受电弓机构综合

机械原理课程设计

说明书

设计题目：受电弓机构综合

专业：2011级工程机械1班

设计者：金宗

学号：20116201

指导老师：鉴

2013年12月10日

目录

一、设计题目：受电弓机构综合 (1)

1.1 设计题目简介 (1)

1.2 设计要求和有关数据 (1)

1.3设计任务 (1)

二、数据收集与设计思路 (2)

2.1 受电弓工作原理 (2)

2.2 受电弓分类 (3)

2.2.1 双臂式 (3)

2.2.2 单臂式 (3)

2.2.3 垂直式 (4)

2.2.4 津式 (5)

2.3 受电弓主要构成 (5)

三、机构选型设计 (5)

3.1 设计案的要求 (5)

3.2 机构的设计 (6)

3.2.1 案一：菱形机构 (6)

3.2.2 案二：平行四边形机构 (7)

3.2.3 案三：铰链四连杆机构 (9)

四、机构尺度综合 (9)

五、运动分析 (12)

5.1 驱动式的确定与计算 (12)

5.1.1 直接型驱动机构 (13)

5.2 运动仿真（ADAMS） (16)

5.2.1 受电弓弓头的位移曲线图 (16)

5.2.2 受电弓弓头的速度曲线图 (16)

5.2.3 受电弓弓头的加速度曲线图 (17)

5.3 受电弓弓头上升偏离理想直线的位移验证 (17)

5.4 传动角的验证 (18)

5.5 Pro/e建模模型 (18)

六、总结 (19)

七、收获与体会 (19)

参考文献 (20)

附录 (20)

1.利用位移矩阵求解初始位置坐标的Matlab程序 (20)

一、设计题目：受电弓机构综合

1.1 设计题目简介

如图所示，是从垂直于电力机车行使速度

的向看上去，受电弓的弓头的最低和最高位置。

理想的情况是以车体为参照系时，弓头沿垂直

于车顶的向直线上升、下降，最低400mm，

最高1950mm。

图1-1

1.2 设计要求和有关数据

1. 在弓头上升、下降的1550mm行程，偏离理

想化直线轨迹的距离不得超过100mm。

2. 在任时候，弓头上部都是整个机构的最高处。

3. 只有一个自由度，用风缸驱动。

4. 收弓后，整个受电弓含风缸不超出虚线所示

1400×400mm区域。

5. 在垂直于机车速度的向，最大尺寸不超过12 00mm。

6. 最小传动角大于或等于30°。图1-2

1.3设计任务

1. 至少提出两种运动案，然后进行案分析评比，选出一种运动案进行设计；

2. 设计传动系统并确定其传动比分配。

3. 图纸上画出受电弓的机构运动案简图和运动循环图。

4. 对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设计要求；求出机构中输出件的速度、加速度；画出机构运动线图。

5.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。

6. 编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。

7. 在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计案的可行性。

二、数据收集与设计思路

2.1 受电弓工作原理

受电弓也称集电弓，是电力机车从接触网受取电能的电气设备，安装在车顶上。因为菱形受电弓的形状从侧面看好像是开的弓而名。一般可分为单臂弓、双臂弓两种，目前（2012年）常用的是单臂受电弓。

（1）升弓：压缩空气经电空阀均匀进入传动气缸，气缸活塞压缩气缸的降弓弹簧，此时升弓弹簧使下臂杆转动，抬起上框架和滑板，受电弓匀速上升，在接近接触线时有一缓慢停滞，然后迅速接触接触线。

（2）降弓：传动气缸压缩空气经受电弓缓冲阀迅速排向大气，在降弓弹簧作用下，克服升弓弹簧的作用力，使受电弓迅速下降，脱离接触网。

2.2 受电弓分类

受电弓分为四大类：双臂式，单臂式，垂直式和津式。

2.2.1 双臂式

图2-1

双臂式受电弓乃最传统的受电弓，亦可称“菱”形受电弓，因其形状为菱形。但现因保养成本较高，加上故障时有扯断电车线的风险，目前部分新出厂的铁路车辆，已改用单臂式受电弓；亦有部分铁路车辆（例如新干线300系列车）从原有的双臂式受电弓，改造为单臂式受电弓。

2.2.2 单臂式

图2-2

除了双臂式，其后亦有单臂式的受电弓，亦可称为“之”（Z）（ㄑ）字形的受电弓。此款受电弓的好处是比双臂式受电弓噪音为低，故障时也较不易扯断电车线，为目前较普遍的受电弓类型。而依据各铁路车辆制造厂的设计式不同，在受电弓的设计上会有些差异。

2.2.3 垂直式

图2-3

垂直式受电弓，亦可称成“T”字形（亦叫作翼形）受电弓，其低风阻的特性特别适合高速行驶，以减少行车时的噪音。所以此款受电弓主要用于高速铁路

车辆。但是由于成本较高，垂直式受电弓已经没有使用（日本新干线500系改造时由垂直式受电弓改为单臂式受电弓）。

2.2.4 津式

日本冈山电气轨道的第六代社长、津龙辅于1951年发明，又称为“冈电式”、“冈轨式”。

2.3 受电弓主要构成

1.底架组成；

2. 阻尼器；

3.升弓装置；

4.下臂组装；

5.弓装配；

6.下导杆；

7.上臂组成；

8.上导杆；

9.弓头；

10.碳滑板；

11.绝缘子

图2-4

三、机构选型设计

3.1 设计案的要求

连杆机构是整个受电弓设计的

最关键机构。连杆机构的作用是：

在升弓和降弓的过程当中，让受电