溅两种形式 日积月累，电弧及强劲电火花引起的电气磨损会导致接触线表面日积月累，电弧及强劲电火花引起的电气磨损会导致接触线表面坑坑洼洼坑坑洼洼Page 793.弓网系统的电接触特性弓网系统的电弧不可能模拟，测量已经表明不可能重现反复试弓网系统的电弧不可能模拟，测量已经表明不可能重现反复试验运行的结果。即便在相同线路、相同的条件下，重复进行试验验运行的结果。即便在相同线路、相同的条件下，重复进行试验也会产生不同的结果。因此

49、，利用电弧评价弓网系统的受流质量也会产生不同的结果。因此，利用电弧评价弓网系统的受流质量有一定的局限性有一定的局限性在一定条件下利用弓网系统电弧的次数和持续的时间评价弓网在一定条件下利用弓网系统电弧的次数和持续的时间评价弓网系统的受流质量还是可行的，毕竟，由系统的受流质量还是可行的，毕竟，由接触电阻的上升和开始燃接触电阻的上升和开始燃弧弧能够确定可接受的弓网系统动态接触压力最小值能够确定可接受的弓网系统动态接触压力最小值Page 803.弓网系统的电接触特性 接触线是通过浇铸接触线是通过浇铸轧制过程将铜或铜合金杆材拉制而成轧制过程将铜或铜合金杆材拉制而成 连续通过数个圆形模具连续通过数个圆形模

50、具沟槽式模具沟槽式模具修整模具来进行修整模具来进行控制，将导线冷拔成最终的尺寸和外形控制，将导线冷拔成最终的尺寸和外形 将几乎是圆形的材料微结构拉拔成长形，最后排列为与导线将几乎是圆形的材料微结构拉拔成长形，最后排列为与导线拉伸方向一致的纤维状结构拉伸方向一致的纤维状结构 晶状体结构的不均匀性增加了剪切抗力并使材料硬化。铜经晶状体结构的不均匀性增加了剪切抗力并使材料硬化。铜经受了数个冷拔过程，增加了变形抗力，但同时降低了其导电性受了数个冷拔过程，增加了变形抗力，但同时降低了其导电性和可塑性和可塑性Page 813.弓网系统的电接触特性温度对接触线的影响温度对接触线的影响Page 823.弓网系