专利名称：电气化铁路接触网风致振动及风偏的动态计算方法
技术领域：
本发明属于铁路电气化技术领域，具体涉及一种电气化铁路接触网风致振动及风偏的动态计算方法。
背景技术：
随着高速铁路的发展，特别是在风区、风口或列车风作用等不利环境条件下，列车运行的安全受到大风的影响程度愈加突出。根据国内外电气化铁路尤其高速铁路的运营情况，因风引起的弓网事故逐年增加。由于风区、风口的大风作用、隧道口的涡流风场作用或者隧道内上下行会车时列车风作用，会使接触网发生更大更复杂的振动及风偏，不仅影响弓网高速运行动态质量，甚至威胁弓网接触安全、引发弓网事故而导致铁路运营中断。亟需进行风致振动及风偏动态计算研究，以分析电气化铁路尤其高速铁路弓网事故的发生缘由，指导在风区、风口或列车风作用等不利环境条件下的防风加强措施设计，提高接触网系统的安全可靠性。目前国际上接触网风致振动及风偏的动态计算方法还不成熟，国内尚缺乏接触网风致振动的计算方法，而线索的风偏值按给定的均勻风速采用静力学计算方法来近似确定，还没有研究出风压作用下导线风偏的动态计算方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气化铁路接触网风致振动及风偏的动态计算方法，尤其可用于风区、风口及列车风作用等不利环境地段接触网风致振动及风偏的动态计算，指导防风加强措施设计，提高接触网系统的安全可靠性。本发明所采用的技术方案是
电气化铁路接触网风致振动及风偏的动态计算方法，其特征在于 由以下步骤实现
步骤一通过接触线静力节段模型风洞试验测试接触线的气动力参数； 步骤二 通过承力索弛度曲线的非线性分析、定位器的受力分析及约束施加建立接触网风致振动及风偏有限元模型；
步骤三利用空气动力学理论计算接触网线索平均位移，采用谱解法模拟紊流风速时程和采用时程分析方法计算接触网线索动态位移；
步骤四叠加竖向平均位移与竖向动态位移获得接触网线索在风压作用下的风致振动总位移，叠加水平平均位移与水平动态位移获得接触网线索在风压作用下的总风偏。步骤一中所述的接触线的气动力参数为接触线的三分力系数。步骤三中所述的接触网线索为接触线、承力索和附加导线。本发明具有以下优点及突出性的有益效果
本发明提供的电气化铁路接触网风致振动及风偏的动态计算方法 1)实现了接触网风致振动及风偏的动态计算。2)计算效率高采用同一接触网有限元模型，可同时计算得到风致振动位移值及
3风偏值。3)结果参数全面风致振动总位移及其静态分量(竖向平均位移)、动态分量(竖向动态位移)均可计算得到，总风偏及其静态分量(水平平均位移)、动态分量(水平动态位移) 均可计算得到。4)方法可控性强建立接触网风致振动及风偏有限元参数化模型，可以大大提高模型建立、修改的速度。5)适用范围广不仅可计算接触网悬挂线索如接触线、承力索及附加导线的风致振动位移及风偏，也可计算电力输电线路线索的风致振动位移及风偏。
图1为本发明的步骤流程图。图2为简单链形悬挂接触网风致振动及风偏有限元模型图。图3为简单链形悬挂接触网跨中竖向平均位移计算结果图。图4为简单链形悬挂第三跨跨中竖向紊流风速时程图。图5为简单链形悬挂接触网跨中竖向动态位移最大值计算结果图。图6为简单链形悬挂接触网跨中竖向总位移计算结果图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明进行详细的说明。参见图1所示的流程进行电气化铁路接触网风致振动位移值及风偏值的动态计算，具体步骤如下
步骤一测试接触线的气动力参数。通过接触线静力节段模型风洞试验，测试接触线的气动力参数，确定不同风速情况下的风荷载特征；接触线的气动力参数为接触线的三分力系数。由于接触线的横截面形状为带有悬吊沟槽、合金种类识别沟槽的圆形，非普通规则圆形形状，因此需通过接触线静力节段模型风洞试验测试接触线的气动力参数。步骤二 建立接触网风致振动及风偏有限元模型。1)确定接触网技术条件悬挂类型、结构高度、跨距、跨距内吊弦布置、张力、线材型号，如悬挂类型为简单链形悬挂、结构高度为950mm、跨距为50m、跨距内吊弦间隔5m布置、线材型号为JTMHl20+CTMH150。2)建立接触网腕臂结构模型；经承力索弛度曲线的非线性分析、定位器受力分析及约束施加，确定悬挂系统各线索曲线；即可实现接触网风致振动及风偏有限元模型的建立，如图2所示。步骤三计算平均位移及动态位移。在一定风速参数下，如IOmin平均风速大小为30、35、40、45m/s，攻角为10° ；在上
述接触网技术参数下，基于空气动力学理论计算接触线竖向平均位移及水平平均位移，如图3所示。采用谱解法模拟紊流风速时程，以模拟IOmin平均风速大小为30m/s的紊流风速时程为例，如图4所示；采用时程分析方法计算接触线竖向动态位移及水平动态位移，取竖向动态位移最大值及水平位移最大值，如图5所示。步骤四计算风致振动总位移、总风偏。将竖向平均位移与竖向动态位移最大值取和值，获得接触线在风压作用下的风致振动总位移，如图6所示；将水平平均位移与水平动态位移最大值取和值，获得接触线在风压作用下的总风偏值。本发明的实施方式不限于上述实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.电气化铁路接触网风致振动及风偏的动态计算方法，其特征在于 由以下步骤实现步骤一通过接触线静力节段模型风洞试验测试接触线的气动力参数； 步骤二 通过承力索弛度曲线的非线性分析、定位器的受力分析及约束施加建立接触网风致振动及风偏有限元模型；步骤三利用空气动力学理论计算接触网线索平均位移，采用谱解法模拟紊流风速时程和采用时程分析方法计算接触网线索动态位移；步骤四叠加竖向平均位移与竖向动态位移获得接触网线索在风压作用下的风致振动总位移，叠加水平平均位移与水平动态位移获得接触网线索在风压作用下的总风偏。
2.根据权利要求1所述的电气化铁路接触网风致振动及风偏的动态计算方法，其特征在于步骤一中所述的接触线的气动力参数为接触线的三分力系数。
3.根据权利要求1所述的电气化铁路接触网风致振动及风偏的动态计算方法，其特征在于步骤三中所述的接触网线索为接触线、承力索和附加导线。
全文摘要
本发明涉及一种电气化铁路接触网风致振动及风偏的动态计算方法。随着高速铁路的发展，列车运行的安全受到大风的影响程度愈加突出，风区、风口的大风作用及列车风作用会使接触网发生更大更复杂的振动及风偏，影响弓网高速运行动态质量，威胁弓网接触安全。本发明通过接触线静力节段模型风洞试验测试接触线的气动力参数；建立接触网风致振动及风偏有限元模型；计算接触网线索平均位移，采用谱解法模拟紊流风速时程和采用时程分析法计算接触网线索动态位移；叠加竖向平均位移与动态位移、水平平均位移与动态位移分别获得接触网线索的风致振动总位移、总风偏。本发明不仅为接触网风致振动及风偏的动态计算提供了方法，而且适用于电力输电线路线。
文档编号G01C1/00GK102393184SQ201110195330
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者刘改红, 吴家岚, 孙永革, 宋杰, 宫衍圣, 廖海黎, 张学武, 李晋, 王玉环, 田升平, 田志军, 赵玮, 韩佳栋, 马存明 申请人:中铁第一勘察设计院集团有限公司