王小剛 高金山

（中國鐵路烏魯木齊局集團(tuán)有限公司，新疆 烏魯木齊 830092）

0 引言

剛性接觸網(wǎng)匯流排是鐵路電氣化系統(tǒng)的重要組成部分，其穩(wěn)定性和可靠性將直接關(guān)系到鐵路的安全運(yùn)行［1］。電氣化列車通過受電弓與接觸線進(jìn)行接觸，從而獲取電能，在接觸中施加的壓力會導(dǎo)致接觸線發(fā)生位移，從而帶動匯流排發(fā)生位移［2-3］。在監(jiān)測實(shí)車試驗(yàn)過程中，通過隧道內(nèi)剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排的振幅和振動頻率來判斷匯流排的振動情況，包括振幅大小和振動頻率是否在正常范圍內(nèi)、是否存在振動異常等，從而及時發(fā)現(xiàn)匯流排的疲勞破壞，并采取相應(yīng)維修措施，為剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排的維護(hù)和管理提供參考［4-7］。

目前，我國雖有多條鐵路隧道使用剛性懸掛接觸網(wǎng)，但列車最高設(shè)計速度僅為160 km∕h。當(dāng)列車速度提升至200 km∕h及以上時，剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排的性能能否滿足使用要求還有待進(jìn)一步研究［8-9］。因此，通過現(xiàn)場試驗(yàn)來探索隧道內(nèi)剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排對200 km∕h 及以上動車組運(yùn)行速度的適應(yīng)性，對進(jìn)一步完善我國高速鐵路接觸網(wǎng)的技術(shù)體系具有重要意義。

1 振動監(jiān)測試驗(yàn)總體設(shè)計

1.1 接觸網(wǎng)匯流排監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

接觸網(wǎng)匯流排監(jiān)測系統(tǒng)由傳感采集模塊、電源模塊、綜合處理軟件組成，如圖1 所示。監(jiān)測系統(tǒng)具有監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出、參數(shù)裝訂、自檢測、系統(tǒng)狀態(tài)指示、數(shù)據(jù)處理分析等功能。其中，綜合處理軟件可將傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)保存到存儲卡中，經(jīng)處理可獲取位移（振幅）、頻率等信息，并輸出監(jiān)測報表。

圖1 接觸網(wǎng)匯流排監(jiān)測系統(tǒng)硬件組成

1.2 關(guān)鍵點(diǎn)處接觸網(wǎng)匯流排振動監(jiān)測

在某隧道內(nèi)進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)，隧道內(nèi)的剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排的截面為“Π”型（截面面積為2213 mm2），相鄰懸掛點(diǎn)的間隔為8 m，每5 個懸掛點(diǎn)設(shè)1 個桿號。通過在剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排處布置接觸網(wǎng)振動監(jiān)測設(shè)備，在試驗(yàn)過程中監(jiān)測匯流排關(guān)鍵點(diǎn)的振動幅值和頻率，具體監(jiān)測位置為隧道K153 區(qū)段，關(guān)鍵點(diǎn)位于分段絕緣器附近（K153+990）和8 m 常規(guī)跨距的跨中（K153+977）。

2 振動試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

將傳感器獲得的數(shù)據(jù)存儲在存儲卡上，在監(jiān)測結(jié)束后，直接將存儲卡接入計算機(jī)，并運(yùn)行綜合處理軟件，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和處理。

2.1 分段絕緣器旁懸掛點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

分段絕緣器旁的監(jiān)測數(shù)據(jù)為試驗(yàn)期間的振動波形，其中x軸為水平方向，y軸為順線路方向，z軸為垂直方向。某日數(shù)據(jù)時域波形及頻域分析如圖2、圖3所示。

圖2 K153+990分段絕緣器測點(diǎn)振動波形（典型振動放大）

圖3 K153+990分段絕緣器測點(diǎn)振幅頻譜特性

K153+990 位置分段絕緣器旁懸掛點(diǎn)測點(diǎn)的速度—振幅關(guān)系統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

表1 分段絕緣器測點(diǎn)的速度—振幅關(guān)系統(tǒng)計數(shù)據(jù)

由表1 可知，在分段絕緣器的測點(diǎn)處，匯流排的最大振幅約為8.1 mm，發(fā)生在受電弓運(yùn)行的反向閉口方向，此時列車的運(yùn)行速度為180 km∕h。由圖3可知，K153+990分段絕緣器測點(diǎn)處的振動頻率峰值約為6 Hz。

由于受電弓的開口和閉口都會對剛性懸掛接觸網(wǎng)的氣動特性產(chǎn)生影響。因此，對開閉口工況下的匯流排振幅進(jìn)行分析，開、閉口時的振幅和速度對應(yīng)關(guān)系如圖4、圖5 所示。由圖4、圖5 可知，受電弓開口方向運(yùn)行時的匯流排振幅小于受電弓閉口方向運(yùn)行時的匯流排振幅，同時隨著行車速度的增加，振動頻率也會稍稍升高。

圖4 K153+990位置分段絕緣器測點(diǎn)的速度—振幅關(guān)系（開口方向）

圖5 K153+990位置分段絕緣器測點(diǎn)的速度—振幅位移關(guān)系（閉口方向）

2.2 8 m常規(guī)跨距的跨中監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)時域波形及頻域分析如圖6、圖7 所示。由圖可知，跨中監(jiān)測的數(shù)據(jù)為振動波形，其中，x軸方向?yàn)樗椒较?，y軸方向?yàn)轫樉€路方向，z軸方向?yàn)榇怪狈较颉? m跨距跨中測點(diǎn)的速度—振幅關(guān)系統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。

表2 8 m跨距跨中測點(diǎn)的速度—振幅關(guān)系統(tǒng)計數(shù)據(jù)

圖6 K153+977常規(guī)8 m跨距跨中測點(diǎn)振動波形

圖7 K153+977常規(guī)8 m跨距跨中測點(diǎn)振幅頻譜特性

由表2 知，8 m 跨距跨中監(jiān)測點(diǎn)處最大振幅約為7.2 mm，發(fā)生在受電弓運(yùn)行的反向閉口方向，此時列車的運(yùn)行速度為160 km∕h。

開、閉口工況時的對應(yīng)關(guān)系如圖8、圖9 所示。對比表1、表2 后可知，列車行駛速度與匯流排最大振幅無明顯的一致性關(guān)系。通過分析開閉口狀態(tài)下的振幅大小可知，受電弓開口方向運(yùn)行時的匯流排振幅要小于受電弓閉口方向運(yùn)行時的匯流排振幅。同時隨著行車速度的增加，振動頻率稍有升高。由上述圖表可知，在同一錨段內(nèi)，分段絕緣器旁的振幅和懸掛點(diǎn)跨中的振幅接近；分段絕緣器處的振動收斂較快，跨中處的振動收斂較慢；跨中的振動頻率比分段絕緣器旁更加集中。

圖8 8 m跨距跨中測點(diǎn)的速度—振幅關(guān)系（閉口方向）

圖9 8 m跨距跨中測點(diǎn)的速度—振幅關(guān)系（開口方向）

3 結(jié)論

在某隧道內(nèi)剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排上布置接觸網(wǎng)振動監(jiān)測設(shè)備，用于監(jiān)測實(shí)車試驗(yàn)過程中的接觸網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)匯流排的振幅和振動頻率，實(shí)測最大振幅為8 mm，振動頻率峰值為6.0 Hz。隨著列車行駛速度的加快，振幅會逐漸增加，振動頻率也會稍有增加。在同一錨段內(nèi)，分段絕緣器旁的振幅和懸掛點(diǎn)跨中的振幅接近，分段處的振動收斂快于跨中處，且跨中的振動頻率比分段絕緣器旁要更加集中。研究結(jié)果為運(yùn)行速度在200 km∕h 及以上動車組的剛性接觸網(wǎng)匯流排工作的穩(wěn)定性、可靠性提供數(shù)據(jù)支撐。