《接触网-受电弓系统动态特性分析》1800字

接触网-受电弓系统动态特性分析综述1.1接触网的动态特性分析1.1.1接触网类型介绍当今世界高速铁路，主要采用了三种悬挂类型，分别是简单链形悬挂、弹性链形悬挂和复链形悬挂（或称为双链形悬挂）[13]，其结构模型如图2-1至2-3所示。简单链形悬挂的结构最简单，由承力索，接触线以及连接二者的吊弦组成的，如图2-1所示。其优点是结构简单，造价便宜，检修方便。图2-1简单链形悬挂Fig2-1Simplechainsuspension为了增大定位点处接触网的弹性，使跨距中的弹性分布更均匀，在简单链形悬挂的基础上，在支柱悬挂点处增加了一根弹性吊索，如图2-2所示。弹性吊索通常有Y型和π型。图2-2弹性链形悬挂Fig2-2Elasticchainsuspension复链形悬挂结构较为复杂，增加了一条辅助吊索，接触线经短吊弦悬挂在辅助吊索上，辅助吊索通过吊弦悬挂在承力索上。如图2-3所示。此类悬挂虽然接触网弹性均匀度好，但是造价较高，且施工、维修等方面均不方便。图2-3复链形悬挂Fig2-3Complexchainsuspension1.1.2锚段关节类型介绍接触悬挂中的承力索和接触线在延续到一定的长度后，为满足供电和受力方面的需求，将接触网分为很多一定刚度且互相独立的分段，这些独立的分段即为锚段，相邻锚段的衔接区段称为锚段关节。列车通过锚段关节时，受电弓应能平滑、安全地由一个锚段过渡到另一个锚段，且弓线接触良好，取流正常[13]。锚段关节按所含的跨距数可以分为二跨，三跨，四跨，五跨等几种不同的形式。目前常用的是三跨，四跨，五跨锚段关节[13]，结构如图2-4,2-5,2-6所示。而按用途可以可分为非绝缘锚段关节和绝缘锚段关节两种。a)立面图b)俯视图图2-4三跨锚段关节结构图Fig.2-4Structureofthree-spanoverlapa)立面图b)俯视图图2-5四跨锚段关节结构图Fig.2-5Structureoffour-spanoverlapa)立面图b)俯视图图2-6五跨锚段关节结构图Fig.2-6Structureoffive-spanoverlap1.1.3接触网模型分析接触网模型采用的是可以反映接触网的高频振动性能的全补偿链形悬挂欧拉-伯努利梁模型，该模型由接触线、承力索、吊弦、腕臂、支柱、定位器等构成。其中接触线和承力索均在锚段两端施加张力，且在该模型中考虑了接触线和承力索的弛度、弹性、阻尼等相关因素[14]。接触线的运动方程是：（2-1）式中，mc为接触线单位质量，EIc为抗弯轻度，Tc表示张力，表示冲击函数，P是接触压力。承力索的运动方程是：（2-2）式中，mm为承力索的单位质量，EIm为抗弯强度，Tm表示的张力，kd表示吊弦的刚度，ks指支持装置的等效刚度。1.2受电弓模型受电弓是安装在列车顶部的从一根或几根接触线上获取电流的专用装置。这里主要采用的是单臂受电弓。受电弓由弓头、上下框架、底架和传动系统等几部分组成。受电弓整体采用铰链连接，各部件之间可以实现灵活连接与调整[6]。受电弓的实际模型较为复杂,由一些杆件组合起来的,并包含很多铰链点和间隙，且不同的受电弓因速度和场合的不同,其结构也不都相同。因此，很难建立能够反映实际情况的受电弓模型。现在，仿真研究中使用的受电弓模型主要有非线性模型和归算质量模型。受电弓的模型主要是采用归算质量模型进行建模的[15]。所谓的归算质量模型就是利用动能等效的原理将原有结构简化成几个具有集总质量的模型，根据集总质量的数目可以分为一元模型、二元模型、三元模型[16,17,]，如图2-10中三图所示：a)一元模型b)二元模型c)三元模型图2-8受电弓的归算质量模型Fig2-8Thecalculatedmassmodelofpantograph本文选用的是三元模型进行的仿真模型的建立1.3弓网耦合振动分析图2-9弓网耦合模型Fig2-9Pantograph-catenarycoupledmodel受电弓与接触网系统通过接触压力,藕合在一起,整个弓网模型如图2-9所示。结合弓网和接触网的动力平衡方程，可以得到不考虑机车振动的弓网和接触网的动力平衡方程（2-3）整理上述方程组，可以得到整个系统的动力学平衡方程组，通式可以用下式表示：（2-4）式中，为弓网系统质量矩阵；为弓网系统阻尼矩阵；为弓网系统刚度矩阵；为弓网系统节点位移向量；为弓网系统节点速度向量；为弓网系统节点加速度向量；为弓网系统节点载荷向量，为弓网间的接触压力。由式可以看出，接触网和受电弓之间存在动态接触力。将上述方程组相互耦合，实现弓网耦合关系的等效描述。对于弓网间的动态接触行为，是可以通过设置接触网和受电弓之间假定接触定义来实现描述的[18]。假设出现了穿透现象，弓网动态接触力可以用来表示接触线与受电弓滑板之间的关系，接触力大小与穿透的深度、形状、物体的刚度相关；假设没有出现穿透的现象，那么受电弓滑板与