[发明专利]高速铁路接触网风致响应风洞的试验方法

说明书

技术领域

    本发明属于铁路电气化技术领域，具体涉及一种高速铁路接触网风致响应风洞的试验方法。

背景技术

随着高速铁路的发展，特别是在风速较高或风期较长的风区、风口或列车风作用等不利环境条件下，列车运行的安全可靠性受到大风的影响程度愈加突出。

架空接触网通常露天架设，长期受环境因素作用，没有备用，一旦发生故障，势必影响高速铁路的正常运营。大风区接触网的可靠性、安全性及弓网系统动态性能是动车组正常运行的重要因素，直接影响高速铁路的安全、正常运行。在侧风的作用下架空接触网产生抬升及风偏的同时，还会产生风致振动。接触网的抬升及横向偏移量的增加，会影响受电弓安全运行和可靠受流；风致振动不仅影响接触网抗疲劳性，还影响弓网高速运行动态质量，甚至引发弓网故障而导致铁路运营事故。当沿线设置挡风墙时，会产生大风增速区和位于挡风墙后的涡流区，这些都还可能进一步加大接触网的风致位移响应。

因此有必要分析高速铁路接触网风致响应特性，而风洞试验是研究其风致响应的有效手段，即有必要对高速铁路接触网风致响应风洞试验技术开展研究。目前国内外尚缺乏高速铁路接触网风致响应风洞试验技术的可靠资料。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速铁路接触网风致响应风洞的试验方法，能真实地模拟结构的动力特性和大气边界层的紊流，较准确地反映结构与空气的静动力相互作用，从而考查接触网的风致响应特性，获得正反定位处的抬升量、跨中风偏量和抬升量以及其他关心位置处的相关位移。

本发明所采用的技术方案是：

高速铁路接触网风致响应风洞的试验方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：根据相似比原则设计模型：

根据接触网风场及风洞最大试验风速确定风速缩尺比；建立接触网系统结构有限元模型，得到接触网设计参数对其静动力特性的影响规律；由风速比获得适宜模型制作和试验的几何缩尺比，进而获得质量、刚度、张力缩尺比，设计接触网气弹模型；

步骤二：风洞边界层模拟：

根据实际接触网缩尺风场环境及接触网几何缩尺比，确定目标风谱；测试并调整风洞的边界层，使其平均风剖面、紊流强度剖面、紊流风谱与目标风谱一致；

步骤三：利用接触网系统结构有限元模型进行计算分析，获得接触网的弹性、频率及对应振型；

步骤四：制作和安装接触网风洞气弹模型，并对模型的弹性、频率和对应振型进行检验；

步骤五：分别在均匀流场和紊流场中进行接触网气弹模型风洞试验，通过攻角板或以线路为轴向旋转模型，来模拟风攻角，两种流场中风致响应的叠加获得总风致响应。

步骤一中，接触网设计参数包括跨数、边界条件、接触线和承力索的弹性模量。

步骤一中，由风速比获得适宜模型制作和试验的几何缩尺比，是在满足或放弃重力参数相似原则的两种条件下进行的。

步骤四中，制作和安装接触网风洞气弹模型包括：

1）支柱模型制作和安装：立柱上的定位器底座与定位管之间铰接，使定位器能在竖直面内旋转；平臂腕和斜臂腕与立柱铰接，是它们能在水平面内转动；立柱底座与地面固结；

2）张拉装置的设计和安装：使用弹簧秤作为张拉装置，装置包括弹簧秤，长螺杆，螺母，一端固结在地面的带孔立柱，宽度略大于螺杆截面直径；安装时，弹簧秤的一端扣在长螺杆的一端上，长螺杆穿过立柱上的孔，在另一端套上外径大于立柱孔的螺母；张拉时，弹簧秤的另一端扣在接触线或承力索上，通过调节长螺杆上的螺母，可以控制螺杆在边界立柱孔一侧的长度，以此来张紧和放松接触线或承力索，张力可由弹簧秤上读取；

3）接触线和承力索制作和安装：接触线和承力索穿过定位器上定位点，在接触网模型两端分别用弹簧秤连接，来调节张力；安装完吊弦并调节好张力后，承力索与立柱连接处固结，定位点固结；

步骤四中，对模型的弹性、频率和对应振型进行检验过程是：通过在接触线上定位点和跨中施加竖直向上的力，测定其位移量可计算获得这些点处弹性；通过施加竖向和横向激励，可测定对应振型的一阶固有频率；将测试的弹性及对应振型的频率与有限元模型计算对比，检查调整气弹模型，直至有有限元模型计算结果吻合。

    本发明具有以下优点：

1）实现了高速铁路接触网风致响应风洞试验，该风洞试验技术具有科学性、有效性。

2）该风洞试验技术科学合理：在满足工程精度的条件下，可适当减少跨数，简化边界条件及模型材料。