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。     

受电弓与接触网动态仿真模型建立及其确认

利用有限元法建立受电弓与接触网的动态仿真模型。受电弓可等效为三质量-阻尼-刚度系统,考虑吊弦为仅受拉力的非线性单元,接触网可等效为空间杆-梁-索单元组成的系统,弓网滑动接触模型以罚函数法处理,通过直接时间积分得出节点位移与单元受力结果。依据EN50318中有关弓网动态仿真模型的确认方法,结合京津城际和京沪高铁弓网动态测试数据,进行标准模型和现场实测的比较,确认本仿真模型是可信赖的,为弓网系统设计与结构优化提供一种有力手段和研究工具。     

刚性接触网跨距对弓网动态性能的影响分析

随着轨道交通线路运营速度的不断提高,对弓网系统动态性能的要求越来越高.跨距是刚性接触网的一项关键参数,弓网之间的良好受流质量需要选取合理的跨距,因此有必要对不同速度等级下刚性接触网跨距的选取进行研究.本文通过建立刚性接触网模型与受电弓模型,分析不同型号受电弓以不同速度通过不同跨距刚性接触网的弓网动态性能参数,得出不同速度等级下与不同型号受电弓相适应的刚性接触网跨距,为受电弓及刚性接触网系统设计提供研究基础.     

地铁架空刚性接触网弓网系统运行特征分析

通过分析地铁架空刚性接触网结构特点和地铁车辆受电弓及车辆运行模式,指出刚性接触网平面布置形式对弓网关系影响严重,接触线磨耗分布不均匀现象普遍存在,并对其形成原因及影响进行分析。基于现有地铁线路接触网检测装置的局限性,研究开发了地铁运营车辆接触网检测系统,通过在地铁运营车辆加装专业检测装置,获取弓网运行特征参数,为不同线路的刚性接触网弓网系统的优化设计及运维策略的制定提供依据。     

高速弓网检测系统

随着我国铁路第六次大面积提速及高速铁路的大规模建设与运营,高速电气化铁路接触网动态检测的重要性越来越引起接触网设计、施工、运营维护、行业管理及科学研究等相关领域的广泛关注.高速接触网动态检测的重要性主要体现在四方面: (1)通过等速动态检测对接触网的设计进行性能测试与验证,为进一步优化接触网的设计提供试验依据; (2)新建电气化铁路开通前的联调联试,通过动态检测修正施工偏差,确认接触网状态,对弓网受流性能进行动态验收评估;(3)通过动态检测查找接触网的设备状态问题,为运营维护单位维修提供依据;(4)通过动态检测试验设计,研究高速弓网关系,优化弓网匹配.     

接触网参数检测与弓网动态性能控制策略研究

在分析弓网系统核心要求决定的接触网检测参数的基础上,对接触网检测系统进行了分析和设计。应用接触网检测系统对胶济线接触网的动态参数进行了现场测量,并对接触网的维修工作进行针对性的指导,提高了该线路的运营质量。最后在分析接触网几何参数与弓网动态性能的关系基础上,总结了弓网动态性能控制策略,有助于改善弓网受流质量,保障电力机车的安全可靠运行。     

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。     

设计时速120 km线路架空刚性悬挂接触网跨距选择

随着国内城市轨道交通多条线路速度等级达到120km/h,架空刚性悬挂弓网系统因共振导致受流质量下降的运行区段时有出现,因而架空刚性接触网系统跨距值的设计选用变得相当重要。结合架空刚性接触网模态分析、弓网动态接触压力频谱分析,阐述了设计时速120 km线路架空刚性悬挂接触网跨距选择为8 m的依据。     

Web技术在弓网信息管理系统中的应用

弓网信息管理系统作为铁路局弓网管理维护的重要组成部分,通过弓网检测设备对接触网缺陷实时检测记录,并依据数理统计的原理计算重复性的大小,以此为依据,时接触网进行及时检修维护,从而可以有效减少弓网事故发生概率.     

架空刚性悬挂弹性改进方案研究

针对架空刚性悬挂接触网在工程应用中部分区段弓网磨耗严重问题,本文从刚性悬挂系统弹性角度进行研究,分析得出将既有系统刚度降低,可以提高系统弹性以缓解弓网之间的磨耗。为此,提出了弹性绝缘子这一全新的技术方案并进行研发,根据实验结果可增加刚性接触网的系统弹性,提高受电弓与接触网之间的受流质量。     

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。     

受电弓/接触网垂向耦合运动中接触网动应力研究

建立了简单链形悬挂接触网的有限元模型和受电弓／接触网垂向耦合振动模型，计算得到其振动模态，推导了用振型叠加法计算接触网瞬态响应和动应力的方法，计算了受电弓／接触网接触压力作用下，接触网的振动响应，得到了接触网动应力随着受电弓在接触网锚段运行时间的变化情况，并与静态时进行了比较。     

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。     

基于受电弓弹性体模型的弓网动力学分析

针对简单链型悬挂接触网及电力机车DSA250型受电弓,基于有限单元法,建立接触网模型和考虑弹性变形的受电弓模型;对弓网的动力学性能进行分析,并与采用质量块受电弓模型的计算数据进行对比.结果表明:当DSA250型受电弓通过该型接触网时,其在未出现离线情况下的最高速度为230 km/h;受电弓前、后滑板表现出不同的受流特性,前滑板相对后滑板有较好的受流;考虑弓头与接触线的相互作用频率高于20 Hz时,40～100 Hz的高频分量在接触力和加速度频谱中占有较大的比重,弓头的变形模态将对弓网的动力学特性起至关重要的作用,如果采用质量块受电弓模型进行计算,将造成该模态的缺失,从而导致计算结果有较大的偏差.     

秦沈客运专线接触网总体设计

从明确弓网系统及接触悬挂评价标准入手 ,通过对秦沈客运专线接触网设计的分析和总结 ,确立高速接触网的设计理论和方法。接触网是通过与其接触线相互摩擦运动的受电弓向电动车组或电力机车受流 ,弓网间稳定、良好的功率传输是实现高速行车的关键。为了衡量弓网间的受流质量 ,首先应确定对弓网关系进行评价的标准 ,而接触悬挂的评价标准则用于悬挂参数的确定。所选悬挂参数能否满足弓网间受流标准的要求并是否为最佳 ,需要通过计算机仿真或试验进行验证和优化。高速接触网的设计要体现安全、可靠和免维护性。因此 ,精确设计的概念应始终贯穿其中     

城市轨道交通弓网系统现状分析与建议

既有城轨受电弓与接触网的类型较多,两者之间的配合问题尤为突出。总结国内外城轨弓网系统标准,存在内容描述较少,刚柔接触网未分开规定,指标参数相差较大,系统性不强等问题。总结国内外相关研究文献,发现弓网设计阶段对弓网接口的设计不足,弓网维修阶段存在机械故障较多,弓网仿真缺少实测数据确认等问题。最后针对城轨弓网系统研究现状的不足,对未来进一步研究工作提出若干建议。     

弓网系统动态及受流性能测试技术研究及应用

在列车高速运行条件下,保证弓网系统具有良好的受流质量是高速电气化铁路的关键技术之一,即保持受电弓/接触网接触副间有稳定的电能传输。但如何评价其受流性能,即根据什么检测内容、测试方法和评价准则来评估弓网动态及受流性能的优劣,是弓网关系研究需要解决的问题。围绕弓网系统动态相互作用及受流性能的检测,着重介绍接触压力、加速度、导线动态高度及燃弧等关键参数相关检测技术的现状、不足及发展趋势;同时探讨了上述关键参数之外的其他性能参数的测试技术,并对相关的研究动态进行了论述。     

基于图像处理的接触网动态几何参数测量研究

为了保证高速列车安全运行,需要对接触网的高度以及拉出值等几何参数进行经常性的检测。接触式检测在高速铁路试验中会增大试验数据与实际运行数据之间的差异,从而导致接触网测试参数误差变大。现利用车顶摄像机测量接触网几何参数进行可行性分析,提出了一种利用图像处理技术,对摄像机影像进行处理,提取并计算接触网动态高度以及拉出值等参数的方法。试验结果表明系统具有设备安装简单,测量精度高等特点,具有充分的可行性。     

坡度和曲线线路对弓网受流性能影响规律研究

在高速列车关键力学问题的研究中,坡度和曲线线路对弓网受流性能的影响不可忽视,为此,采用有限元技术和多体动力学理论,搭建了全空间范围内的车弓网动力学仿真模型,对定坡度、竖曲线和平曲线区段的弓网受流性能进行了研究。研究结果表明:接触线在坡度变化率为零时,线路对弓网动态响应影响并不明显;坡度变化率为正时,线路会使弓网机械磨耗降低,受流稳定性也会降低,但弓网电气损耗增加;而坡度变化率为负时影响正好相反;平曲线和竖曲线半径越小,弓网受流稳定性越差,仿真时不可忽略,且应在平曲线和竖曲线区段的线路设计、施工、区间限速中加以考虑。     

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。