二维和三维弓网耦合动力学模型适用性分析

针对二维和三维弓网耦合动力学模型,根据接触网模态、接触压力、接触线抬升位移、弓头振动加速度及其频谱特性,分析了两种模型在弓网耦合动力学仿真中的区别;采用三维弓网模型分析了接触网在横风作用时,接触线风振位移对弓网接触压力的影响。计算结果表明二维和三维弓网模型获得的仿真结果基本一致,弓网横向相对运动对其垂向动力学行为影响较小;三维模型适用于横风条件下的弓网动力学仿真,横风载荷对弓网接触压力具有显著影响,导致弓网受流质量变差。     

基于ADAMS的地铁弓网耦合仿真分析

对地铁列车TSG18E型受电弓及刚性接触网建立三维实体模型,利用有限元分析软件Ansys对模型进行模态分析;利用多体动力学软件Adams建立受电弓与刚性接触网的耦合动力学模型,分析列车运行速度、弓头刚度与弓头质量等弓网结构参数对动态接触压力的影响,为改善弓网结构参数提供参考。     

基于直接积分法的弓网耦合系统动态性能仿真分析

针对提速铁路采用的弹性链型悬挂接触网及受电弓结构,建立包含承力索、辅助线、接触线和吊弦4个部件的接触网模型、以及简化为弹簧阻尼机构的受电弓模型。通过接触单元将接触网和受电弓直接耦合起来得到弓网系统的整体模型,进而构建弓网耦合系统的动力学平衡方程。采用直接积分法对建立的平衡方程进行求解,得到反映弓网系统动态性能的抬升位移、接触压力以及应力等数据。与先前研究的参考数据比对结果表明,采用接触单元和直接积分法分析弓网耦合系统的动态性能,切实可行。     

基于状态空间法的受电弓主动控制的研究

建立线性化的受电弓模型和接触网的有限元模型、以及它们的耦合系统动力学模型,分析接触网的刚度变化,利用最优控制理论对主动控制式受电弓进行了理论上的研究。根据高速铁路对受电弓和接触网动力学性能的要求,从降低接触压力的波动以改善受流质量着手,针对弓网关系的特点,建立了受电弓主动控制系统模型,采用全状态反馈设计并利用线性二次型最优控制策略设计了受电弓主动控制的控制器,并求得了控制器参数。对控制系统进行仿真验证和研究。结果表明,采用主动控制式受电弓,能够降低接触压力的波动,提高弓网系统的动态性能,改善受流质量。     

弓网系统动力学分析

采用二元受电弓模型建立了弓网垂直耦合动力学系统,通过欧拉-拉格朗日方程推导出受电弓-接触网系统振动微分方程组,并利用中心差分法编写的数值仿真程序;研究了列车运行速度、接触网和受电弓参数对弓网系统动态接触压力的影响。     

考虑门式悬挂的刚性接触网-受电弓系统动态性能分析

建立了包含锚段关节的门式悬挂结构刚性接触网有限元模型,并将受电弓等效为集中质量块模型;利用罚函数实现弓网接触,通过Newmark数值积分来求解弓网耦合系统动力学方程组.依据铁路标准验证了有限元模型的有效性.通过有限元模型仿真,研究了受电弓结构参数,以及刚性接触网跨距、悬挂结构刚度、静态抬升力与锚段关节对弓网动态性能的影响.仿真结果表明,刚性接触网跨距、悬挂结构刚度及锚段关节对弓网受流质量影响显著.     

高速弓网系统动态振动性能的仿真研究

基于MSC-Marc软件建立弓网系统模型,对受电弓-接触网动态振动性能进行仿真研究.建立接触网、受电弓两个系统的有限元模型,模型之间通过接触实现耦合,使弓网作为耦合系统进行低速条件下的动态仿真.将结果与国外仿真、实测及运行结果相比较,验证软件分析的正确性.在此基础上,针对我国京津城际铁路受电弓-接触网系统参数,对高速下的弓网系统动态振动性能进行仿真,分析影响弓网受流的主要参数,得到高速下接触网动态抬升量、弓网接触压力及离线现象,并通过参数的调整保证弓网可靠作用达到良好受流性能.对高速受电弓与接触网的相互作用进行大量的仿真并对结果进行分析,为进一步研究高速下不同受电弓与接触网参数的配合奠定基础.     

弓网耦合动力学模型仿真及接触网不平顺分析

通过建立弓网耦合系统模型,对列车在不同速度下的弓网接触压力进行了仿真,研究和讨论了接触压力和接触线抬升量的变化趋势。针对接触网的不平顺情况,论文提出采用谱分析方法研究接触网的不平顺性,具体采用功率谱密度来分析影响弓网受流的波长成分。仿真结果表明,该方法具有较好的直观性和有效性。     

刚性悬挂接触网动力学研究

从弹性势能、动能相等推导出刚性悬挂接触网悬挂机构的等效刚度及等效质量,在此基础上,建立起刚性悬挂接触网的计算模型,并利用假设模态法得到刚性悬挂接触网的振动微分方程。采用满足边界条件的试函数方法,利用QR法计算得到刚性悬挂接触网的固有频率及相应的特征向量。建立了受电弓与刚性悬挂接触网耦合动力学模型,并对列车的运行速度、接触网的跨距以及弓头质量等参数对弓网间接触压力的影响进行了分析。     

机车车辆动力学研究及发展

机车车辆动力学在最近10年得到迅速发展,考虑车辆—轨道耦合作用的耦合模型得到广泛应用。随着大跨距跨江铁路桥的建设,车和桥的耦合振动会引起接触网的振动,进而影响弓网的耦合振动。因此十分有必要开展接触网—受电弓—机车车辆—线路—桥梁耦合大系统动力学的研究。进行机车车辆动力学性能优化,必须首先确定机车车辆动力学三要素的优先关系,即运行的稳定性—安全性—平稳性,建立以列车为研究对象的模型,同时在模型中考虑机车车辆结构弹性和频变特征悬挂参数以及气流扰动的影响,进而进行灵敏度分析和参数优化。给出考虑频变特性的钢弹簧等效计算方法以及基于循环变量的列车系统动力学建模和计算方法,并验证了计算方法的有效性。     

基于虚拟样机技术的高速弓网系统研究

虚拟样机技术的核心是参数化、可视化设计和综合性能分析。本文结合我国250km/h高速受电弓设计,应用虚拟样机技术,对铁路接触网-受电弓系统进行系统研究。在进行受电弓可视化三维实体设计的基础上,应用多体系统动力学软件SIMPACK和有限元计算软件ANSYS,进行了受电弓的几何分析及受电弓零部件的强度和刚度校核,计算了接触网振动模态和自振频率;运用结构子结构方法,建立了受电弓-接触网耦合系统模型,计算了不同模拟运行速度下的弓网振动和接触压力响应,以及机车运行振动对受流的影响;最后为了考核接触网的疲劳可靠性,进行了在运行条件下的接触网动应力研究。     

基于ADAMS/Simulink联合仿真的弓网振动控制分析

文章通过三维软件绘制精确的某型受电弓的模型,将其导入ADAMS中,利用ANSYS软件对其中的板弹簧等弹性体进行网格划分使其成为柔性体,对接触网进行建模并在ADAMS中与受电弓进行装配,在虚拟样机中实现完整的弓网耦合模型。通过软件仿真得到相关的动力学数据,并通过ADAMS与simulink的联合仿真对其进行控制,从而实现完全利用虚拟样机模拟弓网关系的目的。     

Cu-Al2O3弥散铜高速铁路接触线对弓网动态受流质量的影响研究

我国高速铁路发展迅速,未来其运行速度将达到400 km/h及以上.针对更高速铁路中弓网受流质量变化,首先研究Cu-Al2O3弥散铜接触线材质性能,然后采用受电弓的三元集中质量块单元和弹性链型悬挂接触网的接触单元,建立弓网耦合动力学模型并借助ANSYS有限元分析软件进行仿真,分析弓网系统在350,380,400和420 km/h 4种速度下受流情况.研究结果表明:使用张力为34 kN时,满足冲击载荷及静载荷条件下的使用安全性,随着列车运行速度增加动态接触压力变化幅度明显增大,其中最大动态接触压力、最小动态接触压力、平均动态接触压力及标准偏差基本满足《高速铁路工程动态验收技术规范》中弓网受流质量评价标准.     

受电弓作用下接触网动态响应分析

以新疆铁路大风区接触网单个直线锚段为研究对象,运用有限元分析软件ANSYS,计算受电弓在不同运行速度下的弓网相互作用力,将弓网接触压力作为瞬态分析的载荷,得到接触网在受电弓/接触网垂向耦合振动过程中瞬态位移响应及应力时间历程.     

基于车轨耦合振动的弓网接触压力研究

基于铁路大系统动力学理论建立了弓网动力学模型;并将机车顶部受电弓基座处的振动响应作为弓网系统的激扰应用于弓网动力学模型;探讨了车轨耦合振动对弓网接触压力的影响。     

时速120～160公里刚性接触网定位线夹刚度研究

刚性接触网是城市轨道交通系统的重要组成部分,其与受电弓相互接触实现电能传输。刚性接触网定位线夹刚度值会对弓网动态性能产生显著影响,进而影响弓网系统的运行安全。本文利用弓网仿真技术对时速120～160km刚性接触网不同跨距时的定位线夹刚度进行研究,根据弓网动态性能评价指标,分析比较不同仿真工况的计算结果,得出时速120～160 km刚性接触网定位线夹刚度最优取值,为后续工程实施提供参考。     

刚性悬挂接触网结构参数对地铁弓网系统受流特性影响仿真分析

为了对刚性悬挂接触网系统结构参数优化设计提供技术论证，优化地铁刚性接触网设计，研究了刚性悬挂接触网结构参数对地铁弓网系统受流特性的影响。基于有限单元法，建立了接触网有限元等效梁结构模型及简化为弹簧阻尼机构的受电弓归算模型。通过受电弓和接触网动态运行的仿真计算，分析研究了刚性接触网跨距参数、悬挂机构刚度参数及锚段关节处的结构参数对弓网系统受流的影响。仿真研究表明：当列车运行速度小于80 km/h时，建议采用的接触网跨距为10 m;当列车运行速度为120～160 km/h时，建议采用的接触网跨距为8 m;接触网悬挂刚度过小会恶化弓网之间的受流质量；通过减小锚段关节处相邻跨距之间的挠度差，可以有效提高弓网系统在锚段关节处的受流质量。     

基于有限元的交流刚性接触网定位点刚度仿真研究

受电弓高速通过刚度较大的定位点时会受到冲击作用,对弓网受流质量和接触线磨耗产生不良影响。本文建立了包含膨胀接头的刚性接触网有限元模型,受电弓采用三质量模型,通过接触对将两者进行耦合,依据标准EN 50318中仿真模型确认流程验证了弓网仿真模型的有效性,并在此基础上分析了全锚段定位点刚度整体变化以及仅锚段关节处定位点刚度变化时的弓网动态受流质量,比选出最优定位点刚度取值方案。     

弓网系统电磁作用力的研究

接触压力是弓网系统动态性能的核心指标,弓网之间保持相对恒定的接触压力是保证弓网持续稳定受流的关键。本文基于毕奥-萨法尔定律建立弓网系统电磁力理论计算模型,分析载流接触网导线周围的感应磁场作用、受电弓上感应磁场力的变化规律及其影响因素,主要包括接触网拉出值、由车轨振动造成的弓网垂向间距、牵引电流等因素的影响。计算结果表明:牵引供电电流对弓网系统电磁力的影响比较明显,故障时的电磁力最大值瞬间可高达弓网正常接触压力的30%~50%。     

铁路接触网最优主动控制研究

研究目的:本文为研究主动控制对接触网性能的影响,建立了接触网有限元模型,应用Ansys软件计算模型的整体质量及刚度矩阵数据,并利用KMExtract程序分离出整体质量、整体刚度矩阵,据此建立接触网系统动力学方程。为便于系统仿真及控制器设计,使用模态降阶法对系统降阶并将其转化为状态方程形式,而后为系统设计LQR控制器,使用simulink对实施主动控制前后的接触网系统进行动态仿真分析。研究结论:研究表明:(1)对接触网实施主动控制能有效改善其振动特性,接触网振动的最大值、最小值有较大降低,幅度达90%以上,均方差也有较大下降,幅度达70%以上,系统性能得到了极大提升。(2)在通过改变弓网自身参数的方法改善弓网性能遇到瓶颈时,接触网的主动控制或半主动控制将成为改善弓网性能的重要手段。