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《北京交通大学》 2006年
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高速机车受电弓稳定受流与控制研究

郭京波  
【摘要】: 发展高速铁路是铁路现代化建设的必然趋势,而电力机车又是高速机车中的主力军。电力机车所需驱动能量来自于接触网,而电能能否顺利获取,关键取决于弓网关系的优劣。随着列车速度的提高,接触网与受电弓之间动态接触变得越来越复杂,高速状态下稳定受流出现了更多的问题。针对这些问题,本文做了一些探讨,主要研究内容和创新成果有: 1对单自由度弓网系统动力学方程进行无量纲化处理,建立了基于Mathieu方程弓网系统模型,采用摄动法对该简化系统进行分析,推导出系统稳定边界计算公式并得到系统周期解,给出了弓网稳定受流边界。根据该稳定受流边界确定出列车在不同速度运行时列车的受流特性。 2首次提出利用Lyapunov指数来判断高速弓网系统稳定性,从定量化的角度分析了系统参数变化对弓网系统稳定性的影响。并计算出实际弓网系统的Lyapunov特征指数,给出列车最佳行车速度和最不利行车速度。 3为分析受电弓设计参数变化对弓网间接触力波动的影响,建立基于弓网间接触力的3自由度灵敏度分析模型,计算出不同参数对接触力的灵敏度,分析表明:(1)弓头质量对接触力的灵敏度最大,其次是弓头阻尼,第三是弓头刚度。(2)在质量对接触力的灵敏度中,弓头质量的灵敏度最大,上框架质量灵敏度最小;在刚度对接触力灵敏度中,k2和k3对接触力的灵敏度出现交替变化;在阻尼对接触力的灵敏度曲线中,弓头刚度和框架刚度比较,弓头刚度对接触力的灵敏度大于上下框架阻尼的灵敏度,c2和c3对接触力的灵敏度也出现交替变化。 4为进行受电弓的动态优化设计,需要对受电弓进行测试,为此设计了受电弓特性试验台,测试了受电弓弓头刚度、弓头质量、框架归算质量、弓头及框架阻尼;受电弓升弓力与升弓高度之间的关系;得到了受电弓的三阶固有频率即0.94Hz、2.5Hz和4.17Hz。并对不同频率(对应行车速度)下受电弓进行激励,测试了接触力曲线。 5在灵敏度分析和试验基础上,对两种型号的受电弓进行动态优化设计,得到两组动态性能最优的受电弓设计参数,仿真结果表明优化后弓网间接触力波动幅度得到抑制,受电弓动态性能有较大提高。
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