Droppers’ stiffness influence on dynamic interaction between the pantograph and railway catenary

• Autorzy: Bryja Danuta , Hyliński (Popiołek) Adam
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Droppers connecting the contact wire and messenger wire of the railway catenary are characterized by zero or negligible compressive stiffness, hence they become slack under compression that is similar to bars’ buckling. The paper presents a numerical analysis of the influence of droppers slackening phenomenon on the dynamic interaction between the pantograph and catenary. The analysis is based on a simulation method presented by the authors in previous papers, in which the catenary is modelled as a complex cable system. In this paper, the simulation method is modified by introducing the residual compressive stiffness of droppers that is assumed as a given percent of tensile stiffness. Modification leads to geometrically non-linear equations of motion of the pantograph-catenary system. Two different algorithms for solving the problem of non-linearity are proposed, in both of them the Newmark numerical integration method is applied. Results of dynamic response simulations performed for different values of residual compressive stiffness of droppers are presented and compared. It is shown that the contact wire does not cooperate with the messenger wire in a large area around the pantograph when the compressive stiffness of droppers is assumed zero. As a result, the pantograph moving at high speed induces severe vibrations of the catenary. It is also shown that droppers should be designed to have the residual compressive stiffness equal to at least one percent of their tensile stiffness. This is sufficient to ensure an appropriate cooperation between messenger wire and contact wire, which is demonstrated by simulation results fulfilling requirements given in the standard PN-EN 50318: 2002.

Słowa kluczowe

EN

railway catenary; pantographs; droppers’ slackening; geometrical non-linearity; vibration simulation; validation of simulation method

• Wydawca: Instytut Kolejnictwa
• Czasopismo: Problemy Kolejnictwa
• Rocznik: 2019
• Tom: Z. 183
• Strony: 89--98
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Bryja Danuta

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Civil Engineering, Department of Bridges and Railways

autor

Hyliński (Popiołek) Adam

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Civil Engineering, Department of Bridges and Railways

Bibliografia

• 1. Ambrósio J., Pombo J., Pereira M. et.al.: A computational procedure for the dynamic analysis of the catenary-pantograph interaction in high-speed trains, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, Vol. 50 (3), 2012, pp. 681-699.
• 2. Bryja D., Popiołek A.: Analiza drgań wieszara cięgnowego jako modelu kolejowej sieci trakcyjnej obciążonej ruchem pantografów, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, t. 34, z. 64, nr 2, 2017, s. 177-190.
• 3. Bryja D., Popiołek A.: Analiza wpływu odległości między pantografami na drgania kolejowej sieci trakcyjnej, Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej, nr 25, 2017, s. 75-85.
• 4. Bryja D., Popiołek A.: Wstępna walidacja metody symulacji oddziaływania dynamicznego pomiędzy pantografem a siecią jezdną górną kolejowej trakcji elektrycznej, Przegląd Komunikacyjny, r. 72, nr 6, 2017, s. 21-27.
• 5. Bryja D., Prokopowicz D.: Dyskretno-ciągły model obliczeniowy sprzężonego układu dynamicznego: pantograf – napowietrzna sieć trakcyjna, Przegląd Komunikacyjny, R. 71, nr 5, 2016, s. 44-51.
• 6. Cho Y.H.: Numerical simulation of the dynamic responses of railway overhead contact lines to a moving pantograph, considering a nonlinear dropper, Journal of Sound and Vibration, No. 315, 2008, pp. 433-454.
• 7. Frýba L.: Dynamics of railway bridges, Academia Praha 1996.
• 8. Judek S., Karwowski K., Mizan M., et.al.: Modelowanie współpracy odbieraka prądu z siecią trakcyjną, Przegląd Elektrotechniczny, R. 91, nr 19, 2015, s. 248-253.
• 9. Kaniewski M.: Symulacja uniesienia przewodów jezdnych sieci trakcyjnej pod wpływem przejazdu wielu pantografów, Czasopismo Techniczne. Elektrotechnika, Wydawnictwo Polititechniki Krakowskiej, R. 108, z. 13, 2011, s. 143-153.
• 10. Langer J.: Dynamika budowli, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1980.
• 11. Massat J-P., Laurent Ch., Bianchi J-P., Balmes E.: Pantograph catenary dynamic optimisation based on advanced multibody and finite element co-simulation tools, Vehicle System Dynamics, Vol. 52 (1), 2014, pp. 338-354.
• 12. PN-EN 50318: Zastosowania kolejowe – Systemy odbioru prądu – Walidacja symulacji oddziaływania dynamicznego pomiędzy pantografem a siecią jezdną górną, PKN, Warszawa 2003.
• 13. Pombo J., Antunes P., Ambrósio J.: Recent developments in pantograph-catenary interaction modelling and analysis, International Journal of Railway Technology, Vol. 1 (1), 2012, pp. 249-278.
• 14. Wątroba P., Duda S., Gąsiorek D.: Symulacje numeryczne zjawisk dynamicznych w układzie pantograf – sieć jezdna, Modelowanie Inżynierskie, nr 54, 2015, s. 94-100.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).