接触网设计参数的影响

9.5.1 概述

大量的设计参数影响着为列车提供电能的接触网的动态特性，特别是那些高速运行的列车。接触网和受电弓的相互作用的理论研究 (见第9.2节) 制定出了用于评定各种参数影响的一系列标准定义。除此之外，也掌握了检验两个部分系统相互作用的测量方法，并且进行了对各参数在运行接触质量方面影响的试验性研究 [9.8、9.30](见第9.4节)。从这些研究中得出的结论可以作为电气化铁道相互作用的接触网系统结构和机械设计的依据。

9.5.2 接触网设计的标准

9.5.2.1 弹性和抬升

接触网的抬升必须保持在最低限度，以便实现良好的接触质量。此外，支持装置的机械设计会限制在这些点上可能产生的垂直运动。在低、中速条件下，即运行速度达到约50%的波传播速度时，抬升值与接触网设备的弹性和受电弓作用的接触压力成比例。为了在提高速度时保持良好的接触质量，接触压力也必须增加。这就是说必须保持尽可能低的弹性以限制抬升。

图9.39 利用FEM计算得出的德国铁路设计的Re250型架空接触网的弹性图

图9.40 德国铁路AG公司采用的Re100、Re160、Re200和Re250型标准架空接触网的弹性

接触网的弹性，可以通过建立足够精确度的数学模型，根据有限元法 (FEM)进行计算。

图9.39为计算出的德国铁路设计的Re250型接触网的弹性图形。[9.17] 中描述了相应的计算方法。图9.40中列出了德国铁路各种标准的接触网的经过大量测量得出的各种数值，以供比较。

可利用下列公式计算跨距中间的弹性

式中 l——纵向跨距，m;

H_CW——接触线张力，kN;

H_CA——承力索张力，kN;

k——系数(3.5～4.0)。

上述内容选自参考文献 [9.31]。在悬挂系统中，没有弹性吊索的k=4.0，有弹性吊索的k=3.5。

表9.2 接触网弹性和弹性均匀度的规格

图9.41说明，式 (9.80) 求得的接触网弹性近似值是可靠的和可接受的。

悬挂点外的弹性取决于接触网设备的结构。如果在悬挂点上的接触网没有弹性吊索，悬挂点上的弹性只能实现跨中值的30% ～50%。但加上弹性吊索的接触网悬挂点上的弹性可以大约增加到跨中值 (图9.41) 的90%。

图9.41 带弹性吊索和不带弹性吊索的接触网跨中的弹性为张力的函数(跨距65m，测量值和近似计算估算值的比较)

随着列车速度的提高，弹性的均匀性显得越来越重要。弹性均匀度

其中，e_max和e_min是弹性的最大和最小值，弹性具有沿跨距变化的特性。均匀度低于10%的，对高速接触网比较合适并易于实现 (见表9.2)。由受电弓作用的接触压力的平均值和接触网的弹性决定接触线抬升。随着列车速度的提高，一个动态抬升成分被添加到静态值上。这一动态量随速度提高而明显增加，是接触网动态特性的一个函数。图9.42 (摘自 [9.7]) 是作为列车运行速度的函数的动态抬升值与静态值的各种计算结果的比较。计算的静态值就是由受电弓作用的平均接触压力和接触网弹性的产物。对于设计速度为200km/h (Re 200型) 的接触网，只是在230km/h及以上速度时，测得的动态抬升值才超过了计算数值。在更高的速度条件下，要注意动态成分的迅速增长。