高速铁路接触网吊弦动态特性的仿真分析

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整体吊弦是接触网悬挂的重要组成部件,是接触线与承力索间振动和力的传递者,保障了接触线的弛度与弓网受流质量,吊弦断裂失效会对行车安全与受流质量产生严重危害。随着列车速度的不断提高,对整体吊弦的可靠性也提出了更高的要求。弓网运行过程中,受电弓滑动经过接触网时会引起接触网的振动,进而引起整体吊弦的压缩、拉伸及其内部载荷的变化。吊弦动态特性是影响其疲劳寿命的主要参数,掌握整体吊弦的动态特性,对分析吊弦失效原因,提高铁路安全、高效运输有着至关重要的意义。首先,通过现场测量的方式获得了吊弦在实际服役条件下的动态抬升量,对不同列车速度、不同接触网参数和不同悬挂位置的吊弦振动情况分析比较,结果表明,一跨内对称位置的吊弦动态特性一致,安装在弹性吊索上的两根吊弦压缩幅值最小,服役环境良好;安装位置靠近弹性吊索的两根吊弦压缩幅值最大,工作环境较为恶劣;吊弦压缩幅值随列车速度的增大而增大,随接触网张力的增大而减小。然后,通过有限元仿真方法建立了包含整体吊弦结构的弓网系统模型,进行实际工况下的仿真分析,并与实测数据对比验证其有效性;提取吊弦动态力与压缩幅值的计算结果,研究分析了整体吊弦在典型工况下的动态特性,结果表明,吊弦动态力最大值出现在受电弓经过之后,吊弦从弯曲状态变为张紧状态的瞬间;在同一跨接触网中,中间位置的两根吊弦动态力最大;在同一根吊弦中,靠近吊弦上下两端的位置与绞线中间位置动态力最大,更易发生断裂。最后,对不同弓网参数下的吊弦动力响应进行仿真分析,研究了弓网参数对吊弦动态特性的影响,结果表明,动态力最大值随接触线张力的增大而越小,压缩幅值随承力索张力的增大先较小又增大,动态力平均值主要受吊弦数量的影响;对异常工况进行仿真分析,发现吊弦安装不规范会显著增大吊弦动态力,提高吊弦断裂风险;采用正交实验设计和仿真方法研究了承力索张力、接触线张力、吊弦数量的组合变化对吊弦动态特性的影响,结果表明,适当增大承力索张力、减小接触线张力更利于降低吊弦的压缩幅值与动态力最大值,综合分析后得到了能够改善吊弦动态性能的最优组合。
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