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

1、目前我國(guó)進(jìn)入了高速鐵路發(fā)展的黃金時(shí)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(chē)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一,受流性能的優(yōu)劣成為列車(chē)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(shí)受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)中參數(shù)變化會(huì)引起接觸線與受電弓之間動(dòng)態(tài)性能的劇烈變化,弓網(wǎng)的劇烈振動(dòng)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(huì)

2、造成離線和火花,如果接觸壓力太高,會(huì)使得接觸線抬升量超過(guò)范圍,引起弓網(wǎng)磨耗損失和斷線等事故。因此,本文旨在對(duì)高速運(yùn)行時(shí)接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)受流性能進(jìn)行計(jì)算和仿真分析,為不同類(lèi)型的接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)參數(shù)選擇提供設(shè)計(jì)參考,以期選擇匹配的弓網(wǎng)參數(shù)達(dá)到良好受流性能,從而降低弓網(wǎng)系統(tǒng)劇烈振動(dòng)引起的損害。在接觸網(wǎng)和動(dòng)車(chē)組既定情況下,改善受流性能目標(biāo)就集中到高速受電弓上,在受電弓設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化受到限制時(shí)就需對(duì)受電弓進(jìn)行主動(dòng)控制,改善受電弓對(duì)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(zhǎng)使用壽命。
　　 本文研究依托鐵道部重點(diǎn)資助項(xiàng)目:動(dòng)車(chē)組、大功率交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)關(guān)鍵部件引進(jìn)消化吸收創(chuàng)新及國(guó)產(chǎn)化-引進(jìn)動(dòng)車(chē)組、大功率交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)受電弓設(shè)計(jì)規(guī)范與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的研究(合同號(hào):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(wú)限長(zhǎng)弦-質(zhì)量塊雙弓動(dòng)態(tài)受流性能計(jì)算模型,非線性有限元弓網(wǎng)相互作用仿真

4、模型,導(dǎo)流板和受電弓空氣動(dòng)力學(xué)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(wèn)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(jì)算方法,考慮接觸線波動(dòng)傳播情況下雙弓動(dòng)態(tài)受流的計(jì)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(dòng)力學(xué)性能的高速受電弓計(jì)算和仿真方法,建立了高速受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)計(jì)算和仿真平臺(tái)。本文主要研究?jī)?nèi)容有:
　　 (1)高速受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算。通過(guò)對(duì)接觸線和高速受

5、電弓固有頻率和振型進(jìn)行計(jì)算分析,計(jì)算結(jié)果可為高速受電弓、接觸網(wǎng)試驗(yàn)測(cè)試提供計(jì)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(duì)受電弓的靜態(tài)性能進(jìn)行計(jì)算,為受電弓靜態(tài)試驗(yàn)提供計(jì)算參考；
　　 (2)雙弓動(dòng)態(tài)受流性能計(jì)算。采用諧波分析法,計(jì)算接觸線弛度、懸掛剛度,波動(dòng)分量,機(jī)車(chē)車(chē)輛振動(dòng)對(duì)接觸線垂向位移的影響,對(duì)動(dòng)車(chē)雙弓運(yùn)行時(shí)雙弓最佳距離進(jìn)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(duì)其相互作用進(jìn)行了仿真計(jì)算。

6、對(duì)兩種典型的高速接觸網(wǎng)懸掛-簡(jiǎn)單鏈型懸掛和彈性鏈型懸掛與受電弓的受流性能進(jìn)行了對(duì)比仿真分析,評(píng)價(jià)了其受流性能?？疾炝私佑|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(duì)弓網(wǎng)受流性能的影響,可對(duì)高速弓網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。采用京津試驗(yàn)數(shù)據(jù)及西門(mén)子仿真數(shù)據(jù)與有限元仿真方法進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了模型和仿真方法的正確性；
　　 (4)應(yīng)用流體力學(xué)理論建立了高速運(yùn)行條件下受電弓的空氣動(dòng)力學(xué)模型,通過(guò)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(zhǔn)確地分析高速氣流對(duì)弓網(wǎng)受流性能的影響,高速受電弓導(dǎo)流板應(yīng)用平板氣動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算,對(duì)解析計(jì)算與計(jì)算流體力學(xué)仿真的結(jié)果進(jìn)行相互對(duì)比。
　　 (5)高速受電弓主動(dòng)控制的研究。計(jì)算得到導(dǎo)流板不同角度附加的氣動(dòng)抬升力變化規(guī)律及通過(guò)改變氣缸中壓強(qiáng)來(lái)改變作用于受電弓推桿上的推力,對(duì)受電弓采用基于導(dǎo)流板和氣缸的主動(dòng)控制,導(dǎo)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(dòng)控