基于耦合动力学的高速铁路接触网/受电弓系统技术创新及应用

　　电力牵引列车是通过地面接触网向移动中的车载受电弓受流来获得动力的。随着列车提速，受电弓和接触网耦合振动加剧，提高弓网系统动力学性能，保持弓网安全接触，以获取平稳电力，是保障高铁建设开行必须解决的重大难题。自1988 年起，课题组围绕弓网系统动力学理论、试验评估和工程应用方面进行了系统的自主创新研究，形成了完整的弓网系统动力学理论体系、仿真平台、试验和评估技术、高速受电弓及接触网的技术体系，打破了国外在该领域的技术垄断。成果自2005 年起成功应用于我国现代高速铁路重点工程中，为成功建设开通200 至350km/h 高速铁路及保证弓网系统性能和安全提供了有力技术支撑。

　　（一）主要技术创新内容

　　1、在建立世界上最完备的接触网动力学数学模型的基础上，创建涵盖车线、弓网和流固耦合，反映线路激扰、列车振动和气流扰动对弓网接触影响的高速弓网系统动力学模型，实现高速弓网振动的精确表征。首次通过弓网接触点形貌和滑动效应表征，把传统弓网垂直耦合拓展到了全空间耦合，建成任意弓网结构的弓网系统动力学仿真系统，丰富发展了弓网系统动力学理论，为受电弓、接触网匹配设计、施工分析和评估搭建了精确的仿真平台。

　　2、创建基于混合模拟技术的受电弓－接触网系统试验平台，完成国外多种受电弓的性能测定及我国所有在役受电弓的评估，相关论文被评为英国机械工程师学会2005 年度最佳原创论文。研发了耐高电压、大电流磁场和强气流干扰的载流弓网系统在线检测平台，并提出了动应力的互推反演技术，实现了弓网系统动力学性能、结构强度、气动特性的一体化系统检测和全局评估。

　　3、应用弓网系统动力学理论，获得弓网频率匹配关系，发现接触网波速、不平顺度、弛度等与受电弓运行速度的制约关系,提出双弓间距与运行速度的最佳匹配公式。通过弓网匹配研究，创立了我国200-250km/h、300-350km/h 的接触网系统成套技术体系，研制了不同速度等级、适应不同接触网类型的新型受电弓族，有力支撑了我国高速铁路建设。

　　（二）论著与专利

　　编制国际标准2 项，国家及行业标准8 项；获发明专利授权1 项，实用新型专利授权7项；撰写专著2 本（章），发表论文56 篇，其中SCI 收录8 篇、EI 收录26 篇。

　　（三）技术性能指标

　　1、相关成果鉴定意见评价“该成果总体上达到国际先进水平，在受电弓-接触网混合系统建模、弓网混合模拟技术方面的研究成果处于国际领先水平”、“达到国际350km/h 接触网技术研究的先进水平”。

　　2、本成果支撑我国200～350km/h 铁路建设，最高试验时速从既有线提速250 公里、武广试验段350 公里、武广客专394.2 公里、沪杭高铁416.8 公里到京沪高铁的486 公里，均属国际上首次实现双弓受流的实车试验。

　　（四）应用推广与效益

　　本成果广泛应用于弓网的研发设计制造中，经2007 年京沪既有线250km/h 提速工程，2008 年起武广及后续郑西、广深港、沪宁、沪杭等客专建设，累计应用4000 多公里，获得成功验证。成果已创造直接经济效益3.2874 亿元，间接经济效益14 亿元，经济效益显著。为我国既有线提速、高铁建设、海外铁路工程建设提供支撑，社会效益巨大。