高速列车受电弓低速风洞试验技术

研究目的:为了研究高速列车受电弓头动态接触压力特性和整弓气动阻力,在中国航天空气动力技术研究院FD-09低速风洞进行试验。试验的目的是为受电弓架结构优化设计和实际使用提供科学依据。研究方法:试验方法是相对气流方向,受电弓位置分顺弓(闭口)和逆弓(开口),弓头高度分别有900 mm、1 300 mm和2 300 mm。试验风速范围从100 km/h到280 km/h,间隔为20 km/h。研究结果:试验结果表明,两种弓架气动阻力存在很大差异,因此,弓的气动力特性改进还有很大潜力。     

受电弓降弓过程弓网电弧等离子体动态特性研究

以磁流体动力学(MHD)理论为基础,对Fluent流体软件进行二次开发,配合动态网格技术,建立弓网电弧仿真模型。仿真分析受电弓降弓过程中电弧温度场和气流场分布,同时计算分析在不同降弓速度下弧柱电压随间隙的变化规律,并且利用弓网电弧模拟试验平台测试降弓过程电弧电压随间隙的变化规律。研究结果表明,在受电弓降弓过程中,弧柱伸长,受电弓与接触网附近发生气流运动,弓网间隙间逐渐形成2个旋转方向相反的漩涡,电弧在气流的作用下发生热收缩效应。降弓速度越大,电弧电压随间隙的变化率越大。通过对比分析得知仿真结果符合试验结果的变化规律。     

大风条件下线路受电弓落弓状态气动力学试验研究

动车组高速运行时,在落弓状态下受电弓受气流影响可能会被吹起,进而可能导致短接接触网故障。为评估落弓状态下受电弓的气动性能,保障受电弓的服役性能及安全高效运营,在兰州至乌鲁木齐客运专线搭载CRH2G动车组进行了大风条件下落弓状态的受电弓空气动力学试验研究。试验结果表明,受电弓受到的气动抬升力远小于落弓保持力,不存在由于气流作用而引起受电弓被动升弓危险。     

受电弓弓头转角优化与可靠性分析

针对受电弓的多铰链空间运动机构,采用局部坐标系的相对坐标方法对铰链位置在二维空间内进行参数表示,采用优化拉丁方方法对弓头升弓转角进行优化和可靠性分析,使弓头升弓转角显著减小,弓头滑板可达到优良的平动状态和可靠性指标,能快速有效地为多铰链受电弓机构的设计提供技术支持。     

高速受电弓弓头弹簧盒管壁裂纹故障分析及改进

高速受电弓工作条件复杂严苛,文章针对高速受电弓弓头弹簧盒管壁裂纹故障,对弓头弹簧盒进行静强度及故障原因分析,且结合分析结果提出解决方案并验证相应方案的可行性。通过解决高速受电弓弓头弹簧盒管壁裂纹故障,可有效地提高高速受电弓的运行稳定性。     

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。     

弓网相互作用时受电弓关键部件动载荷研究

为研究弓网相互作用时受电弓各部件承受的主要载荷,基于相对坐标方法建立受电弓多刚体动力学方程,采用模态叠加原理建立接触网动力学方程,应用赫兹接触理论构建弓网接触模型,通过四阶龙格库塔法和中心差分法求解运动微分方程。分析速度影响下弓网接触力、弓头悬挂力及受电弓各部件的运动状态,在频域和时域上分析受电弓各部件载荷动态特性。结果表明:接触压力低阶部分透过弓头及其悬挂系统传递至上臂杆,但其高阶部分被弓头弹性悬挂系统吸振而耗散;上臂杆弯矩、拉杆轴向力和下臂杆轴向力的主频基本相同,且与弓头悬挂力频率成分保持一致;相比下臂杆轴向力,其弯矩载荷含有更多的频率成分。     

基于弓头垂直冲击加速度接触网硬点评判准则的研究

接触网内的硬点是影响弓网受流性能的关键因素之一.针对现有利用一跨内受电弓弓头垂直冲击加速度的最大值诊断接触网内硬点的方法存在误判的问题,在分析受电弓弓头垂直冲击加速度波形特征的基础上,提出诊断接触网内硬点的三参数评判准则.该准则包括一跨内受电弓弓头垂直冲击加速度的最大值、峰值因子和标准偏差.在利用统计方法验证试验数据可靠性的基础上,对京哈线沈阳铁路局管内实测的弓头垂直冲击加速度信号进行分析,按照跨长计算受电弓弓头垂直冲击加速度的最大值、峰值因子和标准偏差.通过比较计算结果和相应参数的门槛值,诊断京哈线沈阳铁路局管内接触网内是否存在硬点.分析结果表明,新的三参数评判准则比传统的单参数准则能更有效地诊断接触网内的硬点.     

地铁受电弓等效模型的半虚拟参数识别

为探究受电弓与刚性接触网系统磨耗过大、结构使用寿命短等可靠性问题,在半虚拟条件下建立适合地铁直流受电弓的动力学模型。在初步受电弓模态分析基础上,优化参数识别方法得到归算质量模型动态参数及其内部摩擦力,由数值计算结果获得各部分气动抬升力系数,建立较为完善的受电弓模型,并结合试验结果进行比较。结果表明,半虚拟的建模方法可以快速准确地建立具有限位、气动力等参数的受电弓模型,所得模型可反映受电弓在13 Hz以下的动态响应情况;模型具有弓头质量归算系数小于1,弓头刚度大且上框架刚度小的特点;在刚性接触网条件下,弓网系统主导频率接近受电弓1阶固有频率,可能会造成弓网刮蹭和共振,影响弓网系统的可靠性。     

HXD1机车受电弓弓角裂纹故障分析与解决方案

受电弓是安装在电力机车上从接触网上集取电流的电器部件,其中弓角与碳滑板构成受电弓的弓头并直接与接触网接触,稳定的弓头外形轮廓是与接触网良好接触受流的前提。实际使用中弓角长期受接触网系统频繁的冲击、振动而发生裂纹或断裂,造成弓头外形轮廓变化或异常从而引发弓网故障。根据故障现象,主要从弓角受力仿真和微观晶相来分析故障原因并提出解决方案,提高了机车运行的安全性。     

高速动车受电弓滚动弓头特性研究

讨论了弓网受流原理和受流质量评价体系,通过Simulink仿真手段,对弓网接触压力和受流质量之间的关系进行了研究,提出滚动弓头受电弓设想,并依据接触电阻理论、冲量理论、摩擦磨损理论,分析滚动弓头对弓网性能的提升原理。     

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。     

北京地铁14号线弓网动态相互作用性能研究

对北京地铁14号线弓网性能进行了分析研究。介绍了弓网测量系统的工作原理,结合测试数据,对接触力分布、接触力最值、弓头振动加速度、受电弓与接触网燃弧现象、定位点处接触网的高度和拉出值等测试结果分别进行了分析。研究表明:列车在加速区段和通过锚段关节、线岔、分段绝缘器及刚柔过渡区域时,弓头振动加速度变大,接触力突变,局部线路弓头振动加速度有突变现象。     

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。     

高速受电弓气动特性风洞试验研究

为掌握强横风作用下高速受电弓弓头抬升力、整弓气动力以及风致振动特性,在中航工业气动院FL-9开展风洞试验研究.试验风速为100～400 km/h,间隔50 km/h;侧偏角为0～30°间隔5°;测试了受电弓在不同状态下的气动力、弓头抬升力以及关键部件的振动加速度.通过对试验结果进行分析,给出了受电弓气动力、弓头抬升力、风致振动随风速、侧偏角、升降弓的变化规律.试验结果可为开展高速列车弓网关系研究、弓网匹配设计提供试验数据支撑.     

高速铁路弓网电弧仿真研究进展

阐述了电弧模型的发展进程,介绍了不同电弧模型的模拟过程及数值建模方法。根据已有的电弧数值模型推导过程,电弧模型的不断发展体现在建模之前假设条件的减少上。在Ansys、Fluent等建模仿真软件中,也可通过建立弓网电弧模型,并设置模型参数的过程来模拟电弧的特性。在未来的研究中,将等离子体的特性应用于电弧的仿真过程,并且加入弓网系统的特殊环境因素,是弓网电弧数值模拟及仿真计算领域的发展方向。     

过港运行SS8型机车受电弓的改进

为满足ＳＳ８型机车在九广铁路接触网下运行的需要对ＴＳＧ３型受电弓的滑板和弓头进行改进；开发上部为曲线形状的铝包碳滑板，设计新的弓头，保证弓头的曲线要求。文章介绍改进方法和效果，并对准高速机车受电弓的设计提出了建议。     

基于改进Mayr模型的弓网离线电弧仿真分析

弓网离线电弧对受电弓滑板和接触网导线具有烧饬作用,严重危害列车的运行安全。首先介绍Mayr电弧模型,并基于能量平衡理论和横向吹弧理论,对弓网离线电弧弧柱的能量过程进行数学分析,研究高速气流对电弧耗散功率的影响。确立电弧耗散功率Ploss和车速v、电流I和离线间距l之间的函数关系,对Mayr电弧模型进行改进。然后运用Simulink仿真软件,搭建改进的Mayr电弧模型。最后对比分析弓网离线电弧仿真波形和实验波形,验证搭建的弓网离线电弧模型的合理性。结论如下:随着列车运行速度提高和离线间距的增大,气流对电弧的吹弧作用更加显著,电弧耗散功率增加,燃弧尖峰电压和熄弧尖峰电压增大。     

城市轨道交通车辆单臂受电弓结构参数的优化设计与验证

在建立城市轨道交通车辆单臂受电弓结构数学模型的基础上,以受电弓工作高度范围、落弓高度和保证静态接触压力恒定为约束条件,以受电弓工作高度范围内弓头轨迹、所需升弓转矩与升弓力臂匹配、弓头平动等为目标,运用多目标优化技术和MATLAB软件对城市轨道交通受电弓的结构参数进行优化,以达到最优设计参数。在建立受电弓三维模型基础上,运用ADAMS虚拟样机技术进行仿真分析,验证了MATLAB软件优化结果和优化方法的正确性。     

受电弓垂向动力学线性化模型及特性研究

由受电弓的非线性运动微分方程通过泰勒级数展开得到垂向动力学线性化运动微分方程及模型，并得出等效参数的函数表达式。以国产SS7型机车的受电弓为算例，对弓头纵向几何运动，升弓力矩，受电弓等效参数，弓头运动最大加速度等进行了分析。