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原文传递高速铁路接触网振动行为研究

论文题名：	高速铁路接触网振动行为研究
关键词：	高速铁路;接触网;振动行为;弓网系统;接触力;变动机理
摘要：	中国幅员辽阔，为高速铁路的大区域、长时间运行提供了空间需求，而中国传统文化中关于新年团聚的家庭习俗，以及中国政府在谋求国家稳定发展过程中提出的城市化政策，为高铁发展提供了市场需求。此外，在技术引进消化吸收再创新的理念以及“一带一路”，“走出去”等国家战略的引导下，中国高速铁路迅猛发展，而随着列车运行速度的提高，对于高速列车三大基础力学问题之一的弓网关系提出了更高的要求和挑战。本文基于理论分析、仿真分析和试验研究等手段，结合中国接触网系统实际运用过程中设计与施工的具体需求，围绕高速铁路接触网振动行为以及弓网系统相互作用规律，从移动载荷作用下弹性波导的振动特性，接触网振动试验研究与模态参数识别，高速受流时接触网的振动特性及其弓网相互作用规律，以及双弓受流条件下的接触网振动行为和接触力变动机理四个方面做了深入的探索。　　首先，在移动载荷作用下弹性波导的振动特性方面，应用有限元技术迭代找形方法对接触网静态平衡条件下的初始构形进行精确求解，降低重力作用下接触线和承力索最大位移偏差至0.202mm和0.024mm，实现张力误差减小至0.0045％和0.0625％;分析了接触网弹性分布与接触网线缆张力间的对应关系，并引入弹性波导色散关系分析接触网常用仿真模型的波动特性差异，厘清接触网弹性波传播群速度和相速度等关键基本概念，提出基于位移等值线图法识别实际接触网弹性波传播群速度的方法，识别结果与试验结果相对误差小于2％;利用谱分析方法，研究了接触网定位器、吊弦等位置处的波动传播系数，辨识了定位器和吊弦位置处弹性波传播特征;探索了移动载荷作用下接触网内共振条件，研究结果表明移动载荷作用下接触网共振现象与载荷所激起弹性波波长相关，当该弹性波长与接触网以定位点为节点的模态振动波长呈比例时，将出现移动载荷下的接触网内共振。　　其次，在接触网振动试验研究和模态参数识别方面，基于接触网位移实测数据分析和有限元迭代搜索技术，提出一种综合方法应用于接触网阻尼特征参数识别，同时辨识了接触网模态阻尼比和可用于接触网有限元分析的瑞利阻尼系数。结果表明，接触网在1.2Hz附近的模态阻尼比约为1％。当使用瑞利阻尼模型近似接触网振动衰减特性时，质量和刚度阻尼系数取分别为0.02845和0.00274能够获得较为真实的衰减效果。此外，分析了外载荷激励作用下接触网拍振谐波频率及其来源，同时基于位移等值线图精准辨识了弹性波对接触网的局部振动的影响规律　　而对于高速受流时接触网基本振动特性及弓网相互作用规律，探明了受电弓以不同运行速度激扰接触网时，简单链型和弹性链型接触网承力索和接触线整体同步运动规律，研究结果还表明，在低速情况下，接触网定点位移和空间波形分布关于受电弓通过前后的时间和空间位置对称，而在高速情况下，此对称性受到影响，且接触网定点位移和空间波形存在明显的扰动区和非扰动区，分界点应力水平急剧变化，简单链型接触网应力危险点位于承力索悬挂位置处，弹性链型接触网应力危险点位于接触线定位点处，当受电弓运行速度达接触网波动速度0.8倍时，简单链型和弹性链型接触网承力索应力相对其预应力增幅分别达51.74％和47.1％，接触线应力增幅分别可达13.12％和10.96％，弹性链型弹性吊索应力增幅达16.40％;基于接触力频谱分析分析了弓网受流质量变化规律，在不同运行速度范围内，当受电弓跨距通过频率超过接触网二阶模态族中第一个模态频率时，接触网振动行为进入二阶模式，弓网受流质量显著提升，同时提出在特定运行速度条件下通过调整接触网结构参数，保持弓网接触力频率成分小于吊弦通过频率以提升弓网受流质量的基本方法及其原理;研究了弹性链型接触网中弹性吊索张力和长度的变化对弓网接触力时频特征的影响规律，结果表明弹性吊索张力和长度会改变接触网在定位点和第二根吊弦间的刚度和弹性分布，从而会引起受电弓弓头抬升位移的变化，但对弓网受流质量影响不明显。　　最后，针对双弓作用下的接触网振动行为与弓网接触力变动机理，提出基于单弓受流结果重构双弓受流条件下接触网振动行为的方法，为多弓受流研究提供基本手段，同时，基于谱分析方法，研究了弹性波作用下弓网接触力变动机理，并成功应用于双弓受流时弓网受流质量周期性变动原因分析，结果表明，受电弓与弹性波导通过滑动接触相互作用时，波导上连续传播的弹性波造成接触力的变化，而弹性波不同相位处的振动造成接触力波动存在相互抵消现象，从而连续传播的弹性波能引起稳定的接触力波动，双弓受流条件下，无论是简单链型接触网还是弹性链型接触网，前弓受流质量受加入的第二个受电弓的影响较小，但是前弓激起接触网的弹性振动会对后弓弓网接触状态造成不利或有利影响。在某确定运行速度条件下，若接触瞬间弓网接触点处的接触线相对受电弓呈避振状态，后弓受流质量将得到改善，而改善的效果与此时接触点处接触线运动速度大小正相关。
作者：	邹栋
专业：	载运工具运用工程
导师：	张卫华
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文