弓网关系及其评价页PPT文档.ppt
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弓网关系及其评价,2010年09月10日成都,吴积钦13708094949,接触网是受电弓的路,弓网接触点是纽带,预期的使用寿命,弓网系统的核心问题,弓网接触点是电能传输瓶颈,接触点(纽带),固定设备,移动设备,机械作用,电气作用,电能传输!
两个振动子系统,小接触面传输大电流,摩擦磨损,(接触压力与抬升),(接触电阻与燃弧),(机械摩擦与电气磨损),运行可靠性,接触质量,运行寿命,材料匹配,弓网系统的核心问题,1996年1月26日,300X试验列车,443km/h,日本新干线,高速弓网系统的代表,2007年4月3日,TGV,法国东部线,574.8km/h,法国交流铁路,高速弓网系统的代表,1988年5月1日,ICE/V,406.9km/h,德国联邦铁路,高速弓网系统的代表,弓网相互作用技术规范,
(1)几何相互作用,
(2)材料接口,接触线不能离开弓头的工作范围,接触线和滑板的磨耗、接触点的最大允许电流很大程度上取决于接触线和滑板的材料,(3)载流量,(4)动态相互作用,接触点不能出现过热,弓网是两个振动子系统,取决于受电弓与接触网的特性以及运行环境,弓网相互作用技术规范,
(1)几何相互作用,
(2)材料接口,横向参数,垂向参数,接触线材料(铜或铜合金),滑板材料(金属、浸金属碳、碳),(3)载流量,(4)动态相互作用,接触线相对弓头中心的偏移,接触线高度与坡度,接触点温度,弓网接触力(或燃弧)、定位点抬升,受电弓数量和间距,磨耗,多弓与中性区长度,弓网相互作用技术规范,弓网系统设计,接触网施工设计,动态验收,静态验收,施工(测量、预配、安装、调整),用户需求,构建一个新的弓网系统,几何特征,材料组合,载流量,动态性能,运营管理,2.弓网系统的几何相互作用,5.弓网系统的动态相互作用,4.弓网系统的电接触,3.弓网系统的材料接口,7.弓网系统的设计与施工模式,6.弓网系统参数测量与评价,主要内容,1.受电弓,1.受电弓,单臂受电弓的基本结构,
(1)框架
(2)底架(3)弓头(4)滑板(5)弓角(6)弓头长度(7)弓头宽度(8)弓头高度(10)滑板长度(11)下部工作位置(12)上部工作位置(13)工作范围(14)落弓高度,1.受电弓,SSS400+型受电弓,1.受电弓,与受电弓相关的部分标准,UIC608国际通用受电弓,UIC794欧洲高速铁路网受电弓与接触网相互作用,EN50206-1干线车辆受电弓特性与测试,EN50206-2地铁和轻轨车辆受电弓特性与测试,1.受电弓,对受电弓的基本要求,不可能为了特定接触网单纯设计受电弓受电弓的基本特性应适合于规定的应用范围,两个运行方向的平均接触压力应该相等且只随速度变化略有增加;平均接触压力应能防止燃弧,同时应使接触线抬升、磨损保持最小,静态接触压力应该满足静态取流要求(AC系统:
6090N、DC1.5kV系统:
70110N),滑板的质量应尽可能低,以便实现最佳的动态特性,设置自动降弓装置(ADD),能使受电弓在故障时落下,频域动态视在质量应在小范围内,且不应有明显突出的峰值,F,AER,F,DYN,F,R,F,0,F,R,F,wind,F=F0FR+FAERFDYN,受电弓设计,接触网、轨道等,弓网接触压力F受电弓与接触网之间的接触压力静态接触压力F0停车时,传动机构使受电弓作用到接触网上的力磨擦力FR关节间磨擦产生的力,与弓头运行方向相反空气动力分力FAER气流对受电弓的抬升力动态分力FDYN由垂直振动引起的惯性力,1.受电弓,受电弓的抬升力,1.受电弓,受电弓的平均接触压力目标值(AC系统),1.受电弓,受电弓的平均接触压力目标值(DC系统),-5(苏)(6Y1),Q3,TSG1(1978),AM51UF(8K),TSG3(1993),DSA系列(200、250)(Stemmann-Technik),8WL0系列(6YH69、SSS400+)(Siemens+Schunk),LV-2600(6K),M7(6Y2),AM51BU(6G),TSG15/19,1.受电弓,中国铁路受电弓的发展,1961年8月15日,中国,宝凤段电气化铁路开通,接触网接触线TCG100承力索Cu90或Tj70,受电弓-5型,双臂,1.受电弓,中国铁路受电弓,1.受电弓,TSG1,TSG3,LV2600,中国铁路受电弓,DSA200(CED180),WBL88,DSA250,1.受电弓,8WL0127-6YH69(TSG15),中国铁路受电弓,SSS400+型受电弓优化了框架动力学性能、良好的动力学性能、降低收弓高度、双向运行。
运行速度350km/h,1.受电弓,中国铁路受电弓,安装在高速动车组上的SSS400+型受电弓,1.受电弓,1.受电弓,
(1)在各种速度下及多机重联牵引时能可靠受流
(2)在所有使用条件下、遵守各接触网规定的允许抬高(3)在高速时噪声辐射要小(4)在两个运行方向上有中性的空气动力学性能(5)运行超过10万km时,滑板和接触线的磨损要小(6)有较高的可使用性(7)维修简单且费用低,德国对高速受电弓的要求,1.受电弓,
(1)接触电阻要小
(2)熔点高(3)导热性良好(4)质量小(5)机械强度高(6)弹性好(7)与铜或铜合金接触线之间的摩擦系数小(8)便于实现轻量化和标准化,德国对高速受电弓滑板的要求,2.弓网系统的几何相互作用,弓网相互作用的基本要求,垂向:
接触线不离开受电弓的工作范围,横向:
至少有一支接触线在弓头的工作范围内,受电弓的工作范围,2.弓网系统的几何相互作用,上、下工作位置之间的范围为工作范围,标称接触线高度正常条件下,定位点处接触线高度的标称值,2.弓网系统的几何相互作用,最小接触线高度所有情况下,为避免燃弧,一跨内接触线高度的最小值,接触线高度最大设计包括误差和抬升,要求弓头达到的理论接触线高度,接触线高度最小设计包括误差,能实现最小高度的理论接触线高度,接触线高度两钢轨顶面到接触线底面的垂直距离,接触线抬升接触线由受电弓施加的力引起的垂直向上运动,接触线的高度范围,高速铁路的标称接触线高度,2.弓网系统的几何相互作用,受电弓的弓头形状,2.弓网系统的几何相互作用,弓网之间几何作用的特征值(横向),2.弓网系统的几何相互作用,不同线路曲线半径的跨距和拉出值,2.弓网系统的几何相互作用,高速情况下,弹性及其不均匀系数成为决定性因素,道岔上方接触线的水平位置,风力作用下的横向偏移,受电弓工作范围,拉出值的位置,2.弓网系统的几何相互作用,受电弓间距与中性段长度,2.弓网系统的几何相互作用,滑板与接触线的材料组合,3.弓网系统的材料接口,接触线和滑板的磨耗,接触点的最大允许电流,主要取决于材料组合,受电弓的滑板材料,3.弓网系统的材料接口,受电弓的滑板,3.弓网系统的材料接口,碳类滑板及其托架断面,3.弓网系统的材料接口,浇铸轧制过程将铜或铜合金杆材拉制而成,3.弓网系统的材料接口,接触线,连续通过数个圆形模具沟槽式模具修整模具,将导线冷拔成最终的尺寸和外形,将几乎是圆形的材料微结构拉拔成长形,最后排列为与导线拉伸方向一致的纤维状结构,晶状体结构的不均匀性增加了剪切抗力并使材料硬化。
铜经受数个冷拔过程,变形抗力增加,但导电性和可塑性降低,槽2,串联轮轴,电解铜,保温炉,熔解炉,槽1,LNG燃烧器,铸造机,大线盘,冷却还原线,铜粗料杆,接触线材料卷线机卷线直径:
18.530.0mm,高温压延成型机,接触线的生产,3.弓网系统的材料接口,拉丝模示意图,绕线盘,拉丝(带槽模具),拉丝(圆形模具),剥皮,开槽辊,材料供应机(托盘或电缆盘),精加工模,材料,拉丝机本体,成品盘,接触线的生产,3.弓网系统的材料接口,接触线的生产,3.弓网系统的材料接口,接触线的材料,3.弓网系统的材料接口,3.弓网系统的材料接口,滑板与接触线在工作过程中由于机械的、电气的(包括热的)和化学的原因使材料从滑板和接触线表面移走,这个现象称为滑板和接触线的磨损,磨损主要有两种形式:
机械摩擦电气磨损,滑板与接触线的摩擦磨损,3.弓网系统的材料接口,
(1)机械磨耗
(2)粘结磨耗(3)移动(4)粘结(5)硬粒磨耗(6)二元磨耗(7)三元磨耗(8)夹在中间的硬质粒子(9)疲劳磨耗(10)疲劳破坏(11)化学磨耗(12)腐蚀磨耗(13)腐蚀、氧化(14)电气损耗(15)金属离子移动(16)电弧熔损(17)电弧,滑板与接触线的摩擦磨损,摩擦磨损试验台,3.弓网系统的材料接口,材料相同时,研究弓网接触力、电流、速度与磨耗之间的关系,弓网接触力、电流、速度相同,研究不同材料与磨耗之间的关系,3.弓网系统的材料接口,直流系统每个滑板2000A电流的接触线磨耗,4.弓网系统的电接触,研究导体与导体接触过渡区中的物理现象、化学现象,弓网系统的电接触分三类:
固定接触、滑动接触、可分合接触,主要现象和问题固定接触接触电阻、接触温升、接触熔焊滑动接触接触电阻、接触温升、接触熔焊、摩擦磨损、润滑可分合接触接触电阻、接触温升、接触熔焊、电火花、电弧,电接触理论,4.弓网系统的电接触,导体接触面无论怎么加工、打磨、摩擦磨损,微观上都是凸凹不平的,接触面状况,导电斑点,电接触理论,4.弓网系统的电接触,接触斑点:
导体接触面内实际发生接触的点,导电斑点:
金属或准金属接触的更小的面,收缩电阻:
电流路径收缩,有效导电面积减小,出现附加电阻,膜电阻:
准金属接触时,电子通过极薄的膜时产生附加电阻,接触电阻:
收缩电阻与膜电阻串联相加,接触压降:
通过斑点的电流与接触电阻之积,超温:
接触电阻产生焦耳热,使收缩区温度超过区外导体温度,4.弓网系统的电接触,静态接触电阻,接触电阻与滑板及接触线材料的电阻率有关,与材料硬度及接触力有关导电斑点数目与材料硬度、接触力有关材料一定、接触力F不变时,接触电阻基本与两者的电阻率之和成正比,H接触材料较软一方的接触硬度F弓线间接触力1、2接触材料电阻率,4.弓网系统的电接触,滑板材料的电阻率,4.弓网系统的电接触,注:
IACS为国际标准退火纯软铜的导电率,记为100%温度不大于100的抗拉强度20时的电阻率,接触线的导电率和抗拉强度,4.弓网系统的电接触,不同材料组合的接触电阻比较,4.弓网系统的电接触,实例,4.弓网系统的电接触,实例,4.弓网系统的电接触,实例,4.弓网系统的电接触,电流通过接触点电阻产生的焦耳热使接触线局部温度超高;电位温度理论:
接触点的温度升高与接触电阻及通过的电流成函数关系,导电斑点超出接触点以外区域的温度,即接触点温升U接触压降I通过接触面的总电流,滑板与接触线材料的热导率与电阻率乘积的平均值,接触点的静态温升,4.弓网系统的电接触,滑板与接触线从分离到接触或从接触到分离时,满足一定条件时,两者之间便会产生电弧或其它放电现象,弓网系统的电弧现象,滑板和接触线脱离接触(离线)时,被断开的电流超过0.251A,断开后加在间隙上的电压超过1220V,则间隙中会产生一团温度极高、发出强光和能够导电的近似圆柱形的气体这就是电弧,产生电弧的最小电流如果小于一定数值,则开断时只能产生一为时极短的弧光放电通常称为电火花,4.弓网系统的电接触,弓网系统的电弧现象,4.弓网系统的电接触,弓网系统的电弧现象,4.弓网系统的电接触,弓网系统的电弧现象,4.弓网系统的电接触,弓网系统的电弧现象,持续40ms的电弧,4.弓网系统的电接触,电弧热功率导致滑板和接触线温度升高,同时,滑板和接触线的热量也会向周围介质传递,当吸热大于散热时,滑板和接触线的温度才会升高,温升达到一定程度时,滑板和接触线的表面才会发生熔化和气化,弓网相对运动过程中,接触点的位置不断变化,电弧不断变化位置,位置变化的速度与接触线的拉出值、列车的运行速度有关,弓网系统电弧的影响,相对运动阻止了燃弧引起的固定位置的温度升高,4.弓网系统的电接触,弓网系统电弧的影响,曲线从上到下排列,作用距离x依次是:
0、1.010-6m、2.010-6m、3.010-6m,4.弓网系统的电接触,弓网系统电弧的影响,曲线从上到下
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