高速鐵路接觸網振動行為研究.pdf

1、中國幅員遼闊，為高速鐵路的大區(qū)域、長時間運行提供了空間需求，而中國傳統(tǒng)文化中關于新年團聚的家庭習俗，以及中國政府在謀求國家穩(wěn)定發(fā)展過程中提出的城市化政策，為高鐵發(fā)展提供了市場需求。此外，在技術引進消化吸收再創(chuàng)新的理念以及“一帶一路”，“走出去”等國家戰(zhàn)略的引導下，中國高速鐵路迅猛發(fā)展，而隨著列車運行速度的提高，對于高速列車三大基礎力學問題之一的弓網關系提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。本文基于理論分析、仿真分析和試驗研究等手段，結合中國接觸網系統(tǒng)

2、實際運用過程中設計與施工的具體需求，圍繞高速鐵路接觸網振動行為以及弓網系統(tǒng)相互作用規(guī)律，從移動載荷作用下彈性波導的振動特性，接觸網振動試驗研究與模態(tài)參數(shù)識別，高速受流時接觸網的振動特性及其弓網相互作用規(guī)律，以及雙弓受流條件下的接觸網振動行為和接觸力變動機理四個方面做了深入的探索。
　　首先，在移動載荷作用下彈性波導的振動特性方面，應用有限元技術迭代找形方法對接觸網靜態(tài)平衡條件下的初始構形進行精確求解，降低重力作用下接觸線和承力索最

3、大位移偏差至0.202mm和0.024mm，實現(xiàn)張力誤差減小至0.0045％和0.0625％;分析了接觸網彈性分布與接觸網線纜張力間的對應關系，并引入彈性波導色散關系分析接觸網常用仿真模型的波動特性差異，厘清接觸網彈性波傳播群速度和相速度等關鍵基本概念，提出基于位移等值線圖法識別實際接觸網彈性波傳播群速度的方法，識別結果與試驗結果相對誤差小于2％;利用譜分析方法，研究了接觸網定位器、吊弦等位置處的波動傳播系數(shù)，辨識了定位器和吊弦位置處彈

4、性波傳播特征;探索了移動載荷作用下接觸網內共振條件，研究結果表明移動載荷作用下接觸網共振現(xiàn)象與載荷所激起彈性波波長相關，當該彈性波長與接觸網以定位點為節(jié)點的模態(tài)振動波長呈比例時，將出現(xiàn)移動載荷下的接觸網內共振。
　　其次，在接觸網振動試驗研究和模態(tài)參數(shù)識別方面，基于接觸網位移實測數(shù)據(jù)分析和有限元迭代搜索技術，提出一種綜合方法應用于接觸網阻尼特征參數(shù)識別，同時辨識了接觸網模態(tài)阻尼比和可用于接觸網有限元分析的瑞利阻尼系數(shù)。結果表明，接

5、觸網在1.2Hz附近的模態(tài)阻尼比約為1％。當使用瑞利阻尼模型近似接觸網振動衰減特性時，質量和剛度阻尼系數(shù)取分別為0.02845和0.00274能夠獲得較為真實的衰減效果。此外，分析了外載荷激勵作用下接觸網拍振諧波頻率及其來源，同時基于位移等值線圖精準辨識了彈性波對接觸網的局部振動的影響規(guī)律
　　而對于高速受流時接觸網基本振動特性及弓網相互作用規(guī)律，探明了受電弓以不同運行速度激擾接觸網時，簡單鏈型和彈性鏈型接觸網承力索和接觸線整體同

6、步運動規(guī)律，研究結果還表明，在低速情況下，接觸網定點位移和空間波形分布關于受電弓通過前后的時間和空間位置對稱，而在高速情況下，此對稱性受到影響，且接觸網定點位移和空間波形存在明顯的擾動區(qū)和非擾動區(qū)，分界點應力水平急劇變化，簡單鏈型接觸網應力危險點位于承力索懸掛位置處，彈性鏈型接觸網應力危險點位于接觸線定位點處，當受電弓運行速度達接觸網波動速度0.8倍時，簡單鏈型和彈性鏈型接觸網承力索應力相對其預應力增幅分別達51.74％和47.1％，接

7、觸線應力增幅分別可達13.12％和10.96％，彈性鏈型彈性吊索應力增幅達16.40％;基于接觸力頻譜分析分析了弓網受流質量變化規(guī)律，在不同運行速度范圍內，當受電弓跨距通過頻率超過接觸網二階模態(tài)族中第一個模態(tài)頻率時，接觸網振動行為進入二階模式，弓網受流質量顯著提升，同時提出在特定運行速度條件下通過調整接觸網結構參數(shù)，保持弓網接觸力頻率成分小于吊弦通過頻率以提升弓網受流質量的基本方法及其原理;研究了彈性鏈型接觸網中彈性吊索張力和長度的變化

8、對弓網接觸力時頻特征的影響規(guī)律，結果表明彈性吊索張力和長度會改變接觸網在定位點和第二根吊弦間的剛度和彈性分布，從而會引起受電弓弓頭抬升位移的變化，但對弓網受流質量影響不明顯。
　　最后，針對雙弓作用下的接觸網振動行為與弓網接觸力變動機理，提出基于單弓受流結果重構雙弓受流條件下接觸網振動行為的方法，為多弓受流研究提供基本手段，同時，基于譜分析方法，研究了彈性波作用下弓網接觸力變動機理，并成功應用于雙弓受流時弓網受流質量周期性變動原因

9、分析，結果表明，受電弓與彈性波導通過滑動接觸相互作用時，波導上連續(xù)傳播的彈性波造成接觸力的變化，而彈性波不同相位處的振動造成接觸力波動存在相互抵消現(xiàn)象，從而連續(xù)傳播的彈性波能引起穩(wěn)定的接觸力波動，雙弓受流條件下，無論是簡單鏈型接觸網還是彈性鏈型接觸網，前弓受流質量受加入的第二個受電弓的影響較小，但是前弓激起接觸網的彈性振動會對后弓弓網接觸狀態(tài)造成不利或有利影響。在某確定運行速度條件下，若接觸瞬間弓網接觸點處的接觸線相對受電弓呈避振狀態(tài)，