高速受電弓-接觸網(wǎng)動態(tài)性能及主動控制策略的研究.pdf

1、目前我國進入了高速鐵路發(fā)展的黃金時期,其中高速鐵路受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)受流性能的穩(wěn)定性和安全性十分重要,受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)的受流性能成為高速列車運行的關(guān)鍵技術(shù)之一,受流性能的優(yōu)劣成為列車速度提高的主要制約因素之一。接觸線與受電弓之間的相互作用決定了供電可靠性以及供電質(zhì)量,高速時受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)中參數(shù)變化會引起接觸線與受電弓之間動態(tài)性能的劇烈變化,弓網(wǎng)的劇烈振動使得弓網(wǎng)分離產(chǎn)生電弧,也可能引起電能傳輸中斷。如果弓網(wǎng)之間接觸壓力降低到零,會

2、造成離線和火花,如果接觸壓力太高,會使得接觸線抬升量超過范圍,引起弓網(wǎng)磨耗損失和斷線等事故。因此,本文旨在對高速運行時接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)動態(tài)受流性能進行計算和仿真分析,為不同類型的接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)參數(shù)選擇提供設(shè)計參考,以期選擇匹配的弓網(wǎng)參數(shù)達到良好受流性能,從而降低弓網(wǎng)系統(tǒng)劇烈振動引起的損害。在接觸網(wǎng)和動車組既定情況下,改善受流性能目標就集中到高速受電弓上,在受電弓設(shè)計參數(shù)優(yōu)化受到限制時就需對受電弓進行主動控制,改善受電弓對接觸線的跟

3、隨性能,使得弓網(wǎng)接觸壓力保持在合理范圍之內(nèi),減小接觸線與碳滑板磨耗,延長使用壽命。
　　 本文研究依托鐵道部重點資助項目:動車組、大功率交流傳動機車關(guān)鍵部件引進消化吸收創(chuàng)新及國產(chǎn)化-引進動車組、大功率交流傳動機車受電弓設(shè)計規(guī)范與試驗標準的研究(合同號:2006J023-D)。
　　 本文根據(jù)接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成,建立了整體受電弓線性、非線性模型,無限長弦-質(zhì)量塊雙弓動態(tài)受流性能計算模型,非線性有限元弓網(wǎng)相互作用仿真

4、模型,導流板和受電弓空氣動力學模型在內(nèi)的研究高速弓網(wǎng)關(guān)系的系統(tǒng)模型,分析了模型適用范圍及可以解決的主要問題。論文中分別提出了高速受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)計算方法,考慮接觸線波動傳播情況下雙弓動態(tài)受流的計算方法,考慮非線性摩擦和接觸情況下弓網(wǎng)相互作用仿真方法和考慮空氣動力學性能的高速受電弓計算和仿真方法,建立了高速受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)計算和仿真平臺。本文主要研究內(nèi)容有:
　　 (1)高速受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)計算。通過對接觸線和高速受

5、電弓固有頻率和振型進行計算分析,計算結(jié)果可為高速受電弓、接觸網(wǎng)試驗測試提供計算參考。利用受電弓非線性模型可根據(jù)框架幾何關(guān)系對受電弓的靜態(tài)性能進行計算,為受電弓靜態(tài)試驗提供計算參考；
　　 (2)雙弓動態(tài)受流性能計算。采用諧波分析法,計算接觸線弛度、懸掛剛度,波動分量,機車車輛振動對接觸線垂向位移的影響,對動車雙弓運行時雙弓最佳距離進行了分析；
　　 (3)建立了高速弓網(wǎng)系統(tǒng)的非線性有限元模型,對其相互作用進行了仿真計算。

6、對兩種典型的高速接觸網(wǎng)懸掛-簡單鏈型懸掛和彈性鏈型懸掛與受電弓的受流性能進行了對比仿真分析,評價了其受流性能。考察了接觸線張力,承力索張力,弓頭剛度和框架剛度及受電弓等效質(zhì)量等參數(shù)對弓網(wǎng)受流性能的影響,可對高速弓網(wǎng)系統(tǒng)進行參數(shù)優(yōu)化。采用京津試驗數(shù)據(jù)及西門子仿真數(shù)據(jù)與有限元仿真方法進行對比分析,驗證了模型和仿真方法的正確性；
　　 (4)應用流體力學理論建立了高速運行條件下受電弓的空氣動力學模型,通過分析高速氣流作用在受電弓部件及

7、整體的阻力和抬升力,更加準確地分析高速氣流對弓網(wǎng)受流性能的影響,高速受電弓導流板應用平板氣動力學方法進行計算,對解析計算與計算流體力學仿真的結(jié)果進行相互對比。
　　 (5)高速受電弓主動控制的研究。計算得到導流板不同角度附加的氣動抬升力變化規(guī)律及通過改變氣缸中壓強來改變作用于受電弓推桿上的推力,對受電弓采用基于導流板和氣缸的主動控制,導流板控制為模糊Bang-Bang控制,氣缸采用Bang-Bang控制,并提出了受電弓雙環(huán)主動控