高速機(jī)車受電弓穩(wěn)定受流與控制研究.pdf

1、發(fā)展高速鐵路是鐵路現(xiàn)代化建設(shè)的必然趨勢，而電力機(jī)車又是高速機(jī)車中的主力軍。電力機(jī)車所需驅(qū)動能量來自于接觸網(wǎng)，而電能能否順利獲取，關(guān)鍵取決于弓網(wǎng)關(guān)系的優(yōu)劣。隨著列車速度的提高，接觸網(wǎng)與受電弓之間動態(tài)接觸變得越來越復(fù)雜，高速狀態(tài)下穩(wěn)定受流出現(xiàn)了更多的問題。針對這些問題，本文做了一些探討，主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果有： 1對單自由度弓網(wǎng)系統(tǒng)動力學(xué)方程進(jìn)行無量綱化處理，建立了基于Mathieu方程弓網(wǎng)系統(tǒng)模型，采用攝動法對該簡化系統(tǒng)進(jìn)行分析

2、，推導(dǎo)出系統(tǒng)穩(wěn)定邊界計算公式并得到系統(tǒng)周期解，給出了弓網(wǎng)穩(wěn)定受流邊界。根據(jù)該穩(wěn)定受流邊界，確定出列車在不同速度運(yùn)行時列車的受流特性。 2首次提出利用Lyapunov指數(shù)來判斷高速弓網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，從定量化的角度分析了系統(tǒng)參數(shù)變化對弓網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。并計算出實際弓網(wǎng)系統(tǒng)的Lyapunov特征指數(shù)，給出列車最佳行車速度和最不利行車速度。 3為分析受電弓設(shè)計參數(shù)變化對弓網(wǎng)間接觸力波動的影響，建立基于弓網(wǎng)間接觸力的3自由度靈敏

3、度分析模型，計算出不同參數(shù)對接觸力的靈敏度，分析表明：(1)弓頭質(zhì)量對接觸力的靈敏度最大，其次是弓頭阻尼，第三是弓頭剛度。(2)在質(zhì)量對接觸力的靈敏度中，弓頭質(zhì)量的靈敏度最大，上框架質(zhì)量靈敏度最小；在剛度對接觸力靈敏度中，k2和k3對接觸力的靈敏度出現(xiàn)交替變化；在阻尼對接觸力的靈敏度曲線中，弓頭剛度和框架剛度比較，弓頭剛度對接觸力的靈敏度大于上下框架阻尼的靈敏度，c2和c3對接觸力的靈敏度也出現(xiàn)交替變化。 4為進(jìn)行受電弓的動態(tài)優(yōu)

4、化設(shè)計，需要對受電弓進(jìn)行測試，為此設(shè)計了受電弓特性試驗臺，測試了受電弓弓頭剛度、弓頭質(zhì)量、框架歸算質(zhì)量、弓頭及框架阻尼；受電弓升弓力與升弓高度之間的關(guān)系；得到了受電弓的三階固有頻率即0.94Hz、2.5Hz和4.17Hz。并對不同頻率(對應(yīng)行車速度)下受電弓進(jìn)行激勵，測試了接觸力曲線。 5在靈敏度分析和試驗基礎(chǔ)上，對兩種型號的受電弓進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化設(shè)計，得到兩組動態(tài)性能最優(yōu)的受電弓設(shè)計參數(shù)，仿真結(jié)果表明優(yōu)化后弓網(wǎng)間接觸力波動幅度得到

5、抑制，受電弓動態(tài)性能有較大提高。 6建立了3自由度弓網(wǎng)系統(tǒng)模型，并對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性和可觀性進(jìn)行判斷，采用LQG控制理論，對系統(tǒng)進(jìn)行主動控制，仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)弓網(wǎng)間動態(tài)接觸狀況得到明顯的改觀，接觸力的波動得到不同程度的抑制，接觸力振動幅度降低，提高了受流質(zhì)量。(2)主動控制后，最小接觸力增大，提高了弓網(wǎng)間接觸的可靠性，降低了離線率。對某型受電弓，在v=270km/h下，施加控制后接觸力均方根降低57.0％，接觸力不均勻系