關(guān)金發(fā)， 田志軍， 吳積欽

(1. 西南交通大學 電氣工程學院， 四川 成都 610031； 2. 中鐵第一勘察設(shè)計院 電化處， 陜西 西安 710075)

剛性接觸網(wǎng)在隧道內(nèi)相對柔性接觸網(wǎng)具有一定優(yōu)勢，其接觸線無張力，不用設(shè)置下錨裝置，不會發(fā)生斷線事故，零部件少，載流量大，安全可靠，維修工作量小等，被廣泛地應(yīng)用于地鐵隧道內(nèi)[1]。自2002年廣州地鐵2號線剛性接觸網(wǎng)試掛成功后，剛性接觸網(wǎng)逐步替代柔性接觸網(wǎng)，成為城市軌道交通隧道內(nèi)架空接觸網(wǎng)的主要形式。上海地鐵6、8、9、10、11號線；廣州地鐵2、3號線；南京地鐵1號線；成都地鐵1、2號線；北京地鐵14號線等工程均采用剛性接觸網(wǎng)[2]。在干線鐵路中，石懷線電氣化擴能工程、新建蘭武二線烏鞘嶺隧道等剛性接觸網(wǎng)均得到良好的應(yīng)用[3]。

隧道內(nèi)外結(jié)合部存在剛性接觸網(wǎng)與柔性接觸網(wǎng)轉(zhuǎn)換的過渡段，稱為剛?cè)徇^渡。受電弓通過該區(qū)域的弓網(wǎng)動力性能一般較差，屬于接觸網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)。國內(nèi)外學者對受電弓與剛性接觸網(wǎng)的研究主要集中在受電弓與剛性接觸網(wǎng)建模及弓網(wǎng)動力響應(yīng)分析上，針對剛?cè)徇^渡結(jié)構(gòu)的研究較少。梅桂明[4]通過對剛性-剛?cè)?柔性懸掛接觸網(wǎng)、受電弓動力學仿真，發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)間接觸力在剛?cè)徇^渡段出現(xiàn)較大波動。王世軒[5]建立了貫通式和錨段關(guān)節(jié)式2種剛?cè)徇^渡仿真模型，得出了不同速度等級下受電弓由柔性接觸網(wǎng)過渡至剛性接觸網(wǎng)在過渡區(qū)的接觸力均比反方向波動大。趙正路[6]針對石懷擴能工程中剛?cè)徇^渡弓網(wǎng)關(guān)系較差的問題，利用施工誤差的大小及方向調(diào)整了剛?cè)徇^渡接觸線高度，該調(diào)整方案通過了冷滑試驗。T.Kobayashi[7-8]通過研究原有錨段關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡不能滿足更高速度的弓網(wǎng)動力性能，設(shè)計一種新型錨段關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，在柔性接觸網(wǎng)處增加剛性匯流排或采用貫通式剛?cè)徇^渡方案，通過跑車試驗，論證了新結(jié)構(gòu)的運行性能可達130 km/h。Furrer[9]提出了一種貫通式剛?cè)徇^渡結(jié)構(gòu)。部分學者建立了弓網(wǎng)有限元模型，研究剛性接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)質(zhì)量、運行速度、跨距、匯流排坡度、弓網(wǎng)接觸剛度、受電弓弓頭質(zhì)量等單因素變化的弓網(wǎng)動力響應(yīng)[10-15]。綜上所述，尚未見有關(guān)160 km/h剛?cè)徇^渡系統(tǒng)方案的研究。

隨著城市軌道交通的發(fā)展，電氣化列車的運行速度將增加，隨之產(chǎn)生的問題是速度更快的受電弓是否適應(yīng)當前的剛性接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)?；诖耍疚姆治黾扔袆?cè)徇^渡的結(jié)構(gòu)，進行剛?cè)徇^渡仿真模型的建立，研究160 km/h及以上速度的受電弓與剛性接觸網(wǎng)、剛?cè)徇^渡區(qū)段、柔性接觸網(wǎng)動力相互作用，為研制160 km/h受電弓與剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)方案提供前期研究基礎(chǔ)。

1 既有剛?cè)徇^渡結(jié)構(gòu)分析

簡單的把接觸網(wǎng)等效成連續(xù)垂向質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，柔性接觸網(wǎng)的剛度要比剛性接觸網(wǎng)的小，為使受電弓平穩(wěn)地通過過渡區(qū)段，過渡區(qū)的剛度應(yīng)是漸變的，工程中使用剛?cè)徇^渡匯流排使剛度漸變，見圖1，通過從剛性接觸網(wǎng)到柔性接觸網(wǎng)按照從密到疏依次在匯流排上開槽實現(xiàn)。

既有剛?cè)徇^渡有2種實現(xiàn)方式(見圖2)：一種是錨段關(guān)節(jié)式過渡，即剛性接觸網(wǎng)與柔性接觸網(wǎng)是兩支懸掛過渡，其工作原理是柔性接觸網(wǎng)進入隧道后承力索拉出下錨，接觸線上安裝剛?cè)徇^渡匯流排然后下錨，與剛性接觸網(wǎng)利用空間幾何關(guān)系使受電弓順利通過；另一種是貫通式過渡，即剛性接觸網(wǎng)與柔性接觸網(wǎng)合為一支接觸懸掛，其工作原理是柔性接觸網(wǎng)進入隧道時承力索于隧道口或內(nèi)部下錨，接觸線上安裝剛?cè)徇^渡匯流排然后直接接入剛性接觸網(wǎng)。

剛?cè)徇^渡的剛性接觸網(wǎng)一般使用8 m Π型截面鋁合金匯流排，定位懸掛為門型結(jié)構(gòu)或腕臂式結(jié)構(gòu)，錨段中間設(shè)中心錨結(jié)，其中定位點的剛度均較大。

城市軌道交通柔性接觸網(wǎng)一般使用雙接觸線懸掛，而干線鐵路柔性接觸網(wǎng)使用單接觸線懸掛。柔性接觸網(wǎng)線索材料和張力組合與供電制式和速度等級相關(guān)。

2 剛?cè)徇^渡結(jié)構(gòu)的弓網(wǎng)仿真模型

考慮弓網(wǎng)仿真模型與實際弓網(wǎng)系統(tǒng)存在誤差，為研究滿足160 km/h剛?cè)徇^渡結(jié)構(gòu)，目標速度應(yīng)適當增加，留有余量，本文設(shè)定為180 km/h。

既有動車組的設(shè)計最高運行速度為250 km/h，實際最高運行速度為200 km/h，與本文設(shè)定值接近，基于此，假設(shè)本研究的對象為動車組。與之配合使用的受電弓型號為DSA250。故以下以DSA250型受電弓為例，設(shè)計與之匹配的剛?cè)徇^渡。

DSA250型受電弓的動力仿真模型為圖3所示的三質(zhì)量-剛度-阻尼集中質(zhì)點模型，其中m1～m3、k1～k3、c1～c3分別為下臂桿、上框架和弓頭的質(zhì)點歸算質(zhì)量、剛度和阻尼；fc、f0分別為弓網(wǎng)接觸力和靜態(tài)抬升力；y1～y3分別為下臂桿、上框架和弓頭的質(zhì)點位移。具體模型參數(shù)見表1。三質(zhì)點受電弓的動力學方程為二階微分方程組

( 1 )

式中：Mpa、Cpa、Kpa為受電弓的質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣；ypa為受電弓的位移矩陣；Fcpa為外力矩陣，包括靜態(tài)升弓力和接觸力。

動車組上的受電弓數(shù)量視用電量而定，8節(jié)車使用1架受電弓，16節(jié)車使用2架受電弓。本文針對雙弓進行研究，若雙弓滿足弓網(wǎng)動力性能要求，則單弓也滿足。動車組雙弓間距取200 m。

使用剛性接觸網(wǎng)的線路中，廣州地鐵3號線北延段的運行速度較高，為120 km/h，實際弓網(wǎng)運行受流良好。以此剛性接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)為參考，見表2，建立剛性接觸網(wǎng)動力仿真模型。剛性接觸網(wǎng)的定位點懸掛剛度設(shè)定為一個較大的值。

表1 DSA250型受電弓質(zhì)點系模型參數(shù)

表2 剛性接觸網(wǎng)參數(shù)

接觸網(wǎng)作為牽引供電系統(tǒng)的載體與電流制式密切相關(guān)。由于運行速度為160 km/h，其相應(yīng)鐵路線路較長，宜采用交流供電方式。此時，柔性接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可參照干線鐵路。

參照德國聯(lián)邦鐵路，與DSA250型受電弓匹配的接觸網(wǎng)型號為Re250，以該接觸網(wǎng)型號的結(jié)構(gòu)及參數(shù)(見表3)，建立柔性接觸網(wǎng)動力仿真模型。

表3 Re250柔性接觸網(wǎng)參數(shù)

不同剛?cè)徇^渡方式，均需利用剛?cè)徇^渡匯流排，剛?cè)徇^渡動力仿真模型的重點是處理剛?cè)徇^渡匯流排。觀察圖1剛?cè)徇^渡匯流排按一定距離開切槽，且切槽深度逐漸變大，每個槽的高度、截面和慣性矩都在變化，其高度變化規(guī)律見圖4，一共有6個槽，槽1最淺，槽6最深，不同高度的截面積和慣性矩見表4。

表4 不同截面高度匯流排參數(shù)

利用有限元法，將剛性接觸網(wǎng)、柔性接觸網(wǎng)和剛?cè)徇^渡匯流排等各結(jié)構(gòu)離散成有限單元，建立統(tǒng)一的動力學仿真模型。

由于接觸網(wǎng)沿線路布設(shè)，其長度相對截面大得多，故將剛性接觸網(wǎng)的匯流排和接觸線共同等效成空間梁單元，柔性接觸網(wǎng)的接觸線、承力索、彈性吊索和定位器分別等效成空間梁單元。剛性接觸網(wǎng)的定位懸掛結(jié)構(gòu)等效成彈簧單元。柔性接觸網(wǎng)的吊弦等效成僅受拉不受壓的索單元。

剛?cè)徇^渡模型的邊界條件為：(1)剛性接觸網(wǎng)的定位點彈簧懸空節(jié)點全自由度約束，中心錨結(jié)定位點全自由度約束，所有定位點約束線路方向和垂直線路方向的轉(zhuǎn)動自由度；(2)柔性接觸網(wǎng)的定位器一端連接接觸線，一端約束除線路方向和垂直線路方向轉(zhuǎn)動自由度外的自由度；(3)柔性接觸網(wǎng)的承力索支持點約束除線路方向平動自由度外的自由度；(4)柔性接觸網(wǎng)的接觸線和承力索在剛?cè)徇^渡一側(cè)的下錨節(jié)點約束所有自由度，在另一側(cè)的下錨節(jié)點約束除線路方向平動自由度外的自由度。

剛?cè)徇^渡模型的初始條件：(1)柔性接觸網(wǎng)線索張力引起的幾何剛度；(2)柔性接觸網(wǎng)接觸線和承力索補償張力；(3)所有單元的重力。

將所有梁單元、索單元和彈簧單元進行整體坐標轉(zhuǎn)換及組裝，得到剛?cè)徇^渡接觸網(wǎng)的動力學方程式

Gf+Fcf+FTf

( 2 )

式中：Mf為接觸網(wǎng)的質(zhì)量矩陣；uf為接觸網(wǎng)的節(jié)點位移坐標；K為接觸網(wǎng)的彈性剛度矩陣；Kct為柔性接觸網(wǎng)接觸線、承力索和彈性吊索的幾何剛度矩陣；Kd為吊弦的變剛度矩陣，當?shù)跸沂芾瓡r，剛度為軸向拉伸剛度EA/l，受壓時，剛度變?yōu)?0-6N/m；Gf為接觸網(wǎng)的重力矩陣；Fcf為接觸力矩陣；FTf為柔性接觸網(wǎng)節(jié)點張力矩陣；Cf為瑞利阻尼矩陣，由質(zhì)量矩陣和剛度矩陣按比例組合構(gòu)造而成。

( 3 )

根據(jù)以上分析，建立2種結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇^渡接觸網(wǎng)仿真模型，見圖5。

圖5(a)利用錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)剛?cè)徇^渡，柔性接觸網(wǎng)接觸線首先連接剛?cè)徇^渡匯流排，然后連接匯流排終端，與剛性接觸網(wǎng)的匯流排終端形成錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。圖5(b)利用剛?cè)徇^渡匯流排直接將柔性接觸網(wǎng)與剛性接觸網(wǎng)連接起來，在剛?cè)徇^渡匯流排后第2或第3個定位點約束所有自由度。

對2種剛?cè)徇^渡接觸網(wǎng)仿真模型進行靜平衡狀態(tài)，得出接觸網(wǎng)僅受自重和張力下的節(jié)點位移，見圖6。圖6(a)中在接觸網(wǎng)里程250 m左右有2處接觸線位移變大，為2個匯流排終端。圖6(b)中在接觸網(wǎng)里程250 m左右接觸線位移較平穩(wěn)過渡。2種剛?cè)徇^渡結(jié)構(gòu)的剛性接觸網(wǎng)和柔性接觸網(wǎng)區(qū)段的接觸線位移基本重合。柔性接觸網(wǎng)接觸線位移范圍比剛性接觸網(wǎng)大。

受電弓與接觸網(wǎng)動力耦合的主要行為是滑動接觸。一般解決接觸問題的方法是利用罰函數(shù)。令接觸線單元i-j與質(zhì)量點m3的垂直方向滲透位移為Δξ，假設(shè)質(zhì)量點m3在單元i-j上方位移Δξ為正值，此時為接觸滲透狀態(tài)，反之質(zhì)量點m3在單元i-j下方位移Δξ為負值，見圖7。

根據(jù)每個時間步Δξ的符號判斷受電弓與接觸線的接觸狀態(tài)，再根據(jù)接觸剛度與Δξ的乘積作為分別作用于接觸線和受電弓弓頭質(zhì)點的接觸力，作為下一時間步接觸網(wǎng)和受電弓的外部載荷重新計算節(jié)點位移，如此反復(fù)，即可計算弓網(wǎng)相互作用。接觸力的大小為

( 4 )

聯(lián)立受電弓動力方程式( 1 )、接觸網(wǎng)動力方程式( 2 )、接觸網(wǎng)單元接觸力分配方程式( 3 )和接觸力大小計算方程式( 4 )，組成統(tǒng)一的弓網(wǎng)動力仿真方程組。利用Newmark-β隱式積分算法，迭代求解弓網(wǎng)動力仿真組，得到弓網(wǎng)節(jié)點位移和接觸力，進行弓網(wǎng)動力性能評估。

3 錨段關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡仿真結(jié)果

標準TB/T 3271[16]中規(guī)定,交流系統(tǒng)小于200 km/h，接觸力范圍為0～300 N。接觸力標準差的最大值不應(yīng)超過0.3倍的平均接觸力目標值。接觸力標準差越小表示接觸力的集中程度越高，弓網(wǎng)接觸質(zhì)量越好。

由于柔性接觸網(wǎng)和剛性接觸網(wǎng)的接觸線靜態(tài)位移不一樣以及兩者的剛度不一樣，受電弓通過剛?cè)徇^渡結(jié)構(gòu)的2個方向的動力響應(yīng)不一樣。故每種剛?cè)徇^渡結(jié)構(gòu)分2個方向進行分析。

3.1 柔性接觸網(wǎng)過渡到剛性接觸網(wǎng)

受電弓以180 km/h速度等級從柔性接觸網(wǎng)運行至剛性接觸網(wǎng)，分析0～500 m區(qū)間的接觸力。錨段關(guān)節(jié)處的雙弓接觸力出現(xiàn)了0值，雙弓運行在柔性接觸網(wǎng)的接觸力波動均比剛性接觸網(wǎng)大，錨段關(guān)節(jié)處的接觸力在整個分析區(qū)間內(nèi)的波動最大，出現(xiàn)最值。為受電弓能平穩(wěn)通過剛?cè)徇^渡段，采用降低受電弓運行速度的方法，不同速度等級的弓網(wǎng)接觸力見圖8，當運行速度為100 km/h時，相對運行速度180 km/h弓網(wǎng)接觸力波動小許多，且錨段關(guān)節(jié)處的接觸力范圍符合標準要求。

當受電弓從柔性接觸網(wǎng)經(jīng)錨段關(guān)節(jié)式過渡至剛性接觸網(wǎng)時，受電弓的運行速度需要減速至100 km/h，才滿足接觸力標準要求。

將100 km/h速度等級下受電弓通過不同區(qū)段的接觸力分別進行數(shù)理統(tǒng)計，見表5。雙弓的剛性接觸網(wǎng)的接觸力標準差明顯比柔性接觸網(wǎng)的小。從接觸力的數(shù)理統(tǒng)計特征值上看，柔性接觸網(wǎng)的接觸力波動較剛性大，剛?cè)徇^渡區(qū)段的接觸力標準差最大，剛?cè)徇^渡區(qū)段是制約受電弓是否能順利過渡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

表5 100 km/h速度等級下柔性接觸網(wǎng)經(jīng)錨段關(guān)節(jié)過渡至剛性接觸網(wǎng)接觸力統(tǒng)計特征值

3.2 剛性接觸網(wǎng)過渡到柔性接觸網(wǎng)

受電弓以180 km/h速度等級從剛性接觸網(wǎng)過渡至柔性接觸網(wǎng)，雙弓接觸力波形見圖9，錨段關(guān)節(jié)處的接觸力波動最大，最小值大于0，柔性接觸網(wǎng)接觸力波動比剛性接觸網(wǎng)大。

分區(qū)段統(tǒng)計的接觸力數(shù)據(jù)見表6，雙弓接觸力的統(tǒng)計值均符合標準要求。柔性接觸網(wǎng)后弓的接觸力比前弓的波動大，后弓的接觸力標準差為前弓的2倍，說明柔性接觸網(wǎng)后弓的弓網(wǎng)動力性能較差。剛性接觸網(wǎng)雙弓的接觸力標準差、接觸力最值比較接近，說明雙弓對剛性接觸網(wǎng)的影響較小，而對柔性接觸網(wǎng)的影響較大。

表6 180 km/h速度等級剛性接觸網(wǎng)經(jīng)錨段關(guān)節(jié)過渡至柔性接觸網(wǎng)接觸力統(tǒng)計特征值

4 貫通式剛?cè)徇^渡仿真結(jié)果

4.1 柔性接觸網(wǎng)過渡到剛性接觸網(wǎng)

圖10為柔性接觸網(wǎng)貫通過渡至剛性接觸網(wǎng)不同速度等級雙弓接觸力曲線。受電弓以180 km/h速度等級勻速從柔性接觸網(wǎng)經(jīng)貫通式剛?cè)徇^渡至剛性接觸網(wǎng)，雙弓在剛?cè)徇^渡處的接觸力波動較大，并出現(xiàn)0值，不滿足標準要求。

與錨段關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡一樣，降低受電弓運行速度至160 km/h，通過相同結(jié)構(gòu)的接觸網(wǎng)，對比180 km/h速度等級，接觸力整體波動減小，尤其在剛?cè)徇^渡區(qū)段。

分區(qū)段統(tǒng)計160 km/h速度等級下受電弓從柔性接觸網(wǎng)過渡至剛性接觸網(wǎng)的接觸力特征值，見表7，剛?cè)徇^渡區(qū)段的接觸力標準差明顯比剛性接觸網(wǎng)、柔性接觸網(wǎng)大。所有接觸力統(tǒng)計指標均符合標準要求。

表7 160 km/h速度等級下柔性接觸網(wǎng)貫通過渡至剛性接觸網(wǎng)接觸力統(tǒng)計特征

4.2 剛性接觸網(wǎng)過渡到柔性接觸網(wǎng)

同樣的接觸網(wǎng)模型，受電弓以180 km/h速度等級從剛性接觸網(wǎng)貫通過渡至柔性接觸網(wǎng)，經(jīng)弓網(wǎng)仿真，得到雙弓的接觸力曲線，見圖11。相比圖9，剛?cè)徇^渡處的接觸力波動并不是最大的，柔性接觸網(wǎng)的接觸力波動最大，從接觸網(wǎng)分析區(qū)段看，接觸力范圍均在標準范圍內(nèi)。

分區(qū)段統(tǒng)計受電弓從剛性接觸網(wǎng)貫通過渡至柔性接觸網(wǎng)的雙弓接觸力特征值，見表8。剛性接觸網(wǎng)區(qū)段與剛?cè)徇^渡區(qū)段的接觸力標準差相當，而柔性接觸網(wǎng)的接觸力標準差較大，后弓接觸力標準差是前弓的2倍，與表6中柔性接觸網(wǎng)雙弓結(jié)果相似，說明后弓從剛性接觸網(wǎng)過渡至柔性接觸網(wǎng)受到前弓的影響，后弓的接觸力波動較大。

表8 180 km/h速度等級剛性接觸網(wǎng)貫通過渡至柔性接觸網(wǎng)接觸力統(tǒng)計特征值

4.3 定位點增加彈性后柔性接觸網(wǎng)過渡到剛性接觸網(wǎng)

2種剛?cè)徇^渡結(jié)構(gòu)從柔性接觸網(wǎng)到剛性接觸網(wǎng)均不滿足180 km/h的速度要求，但貫通式剛?cè)徇^渡弓網(wǎng)動力性能較優(yōu)。文獻[17]研究表明定位點使用彈性線夾減小剛度能提高弓網(wǎng)接觸質(zhì)量，定位點剛度宜取7.6104N/m。結(jié)合圖10中接觸力在剛?cè)徇^渡處波動較大，研究減小該處定位點剛度對貫通式剛?cè)徇^渡的弓網(wǎng)動力性能的影響,見圖12。

與圖5(b)的貫通式剛?cè)徇^渡接觸網(wǎng)模型相同，僅將圖12中3個定位點剛度減小至7.6104N/m。DSA250受電弓以180 km/h速度等級從柔性接觸網(wǎng)過渡至剛性接觸網(wǎng)，得到雙弓接觸力曲線，見圖13，雙弓接觸力范圍均沒超標。

表9中雙弓各分析區(qū)段的接觸力最值在標準范圍，0.3倍平均接觸力減標準差大于0，符合標準要求，說明定位點剛度減小能提高弓網(wǎng)接觸質(zhì)量，滿足運行速度180 km/h。

表9 180 km/h速度等級柔性接觸網(wǎng)貫通過渡至彈性定位的剛性接觸網(wǎng)接觸力統(tǒng)計特征值

5 剛性接觸網(wǎng)不平順對剛?cè)徇^渡的影響

通過第4節(jié)研究得到了不考慮剛性接觸網(wǎng)不平順時的160 km/h剛?cè)徇^渡系統(tǒng)方案，宜采用貫通式剛?cè)徇^渡。以下研究在剛性接觸網(wǎng)在施工過程中定位點安裝誤差帶來的接觸線高度不平順對剛?cè)徇^渡系統(tǒng)方案的影響，以校驗本方案的工程實施性。

剛性接觸網(wǎng)定位點安裝誤差控制在±10 mm范圍內(nèi)，本文假設(shè)安裝誤差服從正態(tài)分布規(guī)律，考慮正態(tài)分布規(guī)律中99.7%的數(shù)值落在3倍標準差范圍內(nèi)，選擇均值為0 mm，標準差為3 mm的正態(tài)分布隨機數(shù)來模擬實際的定位點安裝誤差(此時，99.7%的定位點安裝誤差在±9 mm范圍內(nèi))。根據(jù)正態(tài)分布的隨機數(shù)，建立剛性接觸網(wǎng)的仿真模型，見圖14?？梢钥闯觯攧傂越佑|網(wǎng)存在不平順時，剛性接觸網(wǎng)接觸線靜態(tài)位移的變化較大。

由于受電弓從柔性接觸網(wǎng)過渡至剛性接觸網(wǎng)的剛?cè)徇^渡區(qū)段接觸力標準差比另一運行方向大，僅比較柔性接觸網(wǎng)過渡至剛性接觸網(wǎng)的接觸力。當受電弓以160 km/h速度從柔性接觸網(wǎng)過渡至存在不平順的剛性接觸網(wǎng)，經(jīng)弓網(wǎng)仿真，得到弓網(wǎng)接觸力波形見圖15。剛性接觸網(wǎng)存在不平順對接觸力的影響顯著，此時，柔性接觸網(wǎng)與剛性接觸網(wǎng)的接觸力波動幅值接近。

統(tǒng)計剛性接觸網(wǎng)不平順的接觸力數(shù)理統(tǒng)計值，見表10。表10中發(fā)現(xiàn)柔性接觸網(wǎng)和剛性接觸網(wǎng)的接觸力標準差接近。雙弓各分析區(qū)段的接觸力最值在標準范圍，0.3倍平均接觸力減標準差大于0，符合標準要求，說明考慮剛性接觸網(wǎng)不平順的剛?cè)徇^渡系統(tǒng)方案仍滿足160 km/h的運行速度要求。

表10 剛性接觸網(wǎng)不平順的接觸力統(tǒng)計特征值

對比表7和表10后弓的接觸力統(tǒng)計值，發(fā)現(xiàn)剛性接觸網(wǎng)存在不平順的后弓接觸力標準差變大，最小接觸力接近0，不平順對后弓接觸力的影響顯著。若雙弓通過剛?cè)徇^渡結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量減小剛?cè)徇^渡段的剛性接觸網(wǎng)不平順。

6 結(jié)論

(1) 建立錨段關(guān)節(jié)式和貫通式2種結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇^渡接觸網(wǎng)仿真模型，剛性接觸網(wǎng)采用跨距為6 m，定位點剛性懸掛，柔性接觸網(wǎng)采用德國Re250型。受電弓使用DSA250型，雙弓間距200 m。比較2種剛?cè)徇^渡的弓網(wǎng)動力性能，得出了貫通式剛?cè)徇^渡能滿足速度160 km/h的要求。

(2) 比較不同工況下雙弓接觸力，得出剛?cè)徇^渡區(qū)段的接觸力標準差是最大的，說明剛?cè)徇^渡區(qū)段是制約受電弓是否能順利過渡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

(3) 比較不同工況下雙弓接觸力，發(fā)現(xiàn)后弓各區(qū)段的接觸力標準差比前弓大，說明后弓是制約剛?cè)徇^渡動力響應(yīng)的主要參數(shù)。

(4) 剛?cè)徇^渡處定位點的剛度減小能在一定程度上提高弓網(wǎng)動力性能，將運行速度提升至180 km/h。

(5) 考慮了剛性接觸網(wǎng)存在定位點均值為0 mm、標準差為3 mm的正態(tài)分布安裝誤差工況下的不平順，當受電弓以160 km/h速度等級通過剛?cè)徇^渡系統(tǒng)方案時，弓網(wǎng)動態(tài)性能仍能滿足標準要求，校驗了本方案的工程實施性。