基于有限元的高速弓网系统动态性能仿真及分析

【摘要】：在电力机车运行过程中,受电弓从电气化铁路接触网获取电能,而受电弓-接触网系统的动态性能直接影响受电弓的受流质量和机车运行的可靠性,受流性能的优劣成为列车速度提高的主要制约因素之一。因此,研究受电弓与接触网之间的动态性能是十分必要的。 本文首先对国内外受电弓-接触网系统研究现状进行了分析,对随机风场的模拟方法及随机风场对弓网系统性能的影响研究现状做了简单介绍。接着,根据受电弓-接触网系统的结构,建立了受电弓的线性、非线性计算模型,接触网的计算模型和有限元模型,弓网系统的耦合模型,分析了模型适用范围。然后,采用京津线实际的参数建立接触网和受电弓的模型,在建模的过程中采用欧拉-伯努利梁模型来模拟接触线和承力索；简化后的受电弓模型主要包括下框架和推杆、上框架和弓头及滑板三部分,并通过非线性弹簧进行链接；受电弓和接触网模型之间通过接触实现耦合,将弓网作为一个整体进行研究,并对其进行了仿真分析。最后,采用适合接触网随机风场计算的沿高度不变的Davenport谱,运用谐波合成法数值模拟风场,进一步研究了在随机风场中的受电弓-接触网系统的动态性能。 通过仿真实验,将本文的仿真结果与西门子公司的仿真结果及实测结果进行比较分析,可以看出本文的受电弓-接触网模型是正确和有效的；通过本文的研究发现随机风场对接触网风振响应及弓网间的动态性能影响都很大。通过本文的研究,为进一步研究风场作用下弓网系统结构参数配合开辟了一条重要的途径。