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《武汉理工大学》 2013年
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电气化高速铁路接触网与受电弓动态性能研究

阮杰  
【摘要】:自首条高速铁路—秦沈客运专线于2003年正式运营以来,我国高速铁路网的施工建设取得了长足的进步。经过10多年的高速铁路新线建设和对既有线路的提速改造,中国目前已经建成了世界上最大规模、最高运营速度的高速铁路网。但与之不对称的是在理论研究方面,各种受电弓和接触网的测试数据和理论研究成果,未能直接指导、协助高速铁路的建设。 本文针对目前我国高速铁路接触网设计的实际需要,在柔性接触网的精确建模与吊弦长度计算、受电弓/接触网系统的动力学仿真分析、SiFCAT350型接触网的结构参数优化、参数化的弓网计算机仿真软件编制等关键技术中完成以下研究: 1)建立针对完整锚段的接触网计算模型。利用有限单元法,建立针对完整锚段找形的计算模型,并对平曲线、缓和曲线等各种线路情况提出了修正方法。文中对郑西客运专线的多种线路情况的实际锚段吊弦长度做计算。对比计算结果表明,在多种线路情况下的计算精度与SIEMENS公司的Candrop软件相当,并且能够满足高速铁路整体吊弦施工的要求。在此基础上,通过耦合接触线/吊弦/承力索的连接节点的平移自由度,建立了接触网完整锚段的有限元模型。并利用该模型对柔性接触网的静态刚度进行仿真研究。 2)提出经过验证的高速铁路受电弓/接触网耦合动力学仿真计算模型。采用有限单元法,建立了完整锚段的接触网二维模型、非线性三质量受电弓模型,并用接触单元连接受电弓和接触网,建立弓网耦合模型,通过求解该动力学有限元模型完成弓网仿真方法的建立。依照EN50318标准的流程,对该仿真方法进行了验证。通过对比验证,证明了该仿真方法计算结果的有效性。 3)利用建立的弓网计算模型,对多种工况下的接触网动态特性作仿真研究。对350km/h速度下SiFCAT350型接触网的结构参数对弓网动态特性影响作研究。计算表明增加接触线张力、采用较短的跨距(50m)、采用较短的190m弓间距、使用五跨锚段关节能减小受电弓的接触压力标准差,改善受流质量。并对350km/h以上速度的大张力接触网弓网动态特性进行了仿真研究。 4)编制参数化的高速铁路弓网计算机仿真软件。利用该仿真软件,能实现简链和弹链柔性接触网系统的参数化自动建模、接触网的吊弦长度计算、接触网的静态刚度分析、和受电弓/接触网动态仿真计算等功能。为高速铁路受电弓/接触网系统的研究和设计,提供了可靠、高效、便捷的工具。 5)对受电弓在受流条件下的稳态传热和瞬态传热进行仿真计算,获得了温度场分布、热流分布等信息,为受电弓和接触网的设计提供参考。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:U225;U264.34

【参考文献】
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