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我國(guó)八縱八橫鐵路網(wǎng)已基本形成，電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)里程突破12萬km，鐵路建設(shè)向西南、西北等艱險(xiǎn)山區(qū)推進(jìn)，牽引供電系統(tǒng)的安全性更加受到關(guān)注。接觸網(wǎng)系統(tǒng)作為牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，是為電力機(jī)車提供能量的惟一通道，其動(dòng)態(tài)特性是確保機(jī)車穩(wěn)定受流的關(guān)鍵之一。

然而，這些地區(qū)氣候環(huán)境復(fù)雜多變，接觸網(wǎng)系統(tǒng)面臨環(huán)境風(fēng)、地震等外界環(huán)境激擾影響。腕臂結(jié)構(gòu)是用于固定承力索和接觸線的裝置，通過設(shè)置合理的拉出值，使接觸線在受電弓碳滑板運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)，并將接觸線的載荷傳給支柱。因此，接觸網(wǎng)腕臂系統(tǒng)不僅持續(xù)受線索張力作用，而且同時(shí)受環(huán)境風(fēng)等影響，其受力特性更需引起重視。

目前針對(duì)腕臂力學(xué)特性的研究工作主要集中在靜力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析及疲勞特性分析上，考慮側(cè)風(fēng)作用下的腕臂氣動(dòng)特性的研究相對(duì)較少。腕臂結(jié)構(gòu)的安全可靠是保障接觸網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件之一，在西南、西北等復(fù)雜艱險(xiǎn)風(fēng)區(qū)，強(qiáng)風(fēng)對(duì)腕臂系統(tǒng)及接觸網(wǎng)系統(tǒng)的影響不可忽略。

四川鐵道職業(yè)學(xué)院楊紅梅講師在2022年第9期《電氣技術(shù)》上撰文，系統(tǒng)研究側(cè)風(fēng)環(huán)境下腕臂系統(tǒng)的定常氣動(dòng)特性，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法，建立腕臂空氣動(dòng)力學(xué)模型；采用雷諾時(shí)均方法對(duì)不同風(fēng)速下的腕臂氣動(dòng)特性進(jìn)行模擬，獲得腕臂氣動(dòng)力系數(shù)值；詳細(xì)分析不同腕臂結(jié)構(gòu)、不同載荷疊加類型下各關(guān)鍵構(gòu)件的最大應(yīng)力、最大位移和最大變形情況，得到不同載荷疊加類型下的系統(tǒng)關(guān)鍵受力位置。

圖1 正定位腕臂裝置靜態(tài)求解

根據(jù)仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均可以看出，三種載荷下的最大應(yīng)力均發(fā)生在定位器處，正定位腕臂的定位器和反定位腕臂的定位管產(chǎn)生了最大變形。因此，在外界風(fēng)載荷作用下，腕臂系統(tǒng)的定位結(jié)構(gòu)是薄弱環(huán)節(jié)，為了提高其可靠性，作者建議定位器與定位支座連接處采用銷軸形式，可以避免定位器在外界風(fēng)載影響下，受壓產(chǎn)生不均勻磨損。同時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加定位管壁厚，提高定位器材質(zhì)強(qiáng)度，特別是在側(cè)風(fēng)影響較大的地區(qū)。

本課題得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目、四川鐵道職業(yè)學(xué)院重點(diǎn)項(xiàng)目的支持，研究成果可為接觸網(wǎng)腕臂選型和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化提供參考，為復(fù)雜艱險(xiǎn)風(fēng)區(qū)大規(guī)模接觸網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

本文編自2022年第9期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“側(cè)風(fēng)環(huán)境下高速鐵路接觸網(wǎng)腕臂系統(tǒng)受力特性研究”。