受电弓与接触网动态仿真模型建立及其确认
14---弓网耦合系统刚柔混合建模技术及验证---朴明伟,斯琴,兆文忠
作者简介： 朴明伟(1962-), 男（汉族）, 辽宁人, 副教授, 研究方向为 CAE、多专业系统模拟环境及控制建模。 参考文献： [1] 蔡成标，翟婉明，高速铁路受电弓-接触网系统动态性能仿真研究，铁道学报，1997.10，19（5） ，pp38-43. [2] ZHANG Wei-hua, MEI Gui-ming, WU Xue-jie and SHEN Zhi-yun, Hybrid Simulation of Dynamics for the Pantogragh-Catenary System, Vehicle System Dynamics, 2002, Vol. 38,No. 6, pp393-414. [3] M. SCHAUB and B. SIMEON, Pantograph-Catenary Dynamics:An Analysis of Models and Simulation Techniques, Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, 2001, Vol. 7, No. 2, pp. 225-238 [4] ANDREA COLLINA AND STEFANO BRUNI, Numerical Simulation of Pantograph-Overhead Equipment Interaction, Vehicle System Dynamics, 2002, Vol. 38, No. 4, pp. 261-291 [5] Kieβling, Puschmann, Schmieder[德], 电气化铁路接触网，中国电力出版社，2004.1，第一版.
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（6）在仿真动画中，可以看到弓头弹簧变形非常敏感，但是，框架间相对位移响应尽管很小（仅有 几个毫米） ，对接触力的基频波动却有着决定性的影响。 因此，采用基于超单元的刚柔混合建模技术，并应用拉格朗日增量法所得到的仿真结果，具有与实测 接触力结果的可比性。
受电弓／接触网半实物半虚拟混合模拟系统的研究
摘 要 ： 用 对 接 触 网 理 论 模 型 进 行 实 时 仿 真 计 算 的 疗法 柬 虚 拟 接 触 网 谊 虚拟 接 触 同 与真 实 受 电 弓 通 过 液 采 将 伺 服 作 动器 连接 在 一 起 成 一 个 虚 实 结 台 的混 合 模 拟 试 验 系 统 ． 用 这 样 的 方 法 来 开 展 受 电 弓一 触 同 系 统 组 采 接
ｈ ｙｄｒ ｌｃ ｃｔ ａｔ ． Ｔｈｅ ｏｎｌｎ ａｒ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｔ ｃｈ ｃ ｌｔ ｏｆ ｎｔ ｇｒ ｐｈ Ｃ ｅ ｅ ｒ ｈｅ ａ ｓ １ ａｕ ｉ ａ ｕ ｏｒ ｎ ｉ ｅ ｖ ｈｒ ｔ ｏ ｃ ｎｔ ｏｌ ｅ ｎｉ ａ ｉ ｙ ｐａ ｏ ａ ａｎ ｈｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｄ ｌ ｏ ｏｎ ｈｅ ｍｉ ｄ ｄｙｎ ｘｅ ａｍｉ ｔ ｓ ｙ ｅ ． ｃ ｅ ｔ ｓ ｓｔ ｍ Ｋｅ ｙｗｏｒ ｓ：ｐａ ｏ ａｐ ｃ ｔ ａ ｙ；ｍｉ ｄ ｔ ｓｔｓ ｔ ｍ ；ｄｙｎａ ｃ Ｍｍ ｕｌ ｉ ｄ ｎｔ ｇｒ ｈ ａ ｅｎ ｒ ｘｅ ｅ ｙｓ ｅ ｍｉ ａｔｏｎ：｛ ｚ ｙ ｃ ｎｔ ｏｌ ｕｚ ｏ ｒ
Ａｂ ｔａ ｔ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｉｅ ｙ ａ ｃ ｓｍｕ ａｉ ｎ Ｙ ｓ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｕ ｏ ｗａ ｄ ｔ ｉ ｕａ ｅ ａ ｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｈ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｈｓ ａ ｅ ，ａ ｍ ｘ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｉ ｌｔ ｅ ｔ ｏ ｔ ｏ ｓ ｐ ｔ ｆ ｒ ｒ Ｏ ｓｍ ｌｔ ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ ｔ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｆｔ ｅ ｒｉ ｙ ａ ｃ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｉ ｏ ｈ ａｌ ｙ ｐ ｎ ｏ ｒ ｐ ｃ ｔ ｎ ｒ ｙ ｔｌ ． Ｔｈ ａ ｔ ｇ ａ ｈ ｃ ｔ ｎ ｒ ｘ ｄ ｓｍｕ ａ ｉｎ ｓ ｃ ｗａ ａ ｔ ｇ ａ ｈ／ａ ｅ ａ ｙ ｓ ｓｅｎ ｅ ｐ ｎ ｏ ｒ ｐ ａ ｅ ａ ｙ ｍｉ ｅ ｉ ｌｔｏ ｔｓ ｙ ｔｌ ａ ｅ ｃ ｒ ｉｄ Ｏ ｔ ｂ ｏ ｅ ｔｓ ｓｅｎ ｃ ｎ ｈ ａ ｒｅ Ｕ ｙ ｃ ｍｂ ｎｎ ｉ ｈ ｃｕ ｌｐ ｎ ｏ ｒ ｐ ｎ ｈ ｕ ｍ ｙ ｃ ｔｎ ｒ ｈ ｏ ｇ ｈ ｉ ｉｇ ｗ ｔ ｔ ｅ ａ ｔ ａ ａ ｔ ｇ ａ ｈ ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｍ ｈ ａｅ ａ ｙ ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ
受电弓_接触网系统动力学模型及特性_梅桂明
d dt
TL -
TL = QT
( 1)
得到框架的微分方程 f 1 (T)T¨ + f 2 (T)T2 + f 3 (T)T+ f 4 (T) si gn(T) +
f 5 (T,T) = f 6 (T)¨zL
Abstract: Fo r t he civi l C H160-0 sim ple stit ched ca tena ry o n t he high-speed railw ay a nd SS7 pantog raph, the fi nit e elem ent model of the catena ry is sep up. The natural f requency and the cor respo nding mo de are calculat ed and t he equatio n of th e vibratio n is educed. The no nlinea r dynami cal di ff erentia l equati on of the pantog raph is li st. By t he Taylo r series, the no nlinea r model is li nea ri zed and the equiv alent pa ram eters o f the f ram e o f the panto graph a re g ai ned. T he v ertical coupling dy namic m odel of the pant og raph /ca tena ry syst em is establi shed. Based on the linea r m odel and the nonli near model of the pantog raph, the com puta tio n a nd the compari so n of the si mulatio n on the dy namic characteri sti c of the pant og raph /cat enary syst em a re co me out w ith the vibrati ng respo nses of the locomo tive a nd t rack taken i nt o co nsidera tion. Key words: pantog raph; cat enary; coupli ng; dy namics; nonli near; linea ri za tion Author resume: M EI Gui-mi ng ( 1974-) , male, a docto ral st udent of Sout hwest Jiao to ng Univ ersi ty , eng ag ed i n the study o f dy namics o f the pantog raph /cat enary syst em.
《轨道交通架空刚性接触网系统技术标准》条文说明
广东省标准轨道交通架空刚性接触网系统技术标准DBJ/T15―XX―2020条文说明目次3设计技术要求 (74)3.1.基础数据 (74)3.2.弓网相互作用 (74)3.3.支持、定位与接触悬挂 (75)3.4.绝缘、接地与防雷 (75)3.5.平面布置 (75)3.6.结构设计 (76)3.7.设计提交文件 (76)4零部件技术要求与检验 (77)4.2.技术要求 (77)3设计技术要求3.1基础数据3.1.1-3.1.6 设计的基础数据由建设方提供。
3.1.1-3.1.5中所规定的数据类型在考虑设计输入需求并参照GB/T 32578-2016后给出。
3.1.6 由于线路的行车密度不同，按照年限规定接触网寿命不合理，根据接触网的使用率（弓架次）来定义，更为合理。
具体算法如下：按照30年核算计算弓架次。
交流系统取流量小，采用单弓，线路长行车间距大。
因此，按照30（年）X 365（天）X18（小时）X20（3分钟一趟）=394.2万次，取400万次。
直流系统取流量大，多采用双弓，线路短行车间距小，按照30（年）X 365（天）X18（小时）X30（3分钟一趟）X 2(双弓)=1182.6万次，取1200万次。
3.2弓网相互作用3.2.1 《铁路设施.电流采集系统.受电弓和架空接触线之间动态相互作用模拟的验证》EN 50318-2018中的适用范围覆盖了刚性网和柔性网，并给出了刚性网仿真数学模型。
目前国内对应的标准GB/T 32591-2016中，未包含刚性网部分，因此，此处参照欧标。
3.2.3 参考《轨道交通地面装置电力牵引架空接触网》GB/T 32578-2016以及《铁路应用电流采集系统之间交互作用的技术标准受电弓与架空接触线》IEC 62486-2017中相关条款，弓网动态接触力指标是保证弓网可靠受流的必要条件，应首先通过弓网动态仿真方法进行预测，再通过弓网检测手段进行验证。
3.2.4-3.2.7 弓网动态接触力包含受电弓平均接触力与弓网动应力，其中受电弓平均接触力包含弓网静态接触力与空气动力。
EN 50317-2002-铁路应用集电系统 受电弓和接触网的动力交互
I
EN50317:2002
前
言
即公共交通装置和
本欧洲标准由 CENELEC TA9X 即铁路电气及电子应用委员会的 SC 9XC 辅助设备 固定式安装 电源和接地系统技术体提出
本草案于 2002 年 4 月 1 日提交正式表决并以标准号 EN 50317 经 CENELEC 通过 以下限定日期有 -通过国家标准等同采用或签注文件形式来执行该 EN 标准的最迟日期为 (dop)2003 年 4 月 1 日 -撤消与该 EN 标准相冲突国家标准的最迟日期为 (dow)2005 年 4 月 1 日 本欧洲标准由欧洲委员会委托 CENELEC 起草且支持协议指导性文件 96/48/EC
接触网高度
机车设置
测
6.5 测量系统的校准 测量系统应在实验室中进行测试以检查被测力的精确度 被测的完整受电弓应安装所有的测力装 置和加速度传感器 并具备数据传输系统 遥测 光学系统 以及放大器 作用力及测量力的比值 受电弓到测试仪器的传递函数 应经作用于弓头的动力激励来测定 激励以一定频段作用于弓头
CENELEC
EN50317:2002
目
次
前言 .................................................................... II 1 范围 ................................................................... 1 2 规范性引用文件 ........................................................... 1 3 术语和定义 .............................................................. 1 4 缩略语和符号 ............................................................. 3 5 概要 ................................................................... 3 6 接触力的测量 ............................................................. 3 6.1 要求 .................................................................. 3 6.2 测量系统的影响 ......................................................... 4 6.3 惯性修正 .............................................................. 4 6.4 空气动力修正 ........................................................... 4 6.5 测量系统的校准 ......................................................... 4 6.6 测量参数 .............................................................. 5 6.7 测量结果 .............................................................. 5 7 位移测量 ................................................................ 6 7.1 升弓 .................................................................. 6 7.2 接触点的垂直位移 ........................................................ 6 7.3 接触网其他位移的测量 .................................................... 6 8 拉弧测量 ................................................................ 6 8.1 要求 .................................................................. 6 8.2 电弧测量系统的校准 ...................................................... 7 8.3 工作距离的调节 ......................................................... 7 8.4 测量值 ................................................................ 8 8.5 表示值 ................................................................ 8 图 1 探测器位置 ............................................................ 7
受电弓接触网系统动力学模型及特性接
第!卷第"期!##!年$月交通运输工程学报%&’()*+&,-(*,,./*)0-(*)12&(3*3.&)4)5.)66(.)57&+8"9&8":*(;!##!文章编号<"E B"="E$B?!##!C#"=##!#=#E受电弓H接触网系统动力学模型及特性梅桂明G张卫华?西南交通大学牵引动力国家重点实验室G四川成都E"##$"C摘要<针对中国提速铁路采用的I J"E#=#简单链型悬挂接触网及K K B受电弓G建立接触网的有限元模型G计算得出固有频率及相应的模态振型G导出其振动方程G并推导出受电弓非线性模型的运动微分方程G利用泰勒级数展开对非线性模型进行线性化G得到受电弓框架的等效参数G最后在这个基础上建立起受电弓H接触网垂向耦合动力学模型L应用受电弓的线性模型及非线性模型G而且考虑机车M轨道激扰因素影响下G对接触网H受电弓系统的动态进行了运行模拟计算并加以比较L 关键词<受电弓D接触网D耦合D动力学D非线性D线性化中图分类号<N!!@8"文献标识码<OP Q R S T U V W T X Y Z[S R Y\Z]S^U X_X‘a S R b X c_S a]H V S b Z R S_Q W Q W b Z Tde f g h i=j i k l G m no pgqr i=s h t?9*3.&)*+-(*/3.&)u&v6(w*x&(*3&(y G K&’3z v613%.*&3&)5N).{6(1.3y G I z6)50’E"##$"G I z.)*C|\W b_S V b<}&(3z6/.{.+I J"E#=#1.~2+613.3/z60/*36)*(y&)3z6z.5z=12660(*.+v*y*)0K K B 2*)3&5(*2z G3z6,.).366+6~6)3~&06+&,3z6/*36)*(y.1162’2;-z6)*3’(*+,(6!’6)/y*)03z6 /&((612&)0.)5~&06*(6/*+/’+*360*)03z66!’*3.&)&,3z6{.x(*3.&).160’/60;-z6)&)+.)6*( 0y)*~./*+0.,,6(6)3.*+6!’*3.&)&,3z62*)3&5(*2z.1+.13;"y3z6-*y+&(16(.61G3z6)&)+.)6*(~&06+ .1+.)6*(.#60*)03z66!’.{*+6)32*(*~636(1&,3z6,(*~6&,3z62*)3&5(*2z*(65*.)60;-z6{6(3./*+ /&’2+.)50y)*~./~&06+&,3z62*)3&5(*2z H/*36)*(y1y136~.1613*x+.1z60;"*160&)3z6+.)6*( ~&06+*)03z6)&)+.)6*(~&06+&,3z62*)3&5(*2z G3z6/&~2’3*3.&)*)03z6/&~2*(.1&)&,3z61.~’+*3.&)&)3z60y)*~.//z*(*/36(.13./&,3z62*)3&5(*2z H/*36)*(y1y136~*(6/&~6&’3v.3z3z6{.x(*3.)5(612&)161&,3z6+&/&~&3.{6*)03(*/$3*$6).)3&/&)1.06(*3.&);%Z Q&X_Y W<2*)3&5(*2z D/*36)*(y D/&’2+.)5D0y)*~./1D)&)+.)6*(D+.)6*(.#*3.&)|’b]X__Z W’T Z<:4()’.=~.)5?"A B F=C G~*+6G*0&/3&(*+13’06)3&,K&’3z v613%.*&3&)5 N).{6(1.3y G6)5*560.)3z613’0y&,0y)*~./1&,3z62*)3&5(*2z H/*36)*(y1y136~;随着中国铁路技术的发展G列车运行速度的提高G对受电弓H接触网的动态特性提出越来越高的要求G但由于国产接触网和受电弓所组成的弓网系统动力学特性较差G在中国提速铁路上G已大量采用进口接触网M受电弓器材G在速度"E#$~H z以上则全部采用成套的进口接触网H受电弓系统L目前正值中国发展高速铁路G受电弓和接触网的发展现状已严重影响和阻碍中国铁路国产高速化的进程L由于历史和专业的原因G受电弓和接触网的研发和管理分别在不同部门进行G受电弓和接触网研究相互隔离G 而事实上接触网和受电弓是一个耦合系统G进行受电弓H接触网系统的耦合动力学研究是十分必要的L 近年来G国内外有不少学者对受电弓M接触网以及相互作用系统动力学做了一些工作G取得了一定的成果*"+@G B+"",L然而G他们要么采用受电弓的线性模型进行研究G就是采用非线性模型进行研究G而没有对两种模型进行比较!本文就针对此问题"对受电弓的非线性模型以及线性化模型的运动微分方程进行推导"并与接触网的有限元模型一起建立受电子弓#接触网系统垂向动力学模型"对其动态特性进行研究并加以比较!$受电子弓与接触网的动力学模型及运动微分方程$%$受电弓动力学模型及运动微分方程受电弓是由框架&下臂杆’推杆’上臂杆’平衡杆(以及弓头等几部分组成的空间结构"结构比较复杂"但在实际中可以用等效的二维构架来描述其运动!以下就针对受电弓的升弓系统))即升弓框架及主轴和升弓弹簧系统进行研究!为此"选定垂直于主轴和各链轴的对称平面作为研究平面!将升弓系统各元件向该平面投影"并将各铰链之间简化成杆件*+,!下面就针对这种情况"对框架及弓头的运动微分方程进行推导!;^_V _Q ‘]_V_Q [a Q &-(得到框架的微分方程X -&Q (Q bc X +&Q (Q ‘+c X C &Q (Q ‘c X E&Q (d /05&Q ‘(c X H &Q "Q ‘([X I &Q (e bV &+(其中X -&Q ([@-D +H c A -c @+f +-D +I c f +-A +c @C D +-c @C f ++D +J c +@C f +D -D J g 6d &Q c h (c f ++A CX +&Q ([@+f -D +I;f -;Q c f -A +;f -;Q c @C f +D +J;f +;Qc @C D -D J g 6d &Q c h (;f +;Q ]@C f +&-c f +(D -D Ji d /5&Q c h (c f +A C;f +;QX C &Q ([M K c M L f +-c M F &-c f +(+c M G &f -c f +(+X E &Q ([L K cj f -j L L cj -c f +j L F cj f -c f +j L G X H &Q "Q i([]N k c S l &D -g 6d Q c f +D C g 6d h (c @-m D Hg 6d Q c f -@+m D I g 6d n c @C m D -g 6d Q c f +@C m D Jg 6d h X I &Q ([@-D H g 6d Q c @+f -D I g 6d n c @C D -g 6d Q c @C f +D Jg 6d h 而f -[D +-cX D -g 6d Q ]W D -d /5Q D +-cW +cX +c+X D -g 6d Q ]+W D -d /5Q c &D +L F cD +E ]D ++(&X d /5Q cW g 6d Q (D -D +L F E D +L F D ++]&D +L F cD ++]D +E(o +f +[]D +-cX D -g 6d Q ]W D -d /5Q D +-cW +cX +c+X D -g 6d Q ]+W D -d /5Q c &D +L F cD ++]D +E (&X d /5Q cW g 6d Q (D -D +LF E D +L F D +E ]&D +L F cD +E ]D ++(o +D L F [D +-cW +cX +c+X -g 6d Q ]+W D -o d /5Q n [89g =0D -d /5Q ]W D -g 6d Q cX c 89g g 6dD ++cD +L F ]D +E+D +D L F h [89g g 6d D +E cD +L F ]D +++D E D L F ]89g =0D -d /5Q ]W D -g 6d Q cX ]p i i-+第-期梅桂明"等?受电弓#接触网系统动力学模型及特性式中!"#$为弹簧原长%从上面的式子可以看出框架运动比较复杂&从而就有不少学者为了计算的方便&就将其模型进行简化%本文就针对框架的非线性运动微分方程在平衡位置附近’即()*$+(),$+(-*$+(-,$+$.进行泰勒级数展开’忽略高阶项影响.&从而得出受电弓框架的线性运动微分方程%首先将受电弓底座固定&即取()/+(-/+$%又考虑到在一般情况下&仿真计算中是把框架的顶部*点的位移作为变量&于是将其运动等效到框架的顶部&而顶部*点的运动速度0加速度与下臂杆的角速度0角加速度存在着一一对应关系&其表达式为12+(2*3451-+’465(-*748(26*.349:;55’5.式中!45+#<=>?1@46#5=>?A B 48+C 46C 1#5=>?A 7#<?D E 17466#5?D E A 由于F G 与(*0(,0()*0(),有关&所以H 5’1&1).也就是与(*0(,0()*0(),有关的函数&这样就可以令H ’(*&(,&()*&(),.+H <’1.45(-*@H 8’1.?D I E ()*4J K5745L ,?D I E ’(),7()*.利用泰勒级数在平衡位置附近进行展开&得H ’(*$@"(*&(,$@"(,&()*$@"()*&(),$@"(),.+H ’(*$&(,$&()*$&(),$.@M H M (*"(*@M HM (,"(,@M H M ()*"()*@M H M (),"(),’8.最后将等式两边同时除以45&就可以得出受电弓框架在平衡位置附近的等效线性运动微分方程&其表达式为N F "(-*@’O ,@O F ."()*@O ,"(),@L ,?D I E ’"()*7"(),.@L F ?D I E "()*4J K5@’P ,@P F ."(*@P ,"(,+$’Q .其中N F +H <’1.465P F +7<4R65C N S C 17’F T $@N ,U .’7#<?DE 1@C 46C 1#5=>?A 7466#5?D E A .@V <U #Q ?D E 1@C 4<C 1V 6U #W=>?X @46<V 6U #W ?D E X @V 5U #<?D E 17C 46C 1V 5U #Y =>?A @466V 5U #Y?D E A L F +L [@\4<\L L @\<@46\L ]@\4<@46\L ^45式中!F T $为弓网间静态接触力%这样就可以把受电弓的非线性模型简化为两个自由度的线性化模型&如图6所示%6*z M 6(’y &{.M y RZ67|M 6(’y &{.M y 6@}#’y .M 6(’y &{.M {6@~M (’y &{.M {+!’y &{.@M V ’y &{.M y ’Y .66交通运输工程学报6$$6年位长度梁的质量!即线密度"#$为材料的阻尼比#%!&’("为单位长度梁上的外力#)!&’("为单位长度梁上分布的外力矩*当分别在&+,-&+.-&+/!其中,-.-/为任意值"外有一集中质量)+)0-集中力1+20-集中力矩3+30时’它们的线密度-分布力以及分布力矩就变为4函数’其表达式为56!&"+)04!&7,"%!&’("+204!&7.")!&’("+304!&7/"根据文献89:’利用模态分析方法将偏微分方程简化为为常微分方程’其简化过程如下;首先不妨设接触线振动位移为<!&’("+=>?+6@?!&"A ?!("!B "式中;@?!&"为第?阶主模态#A ?!("为第?阶广义坐标*利用主振型正交性可以得出接触网的普通二阶常微分方程组’其表达式为)??A C?DE )??F >?,?A G?D )??F E>?A ?+H ?!("!?+6’E ’I’>"!J "式中;)??-F >?-,?-H ?!("分别为第?阶模态质量-角频率-阻尼比及广义力*)??+KL85L !&"D )04!&7,":@E?!&"M &+KL5承力索!&"G @E?!&"M &D KL05接触线!&"@E?!&"M &D =N M O P QR +6)吊弦@E ?!&R"D =N S P TU +6)限拉器@E?!&U "D =N S P TU 6+6)支撑杆@E?!&U 6"H ?!("+K L@?!&V"%!&’("D 204!&7."D W 8)!&’("D304!&7/":XW &M &+=YR +61Z R @?!.R"[\]受电弓^接触网垂向耦合动力学模型由于轮轨系统的重量远远大于弓网系统的质量’其轮轨力也远远大于弓网力’因而弓网系统的振动对轮轨系统的影响完全可以忽略不计8_:*于是’可以将机车‘轨道耦合振动分析所得的车顶响应作为弓网系统的激扰输入*这样’受电弓^接触网垂向耦合动力学模型可简化成如图a 所示’其系统是通过接触力联系在一起’而接触力又是通过接触弹簧刚度以及在接触点处弓头与接触线上相应两点的竖直位移之差来求得’根据文献8B :’接触弹簧刚度取为w xy’(":!60"z 受电弓^接触网参数及接触网的动态特性z \[受电弓^接触网的参数{{_受电弓及|}690‘0接触网的基本参数8J ’60:列于表6-E *表6{{_受电弓基本参数~!"g 6~#$$%$&$’(!)*+!)!&$($),-.(#$//_+!’(-0)!+#L 6L EL bL aL 1L 9L _46\a _06\9b a E \09b 0\E E _0\9b 60\J 900\J J B b 6\J 92)6)E)b363E3b45E 066\1E 1\1a \6J J 0\B B a 6_\E a _0\E _00\b a 13v t v 6v 7v 31t 1617161_900E 0表E |}690‘0接触网基本参数~!"g E ~#$$%$&$’(!)*+!)!&$($),-.(#$89690:0;!($’!)*材料横截面积^cc E 弹性模量^<n线密度^=f G c 76张力^=N 承力索>?@|6E 0^b 161b 0\B 6_A 60660\90E 6_接触线B e {6E 06E 06\b A 60666\0_6b跨数1跨距^c 91结构高度^c6\1z \z 接触网的动态特性针对上面的|}690‘0简单链型悬挂接触网’用C N {D {软件建立有限元模型’进行模态分析’可以bE 第6期梅桂明’等;受电弓^接触网系统动力学模型及特性表!接触网前"#阶固频率$%&’()*+!(,-./012)3"#2,./-45-167-80.2,-6)2-1)/9:;:##<=>=""#<=??>@#<=A ">>#<=A">?:<##>::<@:!A :<@">!:<=#>#:<=?"::<=B :>::;>#><B ="B ><A "?@><@!>B ><=#:>><=>@A !<"?!?!<B >@:!<A !!>!<@!#!!<@A >">:;!#?<!?!B ?<?B #A ?<"@B !?<A #?=?<A B !!"<::"?"<>>=B "<!?=:"<?">""<?==#!:;?#"<A @@?"<@##""<@B B A "<=>B !"<=B "!B <##>:B <B @>=B <B @!#B <B @!:B <B @!??:;"#B <B @!"B <A :?BB <A :"!B <A :"@B <@:"=B <@:@!B <@@!"B <@@A @B <@=A @B <=#B "触网系统的动力响应的影响不能体现出年接触网系统动力学模型及特性。
弓网动态关系可视化仿真系统
等优点 。现广泛应 用于模拟训练 、 虚拟现实及其 它实 时动态仿
真 系 统 中。
在本系统 中， 主要 的模型有支柱 、 接触网 、 位器 、 定 机车 、 受
电 弓 、 轨 、 其 它衬 托 用 的模 型 。 托 用 的模 型 一般 用 贴 图方 铁 及 衬 式 来 实 现 ， 们 在 同 一 次 仿 真 中基 本 不 变 ， 不 用 控 制 它 们 。 它 也 支
２ １系统 的 开发 环境 ．
柱、 定位器 、 机车 、 受电 弓、 轨等模型从建模到仿真结束其形 铁 状、 大小都是不变 的， 可以用建模软件建好 ， 然后调用 ， 叫静态
模型 。 触网（ 含接触线 、 力索 、 弦等 ） 接 包 承 吊 与上 述 几 种 模 型 不
同， 它是随不同的跨距 、 接触 网类 型、 接触线类型而不同 ， 因此 ，
摘 要 ：采 用 Ｖ Ｃ控 制 台应 用程 序 和 Ｄｒｃ３ 图 形库 技 术将 受 电 弓及 接 触 网 的运 行 状 态 以三 维 动 画方 式 演 绎 出 来 ，不 ｉ ｔＤ ｅ
仅 能 够 准 确 的 反 映 受 电 弓的 运 动轨 迹 、 触 网 的振 动状 态 ， 能根 据 装 入 的检 测 数 据 来仿 真 行 车 状 况 ， 导 运 营 管 理 部 门 接 还 指 的 日常维 护 检 修 。 本 文 介 绍 了基 于 Ｖ Ｃ和 Ｄｒ ３ 的接 触 网与 受 电 弓动 态关 系可视 化 仿 真 系统 的 开 发 。 ｉ Ｄ ￣ｔ
２ ２ 系统 结 构 与 功 能 ．
系统 的总 体 结 构 如 图 １ 示 。 所
接 触 网／ 境态 模 型 受 电 弓
以受 电 弓为 例 （ ２中 的文 字 是 受 电 弓模 型 的变 换 参 数 ） 图 ， 它是 固定 模 型 的典 型 ， 用第 三方 软 件建 好 ， 利 用 Ｄｒ Ｄ提 再 ｉ ３ ￣ｔ 供 的插 件 把 模 型转 换 为 Ｄｒｃ ３ ｉ ｔ Ｄ可 识 别 的数 据 文 件 ，它 在 设 ｅ
电气化铁道受电弓-接触网系统受流特性研究的开题报告
电气化铁道受电弓-接触网系统受流特性研究的开题报告一、选题背景受电弓是电气化铁道中的重要设备，其作用是将电能从接触网输送到铁路车辆上。
受电弓的工作性能不仅需要满足高速列车时的稳定性和可靠性，还需要考虑铁路电气化系统能量效率和节能减排。
因此，对受电弓-接触网系统的受流特性研究具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容本次研究将主要探索以下几个方面：1. 电气化铁道受电弓与接触网的工作原理及组成构造。
包括受电弓与接触网的电气特性、结构、作用机理等方面的介绍。
2. 受电弓-接触网系统的受流特性分析。
根据电路理论及硬件搭建，建立电气仿真模型，并通过仿真分析受电弓-接触网系统的受流特性，了解系统的性能和稳定性。
3. 受电弓-接触网系统的优化设计。
针对受电弓-接触网系统在高速列车运行时可能出现的自激振荡、跳闸等问题，探究受电弓-接触网系统的优化设计方法和策略。
4. 实验研究及数据分析。
通过实验验证受电弓-接触网系统的仿真模型的准确性，并分析实验数据，为受电弓-接触网系统的工作性能提供数据支持。
三、研究意义本次研究的意义体现在以下几个方面：1. 对受电弓-接触网系统的受流特性进行深入探究，为电气化铁道的稳定性和可靠性提供重要支持。
2. 探索受电弓-接触网系统的优化设计方法和策略，在高速列车运行时提高电气系统的工作效率和能量利用效率。
3. 构建受电弓-接触网系统的电气仿真模型，为后续研究提供理论支持和数据支持。
四、研究方法本次研究将采用理论分析、仿真模拟、实验研究等多种方法，通过建立电气仿真模型，分析受电弓-接触网系统的电气特性及受流特性，并通过实验验证仿真模型准确性。
五、预期结果本次研究预计将获得以下几个方面的结果：1. 得到受电弓-接触网系统在高速列车运行时的受流特性、稳定性和可靠性等方面的数据和实验结果。
2. 探究受电弓-接触网系统的优化设计方法和策略，并提供优化方案。
3. 提出受电弓-接触网系统的电气仿真模型，并验证其准确性。
受电弓—接触网系统动力学研究
受电弓—接触网系统动力学研究随着铁路技术的不断发展，受电弓—接触网系统在列车运行中发挥着越来越重要的作用。
受电弓是列车从接触网获取电能的关键设备之一，其工作性能直接影响列车的运行安全和稳定性。
因此，对受电弓—接触网系统动力学的研究显得尤为重要。
本文将从以下几个方面对受电弓—接触网系统动力学进行深入探讨。
受电弓—接触网系统动力学研究不仅对提高列车运行效率具有重要意义，而且直接影响列车的运行安全。
受电弓与接触网之间的动态相互作用是列车运行过程中的重要研究对象。
通过对其动力学研究，有助于深入了解受电弓—接触网系统的运行规律，为受电弓设备的优化设计和接触网系统的改进提供理论支持。
建立受电弓—接触网系统动力学模型是进行动力学研究的关键步骤。
需要考虑到受电弓和接触网之间的动态摩擦、阻尼以及弹性等因素，采用合适的力学模型进行描述。
还需要结合列车运行过程中的空气动力学效应以及其他外部干扰因素，对模型进行进一步完善。
常用的建模方法包括有限元法、多体动力学和控制系统等，可根据实际需要选择合适的建模方法。
建立好受电弓—接触网系统动力学模型后，需要通过仿真软件对模型进行仿真分析。
通过调整模型中的参数，可以分析不同工况下受电弓—接触网系统的动态响应和稳定性。
例如，可以分析受电弓在不同速度、不同接触压力条件下的动态特性，以及接触网系统的振动和稳定性问题。
通过仿真分析，可以找出系统中的潜在问题，为实际系统的优化设计提供指导。
实验研究是受电弓—接触网系统动力学研究的重要组成部分。
通过实验，可以验证动力学模型的准确性和有效性，同时还可以针对实际运行过程中出现的问题进行深入研究。
实验研究包括实验室模拟试验和现场试验两部分。
实验室模拟试验可以在一定程度上模拟实际运行环境，为研究提供便利。
现场试验则可以直接针对实际列车运行过程中的问题进行研究和验证，结果更加真实可靠。
受电弓—接触网系统动力学研究是一个充满挑战和机遇的领域。
随着列车运行速度的不断提高和新技术的不断应用，未来的研究将面临更多新的挑战和机遇。
电气化接触网架线机的动态模拟与仿真技术
电气化接触网架线机的动态模拟与仿真技术随着城市化进程的推进和交通运输需求的增加，铁路运输在现代化社会中扮演着重要的角色。
电气化铁路系统作为一种高效、环保的交通方式，被广泛应用于高速铁路和城市轨道交通系统中。
而电气化接触网架线机作为电气化铁路系统中的重要装备，其准确建模和仿真对于设计优化和性能分析具有重要意义。
本文将介绍电气化接触网架线机的动态模拟与仿真技术，以及该技术在铁路系统中的应用。
首先，电气化接触网架线机的动态模拟是通过建立数学模型和使用仿真软件来模拟该装备在运行过程中的动态特性。
这种方法可以模拟不同工况下的电气化接触网架线机的运行情况，例如通过调整工作参数来观察其对不同外界条件的响应。
动态模拟可以帮助工程师更好地理解电气化接触网架线机的工作原理，提前预测可能出现的问题，并设计出更加可靠和高效的装备。
其次，电气化接触网架线机的仿真技术是基于动态模拟的基础上进行的，通过仿真软件进行精确的计算和分析。
仿真软件可以模拟出电气化接触网架线机在不同条件下的运行状态，并通过各种指标来评估其性能。
这些指标包括工作效率、能耗、振动状况等。
仿真技术可以帮助工程师在设计阶段进行各种不同方案的比较和优化，以确定最佳方案。
在电气化铁路系统中，电气化接触网架线机的动态模拟与仿真技术具有重要的应用意义。
首先，它可以帮助工程师预测电气化接触网架线机在不同工况下的运行状态，以便在设计阶段进行相应的修改和调整，确保装备的可靠性和性能。
其次，动态模拟与仿真技术可以用于指导电气化接触网架线机的运维工作，通过模拟出设备的运行情况，工作人员可以更好地了解设备的运行方式和特点，从而进行相应的维护和保养工作。
此外，电气化接触网架线机的动态模拟与仿真技术还可以应用于故障诊断和故障原因分析。
通过模拟装备在故障状态下的运行情况，工程师可以更好地了解故障产生的原因，并进行相应的修复和改进。
这可以大大提高故障处理的效率，并降低对铁路系统的影响。
受电弓_接触网半实物半虚拟混合模拟系统的研究_吴学杰
文章编号:1001-8360(2002)01-0014-05受电弓/接触网半实物半虚拟混合模拟系统的研究吴学杰, 张卫华, 梅桂明(西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都 610031)摘 要:采用对接触网理论模型进行实时仿真计算的方法来虚拟接触网,将该虚拟接触网与真实受电弓通过液压伺服作动器连接在一起,组成一个虚实结合的混合模拟试验系统,采用这样的方法来开展受电弓/接触网系统的研究,为受电弓/接触网系统的动态特性研究和参数优化提供了一个崭新的研究手段。
在此基础上,还可开展受电弓振动非线性控制技术及其它一些相关技术的研究。
关键词:受电弓/接触网;混合试验系统;动态仿真;模糊控制中图分类号:T P273;U264;U225 文献标识码:AResearch on mixed dynamic simulation forthe pantograph/catenary systemW U Xue-jie, ZHANG W ei-hua, M EI Gui-ming(National Key T raction Power Lab oratory,Southw es t J iaotong University,Ch engd u610031,China)Abstract:In this paper,a mix ed dynamic simulation test metho d is put forw ard to simulate and research the dynamic characteristic of the railway pantog raph/ca tena ry system.The pa ntog ra ph/ca tena ry mix ed simulatio n test sy stem can be carried out by co mbining with the actual pantog raph and the dum my ca tena ry th ro ugh the hydraulic actuator.The nonlinear vibratio n co ntrol technicality o f panto g raph can be researched also on the mix ed dy namic test system.Keywords:pa ntog raph/ca tena ry;mixed test system;dy namic simula tio n;fuzzy contro l 高速电力机车除了要具有高速运行品质以外,还需要有一个匹配优良的受电弓/接触网系统。
受电弓与刚性接触网动力耦合方程的数值解
受电弓与刚性接触网动力耦合方程的数值解关金发;吴积钦【摘要】良好的受电弓与刚性接触网动力相互作用是保证其可靠受流的前提,为研究其动力响应,有必要对两者的动力作用机理进行分析.根据弓网系统的特点,推导受电弓、刚性接触网、弓网接触的动力方程,其中刚性接触网动力方程为偏微分方程,利用Ritz法,转化为常微分方程,通过纽曼数值积分求解弓网系统动力方程组.计算案例结果表明:刚性接触网首跨弛度对弓网动力性能影响较大,刚性接触网跨距、定位点刚度是影响弓网动力性能的显著参数,与有限元法进行比较,发现计算结果比较接近,验证该方法的有效性.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2016(013)002【总页数】7页(P362-368)【关键词】受电弓;刚性接触网;动力方程;数值计算【作者】关金发;吴积钦【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】N945.12受电弓与刚性接触网是构成地铁牵引供电网的关键设备，两者的动力相互作用，亦称弓网动力耦合，是影响两者可靠受流的重要因素，研究两者的动力作用机理需要对两者及其耦合模型进行动力学建模、求解、验证，其中关键是建立两者统一的垂向微分振动方程。
国内外对受电弓与刚性接触网的仿真建模及结构优化有一定研究：Paulin等[1-3]建立受电弓与刚性接触网动态仿真模型，受电弓利用simpack 建立刚体模型，刚性接触网利用有限元软件建立柔性体模型，通过改变仿真参数，优化弓网动态性能，设计出Y型截面刚性悬挂，该新型悬挂的线路速度设计达110 km/h。
为了适应更高速度的刚柔过渡结构，Kobayashi等[4-5]设计一种新型结构，通过跑车试验，论证该结构的运行性能能达110 km/h。
Ankur[6]针对刚性接触网的关节式绝缘过度段进行弓网建模及仿真，优化该处的弓网动态性能。
韩柱先[7]提出刚性接触网的不平顺对弓网受流有影响，高速运行时容易引发离线现象。
受电弓与接触网系统的动态相互作用
力学系统能维持振动，必须具有弹性和惯性。由于弹性，系
统偏离其平衡位置时产生回复力，促使系统返回原来位置；
由于惯性，系统在返回平衡位置的过程中积累了动能，使系 统越过平衡位置向另一侧运动。由于弹性和惯性的相互影响
，才造成系统的振动。
描述振动的量：位移、速度、加速度等
与接触网弹性有关的因素
√接触网的跨中弹性（单位垂直作用力引起的接触线抬升)与
跨距成正比，与接触线和承力索的张力之和成反比
弹性沿跨距的一致性用接触网的弹性不均匀系数表示 √弹性及弹性不均匀系数与接触线截面、线索张力、接触网 跨距、结构高度、预弛度及有无弹性吊索有关，与接触网 施工精度有关
接触网的弹性
弓网系统的振动为随机振动——只能用数理统计的方法加以 研究
接触网的振动
L SA
x mD1 k D1 mD1 mD2
B EIB
mD2
A EIA
k T1 mAT1
Dropper
Tower
k TW mATW
Support wire
SA
SB
k DP mBTW
Contact wire
SB
mBT1
mDP
接触网包括接触线、承力索、吊弦、定位器以及其他零件， 既有均布质量，又有集中质量，是一个非常复杂的振动系统
在选择传感器时，请注意使用环境、通讯方式、敏感度等
弓网动态相互作用的测量要求----位移
测量内容包括： 定位点处的接触线抬升：测量误差应小于5mm。 弓头的垂直位移：测量精度应优于10mm。 在选择传感器时，请注意使用环境、通讯方式、敏感度等
弓网动态相互作用的测量要求----电弧
采用非接触方式 原理：利用电弧探测器对铜材料辐射出的光的波长
电气化高速铁路接触网与受电弓动态性能研究
电气化高速铁路接触网与受电弓动态性能研究摘要：当前，我国进入了高铁发展的黄金时代，其在人们生活中的作用越来越大，相对的人们对高铁的要求也逐渐提升，其中电气化高速铁路接触网与受电弓动态性能的稳定和安全显得越发重要起来。
本文将从目前我国高铁接触网设计的实际需求出发，在柔性接触网的精确建模、受电弓与接触网系统的动力学仿真分析等重要技术中对接触网计算模型、高铁受电弓/接触网耦合动力学仿真计算模型进行研究，并以此对多种工况下的接触网动态特性进行仿真研究，以供参考。
关键词：电气化；仿真模型分析；高速铁路；接触网与受电弓；动态性能研究引言高速铁路是正在飞速发展的一种现代化运输方式，具有显著的优势：运营速度快，可达200~350km/h，速度仅次于航空；运客能力较强，列车开行密度高，在运客方面发挥着极大的作用；与航空和公路运输相比而言对天气的要求较低，运行时受雨、雪、雾等自然气象因素的影响较小，可全天候运营；使用电力驱动，符合节能减排的环保理念；在列车运营方面，能够实现公式化运营，开行密度班次大，旅客承载便捷，因而具备更广阔的发展和使用潜力。
一、进行电气化高速铁路接触网与受电弓动态性能研究的意义高速铁路电气化列车是依靠受电弓与接触网的直接接触来获得驱动电能的，而且在不同的区域接触网结构存在较大的差异，不同的受电弓为满足不同线路的开行需求，其花瓣、框架、阻尼器等结构也会存在较大差异。
接触线和受电弓之间的相互作用也决定了机车供电的可靠性与供电质量，而电能传输便是限制机车最高速度的一个重要因素。
进行电气化高速铁路接触网与受电弓动态性能研究的意义就在于通过研究两者的相互作用机理，为高速铁路的接触网和受电弓设计工作提供相应的参考。
不断提升高速铁路的运行速度，清除阻碍，不断总结、提升高速铁路的研究水平，努力提升我国高速铁路的质量水平和发展速度，由此，对电气化高速铁路接触网与受电弓动态性能进行充分的研究无论对我国的交通行业、经济发展还是改善民生工作来说，都有着重要的现实意义，是理应被提上台面来探讨的重要问题。
EN 50317-2002-铁路应用集电系统 受电弓和接触网的动力交互
CENELEC
EN50317:2002
目
次
前言 .................................................................... II 1 范围 ................................................................... 1 2 规范性引用文件 ........................................................... 1 3 术语和定义 .............................................................. 1 4 缩略语和符号 ............................................................. 3 5 概要 ................................................................... 3 6 接触力的测量 ............................................................. 3 6.1 要求 .................................................................. 3 6.2 测量系统的影响 ......................................................... 4 6.3 惯性修正 .............................................................. 4 6.4 空气动力修正 ........................................................... 4 6.5 测量系统的校准 ......................................................... 4 6.6 测量参数 .............................................................. 5 6.7 测量结果 .............................................................. 5 7 位移测量 ................................................................ 6 7.1 升弓 .................................................................. 6 7.2 接触点的垂直位移 ........................................................ 6 7.3 接触网其他位移的测量 .................................................... 6 8 拉弧测量 ................................................................ 6 8.1 要求 .................................................................. 6 8.2 电弧测量系统的校准 ...................................................... 7 8.3 工作距离的调节 ......................................................... 7 8.4 测量值 ................................................................ 8 8.5 表示值 ................................................................ 8 图 1 探测器位置 ............................................................ 7
受电弓与接触网动态相互作用仿真的验证
受电弓与接触网动态相互作用仿真的验证1 范围本标准规定下列评定受电弓与接触网匹配性能的仿真模型的功能要求： ——输入和输出参数；——评定仿真方法结果的参照标准值； ——检测结果的比较；——仿真方法之间的比较。
本标准适用于由受电弓与架空接触网相接触的轨道车辆受流系统，不适用于刚性架空接触网系统和无轨电车系统。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 21561.1—2008 轨道交通 机车车辆 受电弓特性和试验 第1部分：干线机车车辆受电弓（IEC 60494-1:2002，IDT ）GB/T XXXXX 轨道交通 受流系统 受电弓与接触网动态相互作用测量的要求和验证 3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1接触点 contact point滑板和接触线之间的机械接触的点。
3.2接触力 contact force受电弓施加于架空接触网上的垂直力，是所有接触点压力的总和。
3.3静态力 static force在受电弓升弓装置的作用下，弓头向上施加在接触线上的垂直力。
在受电弓升起的同时机车车辆是静止的。
[GB/T 21561.1—2008，定义3.3.5] 3.4空气动力 aerodynamic force由于受电弓部件周围的空气流动而作用在受电弓上的附加垂直力。
3.5平均接触力F m mean value of contact force 接触力的算术平均值。
3.6接触力标准偏差σ standard deviation of contact force1)(2--=∑n F Xm iσ3.7最小统计接触力 statistical minimum of contact force接触力值为F m－3σ。
3.8最大统计接触力 statistical maximum of contact force接触力值为F m＋3σ。
轨道交通受流系统受电弓与接触网动态相互作用
轨道交通受流系统受电弓与接触网动态相互作用1 范围本标准规定了受电弓与架空接触线之间动态相互作用时匹配性能参数测量方法的输出功能和准确度要求。
本标准适用于轨道交通受流系统。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 21561.1—2008 轨道交通机车车辆受电弓特性和试验第1部分：干线机车车辆受电弓（IEC 60494-1：2002，IDT）GB/T 21561.2—2008 轨道交通机车车辆受电弓特性和试验第2部分：地铁和轻轨车辆受电弓（IEC 60494-2：2002，IDT）3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1弓头 collector head受电弓中由框架支承的部件，它包括滑板、弓角并可以有一个悬挂装置。
[GB/T 21561.1—2008，定义3.2.3]3.2接触点 contact point滑板和接触线之间的机械接触点。
3.3弓头工作区域 working area of collector head正常运行时，接触点在滑板上可能的横向和垂向范围。
3.4接触力 contact force受电弓与架空接触网作用的垂直力，是一架受电弓所有接触点的力之和。
3.5平均接触力F m mean force接触力的统计平均值。
3.6静态力 static force在受电弓升弓装置的作用下，弓头向上施加在接触线上的垂直力。
在受电弓升起的同时机车车辆是静止的。
[GB/T 21561.1—2008，定义3.3.5]3.7空气动力 aerodynamic force由于受电弓部件周围的空气流动而作用在受电弓上的附加垂向力。
3.8准静态力 quasi-static force特定速度下静态力和空气动力的总和。
3.9锚段长度 tension length接触网两个下锚固定点之间的距离。
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受电弓与接触网系统(以下简称为弓网系统)是 通过滑动接触传输电能的机电设备，接触网沿铁路 铺设，受电弓安装在电气列车上方，两者通过弓网 接触点进行电能传输，接触质量的好坏决定了电能
收稿日期：2016−11−15 基金项目：国家自然科学基金资助项目(U1534209)
传输效率。在受电弓高速运动过程中，空气对受电 弓、受电弓对接触网的机械动力影响比普通速度大 的多，因此在高速铁路运行过程中，有必要研究弓 网动态性能。而得到弓网动态性能参数有 2 个途
第 14 卷 第 11 期 2017 年 11 月
铁道科学与工程学报 Journal of Railway Science and Engineering
Volume 14 Number 11 November 2017
受电弓与接触网 动态仿真模型建立及其确认
关金发，吴积钦 (西南交通大学 电气工程学院，四川 成都 610031)
摘 要：利用有限元法建立受电弓与接触网的动态仿真模型。受电弓可等效为三质量−阻尼−刚度系统，考虑吊弦为仅受拉
力的非线性单元，接触网可等效为空间杆−梁−索单元组成的系统，弓网滑动接触模型以罚函数法处理，通过直接时间积分 得出节点位移与单元受力结果。依据 EN50318 中有关弓网动态仿真模型的确认方法，结合京津城际和京沪高铁弓网动态测 试数据，进行标准模型和现场实测的比较，确认本仿真模型是可信赖的，为弓网系统设计与结构优化提供一种有力手段和研 究工具。 关键词：受电弓；接触网；建模；确认 中图分类号：U225 文献标志码：A 文章编号：1672 − 7029(2017)11− 2444 − 08
Building and confirmation for dynamic simulation model of pantograph and catenary
GUAN Jinfa, WU Jiqin
(Department of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)
通信作者：关金发(1986−)，男，广东中山人，博士，从事铁路弓网动力行为的研究；E−mail：kwanji真模型建立及其确认
2445
径，一个是现场实测数据，另一个是计算机仿真模 拟。现场测试数据耗费人力物力较大，不能作为长 期研究弓网动态性能的主要手段。而经确认的弓网 仿真模型能经济有效地获取弓网动态性能参数，可 预测新建线路或评估既有线路的弓网动态性能，能 优化受电弓与接触网结构参数，为弓网系统设计、 施工、维修提供有力工具。Jesús 等[1−7]利用有限元 法，建立弓网有限元模型，进行弓网仿真，分析弓 网动态特性；曲昀卿[8]把接触网等效为变刚度一维 质量弹簧，与受电弓组成动态方程，求解该方程得 到弓网接触力；黄标[9]利用虚拟样机技术，建立轨 道、机车、受电弓和接触网三维仿真模型，分析了 弓网耦合系统的动态学特性。铁道综合技术所 等 [10−14] 是介绍各个国家或公司的弓网系统商业仿 真软件，并通过该软件进行弓网仿真，包括：日本 开发的架线道、法国国铁开发的 OSCAR、德国 BB 公 司 开 发 的 CATMOS 、 德 国 西 门 子 公 司 开 发 的 SicatMaster 和 德 国 DB 联 合 多 家 公 司 开 发 的 PrOSA。已有研究现状侧重论述弓网动态仿真建模 过程，尚未按一定确认方法，验证弓网动态仿真计 算结果，而可信赖的弓网仿真计算结果是弓网仿真 模型应用的前提。基于此，本文利用有限元法建立 弓网仿真模型， 并通过标准 EN50318[15]中的仿真验 证流程，与理论模型、现场实测数据对比，确认弓 网仿真模型的有效性。
Abstract: Dynamic simulation model of pantograph and catenary was built using the finite element method. Pantograph is equivalent to a three-mass-damper-stiffness system. Considering droppers as nonlinear elements only stressed by tension, catenary is equivalent to an assembly of 3D bar, beam and cable elements. Sliding contact model of pantograph and catenary was handled by penalty function. Nodal displacement and element stress can be obtained by direct time integration. According to the confirmation method of EN50318, the credibility of the simulation system can be confirmed by the comparison of standard model with the measured data from working sites in Beijing-Tianjin intercity railway and Beijing-Shanghai high-speed railway. This simulation system provides an efficient way for the design and structure optimization of pantograph and catenary system. Key words: pantograph; catenary; modeling; confirmation