【摘 要】
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弓网系统由受电弓和接触网组成,是高速铁路的关键设备之一,受电弓滑板与接触线保持良好的接触状态,是高速列车稳定受流和安全运行的基础。随着车速与功率大幅提高,牵引电流形成强烈的高速移动弓网磁场,产生弓网磁效应,包括弓网电动力及速度趋肤效应等表现形式。弓网电动力会影响弓网接触压力,可能导致弓网离线问题;速度趋肤效应会影响受电弓滑板上的电流分布,从而改变温升状态,影响弓网服役寿命。目前,关于高铁弓网电接触
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弓网系统由受电弓和接触网组成,是高速铁路的关键设备之一,受电弓滑板与接触线保持良好的接触状态,是高速列车稳定受流和安全运行的基础。随着车速与功率大幅提高,牵引电流形成强烈的高速移动弓网磁场,产生弓网磁效应,包括弓网电动力及速度趋肤效应等表现形式。弓网电动力会影响弓网接触压力,可能导致弓网离线问题;速度趋肤效应会影响受电弓滑板上的电流分布,从而改变温升状态,影响弓网服役寿命。目前,关于高铁弓网电接触磁效应的认识尚不清楚,更加缺乏有针对性的调控方法。本文围绕高铁弓网电接触磁效应问题,分析了弓网电动力和弓网速度趋肤效应的产生机理,揭示了弓网电接触磁效应对弓网力学和热学性能的影响机制,并通过调控磁效应提出了高铁弓网的优化匹配方法,主要工作如下:首先,探明了弓网接触电动力和回路电动力的产生机理、作用特性及关键影响因素。分析了弓网磁效应引发接触电动力和回路电动力的机理,建立了电-磁-力多物理场耦合模型,揭示了滑板接触面电磁场与弓网电动力分布的定量关系;分析了不同因素对弓网电动力的影响,发现瞬时过载大电流使电动力上升,导致弓网接触压力降低17.1%;接触压力和滑板单侧导流也是影响电动力的主要因素。其次,发现了高铁弓网滑动电接触的速度趋肤效应。探明了弓网高速滑动电接触中高速运动磁场产生速度趋肤效应的机理,建立了考虑速度趋肤效应的高铁弓网电接触多场耦合模型,应用弓网温升试验数据及解析方法验证了计算模型的有效性;分析了车速、滑板电导率等因素对弓网速度趋肤效应和滑板温升特性的影响,提出接触面中线电流不均匀系数作为弓网速度趋肤效应的定量表征参数,并发现通过调控速度趋肤效应可以降低高速运行时的弓网温升。最后,调控了高铁弓网电接触磁效应,提出了高铁弓网匹配的调控方法。以调控磁效应为手段,以兼顾减小电流分布不均匀系数和滑板最高温升为目标,提出了调整滑板宽度和厚度的优化设计方案,可将滑板温升降低约11.9%。研究了复合廓形接触线的局部半径对电流分布和滑板温升的影响,并计算得到了接触线底部设计为复合曲线几何结构的优化参数。进一步,提出了在滑板后缘附近引入空间磁场抑制电流速度趋肤效应、调控接触界面电流分布的方法。
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