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我國八縱八橫鐵路網(wǎng)已基本形成，電氣化鐵路運營里程突破12萬km，鐵路建設向西南、西北等艱險山區(qū)推進，牽引供電系統(tǒng)的安全性更加受到關注。接觸網(wǎng)系統(tǒng)作為牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，是為電力機車提供能量的惟一通道，其動態(tài)特性是確保機車穩(wěn)定受流的關鍵之一。

然而，這些地區(qū)氣候環(huán)境復雜多變，接觸網(wǎng)系統(tǒng)面臨環(huán)境風、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，通過設置合理的拉出值，使接觸線在受電弓碳滑板運行軌跡范圍內(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，而且同時受環(huán)境風等影響，其受力特性更需引起重視。

目前針對腕臂力學特性的研究工作主要集中在靜力學分析、動力學分析及疲勞特性分析上，考慮側(cè)風作用下的腕臂氣動特性的研究相對較少。腕臂結(jié)構(gòu)的安全可靠是保障接觸網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件之一，在西南、西北等復雜艱險風區(qū)，強風對腕臂系統(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)風環(huán)境下腕臂系統(tǒng)的定常氣動特性，采用計算流體動力學方法，建立腕臂空氣動力學模型；采用雷諾時均方法對不同風速下的腕臂氣動特性進行模擬，獲得腕臂氣動力系數(shù)值；詳細分析不同腕臂結(jié)構(gòu)、不同載荷疊加類型下各關鍵構(gòu)件的最大應力、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)和實測數(shù)據(jù)均可以看出，三種載荷下的最大應力均發(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載影響下，受壓產(chǎn)生不均勻磨損。同時，應適當增加定位管壁厚，提高定位器材質(zhì)強度，特別是在側(cè)風影響較大的地區(qū)。

本課題得到國家自然科學基金青年基金項目、四川鐵道職業(yè)學院重點項目的支持，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，為復雜艱險風區(qū)大規(guī)模接觸網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運行提供技術(shù)支撐。

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