受电弓设计计算说明书

受电弓设计计算说明书

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2008年6月

目录

第1章问题的提出 (1)

第2章设计要求与设计数据 (1)

第3章机构选型设计 (2)

第4章机构尺度综合 (5)

第5章机构运动分析 (7)

5.1 驱动方式的选择 (7)

5.1.1直接型 (7)

5.1.2 间接型 (9)

5.2运动仿真 (10)

5.2.1 仿真 (10)

5.2.2 传动机构的比较 (11)

5.3 机构运动验证 (12)

5.3.1 E点X方向偏移的验证 (12)

5.3.2 E点Y方向偏移的验证 (12)

5.3.3 传动角验证 (13)

第6章机构动力分析 (14)

6.1整个机构动态静力分析 (15)

6.2整个驱动过程中受力分析 (18)

6.3风缸受力情况分析 (19)

6.4基点的受力情况 (19)

第7章结论 (20)

第8章收获与体会 (21)

第9章致谢 (21)

参考文献 (22)

附录1 (23)

第1章问题的提出

受电弓亦称集电弓，是一种让电气化列车或电车从高架电缆取得电力的设备的统称.它是动力输送的关键部位，为保证列车安全稳定运行，就必须使机车与铁路电网保持良好的接触。这就要求输送电力的受电弓在工作时满足以下要求：（1）受电弓升弓时，接近电线的速度应较慢；受电弓收弓是离线的速度应较快。以避免弓与高压线之间产生高压电弧，烧坏弓头及电线，影响

安全。

（2）又因高压线在重力作用下使得两电线杆之间的电线呈向下垂的趋势，从而受电弓在机车运行中的高度也必须随其变化，要保持弓与线良好

的接触，就要求整个受电弓对机车的响应比较快。

（3）随着现代社会的快速发展，列车也得朝着高速舒适的方向发展。这就更对受电弓的性能有更高的要求。

第2章设计要求与设计数据

设计要求：

(1)在弓头上升、下降的1550mm行程内，偏离理想化直线轨迹的距离不得超

过100mm,弓头摆动最大角位移不得超过5ο。

(2)在任何时候，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。

图21

-机构运动范围图

（4）收弓后，整个受电弓含风缸不超过下图虚线所示的1400400mm ⨯区域。

如图21-所示。

（5）最小的传动角大于或等于30ο。

（6）垂直于速度方向上，最大尺寸不超过1200mm 。

第3章 机构选型设计

由于设计要求中机构收弓时必须在规定的虚线区域，传动角大于或等于30ο且只有一个自由度可知：在连杆、凸轮、齿轮中选择连杆机构，而且连杆之间所行成的低副可设计成面接触，从而可使机构稳定，承载能力大。

方案一：直线机构（天线式）

设计要求：只需在虚线区域设置好底座支架，直接用风缸推动中空的天线式支架，将受电弓滑板送至高压线，与之相接触。

评析：此方案满足直线上升的要求，但是在机车速度方向上承载能力太低。 改进方案是在其两侧增加支架，设计如图31-。

A D

B (

C )A

D C B

图31- 直线式机构图

,AC AB 均为均分成四段的活动连杆，当主杆由D 点上升到A 点时，,AB AC 为直线，可增加横向的承载能力，但是增加,AB AC 自锁的条件，制作难度加大。 方案二：平行四边形机构

如图32-：AB OD CD ==,在A 点置为滑块，当其向左移至1A 点时，111,,B C D 如图所示。易得OMA ∆为等腰三角形,其底边中线平行于OB ,当中线向左平移后仍与OB 平行，从而保证了11,,,,O B C B C 五点始终在垂直于底边的一条直线上，满

足设计直线轨迹要求。且个体为三角形机构，承载纵向和横向能力较高。

但是设计要求传动角大于或等于30ο，即30α∠≥︒，设30α∠︒＝有：

max max max 200772.7sin sin15OB OD AB mm BAO ====∠︒

，从而当,OD DC 共线时， A D B

C

M A'D'

B'C'

O

图32- 平行四边形式机构图

772.721545.41550OD =⨯=<

从而判定不满足传动角要求。

同时极限位置设计导致机构必须在虚线区域外部，不符合要求。

方案三：双滑块机构

滑块,A B 同时对称运动，由平行四边形特性可得F 点必定沿图33-所示的虚线移动，满足受电弓直线上升的要求。

分析其极限位置，当满足最小传动角不小于30ο时，收弓后F 点到AB 的距离为400mm ，30FDE ∠=︒,则

max 4003515.2sin 2

ED mm FDE ==∠ 那么F 点最高位置距AB 距离为 max 3515.231545.6ED mm =⨯=

与方案二存在同样的制约因素，不符合设计要求。

A B C

D

F

E

图33- 双滑块式机构图

方案四：铰链四杆机构

如图34-所示。

机构简单易懂，可适当设计各杆的杆长，,A D 两个基点的位置，可保证E 点轨迹近似为一条直线，且传动角大于或等于30ο。

A D

C B C'

B'

E

E'

图34- 四连杆式机构图

唯一不足之处是E 点不能直线上升,只能控制其在偏离直线距离小于100mm 范围内运动。

此机构明显的优势是当E 点上升到最高点时，,AB BC 在B 点处可形成自锁。