武汉铁路局武汉供电段 430000
摘要：电气化是铁路发展的大势所趋，为保证铁路电气化过程中良好的弓网受流，需要对接触网及受电弓进行系统研究。本文对目前世界范围内广泛应用的三类接触网，简单链型、弹性链型及复式链型接触网的结构特性及作用特点进行总结。并对目前铁路中广泛使用的受电弓进行探究，得出适合我国铁路现状的弓网受流条件。本文结合目前应用最广泛的几种接触网简化方式，单根索结构、单根梁结构及实际接触网结构，对接触网的发展历史及适用性做出探究。简单链型悬挂适用于单弓取流、跨距较小、接触线张力加大的接触网系统，该类悬挂方式多用于我国目前普通铁路；弹性链型悬挂适用于双弓或多弓的高速取流，跨距较大，接触线张力的选取较小的接触网系统，该类悬挂方式多用于我国新建高速铁路使用。
关键词：接触网；受流；简单链型；复式链型
电气化铁路以其速度快、运力大、污染小、安全可靠、能耗小等突出优点得到越来越快的发展。电气化铁路目前均采用电力牵引，列车在高速运动条件下通过受电弓从接触网上取得电能，而且必须保证其供电的绝对可靠和不间断，否则将影响列车运行和电气驱动系统的性能。所以，高速电气化铁路的关键技术之一是如何保证在高速运行条件下具有良好的受流质量，即在列车高速运行时保持稳定的动态受流。动态受流是指列车通过受电弓在与接触线相对滑动的条件下，通过弓网接触点受取电流并传给列车的过程。这一过程中受电弓与接触线在电气方面与机械方面相互作用、相互制约，会引起接触线在垂向的振动，接触网与受电弓的动力学关系成为了目前需要攻克的课题之一[1-3]。
1.接触网
根据接触网悬挂方式的不同，主要可将其分为三类，分别为简单链型悬挂接触网、弹性链型悬挂接触网和复式链型悬挂接触网。
1.1简单链型悬挂接触网
图1为简单链型悬挂接触网的结构示意图，其主要由承力索、接触线、吊弦等三大部分构成。简单链型悬挂接触网静态弹性不均匀度较大，导致受电弓运行轨迹的平缓度较差，但当接触线设置适当的预留驰度时可得到明显的改善。简单链型悬挂接触网的结构最为简单，投资最省，施工调整、运营维护及事故抢修较容易。简单链型悬挂主要在我国的普速线路和京津客运专线上使用。
1.2 弹性链型悬挂接触网
图2为弹性链型悬挂接触网的结构示意图，其与简单链型接触网的结构区别在于多了辅助承力索。弹性链型悬挂接触网静态弹性不均匀度较小，受电弓的运行轨迹也较平缓。但接触网的平均抬升量较大，稳定性较差，需专门的安装测试工具，施工调整及事故抢修难度比较大。在我国的沪蓉客运专线、武广高速客运专线及京沪高速客运专线等均是采用此种悬挂类型的接触网。
1.3 复式链型悬挂接触网
图3为复式链型悬挂接触网结构示意图，其构造较前两者差别较大，相对比较复杂。虽然此类型悬挂接触网弹性均匀系数相当好，但是造价高，且施工、维修等方面均不方便。此种悬挂方式的弓网系统主要在日本新干线等使用，从新建线路看在时速低于300km/h的线路上有向简链过渡的趋势。
2 受电弓
2.1受电弓类型
目前应用较多的高速列车受电弓大致包括德国DSA受电弓、法国TGV型受电弓及日本PS系列受电弓，DSA系列单臂受电弓是目前我国最新引进的产品，适用于相应速度等级的各种电力机车及动车组，如哈大线使用的是DSA200CR受电弓，秦沈线上使用的是DSA380CR受电弓。DSA系列受电弓采用先进的结构设计及大量采用优质铝合金和不锈钢等轻型材料，整弓质量较轻，实现了弓网的良好接触。带有独特的自动降弓装置，动态情况下离线150mm。DSA250型受电弓广泛应用在“和谐号”动车组列车上，以适应高变化的沿线架空电缆接触网。法国国铁（SNCF）所采用的160km/h以上的受电弓有AMDE型受电弓、GPU型受电弓、X系列受电弓。法国东南新干线采用AMDE型受电弓于1981年2月26日，创造了380km/h的当时的世界记录，AMDE型受电弓为双层小开度型（或称子母弓）受电弓。法国国铁（SNCF）在大西洋新干线采用GPU型受电弓于1990年5月18日，创造了515.3km/h的世界纪录。
2.2受电弓模型
随着研究的深入，一些标准的受电弓数学模型已经建立，从而形成了较为完整的受电弓模型库，主要包括：多刚体模型；归算质量模型；刚柔混合模型；柔性体模型等，如图4所示。采用不同的受电弓模型将对弓网动力学分析造成明显的差异。
通过研究，结果表明：对于受电弓多刚体模型，其仅有4个独立的自由度（垂向2个自由度），响应频率较低，模态分布也较为简单，同时各受电弓各部件的弹性变形也不能考虑，适用范围有限。与考虑上框架弹性的受电弓模型相比，弓网动力学性能差异不明显。对于受电弓归算质量模型，在垂向有2个或3个自由度，考虑了上框架的弹性变形，但模型响应频率较低，高频贡献和弓头滑板的弹性变形不能考虑。对于受电弓刚柔混合模型，在多刚体模型的基础上，考虑了单个部件的弹性变形，如，弓头和上框架等。由于采用弹性体建模，因而，来自高频范围的弹性变形贡献也能加以考虑。与归算质量模型相比，两者的动力学特性存在一定的差异，采用刚柔混合模型是合理的。对于受电弓整体弹性模型，在弓头、框架弹性模型基础上，对其他部分也采用弹性体建模，综合了以上等效模型的优点，同时也是全空间的模型。与刚柔混合的部分弹性模型相比，两者模态特性、频响特性基本是一致的，说明部分弹性的刚柔混合模型已可以反映受电弓的动力学特性。弓网系统用于接触网波动特性的研究时，接触网波动的主要频率都为低频，受电弓归算质量模型己经满足要求，而且受电弓归算质量模型计算速度相对较快。
3.现实平衡态弓网系统模型
对于弓网耦合系统模型，传统的研究主要考虑垂向的耦合，如图5所示，接触力主要通过垂向的相对位移来描述，而对于受电弓高速滑动过程中，由于纵向位移的侵入而导致的接触力变化并不能描述。
综合以上信息及我国铁路现状，简单链型悬挂适用于单弓取流、跨距较大、接触线张力较小的接触网系统，该类悬挂方式多用于我国目前普通铁路；弹性链型悬挂适用于双弓或多弓的高速取流，跨距较大，接触线张力的选取较大的接触网系统，该类悬挂方式多用于我国新建高速铁路使用。以上两种接触网结构为目前铁路较为通用的接触网形式，而与之匹配的受电弓大致包括德国DSA受电弓、法国TGV型受电弓及日本PS系列受电弓，DSA系列单臂受电弓是目前我国最新引进的产品，适用于相应速度等级的各种电力机车及动车组，如哈大线使用的是DSA200CR受电弓，秦沈线上使用的是DSA380CR受电弓。
参考文献：
[1]周宁，张卫华.双弓作用下弓网动力学性能.西南交通大学学报，2009，44（4）：552-557.
[2]Sung Yong Park，Bung UK Jeon，Jang Moo Lee，Yong Hyeon Cho.Measurementof low-frequency wave propagation in a railway contact wire with dispersivecharacteristics using wavelet transform[J]Key engineering materials，Vols.321-323（2006）ppl 609-1615.
[3]吴天行.弓网高速动态受流仿真研究.铁道学报，1996，18（4）：55-61
作者简介：
张辉，1986年11月9日，武汉铁路局武汉供电段，主要工作内容，电气化铁路接触网设备检查和检修及故障情况下的应急抢修任务。
论文作者:张辉
论文发表刊物:《基层建设》2015年24期供稿
论文发表时间:2016/3/18
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