高作用區(qū)受電弓結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、受電弓是鐵路弓網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的好壞直接影響和關(guān)系到列車的正常運行。隨著鐵路的不斷發(fā)展，客貨混運高作用區(qū)的出現(xiàn)，在列車提速的情況下，現(xiàn)有的受電弓已經(jīng)無法滿足高作用區(qū)運行環(huán)境的需要。本文基于優(yōu)化設(shè)計理論和有限元理論，以Matlab優(yōu)化工具箱和有限元分析軟件MARC為平臺，對受電弓運動學(xué)和動力學(xué)性能進(jìn)行了優(yōu)化，為受電弓的設(shè)計提供可靠有效的理論和技術(shù)支撐。
　　本文首先建立受電弓機(jī)構(gòu)運動學(xué)數(shù)學(xué)模型，分析了受電弓各桿件之間運動

2、關(guān)系。采用拉格朗日方程建立受電弓垂向非線性運動微分方程并對其進(jìn)行線性化，得到了受電弓的動力學(xué)模型。通過求解牛頓歐拉方程組對受電弓各桿件的受力情況進(jìn)行了分析，為受電弓桿件幾何參數(shù)設(shè)計提供依據(jù)。
　　其次，在建立受電弓機(jī)構(gòu)運動數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)車運行過程中平穩(wěn)受流對受電弓結(jié)構(gòu)的要求，以受電弓平衡臂平動為優(yōu)化目標(biāo)，以受電弓正常收弓、弓頭橫向偏移量、受電弓升弓高度、受電弓機(jī)構(gòu)正常工作對設(shè)計變量的要求為約束條件，采用Matlab優(yōu)化工具

3、箱對受電弓機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到了使受電弓運動學(xué)性能達(dá)到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)。優(yōu)化前后受電弓弓頭橫向位移偏差量由49mm減小到27mm，滿足橫向位移偏差量不能大于30mm的要求。優(yōu)化后平衡臂的偏轉(zhuǎn)角為0.7度，平衡臂近乎平動，能夠滿足使用要求。
　　第三，為保證受電弓結(jié)構(gòu)可靠性，對受電弓主要承力部件進(jìn)行了剛強(qiáng)度校核。文中采用Solidworks建立主要承力部件三維幾何模型，在有限元軟件MARC中對比分析了不同材料零部件的剛強(qiáng)度和動力學(xué)模

4、態(tài)性能。在滿足剛強(qiáng)度要求的條件下，將合金鋼更換為鋁合金材料能夠提高受電弓的性能。
　　最后，建立包括受電弓、接觸網(wǎng)和腕臂的弓網(wǎng)動態(tài)耦合有限元仿真模型。仿真模型客觀地反映弓網(wǎng)高速接觸、空氣動力等載荷作用下的弓網(wǎng)接觸狀態(tài)變化，仿真結(jié)果與試驗結(jié)果及理論計算值的誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，驗證了仿真方法的正確性。基于弓網(wǎng)耦合仿真模型，分析了受電弓不同參數(shù)對接觸力變化的影響規(guī)律。結(jié)果表明減小弓頭和上框架的質(zhì)量、剛度，增加弓頭和上框架的阻尼對提高受流質(zhì)