受电靴与接触轨耦合动力仿真研究

为研制160km/h及以上的受电靴与接触轨系统,亟需研究受电靴与接触轨耦合动力振动理论及建立相关仿真模型。本文根据受电靴、接触轨结构特点,利用有限元法和罚函数法推导了受电靴、接触轨和接触耦合的动力学方程,并建立了相应的耦合动力仿真模型;研究了不同列车运行速度、接触轨设计参数对靴轨耦合动态性能的影响,为研究160 km/h及以上靴轨系统方案提供参考依据。     

城市轨道交通第三轨供电受流系统及磨耗试验台设计

供电系统是城市轨道交通安全运行的重要部分。介绍接触轨供电系统的电压制式、安装方式、结构形式。结合产品标准,说明现有集电靴和钢铝复合轨的结构特点和工作方式。设计更加贴近实际情况的接触轨和集电靴磨耗试验平台,为城轨第三轨供电受流器材的产品研发及检测提供数据支撑。     

集电靴与接触轨集电系统研究综述

阐述集电靴与接触轨的结构改进、运行现状和标准建设,以及集电靴、接触轨和靴轨接口的测试与仿真技术,并展望集电靴与接触轨集电系统的发展方向。现有集电靴种类较多,尚未形成通用的力学模型,需进一步构建集电靴动态性能试验台获取其关键力学参数。集电靴与接触轨的动态测量装置尚需进一步标定,以确保测试数据的准确性。集电靴与接触轨的动态仿真尚需实际测量数据验证其有效性。集电靴与接触轨系统接口的标准尚需进一步完善。     

考虑接触轨轨缝的靴轨系统动态特性研究

在城市轨道交通中，列车供能除采用架空接触网系统外还常采用靴轨系统。在靴轨系统中，集电靴沿接触轨滑行，振动行为复杂，易受线路条件和结构本身的影响。当接触轨出现轨缝时，集电靴通过会产生较大冲击力，造成靴轨系统受流工况恶化。文章基于多体动力学和有限元理论，搭建靴轨耦合动力学模型，并与实测数据相对比，验证模型准确性。基于所搭建的模型，考虑在标准规定的最恶劣的接触轨轨缝条件，分析靴轨系统在不同速度和轨缝方向下的动态性能。结果表明，相对于前低后高轨缝的工况，集电靴通过前高后低轨缝时，车辆运行速度对靴轨系统受流质量的影响更加严重。     

160km/h中低速磁浮交通轨靴受流仿真研究

中低速磁浮交通的车辆牵引供电采用正负极接触轨侧部受流方式。目前,国内中低速磁浮交通最高时速为100 km/h,鉴于磁浮交通作为主城通往市郊的连接线或旅游专用线的重要交通工具,需具备更高时速要求。而接触轨作为唯一和磁浮列车接触的设备,其在满足受流需求下,还应具备高的可靠性。研究采用ANSYS软件建模,搭建接触轨、受流靴仿真模型,受流靴按仿真设定车速运行,完成接触过程的仿真研究,得出轨靴动态接触压力仿真数据,为中低速磁浮列车进一步提速到160 km/h提供轨靴受流适应性理论基础。     

时速400km高速铁路弓网参数优化设计

时速400 km高速铁路技术的研发是我国加快建设交通强国的重要环节。国内尚未有适用于400 km下弓网参数评判标准，且现有弓网结构参数无法满足该速度下列车的稳定受流。在建立弓网动力学模型的基础上，基于高速铁路设计规范，尝试建立适用于时速400 km下弓网接触力和离线率的评判标准，并提出400 km/h下弓网各结构参数优化设计方案。结果表明，选用接触线张力35 kN、承力索张力21 kN、接触网弛度0.2‰、弓头悬挂刚度9 000 N/m、弓头悬挂质量6.0 kg、弓头悬挂阻尼80 N·s/m的参数值时，可将弓网接触力最大值、平均值、标准偏差分别由318.04,241.34,58.91 N减小到280.51,220.59,50.87 N,减小了11.80%、8.60%、13.65%,将离线率由4.33%减小到0.94%。优化后的弓网结构参数可以优化接触网弹性均匀程度、增强受电弓与接触网间的跟随性，从而改善弓网匹配效果，提高列车受流质量。研究成果可对400 km/h弓网参数评判标准的制定提供理论支撑。     

地铁直流1500V接触轨装置关键检测点与测量控制

深圳地铁三号线采用直流1 500 V接触轨装置供电,结合接触轨装置测量工作实际,介绍接触轨水平尺寸、导高尺、接触轨缝隙、集电靴参数等测量参数和要求,总结接触轨和集电靴的关键检测点和测量控制要点,以及接触轨测量工作所采用的测量设备的计量检定规程。     

靴轨受流在线检测系统设计及应用研究

为更准确地评估靴轨受流系统的运行状态,保障地铁车辆的安全运行,研制了一种靴轨在线检测系统。运用激光测距、紫外光电传感、光纤应变传感和光纤硬点传感等技术实现对靴轨受流系统的动态检测,包括接触轨几何参数检测、靴轨接触力检测、集电靴硬点检测和靴轨燃弧检测。通过对广州地铁员村站至金杭站实际线路测试,各项检测指标均满足EN 50367和TB 10761标准要求,能够为靴轨受流系统的运维提供良好的理论指导。     

城轨交通中三轨系统有限元模型及其动力特性

建立了由钢铝复合轨、绝缘支架、支撑卡爪和支架底座组成的三轨系统的有限元模型,计算了其动力特性,分析了下部桥梁结构振动的影响,为轨道的磨耗磨损研究及集电靴与接触轨的动态受流仿真的进一步研究建立基础。研究得出,三轨系统前十阶的自振频率范围与桥梁结构的自振频率相差较大,两者不会发生共振。     

跨座式单轨道岔处接触轨设计方案研究

为解决跨座式单轨道岔区域接触轨断口引起的授流质量下降,产生电弧等问题。采用连续贯通布置方案,将接触轨敷设于不同类型道岔区域,在道岔转动端采用指形搭接道岔过渡装置,在道岔摆动端采用分段绝缘器并搭接,使集电靴平滑过渡并起到电气绝缘作用;中心锚节设置于道岔转动轴处或摆动端部,以减小接触轨相对位移;通过接触轨、道岔热涨系数计算道岔过渡装置和分段绝缘器伸缩量,从而确定接触轨端部之间和距道岔梁间隙,保证后期运行过程中不与道岔发生摆动干涉。研究表明,对关键零部件进行研究优化,可使集电靴在道岔区域平滑过渡,减少产生电弧,改善靴轨关系,提高接触轨、集电靴的使用寿命。     

集电靴与第三轨运动关系优化分析及试验台结构设计

针对国内缺乏系统研究第三轨与集电靴间电流、磨耗发热情况等专用试验设备现状,根据城市轨道交通列车第三轨供电特点,分析集电靴在第三轨上的运动轨迹。在集电靴近似圆周运动的基础上,优化集电靴运动轨迹,得到集电靴径向运动参数,确定控制集电靴在第三轨上作径向直线运动的执行器的参数,为第三轨/集电靴试验台的构建提供理论依据。     

APM300系统靴轨冲突影响因素分析

APM300系统车辆采用第三轨受流,受流器通过供电轨轨缝处时会产生较大的冲击。采用UM软件建立了受流器动力学模型,根据供电轨和受流块的接触特性提出了受流器靴轨冲突评价指标,并仿真分析了供电轨轨缝位置偏差和受流器弹簧刚度对受流器靴轨冲突的影响。仿真结果表明：轨缝前后绝缘轨接的前凹后凸和前高后低情况恶化了受流器通过轨缝的安全性;增大复原拉簧刚度有利于减小靴轨最大间隙、减小受电靴横向加速度的最大值。为确保受流器平稳通过供电轨轨缝处,要将供电轨轨缝的横向安装位置偏差和纵向高差严格控制在1.5 mm以内,或将横向安装间隙控制在1 mm以内、将纵向高差控制在2 mm以内;当复原拉簧刚度低于3 000 N/m时要及时更换。     

第三轨/集电靴试验台电源系统设计

城轨列车第三轨/集电靴试验台的建设对研究两者之间的受流和磨耗特性具有重要意义。根据城轨列车的取流特点,在实验室建立试验台直流电源系统。电源系统配备输入电源柜提供直流电流和电压;采用柱式调压器以伺服电机驱动无级调压方式调节输出侧负载的电流,实现电流无级可调;整个电源系统的控制、参数设定、设备故障报警、超限报警等通过远端操作台实现。电源系统的建立,解决了在实验室研究集电靴与第三轨受流特性的取流问题。     

地铁车辆受流器归算质量模型动态参数优化

为改善地铁车辆靴轨系统动力学性能,实现列车提速的目的,对武汉市某地铁线路使用的受流器进行优化设计。通过动态标定试验得到受流器归算质量模型及其各项参数,建立全参数化靴轨耦合有限元模型,并利用试验数据验证了仿真模型的准确性。对该模型在160 km/h速度下进行了靴轨系统动力学仿真,基于MATLAB软件编写了智能优化算法——粒子群算法,并联合ANSYS软件进行协同优化分析,以最小化接触力标准差为目标对受流器动态参数进行优化并得到了一组最优设计参数。结果显示,优化后接触力标准差较优化前降低43.89%,极大地提高了受流器稳定性。     

轨道车辆车轮不圆度检测装置动力学仿真

建立轨道—车辆—车轮不圆度检测装置动力学仿真模型，计算分析车轮不圆度检测装置关键参数对测点振动的影响规律，确定该检测装置最优设计参数。基于轨道车辆动力学与机构学理论，对检测装置机构运动进行分析，运用SIMPACK软件建立含单节列车、钢轨及安装在钢轨上的不圆度检测装置在内的整体仿真模型，并计算测点的振动响应。研究表明：该检测装置机构弹簧刚度最优值为3×10⁵～5×10⁵ N/m，阻尼最优值在8 000 N·s/m附近；为保证检测装置测量精度，车辆运行速度应不大于5 km/h；同轴另一侧车轮对检测装置没有影响，装置对列车运行安全性没有影响。     

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。     

城市轨道交通第三轨供电系统集电靴的力学性能试验研究

城市轨道交通第三轨供电系统集电靴的安装不仅关系着其自身设备的安全性,还影响城市轨道交通列车的供电质量,介绍了集电靴力学性能试验的传动和测试原理,确定了集电靴力学性能试验的方案。通过试验研究得到集电靴的静态刚度、等效阻尼等参数,为集电靴力学模型的建立、集电靴的设计与维修提供数据资料。     

时速160km城市轨道交通靴轨关系测试技术研究

钢铝复合接触轨系统以其优良的性能已广泛应用于第三轨、中低速磁浮、跨座式单轨以及空中悬挂列车等轨道交通模式中.随着轨道交通运营速度的提升,钢铝复合轨系统和集电靴的匹配关系越来越受到关注.如何通过试验验证钢铝复合轨高速运行下的适用性是一个亟待解决的实际应用问题.本文基于高速相机和相关高精密传感器,提出并搭建了一套靴轨关系测...     

城市轨道交通车辆段新型9号单开道岔设计研究

北京新机场线是我国首条时速160 km的地铁线路。为保证前期城市轨道交通的运营要求,并为中后期运量提升提供技术支持,按照城际铁路动车所设计标准选用了9号道岔。国铁50 kg/m钢轨9号道岔尖轨跟端为活接头式,容易产生病害且难以整治,为此研发了新型道岔。新道岔转辙器采用弹性可弯式尖轨,彻底消除了活接头病害;同时,对辙叉跟端进行了优化(采用夹板连接),选用33kg/m槽型护轨,基本轨内侧采用弹性扣压,提高了车辆段道岔的通过速度(侧向通过速度由25 km/h提高到35 km/h),保证了道岔功能要求。     

地铁轨下胶垫参数对轨道垂向振动影响研究

以往地铁线路轨下结构研究过于简化,只考虑轨下弹性垫板单一变量对轨道动力学的影响,没有综合考虑刚度和阻尼参数对轨道结构动力学性能的影响。在车辆-轨道耦合系统动力学理论基础上,运用动力学软件SIMPACK建立地铁车辆-板式无砟轨道模型,分析轨下弹性垫板刚度在30~70 MN/m,阻尼在60~80 k N·s/m范围内变化对板式无砟轨道结构动力学性能的影响。研究显示,轨下垫片刚度敏感的动力参数顺序为轨道板垂向加速度、钢轨垂向加速度、轨道板垂向位移、钢轨垂向位移和轮轨力。