吴亚飞

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

250 km/h及以上速度等级的高速铁路接触网一般采用弹性链形悬挂，在中间柱悬挂处，弹性吊索与腕臂装置无干扰，但在锚段关节处，弹性吊索易发生与相邻支定位管吊弦等零部件相磨，现场调整困难时，经常发生取消弹性吊索现象，但取消弹性吊索会影响接触网锚段关节处弓网动态受流。因此，开展弹性吊索对接触网锚段关节弓网动态性能的影响分析具有重要的现实需求。

利用弓网动态仿真，可计算不同弹性吊索工况下接触网锚段关节的弓网动态性能。目前，国内外有关弓网动态仿真研究有：关金发[1]研究了四跨锚段关节平面布置对弓网动态性能的影响；BRUNI S.[2]等介绍了现有国际上所使用的弓网动态仿真技术；汪吉健[3]、张卫华[4]、HARELL P.[5]、李文豪[6]等分别研究了承力索张力、接触线弛度、电分相和弹性吊索参数对弓网动态性能的影响；POMBO J.[7]、赵飞等[8]研究了受电弓、接触网空气动力对弓网动态性能的影响；周宁[9]、吴燕[10]、李勇[11]等分析了满足弓网动态性能的双弓运行下弓间距选取值。还有部分学者从模型参数变化对弓网动态研究的影响方面进行了分析[12-21]。通过以上得知，通过弓网动态仿真对比与分析不同接触网技术参数对弓网动态性能从而优化技术参数的方法是普遍使用且有效的。

鉴于国内外尚未见有关弹性吊索对接触网锚段关节弓网动态性能的影响研究，本文利用弓网动态仿真，建立接触网锚段关节仿真模型，分析双弓作用下弹性吊索对接触网锚段关节弓网动态性能影响，确定不同速度等级的接触网锚段关节弹性吊索设置和参数选择，为高速铁路接触网锚段关节设计与施工提供参考依据。

1 接触网锚段关节仿真模型

1.1 计算参数及工况

根据TB 10621—2014《高速铁路设计规范条文说明》提出不同速度等级的弹性吊索推荐方案，其中，250 km/h等级接触网选用2.8～3.5 kN的弹性吊索张力；350 km/h等级接触网选用3.5 kN的弹性吊索张力。弹性吊索长度根据跨距和系统动态性能进行确定，一般为14～22 m。

结合相关标准要求，250 km/h和350 km/h高速铁路接触网的设计参数如表1所示。弹性吊索长度和张力可选取在一定范围内。

表1 接触网设计参数

两种速度等级高速铁路接触网的锚段关节立面和平面布置如图1、图2所示。

图1 五跨非绝缘锚段关节立面布置

图2 五跨非绝缘锚段关节平面布置

与250 km/h铁路接触网匹配使用DSA 250型受电弓。与350 km/h铁路接触网匹配使用DSA 380型受电弓。弓间距为200 m。受电弓气动力按0.000 97v2(v为运行速度)计算。

结合弹性吊索参数可在一定范围内选取，计算工况如表2所示。

表2 计算工况

1.2 接触网动态仿真模型

根据计算参数，建立弹性链型悬挂接触网锚段关节转换柱安装弹性吊索和取消弹性吊索的接触网动态仿真模型的立面和平面，如图3～图6所示。

图3 锚段关节转换柱安装弹性吊索时接触网仿真模型立面

图4 锚段关节转换柱安装弹性吊索时接触网仿真模型平面

图5 锚段关节转换柱取消弹性吊索时接触网仿真模型立面

图6 锚段关节转换柱取消弹性吊索时接触网仿真模型平面

2 锚段关节弹性吊索的设置与参数分析

应用第1节的接触网锚段关节仿真模型，对比分析双弓通过安装弹性吊索的锚段关节和未安装弹性吊索的锚段关节时的弓网动态性能。

通过图7～图10，对比部分工况不同速度等级锚段关节转换柱是否设置弹性吊索的弓网接触力曲线，可发现，是否安装弹性吊索对双弓接触力有较大影响。

图7 工况1锚段关节接触力曲线

图8 工况2锚段关节接触力曲线

图9 工况5锚段关节接触力曲线

图10 工况6锚段关节接触力曲线

统计各工况前、后弓接触力特征值，如表3和表4所示。

表3 各工况前弓锚段关节接触力统计结果 N

表4 各工况后弓锚段关节接触力统计结果 N

无论弹性吊索参数如何变化，安装弹性吊索的锚段关节在250 km/h速度等级接触网的双弓接触力标准差较小，弓网接触质量较好。250 km/h速度等级，前弓在弹性吊索长度为14 m、张力为2.8 kN的工况比弹性吊索为18 m、张力为3.5 kN的工况下接触力标准差减小10%，后弓减小2%，弓网接触质量较好。

当350 km/h速度等级接触网的弹性吊索长度为14 m时，前弓在锚段关节取消弹性吊索时比安装弹性吊索时接触力标准差减小7%，后弓减小12%，弓网接触质量较好。

当350 km/h速度等级接触网的弹性吊索长度为18 m时，后弓在锚段关节安装弹性吊索时比取消弹性吊索时接触力标准差减小21%，弓网接触质量较好。350 km/h速度等级时，安装14 m长弹性吊索和取消弹性吊索、安装18 m长弹性吊索3种情况下锚段关节处双弓接触力标准差接近。

为验证弹性吊索参数选取的合理性，统计整理计算结果中锚段中部的接触力，见表5和表6。

表5 各工况前弓锚段中部接触力统计结果 N

表6 各工况后弓锚段中部接触力统计结果 N

250 km/h速度等级弹性吊索长度为14 m、张力为2.8 kN，锚段关节安装弹性吊索的接触网锚段中部接触力标准差最小，与锚段关节接触力分析结论一致。

350 km/h速度等级弹性吊索长度为18 m，锚段关节安装弹性吊索的接触网锚段中部接触力标准差最小，相对350 km/h速度等级弹性吊索长度为14 m，锚段关节未安装弹性吊索的接触网锚段中部前弓接触力标准差减小约7%，后弓减小约11%。结合锚段关节接触力分析结论，350 km/h速度等级弹性吊索长度为18 m，锚段关节安装弹性吊索的接触网全锚段弓网动态性能较好。

3 结论

从弓网受流可靠性角度，利用弓网动态仿真手段，建立弹性链型悬挂接触网锚段关节仿真模型，分析弹性吊索对接触网锚段关节弓网动态性能的影响，得到如下结论。

(1)250 km/h速度等级高速铁路接触网弹性吊索长度宜取14 m，张力宜取2.8 kN，锚段关节宜安装弹性吊索。

(2)350 km/h速度等级高速铁路接触网弹性吊索长度宜取18 m，张力宜取3.5 kN，锚段关节宜安装弹性吊索。