电气化高速铁路接触网线谱研究

针对我国电气化高速铁路中存在接触线不平顺状态评价困难的关键问题，结合轨道交通电气化与自动化关键技术、现代信号处理的理论知识和计算机仿真建模技术，通过系统研究影响电气化高速铁路接触线不平顺的因素，划分接触线不平顺状态，利用大量的电气化高速铁路接触网实测数据和仿真模型，借鉴轨道谱经验，尝试构建电气化高速铁路接触网线谱，并进行工程实测数据和仿真数据的相互验证。进一步研究电气化高速铁路接触网线谱与接触线不平顺的关系，以及接触线不平顺状态对弓网受流质量的影响，为评估接触线的不平顺状态和弓网关系提供一条有效的新思路，也为今后我国电气化高速铁路接触网的安全运行和有效评价提供重要的技术支持。

针对我国电气化高速铁路中存在接触线不平顺状态评价困难的关键问题，课题采用“弓网模型与仿真->风阻尼影响与实验->弓网数据处理->接触网线谱构造->弓网非接触式检测”的研究思路。首先，理论推导和有限元软件建立了接触网-受电弓系统动力学方程及有限元模型，计算并验证了弓网耦合模型仿真结果的正确性。接着，推导并修正了计及空气阻尼情况下的接触线波动速度公式和弓网动力学方程；模拟接触网空间随机风场并将风载荷施加到弓网有限元模型中，分析了风载荷造成的接触网振动及其对弓网动态特性的影响；使用计算流体力学软件仿真了典型接触线及其覆冰情况下的气动力参数，通过风洞实验测量了典型接触线的气动力参数，并对仿真结果进行了验证；推导了考虑接触线气动力参数的接触网风载荷模型，仿真了接触线在覆冰及无覆冰情况下的风振响应。接着，提出了针对接触压力实测数据超标点的数据预处理方法，并使用实测数据及仿真数据分析了接触压力数据的平稳性，对比不同方法提取接触压力趋势项的效果并提出使用二阶差分标准差评估接触压力质量。然后，阐述并明确了接触网线谱的含义，对比分析了接触压力AR谱对不同线路、车速、弓网匹配和风场影响的量化作用，进而提出了基于动态抬升谱的弓网匹配评估方法和接触网线谱构造方法，采用实测及仿真数据验证了方法的合理性和有效性。最后，对弓网非接触式检测结果，使用现代信号处理的方法提出了对受电弓滑板裂纹、接触网绝缘子破损及片间夹杂异物情况下的故障识别方法；并利用QT及C++语言开发了弓网动态特性高级谱特性分析软件。课题提出的接触网线谱的构造及相关分析方法为评估接触线不平顺状态和弓网关系提供了有效的新思路，也为今后我国电气化高速铁路接触网的安全运行和有效评价提供重要的技术支持。