接触网-参数设计

接触网工程课程设计评语：
考勤（10）
守纪
（10）
设计过程
（40）
设计报告
（30）
小组答辩
（10）
总成绩
（100）
专业：电气工程及其自动化
班级：电气1104
姓名：香磊
学号：201109433
指导教师：闵永智
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2014 年 7月 1日
接触网课程设计报告
1
1设计原始题目
1.1 题目
高速电气化铁路接触网的控制参数设计。

1.2 内容
根据高速接触网的控制参数及理论分析，设计哈—大高速电气化接触网控制参数。

1.3 设计方案
高速接触网控制参数包括静态特性，动态特性，波动速度， 系数等。

本设计主要对接触线的波动传播速度，反射系数，多普勒因数，增强系数，链形悬挂的固有频率五个方面进行计算。

2 设计计算
根据文献参考，可以查询得京沪高速电气化铁路的常用参数如表1所示。

表1 京沪高铁各种参数
量的名称 符号
单位名称 大小 承力索张力 C T kN 21 接触线张力 j
T kN 30 承力索线密度 C m kg/m 1.08 接触线线密度 j
m
kg/m 1.08 列车实际速度
V
km/h 300 近支撑点吊线间隔 i l m 10 跨距 l
m 65 抬升力 P
N
74 刚度
EI 2Ngm
320
许用应力
N
2mm 230
2.1 波动传播速度
波动传播速度：受电弓抬升引起接触悬挂的振动，该点振动波会沿接触悬挂传播，传播的速度称为波动传播速度。

波动传播速度按式(2.1)计算：
m
T
C ∑∑=
(2.1)
式中： T ∑——接触悬挂承力索（辅助承力索）和接触导线的张力之和(N)
m ∑——接触悬挂承力索（辅助承力索）和接触导线的线密度之和(kg/m)
C ——接触网的波动传播速度(km/h)
将数据代入式2.1得：
)km/h (15408
.108.121000
30000=++=
C
接触线的波动传播速度： m
T C j p 6
.3= (2.2)
式中：
j
T ——接触线的张力(N)
m ——接触线的密度(kg/m)
将数据代入式2.2得
)km/h (60008
.130000
6.3=⨯
=p C 2.2反射系数
高速运行的接触网的振动波在遇到非均质点（如吊弦、中锚、电连接线夹、定位线夹、分段绝缘器处）时冲击被反射，这种反射影响反射系数，即反射使振动波衰减或增强。

反射系数越小，波动传播速度可提高。

反射系数用下式表示： j
j C C C
C m T m T m T r ⋅+⋅⋅＝
(2.3)
式中：
C T ——承力索的张力(kN)
j
T ——接触线的张力(kN)
C m ——承力索单位长度的质量(kg/m)
j
m ——接触线单位长度的质量(kg/m) 将数据代入式2.3得
54.06.1500.1800
.18008
.12100008.13000008.121000=+=⨯+⨯⨯=
r
2.3多普勒因系数
在高速运行中，受电弓会受到接触悬挂各种结构因匹配及诸多参数造成干扰
和影响，其扰动力激发的接触悬挂形成的振动波与高速运行的受电弓形成复杂的振动状态，使弓网相互影响和制约，这种相互作用的关系称为多普勒效应，用多普勒因系数α表示，它是波动传播速度与运行速度有关的系数。

可用下式表示：
V
C V
C α+-=p p (2.4)
式中： α——多普勒因系数
p
C ——波动传播速度(km/h) V ——列车运行速度(km/h) 将数据代入式2.4得：
33.0300
600300-600=+=α
2.4 增强系数（增强因数）
受电弓在高速运行中，在通过定位点或跨内等距吊弦点时，会周期性的激发接触线的振动，（以波动形式表现）这种激发接触线的振动波在传播和反射时会增强其振幅，振幅的增强度用增强系数表示：
a
r
＝γ (2.5)
式中： γ——增强系数
r ——反射系数
a ——多普勒因系数
将以上计算数据代入式2.5得：
64.133
.054.0==γ
2.5 链形悬挂的固有频率
直链形悬挂在一跨内是一个平面汇交柔索力系，是具有多自由度的振动系统，该系统存在大量的固有频率。

对于由基本相等跨组成的链形悬挂，存在着对称和反对称振动方式，振动波幅位于对称轴上；若为反对称方式，振动波节位于对称轴上，若是跨距为偶数值的链形悬挂，其对称轴落在支撑点上。

若为反对称振动，基波振动的波长等于双倍的跨距距离。

如果把振动理解为静止的波，由此计算出其频率为：
l
m m T T l
C f c
j 22c j 1++==
(2.6)
将数据代入式2.6得：
02.11=f
式中： C ——为链形悬挂振动的平均传播速度。

l ——跨距。

若是对称振动，至第一个区间吊弦的这一段同时包括在内，其频率为：
1
c j c j 1
22T T 2l l m m l l C
f +++==
＋ (2.7)
式中： i l ——为靠近定位点吊弦之间的距离，对于这种简单模式，第一次谐波振动的频率是基波振动的两倍。

将数据代入式2.7得：
96.02=f
3 设备选择及绘制装配图或示意图
受电弓高速运行时接触网的变形示意图如图1所示。

图1 受电弓高速运行时接触线的变形示意图
图(a)把三条曲线绘在一起，为便于比较，图(b)、(c)、(d)三条曲线表明三种运行状态：
图(b)表示在行车速度V＜＜Cp其振动波形在力P的作用点前后没有较明显的改变，只是由于阻尼作用，在力P作用点右方，波的振幅有一定程度的衰减，对接触线和受电弓没有影响。

图(c)表示在行车速度V＜Cp时，且接近于Cp，其振动波的波形在力P作用点右方有明显的改变（衰减），这时，对接触线的应力及受流均产生一定的影响。

图(d)表示行车速度V=Cp时，即振动波和受电弓以相同的速度运行和传播，这时，接触线在力P的作用点处产生严重的变形，在力P的右方，接触线几乎变成一条直线，其左方产生严重变形，这时接触线的应力和受流均极为不利。

4 设计评价与结论
高速接触网的控制参数，就是接触网自身影响高速运行的基本因素，研究这些参数的最终目的是保证良好、稳定地受流及使接触线具有较长的使用寿命。

理论分析表明，接触网适应高速的性能与接触线、承力索及吊弦三者之间的耦合及参数因素有关，即接触线的振动波在遇有非均匀质点时被反射，反射因数越小，表明接触悬挂的耦合性越好，其波动速度会大为提高，哈—大高铁的反射因数只有0.33，满足高速运行的要求。

接触网的受流质量是高速接触网的三大难题之一，本课程设计通过分别对接触网的五个控制参数进行分析与计算，得出以下结论：（1）为了增大接触网正常运行的可靠性，要尽量提高接触线的波动速度和接触线的张力，提高接触线的张力是目前全国普遍采取的技术措施，可以有效地提高接触线的波动速度，有利于机车的高速运行。

（2）为了保证行车的安全及延长接触线的使用寿命，必须在线材应用上保证线材的使用应力大大低于其许用应力。

（3）减少受电弓对接触线的抬升力和接触线的刚度，可以提高接触线的疲劳可靠度，从而提高接触线的安全运行和延长使用寿命。

参考文献
[1] 于万聚著.高速电气化铁路接触网[M]. 成都:西南交通大学出版社.
[2] 铁道部电气化工程局电气化勘测设计院编.电气化铁道设计手册：接触网[M].中国铁道出版社.
[3] 铁道部电气化工程局第一工程处编.电气化铁道施工手册：接触网[M].中国铁道出版社.。