基于空氣動(dòng)力學(xué)的高速受電弓研究.pdf

1、弓網(wǎng)受流系統(tǒng)，作為現(xiàn)代高速列車電力牽引系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，同時(shí)也是列車運(yùn)行的動(dòng)力之源，已經(jīng)成為現(xiàn)代高速動(dòng)車組的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。隨著列車運(yùn)行速度的提高，受電弓的空氣動(dòng)力作用對(duì)于弓網(wǎng)受流的影響越來(lái)越顯著，受流質(zhì)量的好壞直接影響動(dòng)車組運(yùn)行的安全性能，空氣對(duì)受電弓的作用力與運(yùn)行速度的平方成正比，良好的受電弓機(jī)械結(jié)構(gòu)、空氣動(dòng)力學(xué)性能和控制系統(tǒng)是保證良好弓網(wǎng)接觸的基礎(chǔ)。因此，考慮空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)受電弓的影響，圍繞受電弓結(jié)構(gòu)、空氣動(dòng)力學(xué)的優(yōu)化問(wèn)題對(duì)高速受

2、電弓的發(fā)展有重要的意義。
　　本文以高速受電弓空氣動(dòng)力學(xué)為研究對(duì)象，基于空氣動(dòng)力學(xué)理論，運(yùn)用流體力學(xué)分析軟件Fluent對(duì)受電弓周圍流場(chǎng)進(jìn)行討論分析，然后運(yùn)用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序建立弓網(wǎng)耦合模型，分析受電弓結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)受流質(zhì)量的影響。
　　首先，本文論述了空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)和流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，為進(jìn)一步分析受電弓的空氣流場(chǎng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及空氣動(dòng)力特性對(duì)弓網(wǎng)受流的影響做基礎(chǔ)。
　　其次，利用三維實(shí)體建模軟件CATIA建立高速受電弓

3、的幾何模型，運(yùn)用流體力學(xué)分析軟件Fluent進(jìn)行仿真研究，分別討論了在無(wú)環(huán)境風(fēng)和側(cè)風(fēng)條件、開(kāi)口運(yùn)行方向和閉口運(yùn)行方向不同條件下的高速受電弓下臂桿、上臂桿和弓頭組件的氣動(dòng)阻力和氣動(dòng)升力，同時(shí)建立周圍空氣流場(chǎng)云圖，使對(duì)受電弓周圍空氣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有更加直觀的理解。通過(guò)對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析，根據(jù)其結(jié)構(gòu)尺寸，通過(guò)計(jì)算將仿真所得的氣動(dòng)升、阻力轉(zhuǎn)化為直接作用在受電弓弓頭的氣動(dòng)抬升力。運(yùn)用Ansys軟件建立受電弓有限元模型，分析其在高速運(yùn)行時(shí)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，驗(yàn)

4、證其滿足運(yùn)行的強(qiáng)度要求。
　　最后，分別建立受電弓、接觸網(wǎng)動(dòng)力學(xué)模型以及弓網(wǎng)耦合動(dòng)力學(xué)模型，加載受電弓氣動(dòng)抬升力，根據(jù)Newmark求解方法，運(yùn)用C語(yǔ)言編程仿真，得出弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力和接觸線抬升量，得出弓網(wǎng)受流特性，并與線路試驗(yàn)實(shí)測(cè)曲線進(jìn)行對(duì)比，二者同時(shí)滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50367?；谝呀?jīng)建立的弓網(wǎng)耦合動(dòng)力學(xué)模型，改變受電弓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，分別討論分析其對(duì)受流質(zhì)量的影響，同時(shí)討論了自動(dòng)降弓閥結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變對(duì)受電弓系統(tǒng)保護(hù)的影響。<