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科普:铁路“垂直天窗”和“V型天窗”的说法怎么来的?

来源:传动系    发布时间:2024-06-07 00:44:02

  天窗是列车运行图中不铺画列车运行线或调整、抽减列车运行线为营业线行车设备做施工、维修等作业预留、安排的时间。

  天窗按用途分为施工天窗、维修天窗;按影响区域分为“V”停天窗、垂直天窗、同步天窗;图定天窗时间外给点的为临时天窗。

  3.“V”型天窗是指列车运行图预留的、对运营线单方向行车设备做维修作业的时间。

  4.垂直天窗是指需同时影响上、下行正线行车设备正常使用而安排的作业时间。

  5.同步天窗是指两条及以上干线在同一车站相连时,需同时影响同一车站两条干线行车设备正常使用而安排的作业时间。

  6.临时天窗是指对严重危及行车安全的设备隐患及严重线路病害需临时封锁要点施工而安排的作业时间。

  垂直天窗和V型天窗是重点要掌握的两种天窗模式。单线铁路全区段的接触网同时停电、复电,在列车运行图中预留的接触网停电检修时间,称为垂直天窗。全区段各供电臂的接触网同时停电、复电的垂直天窗对通过能力、列车运行的影响大,一般不采用。单线多采用按供电臂分别停电的矩形天窗。如双线铁路区段按供电臂上、下行接触网同时停电、复电,在列车运行图中预留的检修时间,也属于垂直天窗。

  双线区段接触网按供电臂,按上下行正线分别停电,在运行图中预留的接触网检修时间,称为V形天窗。(图3)当上行停电检修时,下行接触网有电,仍有列车运行,要格外的注意作业安全。

  1. 运统46登销记确认,与计划核对没有错误(施工日计划、维修周计划、临时维修单、派工单);调度命令的审核、签收,经信号信、助理值班员、值班干部签认后实施。

  2. 安全保护措施落实,排列防护进路、揭挂安全帽或钮封;防止电力机车进入无网区、停电区卡控措施的落实,执行‘‘保护措施的采取与解除不得为同一人’’。

  3. 施工作业车站内转线联系登记《自轮运转特定种类设备专线联系签认登记簿》签认登记。

  5. 行车凭证的核对、交付;先准备好进路,经确认正确后再办理凭证的交接。

  现在我国的铁路运输业发展迅速,很多人出行大部分会选择乘坐火车。高铁速度如此快,到底是怎样供电驱动的?

  各国高铁基本采用交流电作为高铁列车的牵引网络的电流制式。从电路角度来看,高铁采取AT(自耦变压器)供电方式。高铁能够跑起来,依靠的是牵引供电系统给高速列车提供电力。

  牵引供电为电力系统的一级负荷,但德国是例外,德国高铁电网有独立于德国国家电网。因此,高铁牵引供电系统包括架空接触网、牵引变电所、回流回路。如图所示:

  一句话简述就是:牵引变电所给架空接触线提供电能,高速列车将架空接触线的电能取回车内,驱动变频电机使列车运转。

  接触网的末端是牵引变电站,平均数十千米/座。每个变电站伸出两个供电支,提供不同相的交流电,这就是“供电单元”。

  列车经过两个变电站的“供电单元”时,先后通过A1-B1-A2-B2四个供电臂。为保证供电安全,各供电臂之间并非直接连结,而是存在确保电气绝缘(隔离)的结构或设计,因此各供电支之间不会短路。

  列车从一相运行到另一相这样的一个过程,叫做列车的过分相。电分相是线路上极短的一个区域,列车运行过程中,过分相瞬时完成。

  因此,牵引变电所给架空接触网供能的过程可以简述为:牵引变电所给各供电臂提供电能,列车接受供电臂的电能以维持运动,不断完成过分相-受流的循环(供电段)的同时向前运行。

  受电弓与接触网合称受电弓-接触网系统,简称弓网系统。上文多次提到的接触网,是弓网系统的一部分。

  弓网系统是牵引供电系统中的固定/移动电子设备结合点。换个通俗的说法,列车运行过程中,牵引系统从变电站一直到接触网都是静止的,而从受电弓部分开始,整个高速列车,都是运动的。

  可以看到弓网系统的大致结构。列车车顶伸上去的折叠装置,就是受电弓;与受电弓非间接接触的那条线,就是接触线,接触线是接触网的一部分。高速列车通过受电弓将架空接触线上的电能取回车内。

  接触网上的高压交流电,通过变压器降压和四象限整流器转换成直流电,在经过逆变器降至六点转换成可调压调频的交流电,输入三相异步/同步牵引电动机,通过传动系统带动车轮运行。

  简单介绍一下弓网系统的结构。火车通过车体顶部升起的受电弓与“轨道上面的电线”,即接触网相连,那根电线通常叫做接触线。关于大家问的接触部分是否为金属,即接触部分的材质问题,应该分开看:

  1)“电线”,即接触线(contact wire),是金属材质的,目前最常见的是铜合金的,铝材质的已经很少见;

  2)受电弓是列车从接触线获得电能的机构。受电弓本身是金属的,但受电弓(pantograph)与接触线非间接接触的部分并不是金属,而是由受电弓顶部的受流滑板(collector strips)完成。

  这个过程可以假想成一根裸导线与另一根裸导线接触,但是金属与金属之间的摩擦切削会极大地加剧磨损,加润滑剂也无法改善两种金属高速摩擦磨损的性能,因此,其中一根裸导线是一根长条形的碳板以改善两者之间的接触性能,这个碳板就是受电弓滑板。

  接触网的接触线)接触网是一个复杂的机构,接触线不可能凭空出现在半空,而是在接触网下半部分,作为接触网的一小部分,而接触网本身是一个复杂的力学系统。

  2)同时,一条接触线往往很长,检验上千米长的接触线上具体哪一小段受损,是十分艰难、而且吃力不讨好的事情。

  3)如果接触线上只有很小的一段磨损极为严重,更换的时候,若将整线拆除,花费甚钜。

  如果剪下某一段,那么如何将这段接触线接回去也是不小的问题。因为接触线是一个很敏感的系统,如果现场维修,简单的焊接会留下焊点,在一般的电路或许无关大局,但是,以300km/h时速运行的列车,接触线和弓网是高铁是它唯一的供电装置。受电弓和接触网之间的接触压力,在100N左右。相对速度80m/s的、精巧相互贴合的受电弓和接触网之间,一个几毫米的瘤子,必然会极大地影响列车供电甚至行车安全。

  1)高铁受电弓长度一般不超过2000mm,受电弓滑板的导电部分在1000mm左右,出现任何故障,排查都十分简单、方便。

  3)受电弓滑板随车运动,而不像接触线随铁路翻山越岭,考虑到深山老林中接触网维修环境,也毋须赘述。

  相对的,高铁受电弓滑板更换周期差不多是两周甚至更短,状态好的也有几个月的。滑板材质变迁在此就不讲了,总之,就是这一攻一受的组合:铁打的接触线,流水的滑板。

  受电弓/接触网关系是高速电气化铁路安全运作的三大核心关系之一,弓网系统良好的服役性能是保障高速列车可靠、安全运作的基本条件。

  弓网系统是一个集机械、电气、材料等多种因素于一体的复杂耦合系统。普速电气化铁路运营速度低,机械冲击、摩擦磨损、牵引电流比较小,多因素耦合作用下的损伤较小。但是高速铁路不一样,高速铁路开通运行以来,由于弓网系统故障导致的事故时有发生。

  传统的弓网系统研究主要是基于单方面因素开展,随着列车工作速度的大幅度提升和双弓系统在我国高速铁路中的普遍应用,弓网系统机械、电气、材料耦合性更为复杂,多因素耦合作用下的损伤已成为弓网服役性能演化的决定性因素。

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