高速受电弓的力学模型及运动微分方程_李敏
高速接触网弓网关系研究
高速接触网弓网关系研究摘要近年来高速铁路的运行速度不断提高。
随着列车速度的提高，除了要解决线路强度及机车车辆的问题以外，还需解决接触网和受电弓之间的接触压力及动态受流问题。
论文对接触网的结构特征，振动特性以及受流理论进行了详细的分析，并且在分析的基础上确定了接触悬挂的物理模型和数学模型，并应用MATLAB语言对高速接触网—受电弓系统进行了仿真，得到接触网高速运行时的接触压力的变化情况。
计算机仿真方法直观易行，且易于更换条件及数据，虽有一定的近似性，但仍不失为研究高速动态受流的主要途径和方法。
关键词：接触网；受电弓；接触压力；动态受流；仿真The study of connection in Catenary Systems—Pantograph of the high speed Catenary SystemsABSTRACTThe movement speed of the Mass Rapid Transit increases continuously in recent years. Along with flat-out exaltation in railroad train, besides wanting to resolve the problem between circuit strength and motorcycle vehicle excluding, and still need solution the problem of contact pressure and dynamic current-carrying between Catenary Systems and Pantograph. The thesis take detailed analysis to the construction characteristic, vibration characteristic and current-carrying theories of Catenary Systems. Made sure the physics model and mathematics model of contact hangs on the analytic foundation, and apply the language of MATLAB to proceeded emulation to high speed Catenary Systems-Pantograph Systems, get the contact pressure's variety circumstance of Catenary Systems in high circulate. The computer emulation is easy and picturesque, and apting to replacing term and datas, although having certainly similitude, still is the main path and method to study high dynamic current-carrying.KEY WORDS：Catenary Systems; Pantograph; Contact Pressure;Dynamic Current-Carrying; Emulation目录1 绪论 (1)2 高速接触网的振动特性 (2)2.1 接触悬挂的弹性 (2)2.2 接触线坡度对受流的影响 (3)2.3 弓线间的动态接触压力 (4)2.4 高速接触网的振动微分方程 (5)2.5 高速受流稳定性分析 (6)3 高速接触网受流理论分析 (8)3.1 高速接触网的技术特征 (8)3.2 高速受流技术的质量性能指标 (9)3.3 高速接触网的控制参数及理论分析 (11)3.4 弓网动态特性分析 (13)3.5 设计参数对高速受流的影响 (14)3.6 几种高速接触网的悬挂类型比较 (15)4高速接触网的仿真原理 (17)4.1 高速接触网的仿真假设 (17)4.2 世界各国接触网仿真的基本方法 (18)4.3 接触网—受电弓系统的仿真效果 (18)5 接触网—受电弓系统仿真 (20)5.1 模型选择 (20)5.2 计算条件选择 (20)5.3 程序说明 (20)5.4模拟结果及分析 (22)设计小结 (25)谢辞 (26)参考文献 (27)附录 (28)第1章绪论随着社会及经济的发展，必然对铁路交通提出更高要求，提高列车运行速度是当今世界铁路一项共同追求的目标。
高速列车受电弓的优化设计
高速列车受电弓的优化设计摘要：针对高速列车空气阻力增大影响速度提升的问题，受电弓对高速列车空气阻力影响较大，通过对高速列车受电弓进行研究，优化受电弓设计，提升弓网系统的受流质量，进而降低列车空气阻力。
本文简单介绍了受电弓模型的建立与分析、优化设计。
关键词：空气阻力；受电弓；优化设计1 引言近年来我国高速列车发展越来越快，方便了人们的出行。
对于高速列车而言，其通过受电弓获取电能，这样才能够使其电机得以运行[1]。
当然对高速列车进行提速需要对其进行相应的改造，这样能够使其速度达到要求[2]，但高速列车的速度越大其所受的阻力越大，针对该问题，通过对受电弓进行优化设计，能够有效提升弓网系统的受流质量，进而降低列车空气阻力，其对我国高速列车的发展具有积极的意义。
2 受电弓模型建立与分析供电属于非常重要的环节，其能够使高速列车保持良好的运行状态，而受电弓一旦离线则会给列车的运行带来无法预测的影响。
对受电弓的运动特性、动力学特性进行研究具有重要的意义，其能够将受电弓高速运行状态下的受流问题得以解决，从而使列车更加可靠地获取电力能源[3]。
我国很多的专家、学者对我国高速铁路发展进行了深入的研究、分析，其建立了合理的受电弓系统动力学模型，对其动力学性能进行了研究分析，提出了提高动态流质量的方法与措施。
只有使受电弓网之间保持可靠接触才能够使列车的运行速度得到保证。
为了保证高速列车的速度，高性能的受电弓、线路等能够有效提升高速列车的速度，而且使其稳定性、可靠性得以提升。
图1 单臂受电弓结构图图2 受电弓垂向结构简图受电弓属于从接触网上进行电流获取的装置，其能够通过动态接触的方式进行电流的获取。
当前我国所使用的受电弓为单臂受电弓，其结构主要依赖于电力机车的运行速度、负荷情况、接触网状况等。
单臂受电弓由弓头、框架、底架以及传动机构四部分组成。
当前受电弓模型采用归算质量模型，其是指通过利用动能等效的原理将原结构简化成多个有集总质量模型，然后通过这些集总质量数目可以将其分为一元、二元以及多元弓模型。
毕业设计(论文)-高速列车受电弓结构及动力学参数优化设计[管理资料]
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摘要发展高速铁路是铁路现代化建设的必然趋势。
而高速列车主要采用电力牵引，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。
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：建立了受电弓非线性数学模型，并把非线模型线性化，利用等效刚度对接触网特性进行模拟，从而建立了弓网耦合数学模型。
借鉴试验结果，获得实验室内受电弓弓头的归算质量、刚度和阻尼等参数。
试验结果表明受电弓的框架归算质量和阻尼并不是常数，而是随着升弓高度的变化而变化的量值。
通过对受电弓/接触网耦合振动模型的分析，用MATLAB语言编制了计算程序，对受电弓各个动态参数以接触力的不均匀系数作为目标分别进行了优化。
结果表明，优化后接触力的波动变得更小。
关键词：受电弓；接触网；受流质量；动态参数；优化设计AbstractHigh-speed railway is an inevitable trend of the railway modernization construction．And high-speed train mainly adopts electric traction．The pantograph must obtain electric power dependably, which can influence the train running and performance of electric drive system．The serious problem of pantograph-catenary system is obvious after the railway reconstruction for speed upgrading and the construction of high-speed dedicated passenger railway in China．From the aspects of changing the relationship of pantograph and catenary improving the current collecting performance，the following main aspects are discussed in thesis：The nonlinear mathematical model of the pantograph is taken into account，and by linearizing this model and simulating the characters of catenary with equivalent stiffness，the pantograph and catenary coupled model is gained．Through experiment the paper gains the numerical value of equivalent mass and damp and effect of the head of the pantograph and in addition it is proved the equivalent mass and damp of the frame of the pantograph are variable with the height of the pantograph．By analyzing that model and writing the program with MATLAB language，the parameters of the pantograph are optimized with the uneven contact force coefficients as the goal function．From the result it Can be seen that the fluctuation of the contact pressure becomes much smaller than before after optimization．Keywords: pantograph; catenary; qualities of collecting current; dynamic parameters; optimization methods目录1. 绪论 (1)引言 (1)国内外的研究现状及发展趋势 (3)本论文的研究内容和方法 (5)2. 受电弓模型的建立与分析 (6)受电弓模型简介 (6)受电弓运动模型的建立 (7)几何运动关系 (11)速度关系 (12)受电弓线性化模型的建立 (16)3. 受电弓动态参数选取 (18)引言 (18)受电弓的归算质量 (19)受电弓弓头的弹簧刚度 (22)受电弓的阻尼 (22)弓头阻尼 (22)框架阻尼 (22)受电弓的动态参数 (24)4. 基于接触力的受电弓动态优化 (25)引言 (25)接触网简介 (26)利用等效刚度模拟接触网的特性 (28)弓-网耦合系统描述及其简化的运动方程 (29)优化指标的确定 (30)影响受流的动态参数分析 (33)结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)1.绪论1.1引言高速列车是指最高行车速度每小时达到或超过200km的铁路列车，世界上最早的高速列车为日本的新干线列车，1964年10月开通，最高时速每小时210km。
受电弓的建模与参数测试
受电弓的建模与参数测试
李丰良;李敏;唐建湘
【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2006(037)001
【摘要】针对受电弓的特点设计测试方案,特别是针对上框架的运动特性设计了受电弓侧滚和垂向振动参数的测试模型,并利用自行研制的测试设备对其进行解体测试. 实际测得了受电弓的归算质量与各主要部件的质量、质心和转动惯量等参数. 通过对受电弓各主要部分的运动特性进行分析,特别是对受电弓弓头部位的运动进行分析讨论,建立了包括受电弓侧滚运动、俯仰运动和垂向运动的力学模型. 讨论了受电弓3个升角与升弓高之间的关系. 研究结果表明:利用升角与升弓高之间的关系,可简化受电弓运动微分方程的推导;应用所建立的力学模型、实测数据以及简化公式可更准确地分析和计算弓网系统的力学行为.
【总页数】6页(P194-199)
【作者】李丰良;李敏;唐建湘
【作者单位】中南大学,土木建筑学院,湖南,长沙,410075;中南林业科技大学,土木建筑与力学学院,湖南,长沙,410004;中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410075【正文语种】中文
【中图分类】U264.3;O313
【相关文献】
1.基于Ansys的受电弓/接触网动力学仿真中接触网的建模研究 [J], 唐相营;王月明;李亮
2.基于本体建模的动车组受电弓故障树分析 [J], 徐磊;宋德刚;王太勇;宋龙龙;叶世风
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4.基于Petri网建模与FTA的动车组受电弓故障诊断 [J], 宋龙龙;王太勇;宋晓文;徐磊;宋德刚
5.地铁车辆受电弓滑板磨耗型面的建模与仿真分析 [J], 李思明;王玉辉;江冀海因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于LSSVM的弓网系统建模研究
基于LSSVM的弓网系统建模研究摘要随着当今高速铁路的迅速发展，对铁路基础设备性能的要求也越来越高。
弓网系统作为电力机车供电的主要组成部分，将直接关系到机车的受流质量，进而影响列车运行的稳定性。
为了提高弓网系统的接触受流性能，本文应用最小二乘支持向量机(LSSVM)进行了弓网系统的建模研究，主要工作如下：（1）首先基于弓网系统耦合动力学方程，得到弓网系统的离散化模型，然后结合弓网系统固有特性和环境因素，进一步构建弓网系统的广义模型。
（2）利用LSSVM对弓网广义模型参数进行辨识，分析列车速度和受电弓等效质量对弓网接触力的影响，再基于既有线的弓网实际检测数据进行弓网接触力的建模预报实验。
实验结果表明，基于LSSVM的弓网广义模型能够描述弓网接触力的动力学行为，具有较高的预报精度。
说明所提出方法用于弓网系统建模的有效性。
（3）为了优化LSSVM算法，提高弓网广义模型的预报精度，进一步根据基于误差相关性的LSSVM方法，运用于弓网广义模型的建模研究。
基于弓网的实际检测数据，对弓网接触力进行建模和预报实验。
实验结果表明，基于误差相关性的LSSVM方法对弓网模型具有较高的预报精度，说明所提出的方法对于弓网系统建模的可行性。
关键词：弓网系统，广义模型，LSSVM，误差相关性，建模，预报ISTUDY ON MODELING OF PANTOGRAPH-CATENARY SYSTEM BASED ON LEAST SQUARES SUPPORT VECTORMACHINEABSTRACTWith the rapid development of high-speed railway in today’s society,there is a growing requirement for the performance of basic railway equipments.The pantograph-catenary system as a major component of electric locomotive power supply will affect the current collecting quality of electric locomotive,which is associated with train stability.In order to make the pantograph-catenary system have higher quality of contact and current collection, the modeling problem for pantograph-catenary system is studied based on least square support machine(LSSVM),the main work of this thesis is as follows(1)At first,the discrete equation of pantograph-catenary system is obtained based on its coupling dynamic equation.Second,the generalized model of pantograph-catenary system is built by considering the inherent characteristics of pantograph-catenary system and the environment factors.(2)The generalized model of pantograph-catenary parameters are identified by the use of LSSVM.And the generalized pantograph-catenary system is used to study the influence of train speed and pantograph equivalent mass for the contact force.In addition,empirical study is implemented on the field measured data of pantograph-catenary used on existing railway line.The simulation results show that,the pantograph-catenary model based on LSSVM can effectively approximate the dynamic behavior of the contact force in pantograph-catenary system with higher prediction accuracy.In a word,the proposed method is effective in modeling of train pantograph-catenary system.(3)In order to improve the prediction accuracy of generalized pantograph-catenary model,a method based on error correlation is proposed for the optimization of LSSVM model, which is used in the study on modeling of generalized pantograph-catenary system.Based on the actual testing data of pantograph-catenary system,the contact force is modeled and predicted by the use of error correlation.The results show that,it improves the prediction accuracy with the method of LSSVM based on error correlation and achieves a good prediction results,indicating that the proposed method for pantograph-catenary system is feasible.Key Words:pantograph-catenary system,generalized model,least squares support vector machine,error correlation,modeling,predictionII目录第一章绪论 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2弓网关系国内外研究现状 (2)1.3最小二乘支持向量机研究现状 (4)1.4本文研究的主要工作 (5)1.5论文的结构 (5)第二章弓网系统概述 (6)2.1接触网模型 (6)2.1.1接触网简介 (6)2.1.2接触网的分类 (7)2.1.3接触网的运动微分方程 (8)2.2受电弓模型 (10)2.2.1受电弓简介 (10)2.2.2受电弓仿真模型 (12)2.3弓网耦合模型 (13)2.3.1弓网系统耦合动力学方程 (14)2.3.2弓网系统接触力广义模型 (14)2.4本章小结 (16)第三章最小二乘支持向量机理论 (17)3.1统计学习基础理论 (17)3.1.1机器学习的基本问题 (17)3.1.2统计学习理论核心问题 (18)3.2最小二乘支持向量机原理 (20)3.2.1最小二乘支持向量机回归 (21)3.2.2核函数 (22)3.3LSSVM模型参数选择 (24)3.3.1耦合模拟退火法 (24)3.3.2单纯形法 (25)3.3.3交叉验证 (26)3.4本章小结 (27)第四章基于LSSVM的弓网广义模型分析 (29)4.1概述 (29)IV4.2基于LSSVM的弓网广义模型辨识 (29)4.2.1模型参数选择 (30)4.2.2模型预报 (33)4.3试验分析 (34)4.3.1实验参数对弓网接触力影响的数值仿真 (34)4.3.2弓网实际检测数据的预报试验 (39)4.4本章小结 (41)第五章基于误差相关性的LSSVM方法及其在弓网中的应用 (43)5.1概述 (43)5.2基于误差相关性的LSSVM回归 (43)5.2.1模型结构 (43)5.2.2误差相关性系数的分析 (46)5.3基于误差相关性的LSSVM与弓网广义模型 (47)5.4试验分析 (47)5.4.1基于误差相关性的LSSVM在函数建模中的应用 (48)5.4.2基于误差相关性的LSSVM在弓网系统建模中的应用 (49)5.5本章小结 (52)第六章总结与展望 (53)6.1论文工作总结 (53)6.2工作展望 (53)参考文献 (55)个人简历在读期间发表的学术论文 (59)致谢 (60)V第一章绪论1.1研究背景与意义全球高速铁路的发展从上世纪中期至今，已有半个世纪之久，全世界高速铁路线路越来越多。
受电弓弓头支架碳滑板安装座裂纹分析及改进设计
技术前沿154丨电力系统装备 2020.8Technology Frontier电力系统装备Electric Power System Equipment2020年第8期2020 No.8受电弓弓头支架设有两个碳滑板安装座，用于连接和安装前后碳滑板，安装座由2.5 mm 铝合金板材压型而成，并焊接到弓头支架两端。
在运用过程中弓头支架碳滑板安装座遭受电蚀、弓网动态力长期持续作用，引发疲劳裂纹。
文献[1]研究了受电弓-接触网系统稳定对受电弓寿命的提升。
文献[2]研究了受电弓结构的优化，进而提高其工作性能和使用寿命。
文献[3-4]从数学模型和仿真的角度研究受电弓的动态性能和使用的稳定性。
文献[5]探讨了受电弓滑板材料的演变过程，研究不同材料对受电弓寿命的影响。
文献[6]采用摄动法及Lyapunov 特征指数对高速受电弓系统模型的稳定性进行分析。
文献[7]考虑了TSG3受电弓的侧滚运动，使弓网仿真计算的精度大大提高。
文献[8-10]通过力学分析，建立受电弓的力学模型，推导受电弓运动微分方程，然后利用计算机进行模拟研究。
如何增加受电弓碳滑板安装座的强度，提高其在运行过程中受到交变载荷作用的抗性，进而提升受电弓的使用寿命，是当前的研究课题。
1弓头支架碳滑板安装座理化性能分析图1 碳滑板安装座裂纹一架受电弓含有两支弓头支架，弓头支架设有前后两个碳滑板安装座，用于连接和安装前后碳滑板，碳滑板安装座由2.5 mm 铝合金板材压型而成，并焊接到弓头支架两端。
图1碳滑板安装座裂纹状态，在运用过程中弓头支架碳滑板安装座遭受电蚀，弓网动态力长期持续作用，易引发疲劳裂纹。
受电弓碳滑板安装座材料为铝合金板材（铝合金5083），取故障件试样进行化学成分分析，分析结果为各元素含量在标准范围内，安装座化学成分符合标准要求。
如表1所示。
表1 安装座化学成分元素标准值测试值Mg 4.0-4.9% 4.42%Mn 0.4-1.0%0.58%Cr 0.05-0.25%0.12%Fe ≦0.40%0.28%Si ≦0.40%0.08%Zn ≦0.25%0.017%Ti ≦0.15%0.023%Cu≦0.10%0.010%对故障件进行断口分析，裂纹源1、2均位于碳滑板安装座上边沿部位，呈开放型向内扩展，部位3为裂纹扩展后的形貌，属于疲劳裂纹。
受电弓
1.发生弓网故障时，升弓控制管路内的气压快速下降，
管路上的快换三通接头，再由主断控制器连接管路及其相关附件传送到主断控制器。
矿车上用的集电弓：
旋转式集电弓结构由集电弓总成、旋转结构和定位机构部分组成。
手动操作集电弓旋转。
上图中：1定位销 2定位销压簧 3定位销铰接连杆 4定位销拉杆 5集电弓总成 6集电弓旋
11旋转轴 12首轮 13驾驶室
公交车上用的受电弓：
剪式四杆机构的伸缩范围可根据气缸的行程及剪式四杆机构的杆数，在
2固定在1上，2上加工有3，2并与4、14联结，5
6，6与8之间固定联结，6与8之间衬有7，9由10
固定在15上，另一端固定在12上，两组对称的5组成电源正极侧与电源负极侧，7实现电源正负极间的绝缘联结。
1. 公交车进站时，气缸伸出，推动绝缘连杆并带动剪式四杆机构上升，电极与电源触线紧密
接触，进行充电。
，
4套在3之外，3套在2之外，2有外螺纹的一端与8螺纹联结，
个端面与4接触，5的另一个端面与6接触，6套在2之外，
端面与7接触，8在2螺纹端联结的同时通过7压紧6, 9
无轨电车上的集电弓：
有关电信号的一些资料：
备注：关于怎样收集架线上的水珠，我没有找到相关的方法，但是找到一篇研究架线上覆冰的方法，长沙理工大学汤文斌的硕士论文《模拟大气环境下铁路接触网覆冰融冰实验研究》。
受电弓碳滑板异常磨损与高频振动机理分析
等 [7] 对比了 0 ~ 20 Hz 频率范围内通用受电弓集总质
量模型与物理原型的频率响应函数,研究了最小化碳
滑板与接触网的接触力标准偏差,表明优化过程在标
准悬链上 改 进 现 有 设 备 性 能 的 空 间 相 当 有 限; WEI
等 [8] 建立了计算磨损率模型,可大致预测接触线和碳
滑板的磨损,给出了一种估计和预测碳滑板磨损轮廓
the vertical structure nonlinear model of pantograph is established and the differential equation of
pantograph head motion is derived. Modal tests and finite element modal calculation are carried out for
and modal test results are obtained by the variable-parameter method. The results show that the
optimization scheme has a good control effect on the abnormal wear of the carbon strip.
Mechanism Analysis of Abnormal Wear and High Frequency Vibration of
Pantograph Carbon Strip
HUANG Chao1 , WANG Anbin1 , HE Yu1 , GAO Feng2
(1. School of Urban Railway Transportation, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China;
高速受电弓的力学模型及运动微分方程
值， 又通过最小二乘法原理拟合得出相应公式 ］ 。
ｋ （ ｔ ）＝ｋ ｏ （ １＋ 式 中 ＝ｃ ｏ ｓ （ ＋ ＋ ＋
１
＋
）
（ １ ）
Ｌ
） ＝ｃ （ ） ｓ （
￡ ） ； ＝ｃ ｏ ｓ （ ｔ ） ；
图 １ 三 元 受 电 弓模 型
目前 ， 研 究 受 电 弓的 动力 学 特 性 常采 用 归 算 质 量模 型 ， 就 是利 用 动 能 等效 原理 将 受 电 弓简 化 成 几 个具 有 集 总质 量 的 结构 模 型 ， 根据 集 总 质 量 的数 目 可分 为 一元 ， 二元 ， 三元 模 型及 多元 模型 。 采 用如 图 １ 所 示 的三 元 受 电 弓模 型 Ｊ ， 对 模 型 进行 动 力学 分 析 ， 可得 受 电 弓动 力学 方程 ：
， ｎ 】 三 １ ＋ｋ ｌ （ １ 一 ２ ）＋ Ｃ ｌ （ 三 １ 一 ２ ）＋ ｋ （ ｔ ） ｚ １ ＝ ０（ ２ ） 卜
式中： ｋ （ ｔ ） —— 接触 网等效 刚度 ， Ｎ ／ ｍ， 见式（ ２ ） ；
静抬 升 力 Байду номын сангаас Ｎ；
ｍ 、 ｍ 、 ｍ， —— 分 别 为 弓头 归 算 质 量 、 上 框 架 归算质 量 、 下 框 架归 算 质 量，
＝ｃ ｏ ｓ （ ｆ ）
ｌ
式中： — — 动 车速 度 ， ｍ ／ ｓ ；
￡ —— 接 触 网跨距 ， ｍ；
， — —
接 触 网相 令 吊弦 间距 ， ｍ；
。—
—
平 均刚 度 ， Ｎ ／ ｍ； 和 ５ —— 刚度差 异 系数 。
圈 ２ 弓网
ｌ、 ２、 ３、 ４
基于有限元法的高速动车组受电弓仿真分析
基于有限元法的高速动车组受电弓仿真分析李笑颜; 王俊勇; 苏安社; 高文斌; 吴荣平; 贾荣; 黄思俊【期刊名称】《《铁道机车车辆》》【年(卷),期】2019(039)005【总页数】5页(P100-103,130)【关键词】受电弓; 模型; 有限元法; 仿真分析【作者】李笑颜; 王俊勇; 苏安社; 高文斌; 吴荣平; 贾荣; 黄思俊【作者单位】西南交通大学机械工程学院成都610031; 北京中车赛德铁道电气科技有限公司北京100176【正文语种】中文【中图分类】U225.1随着我国高速电气化铁路的快速发展，如何保证动车组受电弓在高速状态下的受流，已成为一个日益重要的课题。
国内学者建立了多种不同的受电弓数学模型，仿真模拟受电弓和接触网的运行状态。
其中，运用最为广泛的是归算质量模型。
对于归算质量模型来说，分为弓头和框架部分的二质量块模型；弓头、上框架和下框架的三质量块模型。
以往的归算质量模型参数，是通过对实物受电弓进行参数测量试验获得，这就要求受电弓厂家必须先生产出受电弓实物再进行相关测试，然后根据测试结果和弓网仿真结果调整相应的设计参数，这就大大增加了设计周期和财务成本。
文中基于ANSYS等软件，建立一种有限元方法计算受电弓归算质量模型参数，并与试验测试数据对比，验证方法合理性。
该方法基于受电弓三维模型进行计算，无需生产样机，方便调整设计参数，减少了设计周期和财务成本。
1 三质量块模型简介归算质量模型是在受电弓某个工作高度时，将其等效成以弹簧阻尼系统相连接的等效质量模型。
三质量块模型通常把弓头等效成一个质量块，上臂杆与下臂杆分别等效成一个质量块，如图1所示。
归算质量模型具有自由度少、计算效率高的优点。
图1中，m1，c1，k1分别为弓头部分的等效质量、等效阻尼、等效刚度；m2，c2，k2分别为上框架部分的等效质量、等效阻尼、等效刚度；m3，c3，k3分别为下框架部分的等效质量、等效阻尼、等效刚度。
高速列车仿生型受电弓弓头气动特性研究
高速列车仿生型受电弓弓头气动特性研究
蔡博;于松扬;尉良文;王悦东;李永华
【期刊名称】《大连交通大学学报》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】根据仿生学原理,提出了具有仿生流线型截面的受电弓弓头。
建立了矩形弓头、长半弧弓头、半圆形弓头、短半弧弓头、圆-尖形弓头、尖-尖形弓头6种弓面结构的CFD数值模型,研究了350 km/h速度下各弓头空气流场的速度分布和压力分布的变化规律,分析弓头截面形状对流场的影响效果。
同时,对比分析了各弓头在不同速度条件的气动升力和阻力系数。
研究结果表明,半圆形弓头的气动性能最优,具有很好的减阻效果,3种速度下阻力分别减小了76.03%、76.24%、76.39%,研究结果为受电弓弓头的结构优化提供理论依据。
【总页数】6页(P50-55)
【作者】蔡博;于松扬;尉良文;王悦东;李永华
【作者单位】大连交通大学机车车辆工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.高速列车受电弓气动噪声分布特性及仿生降噪研究
2.高速列车受电弓气动噪声分析与弓头降噪研究
3.升弓和降弓状态下高速列车受电弓非定常气动特性的研究
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高速列车波浪形受电弓弓头的气动特性数值研究5.高速列车受电弓变截面弓杆及车体仿生表面声学特性仿真研究
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高速列车受电弓的动力学建模分析研究开题报告
2016-2017学年第一学期毕业设计开题报告题目高速列车受电弓的动力学建模分析研究学号 _____________ _____________________姓名 _____________ _____________________成绩 ______________________________________ 指导教师_______________ ___________________机电学院2017年1月毕业设计开题报告说明标题、正文等要求：标题要求：黑体、小二号字，如：“微纳米技术”正文要求：宋体、小四号字、段落间距20磅。
用纸要求：A4纸，单面打印（说明不打印)。
页面设置：上下边距：2.54厘米，左右边距：3.17厘米。
毕业设计开题报告的内容：*课题研宄的意义 *课题研宄的背景综述 *课题研宄的目标*课题研宄釆用的方法，或技术路线。
*已经做过的准备工作，或研宄基础。
*研宄计划及时间表。
上交时间：答辩当天上交答辩秘书，逾期不交者，该课程成绩以零分记。
目录1选题依据与研究意义 (4)2本课题的研究背景 (4)2.1高速列车受电弓的发展 (4)2.2高速列车受电弓力学特性的研宄现状 (5)3课题研究目标与内容 (6)4采取的研究方法及可行性分析 (7)4.1有限元方法 (7)4.2高速列车受电弓有限元模型的建立 (7)4.3受电弓的静力学和动力学特性数值仿真计算求解 (7)4.4课题研究的技术路线 (7)5前期研究工作基础及条件保障 (8)5.1与本课题研宄有关的研宄积累 (8)5.2工作条件 (8)6研究进度计划、时间表和预期研究结果 (9)参考文献 (9)报告正文1选题依据与研究意义随着“一带一路”国家级战略的推进，中国高铁迎来了前所未有的发展机遇。
与公路、水运以及航空等交通方式相比，高速铁路[2]具有速度快、效率高、运量大、能耗低等多重优势，因此其将在未来交通运输体系中发挥越来越重要的骨干作用，高速电动车组如图1所示。
受电弓的力学分析示例_李丰良
76. 2
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311. 5
从计 算 情 况 来 看 , T SG3 受 电 弓 的 弓 头 刚 度 在 3 800 kN /m～ 4 000 kN /m 之间有一个在离线率、弓网 接触点的位移双峰值、平均接触压力和最大接触压力 等几个方面的低谷。 根据本文的计算 , T SG3 受电弓的 弓头弹簧刚度确实应该选在这一范围之内。 需要说明 的是: 本文的计算长度是 24跨 ,每跨 65 m。计算中接触 压力出现 250 N以上的点只是极少数点。 后面的计算 也是这样。 法国 Faiv eley 公司对这一受电弓是经过反 复试验后确定的各部分参数。
摘 要: 在建立弓网系统运动微分方程的基础上 ,本文 对 T SG3 受电弓几个主要参数进行了模拟计算。 这些参数 对于改进受电弓的设计 ,提高受电弓的性能 ,具有重要意 义。 特别是对 T SG3 受 电弓的阻尼分析已 成功地运用于 实践 ,取得了很好的经济效益。 关键词: 受电弓 ; 接触网 ; 计算机模拟 中图分类号: U 225 文献标识码: A
2 T SG3 受电弓的弓头弹簧刚度
弓头弹簧虽小 , 却是受电弓上连接弓头与框架的 关键部件。
理论和实践都证明: 接触网的重量越轻越好 ,拉力 越大越好 ;受电弓的重量越轻越好。惟独对弓头弹簧刚 度的大小说法不一。实际上在现行的受电弓中 ,不同的 受电弓 ,弓头弹簧刚度也不一样。 T SG1 受电弓为 2 330 N / m 。 T SG3受电弓为 3 860 N / m , SIEM EN S的 8W LO126- 6Y H69型受电弓的弓头弹簧动刚度超过
阻尼参数的计算方法是保持前面选定的弓网参数不变设机车速度为180km不断改变阻尼器的阻尼参数由此可得到一条离线率随阻尼参数变化的曲框架归算质量对受流质量的影响框架归算质量?k弓网接触点位移双峰值?mm弓网平均接触压力?n最大压力峰值?n2320181614121012
高速列车受电弓空气动力学对弓网受流的影响
高速列车受电弓空气动力学对弓网受流的影响
刘星;邓见;郑耀;潘国峰
【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2013(047)003
【摘要】为了研究高速列车弓网受流特性,考虑受电弓平均稳态与非稳态气动力影响,基于受电弓的非稳态空气动力学模型,采用均匀来流假设,运用计算流体力学(CFD)方法得到受电弓各部件的气动升阻力.将非稳态气动力时间平均,得到平均稳态气动力,并将具有一定脉动的受电弓非稳态气动力及平均稳态气动力分别加载至弓网动力学模型中,对比了2种气动力加载情形下弓网动力学.仿真结果表明:在受电弓三质量块模型下,受电弓平均稳态与非稳态空气动力学对弓网受流的影响差别不大.进一步从受电弓非稳态气动力激励的振幅与频率两方面研究了其对弓网受流的影响,当外部激励振幅较大或频率与弓网系统频率接近时,弓网受流特性会受到显著影响.研究结果为将来考虑非均匀来流、横风等复杂气动条件下的弓网受流特性研究提供了基础.
【总页数】7页(P558-564)
【作者】刘星;邓见;郑耀;潘国峰
【作者单位】浙江大学航空航天学院,浙江杭州310027
【正文语种】中文
【中图分类】U266.4
【相关文献】
1.受电弓参数优化对弓网系统动态受流的影响 [J], 郭凤平
2.空气动力作用对高速受电弓受流特性影响研究 [J], 宋洪磊;吴俊勇;吴燕;郑积浩;郑琼林
3.基于空气动力学的受电弓高速受流研究 [J], 杨桢
4.受电弓空气动力对列车弓网特性的影响仿真 [J], 杨康;黄焯麒;于龙;陈唐龙
5.计及空气阻尼的西兰高铁弓网动态耦合受电弓振动影响研究 [J], 邵宁宁
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TSG_3受电弓的力学模型及运动微分方程_李丰良
T SG 3受电弓的力学模型及运动微分方程*李丰良 孙 焰(长沙铁道学院)提 要 在比较目前常用的几种受电弓的力学模型基础上,根据测试结果选取了一种比较合理的、适用于T SG 3受电弓的力学模型。
并推导了受电弓的运动微分方程。
关键词 计算机模拟 受电弓 微分方程 高速受流中图分类号 U 225Mechanical Models and DifferentialEquation of Motion for TSG 3PantographLi Feng liang Sun Yan(Dep.of M ath.,Ph ys.and M ech.,Changs ha Railway University,Changsh a 410075,China)Abstract When several m echanical models of the pa ntog ra ph in co mmo n use hav e been com-pared,acco rding to the test result,w e select a mo re reaso nable mechanical model fo r the T SG 3pantog raph.The differential equatio ns o f mo tion of the pa ntog ra ph hav e been deriv ed.Keywords co mputer simula tio n;panto g raph;differential equa tion o f mo tion;high speed current feeding受电弓、接触网及机车共同构成一个庞大的系统工程。
要准确地模拟弓网系统的行为,必须分别给出接触网和受电弓的运动微分方程,把机车的影响作为输入激励或将机车与弓网耦合在一起作为一个大系统建立其运动微分方程,然后编写计算机程序进行分析计算。
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图 2 DSA 系列高速受电弓弓头结构简图 Fig .2 Structural scheme of the high speed
pantograph head for DSA series
DSA 系列高速受电弓采用了整体弓头的方式 。 它是通过螺钉把 2 个滑板和支架固连在一起 , 形成 一个整体(如图 2(b)所示), 然后再把这个整体弓 头用弹簧 悬挂 在上框 架的 横梁 上(如图 2(a)所 示)。 支架内的弹簧所允许的变形很大 , 弓头在受 力条件下的变形与之相比显得很小 , 完全可以略去 不计 。这样 , DSA 系列受电弓的滑板连同支架可以 当作一个刚体看待 。
Mechanical models and differential equations of motion for high speed pantographs
LI Min , LI Feng-liang , MA Jun
(School of Civil Engineering and Architecture , Central South University , Changsha 410075 , China)
1 高速受电弓的力学模型
高速受电弓与低速受电弓的差别之一是高速 受电弓的归算质量大大减轻 。低速受电弓的铁合 金推杆在高速受电弓中由细长的铝合金拉杆代替 ; 高速受电弓的上框架全部由原来的铁合金改为质 量很轻的铝合金代替 。 高速受电弓的框架的归算 质量通常只有 TSG3 受电弓的 1/ 2 。 从动力学的角 度来看 , 框架质量的减轻 , 并没有改变框架的运动 特性 。例如 , 下臂杆的刚度仍然很大 , 整个下框架 的运动仍然是一个单自由度的运动 , 可以用一个参 变量 α来 表示 。 上框架仍然是比较柔 软的 , 需要 分做两部分考虑 :上框架的下半部分仍然是随下框 架运动的 , 只需用下框架的参变量就可以表示他的 运动 ;上框架的上半部分 , 仍然需要看作独立运动 的部分 , 文献[ 12] 使用的方法仍然适用 。
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铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2005 年 6 月
电弓的侧滚运动 , 使弓网仿真计算 的精度大大提 高 。但是 , TSG3 受电弓是一种低速受电弓 。 当今 的高速受电弓在它的基础上已经有了很大的变化 。 本文结合我国从德国引进的 DSA 高速受电弓讨论 高速受电弓的建模问题并推导 DSA 系列高速受电 弓的运动微分方程 。图 1 是 DSA380 高速受电弓的 照片 。它的运营速度可以达到 350 km/ h 。
第 2 卷 第 2005 年 6
3期 月Leabharlann JOURNALOF
铁道科学与工程学报 RAILWAY SCIENCE AND
ENGINEERING
VJouln.2e 2N0o0.53
高速受电弓的力学模型及运动微分方程
李 敏 , 李丰良 , 马 俊
(中南大学 土木建筑学院力学系 , 湖南 长沙 410075)
为了验证本模型的正确性 , 笔者设计了一个测 量弓网接触压力的模拟实验 。把受电弓按正常工 作高度升弓 , 在受电弓的滑板上放置一对用杠杆连 接的 、可以左右滑动的滑轮 , 并在这根杠杆上悬挂 一个重物 , 重物与杠杆之间安装一个高精度力传感 器 , 用于测量重物与杠杆之间的力 。这个力就是实 测的弓网接触压力 , 称为直接测量值 。
高速铁路正在全世界发挥着越来越大的作用 。 高速受电弓作为高速电力机车上的关键设备 , 其性 能的优劣 , 直接关系到机车的运行好坏 。通过力学 分析 , 建立受电弓的力学模型 , 推导其运动微分方 程 , 然后利用计算机进行模拟研究[ 1 -9] , 是一种投 入少 , 效率高的研究方法 。这是由于铁路运输的特 殊性 , 不允许随意在运营线路上做试验 。就是做试 验 , 也不可能按照人们的意愿随意设置试验条件 。
第 3 期 李 敏 , 等 :高速受电弓的力学模型及运动 微分方程
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DSA 系列高速受电弓的弓头可以用 3 个自由 度来描述它的运动 , 这个结论有着 重要的实践意 义 。首先它可以为正确地进行弓高速弓网理论分 析建立论基础 ;其次 , 在弓网检测中 , 需要根据力学 模型来确定传感器的位置 。 如果把 DSA 系列受电 弓当作分体式弓头处理 , 仅加速度传感器就需要 4 个 。 笔者现在证明了 DSA 系列高速受电弓属于整 体式弓头 , 弓网接触压力检测只需要 2 个加速度传 感器就可以了 。 每个用于弓网接触压力检测的加 速度传感器的价值上万 元 , 每台机 车有两个受电 弓 , 可以节约 4 个加速度传感器 。如果这一成果向 全国推广 , 仅此一项 , 就是一笔很大的效益 。
DSA 系列受电弓头作为一个悬挂的空间刚体 , 完整的自由度是 6 个 。分析受电弓的力学行为 , 主 要是分析受电弓与接触网的耦合特性 , 即弓网之间 的接触力 。这个力是垂向的 , 凡是影响这个力变化 的因素都要考虑进去 , 凡是不影响这个力变化的因 素都可以略去 。设机车匀速运动 , 弓头沿运行方向 属于水平方向, 而且它的加速度很小, 略去不计 。 由于采取了有效的卡位措施 , 弓头的横向运动与上 框架横梁一致 , 再加上这一运动也属于水平运动 , 因此 , 也不必单独设定它的自由度 。弓头的蛇形运 动不仅很小 , 而且属于水平运动 , 不会对垂向力造 成影响 , 也可以略去 。这样只要有 3 个参数即可以 表示 DSA 系列受电弓弓头的运动 , 也就是说 DSA 系列受电弓的弓头共 有 3 个 自由度 :ΥT 为弓头的 侧滚坐标 ;Y T 为弓头的垂向坐标 ;ΥT0 为弓头的俯 仰坐标 。 这些参数的位置如图 1 所示 。
上的左右摆动等因素的影响 , 受电弓的侧滚运动就 是一个必须考虑的问题 。文献[ 12] 考虑了 TSG3 受
收稿日期 :2005 -03 -08 基金项目 :铁道部科技发展计划项目(2003J002) 作者简介 :李 敏(1980 -), 女 , 山西永济人 , 中南大学硕士研究生 , 从事弓网系统动力学研究
高速受电弓与低速受电弓差别之二是受电弓 的弓头形式有了根本的改变 。 首先是 2 个滑板条 的间距大幅度增加 。 老式的 TSG3 受电弓的 2 个滑 板条的间距是 20 cm ;SIEMENS69 型高速受电弓为 35 cm ;DSA200 高速受电弓为 58 cm ;SCHUNK85 型 高速受电弓的两根滑板条的间距为 60 cm ;其次是
摘 要 :在比较目前受电弓的计算机仿真所采 用的众多力学模型之 后 , 针对 高速受电 弓的力学特 点 , 以 DSA 系列高 速受电 弓为例 , 提出了一种较为合理和全面的力学模 型 , 充分考虑了高速受电弓的各种运动 :受电弓的 滑板 、支 架被作为 平面运动 考虑 , 同时考虑了两块滑板条的俯仰运动 。 这种力学模型比 传统的 力学模 型更能 全面地 反映高速 受电弓 的运动 特性 。 在 建立此力学模型的基础上 , 推导了受电弓的运 动微分方程 , 并用实验证明了这种模型的正 确性 。 这为高 速弓网的 计算机仿 真研究打下良好的基础 。 关键词 :高速受电弓 ;力学模型 ;运动微分方程 ;计算机仿真 中图分类号 :U225 文献标识码 :A 文章编号 :1672-7029(2005)03-0083-05
Abstract :The numerous mechanical models have been compared , which are used in the computer simulation about the pantographs .According to the mechanical characteristics of the high -speed pantographs and taking the DSA series pantographs , this paper puts forward a kind of more reasonable and more complete mechanical models , in which various motions of the high -speed pantographs have been well considered .For example , the skateboards and the support of pantographs can be considered as plane motions , and at the same time the bending or lifting motions of the two skateboards have been included .This kind of mechanical models can describe the motional features of high -speed pantographs more completely than the traditional ones .On the base of the mechanical models of high -speed pantographs , the differential equations of motion have been derived .And this will make solid base for the computer simulation of the pantographs and catenaries . Key words:high -speed pantographs ;mechanical models ;differential equations of motion ;computer simulation
在没有计算机的年代 , 只能建立一些简单的力 学模型 , 利用解析解进 行讨论 。 20 世纪早期出现
的利用马休方程(Mathiew equition)求解弓网系统就 是一例[ 3] 。后来出现的“二系悬挂系统”和“三系悬