电气化铁路弓网系统摩擦磨损性能研究进展

针对电气化铁路弓网正常和异常状态的接触副,分析受电弓滑板磨耗周期内的摩擦磨损性能差异性,特别是受电弓滑板的磨耗率和磨耗型面的差异性,包括:发生异常磨损时受电弓滑板磨损率数倍甚至数十倍的增长差异,以及局部偏磨、波浪型磨耗和贯穿性凹坑等磨耗型面差异;着重归纳不同弓网系统载流摩擦磨损试验台的特点及异同,总结磨耗检测接触式测量方法与非接触式测量方法的优劣;分析弓网系统结构及参数、列车运行参数、弓网系统载流参数及外界环境等因素的影响,归纳总结弓网载流摩擦磨损特性的演变规律.在此基础上,综合分析弓网系统磨耗机理分析模型和数据拟合模型的研究现状和进展,并给出弓网系统载流摩擦磨损性能在后续研究中所需重点关注的研究方向和发展趋势,包括:弓网摩擦副的真实服役工况在实验室条件下的等效模拟;弓网磨耗性能的在线高精度检测;复杂气候条件及多物理场耦合作用下弓网磨耗性能的仿真和优化;结合大数据和智能算法的弓网磨耗预测,以及智能运维策略和全生命周期的能力保持技术等.

弓网系统燃弧检测技术及评价方法研究概述

受电弓-接触网系统是电气化铁路的重要组成部分,也是电气化列车获取电能的唯一途径。弓网燃弧作为弓网系统受流质量评价的重要指标,有着检测便捷、评估直观的优势,由此衍生出多种燃弧检测方法。针对当前的不同燃弧检测方法,将其归纳为直接检测与间接检测2类。直接检测主要指基于电流、电压等电气参数的燃弧直接测量,间接检测主要包含基于声学、光学和电磁辐射等特性的远距离测量。针对以上的不同检测方法,详细论述了其应用场景、检测基本原理及相应的评判方法。在此基础上,综合分析了不同检测方法的优劣,并结合燃弧检测的相关标准,讨论了标准中有待改进和完善的地方以及燃弧检测后续研究的主要方向与发展趋势。

高速刚性弓网系统受电弓结构参数优化研究

通过弓网耦合系统动力学仿真和正交实验设计方法,研究了DSA250型受电弓六个结构参数变化对速度为160km/h的高速刚性地铁弓网系统动态受流性能的影响,选出了能改善受流性能的最优结构参数组合,并对各参数对受流性能的影响程度进行了排序。结果表明,选出的优组合参数能明显提高弓网系统的动态受流质量;六个结构参数中,受电弓弓头质量对弓网动态受流性能的影响最大,而上框架质量对受流性能的影响最小。

刚性悬挂接触网结构参数对地铁弓网系统受流特性影响仿真分析

为了对刚性悬挂接触网系统结构参数优化设计提供技术论证,优化地铁刚性接触网设计,研究了刚性悬挂接触网结构参数对地铁弓网系统受流特性的影响。基于有限单元法,建立了接触网有限元等效梁结构模型及简化为弹簧阻尼机构的受电弓归算模型。通过受电弓和接触网动态运行的仿真计算,分析研究了刚性接触网跨距参数、悬挂机构刚度参数及锚段关节处的结构参数对弓网系统受流的影响。仿真研究表明:当列车运行速度小于80 km/h时,建议采用的接触网跨距为10 m;当列车运行速度为120~160 km/h时,建议采用的接触网跨距为8 m;接触网悬挂刚度过小会恶化弓网之间的受流质量;通过减小锚段关节处相邻跨距之间的挠度差,可以有效提高弓网系统在锚段关节处的受流质量。

探讨高铁弓网系统检测技术与监测

交通运输行业的迅猛发展需要高速铁路线路的辅助支持。为了全面提升高速铁路系统运行的安全性与稳定性,科研人员通过反复模拟试验后,将一种新型的弓网检测系统应用于相关架构,取得较好的应用效果。基于此,本文首先简单说明了高速铁路弓网系统应用的背景和主要意义,继而介绍了智能弓网在线检测系统的组成;其次,分析了几种高速铁路弓网检测监测关键技术后;最后,说明了弓网检测监测体系运用实践相关内容,希望能够给同行提供一定的帮助。

基于磨屑分析的城市轨道交通弓网系统磨损机制研究

城市轨道交通中弓网系统的异常磨耗问题日益增多,围绕弓网系统摩擦磨损性能的影响因素,磨耗演变规律及磨损机制的研究已成为当下弓网关系研究的一个重要方向。通过对某城轨列车实际运行工况进行跟踪并收集其车顶磨屑,进行宏、微观形貌分析、化学元素分析、主要化学元素分布分析以探讨城市轨道交通中弓网系统磨屑主要来源以及磨损机制。结果表明:城市轨道交通弓网系统中磨屑的主要来源为滑板、接触线及弓网接触副因高温生成的氧化物;弓网系统的主要磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损和电弧烧蚀,氧化层的脱落导致更严重的磨粒磨损,电弧的烧蚀增加了滑板的磨损。

弓网系统滑动电接触特性

弓网系统接触电阻不仅是表征其电接触性能的重要指标,而且对弓网系统的受流质量和使用寿命有着重要影响。因此开展了不同牵引电流、运行速度和接触压力条件下的动态接触电阻试验,分析了上述3个因素对接触电阻的影响机理。研究表明:当接触压力小于100 N时,弓网系统接触电阻随着接触压力的增大而减小,当接触压力大于100 N时,接触电阻的变化趋于平缓;弓网系统接触电阻随着运行速度和牵引电流的增大而增大,且上升趋势较陡峭;在运行速度和牵引电流一定时,当接触压力大于80 N时,受电弓滑板的磨损量随着接触压力的增大而增大。

弓网系统静态接触电阻特性研究

弓网良好接触是保障机车稳定受流的关键,合适的弓网接触压力是弓网稳定可靠受流的基础。笔者研究了不同接触压力、牵引电流条件下的弓网静态接触电阻,并得到了弓网接触电阻的数学表达式。研究结果表明：弓网静态时接触电阻随接触压力、牵引电流增大而减小,接触压力小于70~80 N,接触电阻所接触压力的增加,接触电阻激剧减少;大于70~80 N后,接触电阻随接触压力的变化不明显,近似恒定关系。

弓网系统接触电阻特性

针对不同接触压力、牵引电流条件下弓网系统的静态和动态接触电阻进行试验研究。研究结果表明:弓网静态接触时接触电阻随接触压力、牵引电流增大而减小;动态时,接触压力和牵引电流一定的情况下,接触电阻随着列车速度的增加呈现出先增大再减少又增大的趋势,接触电阻随速度变化出现2个极值,说明接触压力与列车运行速度和牵引电流存在着最佳匹配关系。

弓网系统动态接触电阻数学模型的研究

弓网接触电阻是衡量弓网接触性能的重要指标,而接触压力、牵引电流和滑动速度是影响弓网接触电阻的重要因素。通过测试不同接触压力、牵引电流、滑动速度条件下的弓网动态接触电阻试验,阐明了弓网动态接触电阻随这3因素变化的趋势,并分析了它们的作用机制。研究表明:弓网动态接触电阻随滑动速度的增大而增大,且上升趋势逐渐加快;弓网动态接触电阻随牵引电流的增大而减小,且下降趋势逐渐趋于平缓;弓网动态接触电阻随接触压力的增大而减小,且下降趋势逐渐趋于平缓。根据试验结果和理论分析建立了弓网动态接触电阻关于接触压力、牵引电流和滑动速度的数学模型。经实验验证,该模型是有效的。

弓网系统受流摩擦下滑板温度分析与计算

弓网系统受流摩擦下滑板温度是影响其磨耗率的关键因素。笔者根据传热学原理和有限元方法,建立了滑板温度场的计算模型,给出了边界条件,并运用ANSYS建模和计算,得出载荷、速度、电流变化对滑板导电斑点温度的影响,并通过与实验数据对比证明了仿真模型的正确性。

随机风场对弓网系统动态性能影响研究

基于有限元软件MSC-Marc建立弓网系统模型,对在随机风场中的受电弓-接触网动态性能进行仿真研究。模型中采用欧拉-伯努利梁模型模拟接触线和承力索,受电弓和接触网模型之间通过接触实现耦合,使弓网作为一个整体进行动态仿真;采用适合接触网随机风场计算的沿高度不变的Davenport谱,运用谐波合成法数值模拟风场。在此基础上,采用MSC-Marc软件完成弓网系统在不同随机风荷载作用下的动态性能分析。实验结果表明:模拟随机风的功率谱函数与目标谱结果非常吻合,随机风场对接触网风振响应及弓网间的动态性能影响很大,且沿风向定位器的第一吊弦退出工作时间随风速增大而增长。通过仿真结果比较分析,为进一步研究随机风场下弓网系统结构参数配合奠定了基础。

基于预测控制的弓网系统半主动控制策略研究

针对弓网耦合问题,提出了弓网系统的半主动控制策略。根据建立的弓网模型和接触力历史数据,利用预测控制技术,预测下一时刻接触力;将预测值与理论值对比计算误差,MPC控制器将计算结果输出给电流变阻尼器;由电流变阻尼器提供接触力的控制输入变化量,使得实际值接近于理论值。实验结果表明:半主动控制策略在弓网系统的应用,能有效提高弓网耦合质量,抑制离线电弧的发生,优化受流质量。

弓网系统电弧侵蚀接触线时的热分析

电弧是受电弓-接触网系统在滑动受流过程中的一种现象。电弧虽能维持电动列车取流的持续性,但对弓网系统会产生电气侵蚀,并对环境带来电磁干扰。作者依据瞬态热传导理论建立弓网系统电弧烧蚀模型,通过热传导计算,推导出温度与时间、距离之间的关系。在MATLAB环境下编制程序,分别对静止电弧和运动电弧在2种热流输入情况下接触线的热过程进行仿真计算。结果表明,静止电弧和运动电弧对接触线的电气侵蚀程度不同。静止电弧在极短的时间内就能引起铜接触线表面熔化。不同速度的运动电弧对接触线表面的侵蚀程度不同,列车运行速度越高,电弧对接触线表面的侵蚀程度越轻微。

弓网系统滑动电接触瞬态温度场仿真研究

弓网系统瞬态温升会影响摩擦副的材料特性,进而加速系统磨耗。为减小弓网系统温度场引起的磨损,对其瞬态特性进行了研究。利用COMSOL Multiphysics软件建立了仿真模型,利用试验机,采用非接触式测温方法,验证了模型的有效性。对温度场瞬态过程进行仿真研究,结果表明,运行过程中,最高温度区由接触面逐渐转移至碳板内部,温度由接触区向四周呈递减趋势;在碳板接触区后端出现"高温拖尾"现象,拖尾长度随时间逐渐增大。上述研究结论对进一步研究滑板温度特性具有借鉴意义。

弓网系统的动态检测及研究

介绍了目前电气化铁路弓网状态的检测方法，给出了安装在运营电力机车上的弓网故障动态检测装置的系统组成、工作原理及现场使用情况，并将其与接触网检测车进行了比较。

弓网系统滑动电接触区域温度场仿真

弓网系统滑动电接触区域的高温会使摩擦副材料的磨损加剧并影响系统的受流质量,严重时甚至发生接触线断线事故。针对弓网系统受流摩擦下接触区域温度,研究弓网系统的温度场,进一步发现影响温度变化的因素。利用COMSOL仿真软件对弓网系统进行仿真,建立三维立体有限元模型,通过实验测得的数据验证了仿真模型的准确性,得出电流、压力、速度和滑板材料对接触区域的温度影响,接触区域温度随电流与速度的增加而升高,随压力的增大呈现U型变化,为弓网系统温度分析提供理论支持。

PSO优化的LS-SVM在列车弓网系统的建模研究

提出基于粒子群(PSO)优化最小二乘支持向量机(LS-SVM)的列车弓网系统建模方法。针对LS-SVM的超参数难以选择的问题,提出采用具有全局搜索性能的PSO优化LS-SVM超参数的方法。在建立弓网子系统模型的基础上,得到了弓网系统的整体动力学方程。最后进行弓网系统的仿真实验,结果表明,所提出的PSO优化LS-SVM模型比LS-SVM模型、子空间模型具有更高的预报精度,所提出的方法用于列车弓网系统的建模是有效的。

电弧对弓网系统接触线温度的影响

为研究电弧位置及能量对弓网系统接触线温度的影响,利用COMSOLMultiphysics软件建立了弓网系统摩擦副温度场仿真模型,通过实验验证了模型的有效性.利用弓网电弧实验数据对高速、强电流条件下的电弧能量进行预测,并将预测结果应用到温度场仿真计算.研究结果表明:电弧能量及位置不同,对接触面温升影响很大.电弧位置对温度的影响有时大于电弧能量对温度的影响.淋雨环境下电弧燃弧时间短,燃弧个数更多,导致接触线最高温度比无雨时大,对接触面侵蚀更严重.

欧洲高速铁路弓网系统标准体系

欧洲高速铁路弓网系统标准体系依据TSI建立。体系包含受电弓试验、架空接触网设计与施工、弓网动态性能测量、弓网动态性能仿真和弓网相互作用技术规范等方面的标准，这些标准分工明确又相互衔接。学习、借鉴欧洲高速铁路弓网系统标准及其体系，制定具有自主知识产权的中国铁路弓网系统标准及其体系，对快速发展的中国铁路具有重要的现实意义。