隧道內(nèi)剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排振動參數(shù)的監(jiān)測與分析

王小剛 高金山

（中國鐵路烏魯木齊局集團(tuán)有限公司，新疆 烏魯木齊 830092）

0 引言

剛性接觸網(wǎng)匯流排是鐵路電氣化系統(tǒng)的重要組成部分，其穩(wěn)定性和可靠性將直接關(guān)系到鐵路的安全運行［1］。電氣化列車通過受電弓與接觸線進(jìn)行接觸，從而獲取電能，在接觸中施加的壓力會導(dǎo)致接觸線發(fā)生位移，從而帶動匯流排發(fā)生位移［2-3］。在監(jiān)測實車試驗過程中，通過隧道內(nèi)剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排的振幅和振動頻率來判斷匯流排的振動情況，包括振幅大小和振動頻率是否在正常范圍內(nèi)、是否存在振動異常等，從而及時發(fā)現(xiàn)匯流排的疲勞破壞，并采取相應(yīng)維修措施，為剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排的維護(hù)和管理提供參考［4-7］。

目前，我國雖有多條鐵路隧道使用剛性懸掛接觸網(wǎng)，但列車最高設(shè)計速度僅為160 km∕h。當(dāng)列車速度提升至200 km∕h及以上時，剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排的性能能否滿足使用要求還有待進(jìn)一步研究［8-9］。因此，通過現(xiàn)場試驗來探索隧道內(nèi)剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排對200 km∕h 及以上動車組運行速度的適應(yīng)性，對進(jìn)一步完善我國高速鐵路接觸網(wǎng)的技術(shù)體系具有重要意義。

1 振動監(jiān)測試驗總體設(shè)計

1.1 接觸網(wǎng)匯流排監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

接觸網(wǎng)匯流排監(jiān)測系統(tǒng)由傳感采集模塊、電源模塊、綜合處理軟件組成，如圖1 所示。監(jiān)測系統(tǒng)具有監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出、參數(shù)裝訂、自檢測、系統(tǒng)狀態(tài)指示、數(shù)據(jù)處理分析等功能。其中，綜合處理軟件可將傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)保存到存儲卡中，經(jīng)處理可獲取位移（振幅）、頻率等信息，并輸出監(jiān)測報表。

圖1 接觸網(wǎng)匯流排監(jiān)測系統(tǒng)硬件組成

1.2 關(guān)鍵點處接觸網(wǎng)匯流排振動監(jiān)測

在某隧道內(nèi)進(jìn)行實車試驗，隧道內(nèi)的剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排的截面為“Π”型（截面面積為2213 mm2），相鄰懸掛點的間隔為8 m，每5 個懸掛點設(shè)1 個桿號。通過在剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排處布置接觸網(wǎng)振動監(jiān)測設(shè)備，在試驗過程中監(jiān)測匯流排關(guān)鍵點的振動幅值和頻率，具體監(jiān)測位置為隧道K153 區(qū)段，關(guān)鍵點位于分段絕緣器附近（K153+990）和8 m 常規(guī)跨距的跨中（K153+977）。

2 振動試驗數(shù)據(jù)分析

將傳感器獲得的數(shù)據(jù)存儲在存儲卡上，在監(jiān)測結(jié)束后，直接將存儲卡接入計算機(jī)，并運行綜合處理軟件，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和處理。

2.1 分段絕緣器旁懸掛點監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

分段絕緣器旁的監(jiān)測數(shù)據(jù)為試驗期間的振動波形，其中x軸為水平方向，y軸為順線路方向，z軸為垂直方向。某日數(shù)據(jù)時域波形及頻域分析如圖2、圖3所示。

圖2 K153+990分段絕緣器測點振動波形（典型振動放大）

圖3 K153+990分段絕緣器測點振幅頻譜特性

K153+990 位置分段絕緣器旁懸掛點測點的速度—振幅關(guān)系統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

表1 分段絕緣器測點的速度—振幅關(guān)系統(tǒng)計數(shù)據(jù)

由表1 可知，在分段絕緣器的測點處，匯流排的最大振幅約為8.1 mm，發(fā)生在受電弓運行的反向閉口方向，此時列車的運行速度為180 km∕h。由圖3可知，K153+990分段絕緣器測點處的振動頻率峰值約為6 Hz。

由于受電弓的開口和閉口都會對剛性懸掛接觸網(wǎng)的氣動特性產(chǎn)生影響。因此，對開閉口工況下的匯流排振幅進(jìn)行分析，開、閉口時的振幅和速度對應(yīng)關(guān)系如圖4、圖5 所示。由圖4、圖5 可知，受電弓開口方向運行時的匯流排振幅小于受電弓閉口方向運行時的匯流排振幅，同時隨著行車速度的增加，振動頻率也會稍稍升高。

圖4 K153+990位置分段絕緣器測點的速度—振幅關(guān)系（開口方向）

圖5 K153+990位置分段絕緣器測點的速度—振幅位移關(guān)系（閉口方向）

2.2 8 m常規(guī)跨距的跨中監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)時域波形及頻域分析如圖6、圖7 所示。由圖可知，跨中監(jiān)測的數(shù)據(jù)為振動波形，其中，x軸方向為水平方向，y軸方向為順線路方向，z軸方向為垂直方向。8 m跨距跨中測點的速度—振幅關(guān)系統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。

表2 8 m跨距跨中測點的速度—振幅關(guān)系統(tǒng)計數(shù)據(jù)

圖6 K153+977常規(guī)8 m跨距跨中測點振動波形

圖7 K153+977常規(guī)8 m跨距跨中測點振幅頻譜特性

由表2 知，8 m 跨距跨中監(jiān)測點處最大振幅約為7.2 mm，發(fā)生在受電弓運行的反向閉口方向，此時列車的運行速度為160 km∕h。

開、閉口工況時的對應(yīng)關(guān)系如圖8、圖9 所示。對比表1、表2 后可知，列車行駛速度與匯流排最大振幅無明顯的一致性關(guān)系。通過分析開閉口狀態(tài)下的振幅大小可知，受電弓開口方向運行時的匯流排振幅要小于受電弓閉口方向運行時的匯流排振幅。同時隨著行車速度的增加，振動頻率稍有升高。由上述圖表可知，在同一錨段內(nèi)，分段絕緣器旁的振幅和懸掛點跨中的振幅接近；分段絕緣器處的振動收斂較快，跨中處的振動收斂較慢；跨中的振動頻率比分段絕緣器旁更加集中。

圖8 8 m跨距跨中測點的速度—振幅關(guān)系（閉口方向）

圖9 8 m跨距跨中測點的速度—振幅關(guān)系（開口方向）

3 結(jié)論

在某隧道內(nèi)剛性懸掛接觸網(wǎng)匯流排上布置接觸網(wǎng)振動監(jiān)測設(shè)備，用于監(jiān)測實車試驗過程中的接觸網(wǎng)關(guān)鍵點匯流排的振幅和振動頻率，實測最大振幅為8 mm，振動頻率峰值為6.0 Hz。隨著列車行駛速度的加快，振幅會逐漸增加，振動頻率也會稍有增加。在同一錨段內(nèi)，分段絕緣器旁的振幅和懸掛點跨中的振幅接近，分段處的振動收斂快于跨中處，且跨中的振動頻率比分段絕緣器旁要更加集中。研究結(jié)果為運行速度在200 km∕h 及以上動車組的剛性接觸網(wǎng)匯流排工作的穩(wěn)定性、可靠性提供數(shù)據(jù)支撐。