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受电弓系统研究

马果垒  
【摘要】: 发展高速铁路是铁路现代化建设的必然趋势。而高速铁路均采用电力牵引,高速列车必须在高速运行条件下可靠地从接触网上取得电能,否则将影响列车运行和电气驱动系统的性能。高速电气化铁路关键技术之一是如何保证在高速运行条件下具有良好的受流质量。随着既有线的提速改造和高速客运专线的加快建设,弓网系统的问题日益彰显。 本文从提高受电弓的运动学和动力学性能以改善弓网关系,提高受流质量的角度出发,主要完成了以下内容: 首先,用拉格朗日方程推导了受电弓的垂向非线性运动微分方程,对非线性的受电弓模型进行了线性化处理,并研究了各杆件参数对框架归算参数的影响规律。通过对各个杆件受力分析,运用牛顿定律推导牛顿—欧拉方程,求解此方程得到杆件内力,为受电弓杆件几何参数设计提供依据; 其次,在建立受电弓框架结构的几何关系模型的基础上,根据列车平稳受流对受电弓机构提出的具体要求,以弓头平衡杆的平动为目标,以受电弓机构正常工作所要满足的条件为约束,对受电弓机构几何参数进行了优化,得到了使受电弓性能达到最优的几何参数。通过优化提高了受电弓的运动学性能。 第三,为保证良好的受流质量,新型高速受电弓大量采用轻型合金材料制作,这可能导致机械强度和刚度的不足。文中结合受电弓的开发过程,建立三维模型,利用有限元计算软件ANSYS,进行受电弓的横向刚度分析、整体强度和动力特性分析,对受电弓的设计具有指导意义。通过对受电弓有限元分析,进行虚拟设计,首次进行高速受电弓的整体结构特性分析。 最后,本文结合高速受电弓开发设计过程,为考虑受电弓上框架结构柔性的影响,利用FEMBS产生多体仿真需要的柔性体数据文件,借助有限元软件ANSYS和多体系统动力学软件SIMPACK,建立接触网-受电弓耦合仿真平台,比较了在不同速度下全刚体模型和考虑上框架弹性模型的接触力响应。本文多体系统动力学技术首次建立了考虑上框架弹性的弓网耦合模型,取得了有益的研究成果。


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