高速鐵路接觸網(wǎng)與電力機(jī)車受電弓關(guān)系的探討

劉家良 陳旭 張康 江文龍

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與人民日益提高的生活水平，高鐵動(dòng)車已經(jīng)成為了人民主要的出行方法。而高鐵動(dòng)車的運(yùn)作速度是普通火車的數(shù)倍，所以對(duì)于高鐵動(dòng)車的建造與高速鐵路修建有很高的技術(shù)要求。而其中高速鐵路接觸網(wǎng)與高鐵動(dòng)車受電弓關(guān)聯(lián)的研究一直是這方面的重點(diǎn)研究對(duì)象。其中針對(duì)弓網(wǎng)匹配、主動(dòng)控制受電弓等主要問(wèn)題一直都是這方面的難題，我國(guó)的技術(shù)工程師花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力一直致力于這方面的研究。

關(guān)鍵詞：高速鐵路受電弓;高速鐵路接觸網(wǎng);關(guān)系探討

引 言

我國(guó)的高速鐵路建設(shè)在世界上占據(jù)的地位不可謂不優(yōu)越。和普通的鐵軌比起來(lái)，安全性高、平順性高、穩(wěn)健性高、精準(zhǔn)度高等都是高速鐵路擁有的特征。而要想保證這五大特點(diǎn)能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，那便需要更加先進(jìn)的高速鐵路受電弓與接觸網(wǎng)?相互配合的技能。而如何處理好弓網(wǎng)關(guān)系與弓網(wǎng)匹配的難點(diǎn)更是這方面的重中之重。其中弓網(wǎng)受流的發(fā)出是需要接觸網(wǎng)與受電弓兩兩接觸，發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而發(fā)出的。所以要想有效的解決這兩者之間的關(guān)聯(lián)，需要從多個(gè)方面共同努力。

一、高速鐵路受電弓

1、高速鐵路受電弓與接觸線的匹配

路網(wǎng)系統(tǒng)與運(yùn)輸系統(tǒng)是高速鐵路系統(tǒng)的兩個(gè)組成部分。而其中路網(wǎng)系統(tǒng)又分為工務(wù)工程、供電、通信、車輛四個(gè)附帶系統(tǒng);而運(yùn)營(yíng)、車輛、環(huán)境三個(gè)附帶的系統(tǒng)組成了運(yùn)輸系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)的職責(zé)各有不同，其中鐵路供電、變電等工作由供電協(xié)調(diào)小組負(fù)責(zé);高鐵動(dòng)車的取流限值、電壓的計(jì)量與高鐵動(dòng)車的變壓間的保護(hù)等工作由車輛協(xié)調(diào)小組負(fù)責(zé)。其中比較特殊的是受電弓，雖然受電弓是安裝在動(dòng)力機(jī)車上面，但是受電弓與接觸網(wǎng)之間是一個(gè)相互聯(lián)系的整體，所以受電弓也是供電小組需要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)的范圍。由于工業(yè)、科技、高鐵技術(shù)的快速成長(zhǎng)，高速鐵路已經(jīng)開發(fā)出了多種多樣的運(yùn)輸形式。目前已知的運(yùn)輸形式有三種：一種是高速鐵路與既有線間動(dòng)車不跨線運(yùn)輸形式，這種運(yùn)輸形式目前所使用的國(guó)家是日本;第二種是高速鐵路動(dòng)車下線覆蓋既有線運(yùn)輸形式，這種運(yùn)輸形式主要使用的國(guó)家是德國(guó)和法國(guó);第三種形式就是我國(guó)的高速鐵路與既有線接動(dòng)車跨線運(yùn)輸形式。我國(guó)所使用的運(yùn)輸形式是全世界高速鐵路運(yùn)輸形式當(dāng)中運(yùn)輸里程最大的形式。其全部采取的是銅合金或者銅接觸線，而其中最適合用于銅合金或銅接觸線的原材料是受電弓碳滑板，它能夠保證高鐵動(dòng)車在高速行駛狀態(tài)下的安全性。而在我國(guó)的高鐵動(dòng)車使用的運(yùn)輸形式當(dāng)中，應(yīng)該特別關(guān)注的是受電弓與接觸線的安全性，這需要在高速鐵路進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候用動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)校正。

2、新型高速鐵路受電弓的研制

高速鐵路在其實(shí)用性、安全性上都大大領(lǐng)先于普通鐵路。不過(guò)在高速鐵路運(yùn)作時(shí)受電弓所發(fā)出的噪聲明顯比普通鐵路的要大。這主要是因?yàn)楦咚勹F路在運(yùn)作時(shí)受電弓與接觸線之間摩擦所發(fā)出的機(jī)械噪聲、氣動(dòng)噪聲、電弧噪聲。想要解決這一缺點(diǎn)，需要從接觸網(wǎng)設(shè)置，動(dòng)工檢驗(yàn)等方向入手，降低升弓運(yùn)作時(shí)的受電弓數(shù)量。從20世紀(jì)末以來(lái)，日本、法國(guó)等國(guó)家投入了大量的研究，提出了許多方法來(lái)降低高鐵動(dòng)車運(yùn)作時(shí)受電弓所發(fā)出的噪聲。比如日本高速鐵路就采取了減少數(shù)電弓數(shù)量的措施、而德國(guó)自主研發(fā)了“主動(dòng)控制單臂受電弓”，又稱作有源調(diào)節(jié)受電（ASP）。其根本的道理是在受電弓運(yùn)作時(shí)在其中加上一個(gè)用來(lái)感受受電弓所受到的壓力的傳感器，并且通過(guò)數(shù)控處理迅速有效地調(diào)劑高速鐵路在運(yùn)作時(shí)的弓網(wǎng)所接收到的壓力的變化范圍，以至于弓網(wǎng)故障率、弓網(wǎng)磨損、受電弓噪聲、建造費(fèi)用等大大降低。目前，ASP技術(shù)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)廣泛使用，我國(guó)應(yīng)該加大對(duì)其研究的力度與資源的投入。

二、高速鐵路接觸網(wǎng)

在高鐵動(dòng)車行駛在高速鐵路上時(shí)需要使用大功率的電流，而高速鐵路接觸網(wǎng)便是向高鐵動(dòng)車輸送電流的設(shè)施。在其向高速運(yùn)作的動(dòng)車組傳遞大功率的電能時(shí)，必須要保證電流在傳輸過(guò)程中平穩(wěn)、連續(xù)。而接觸懸掛方法的比選便是其中的關(guān)鍵因素。對(duì)于接觸懸掛方法的比選主要可以分為三種：第一種是彈性鏈形懸掛和使用回流電的方法。這種方法利用的都是小截面積的接觸線與碳滑板受電弓，并且接觸線所利用的原材料都是導(dǎo)電性較好的銅鎂合金。這種方法的受電弓運(yùn)作軌道比較平穩(wěn)，但是當(dāng)接觸網(wǎng)在運(yùn)作時(shí)發(fā)生故障的時(shí)候?qū)ζ涞男拚y度比較大接;第二種是簡(jiǎn)單鏈形懸掛方法。主要使用這種方法的代表國(guó)家是法國(guó)。1981年9月，法國(guó)開通了全國(guó)第一條高速鐵路線：TGV東南線，這是歐洲的第一條高速鐵路線，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)的缺乏，所以在其修建過(guò)程當(dāng)中所使用的方法都是采納的普通鐵路的修建方法，即利用了彈性鏈形懸掛與鋼滑板受電弓，并且定位系統(tǒng)在其結(jié)構(gòu)的最大抬升空間是240mm。在列車運(yùn)作的過(guò)程當(dāng)中，因其大多數(shù)都是在大風(fēng)速的沿海地區(qū)運(yùn)作，并且鋼滑板受電弓與碳滑板受電弓相比起來(lái)?yè)碛懈蟮馁|(zhì)量，受電弓在運(yùn)作時(shí)的靜抬升力大大增加，所以多次發(fā)生了受電弓和定位裝置相互撞擊的故障，以至于在今后的高速鐵路修建過(guò)程中只好利用簡(jiǎn)單鏈形懸掛的方法，并且將結(jié)構(gòu)的最大抬升空間提高到了400mm。這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)便、修建和保護(hù)比較方便，但是其不勻稱度的指標(biāo)比較差;第三種便是日本早期使用的復(fù)鏈形懸掛方法。日本處在地震頻發(fā)與臺(tái)風(fēng)較多的自然環(huán)境下，并且早期受到技術(shù)的限制，所以在高速鐵路的修建上不得不利用復(fù)鏈形懸掛的方法。這種方法雖然對(duì)于惡劣的自然環(huán)境有較大的優(yōu)勢(shì)，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)高昂并且維修過(guò)于困難，所以這種方法逐漸被更加先進(jìn)的簡(jiǎn)單鏈形懸掛所取代。對(duì)于以上三種懸掛方法的選擇需要根據(jù)具體的環(huán)境要求提前做態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇最合適的方法，這樣才可以提高系統(tǒng)的效率與安全性。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的高速鐵路行業(yè)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域，在世界上也是占有重要的地位。我國(guó)通過(guò)集成引進(jìn)、自主創(chuàng)新成為了世界上第一個(gè)生產(chǎn)出接觸網(wǎng)與兩列時(shí)速350Km/h的動(dòng)車組聯(lián)掛升雙弓運(yùn)作，比之國(guó)外的列車空間超出1.1m，這是我國(guó)高鐵技術(shù)的又一大進(jìn)步。但是如果想要讓高速鐵路運(yùn)作時(shí)更加安全方便，那么就需要技術(shù)人員投入更多的時(shí)間與精力去研究更加有效的接觸網(wǎng)與受電弓，這是我國(guó)工程師接下來(lái)面臨的巨大挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

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