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。     

弓网动态仿真技术的现状及展望

本文概述受电弓与接触网之间的机械动态仿真研究及其应用的现状,并展望弓网动态仿真技术的发展方向。现有弓网动态仿真的手段主要有全虚拟仿真和半实物半虚拟仿真,弓网仿真模型的建立主要有直接解连续方程法、连续方程离散法和直接离散法。为减小弓网振动,延长设备寿命,弓网仿真将向优化弓网结构、受电弓主动控制、弓网故障识别等方面发展。分析现阶段弓网动态仿真技术中的不足,对未来研究工作提出若干建议。     

高速受电弓-接触网动态受流性能及双弓距离的研究

高速列车运行的关键技术之一是弓网动态受流问题。当动车双弓运行时,弓网动态受流性能限制了高速列车运行速度。本文采用无限长弦模型,将受电弓看作集中质量模型,对弓网系统动态受流性能进行分析,推导并计算其解析解,对接触网-受电弓的动态相互作用进行研究;通过计算运行速度为200 km/h的俄罗斯高速接触网的弓网参数来验证该方法的正确性;对我国高速铁路受电弓-接触网系统的动态受流性能进行分析,得到接触线的弛度、悬挂刚度和波动分量以及机车车辆振动对受电弓滑板及接触线垂向位移的影响情况;对动车双弓运行工况下双弓的最佳距离进行分析,并研究受电弓归算质量对弓网受流的影响。研究结果为进一步优化受电弓参数提供了参考。     

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.     

我国高速铁路弓网相互作用特点

从几何特征、动态性能、材料接口及电接触等方面对京津城际、武广、郑西等高速铁路受电弓与接触网相互作用的特点进行分析。结果表明,高速铁路弓网系统不仅能满足我国铁路互联互通要求,而且高速接触网的几何参数能够与高速列车使用的受电弓相匹配;铜合金接触线和碳滑板的组合能使弓网系统的磨耗量降至最低,且能保证弓网接触点不出现过热;弓网系统的动态性能可以确保高速列车的取流可靠性和取流质量。我国高速铁路弓网系统的性能还可进一步优化．     

不同受电弓对刚性接触网锚段关节的适应性研究

对于采用刚性接触网的城轨交通线路,随着其运营速度不断提高,对弓网动态性能要求越来越高.锚段关节是刚性接触网的关键区段,有必要对不同受电弓在高速通过锚段关节时的弓网动态性能进行研究.本文以北京地铁大兴机场线为例,利用有限元法建立3种型号受电弓与刚性接触网的弓网仿真模型,分析比较3种型号受电弓以160～220 km/h速度通过锚段关节时的弓网动态性能,为研发更高速度等级的受电弓与刚性接触网系统提供技术参考.     

基于SIMPACK的受电弓结构参数研究

利用多体系统动力学技术,借助多体系统动力学软件SIMPACK建立受电弓—接触网耦合仿真试验平台。通过仿真试验平台对受电弓模态进行了分析,同时研究了受电弓参数对弓网动态特性的影响。系统研究受电弓—接触网系统的目的在于优化其结构及悬挂参数,以改善弓网受流特性,设计最佳性能的受电弓。     

不同受电弓对刚性接触网锚段关节的适应性研究皋金龙

对于采用刚性接触网的城轨交通线路,随着其运营速度不断提高,对弓网动态性能要求越来越高。锚段关节是刚性接触网的关键区段,有必要对不同受电弓在高速通过锚段关节时的弓网动态性能进行研究。本文以北京地铁大兴机场线为例,利用有限元法建立3种型号受电弓与刚性接触网的弓网仿真模型,分析比较3种型号受电弓以160～220km/h速度通过锚段关节时的弓网动态性能,为研发更高速度等级的受电弓与刚性接触网系统提供技术参考。     

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。     

气动力作用对弓网受流影响的研究分析

阐述弓网受流与气动力学的关系,在分析受电弓气动力模型的基础上,结合实际线路运行试验和风洞试验数据研究气动力作用对弓网受流的影响。结果表明列车高速运行时,受电弓结构特性和运行方向对气动力有影响,调整受电弓气动力特性能有效改善弓网受流性能。     

高速机车主动控制受电弓研究

受电弓与接触网之间的振动问题,一直是制约电力机车提速的关键之一。本文对2种类型接触网的刚度进行了非线性最小二乘曲线拟合,并给出了统一的拟合公式,建立了3自由度弓网系统模型,采用最优控制策略,对不同运行速度下弓网间接触力进行主动控制。仿真结果表明,采用主动控制受电弓可以有效地抑制接触力的波动,控制效果较好。     

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.     

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。     

高速铁路弓网电弧试验系统

高速动车组通过弓网电接触获取电能。随着动车组运行速度的提高,受轨道不平顺、接触网波动以及受电弓弓头振动等因素的影响,弓网电接触状态恶化,使得弓网电弧频繁发生,弓网电弧对接触网导线、受电弓滑板侵蚀严重,影响受流质量,制约动车组速度进一步提升,因此有必要对弓网电弧进行系统研究。本文分析弓网滑动受流过程,研制一套弓网电弧试验系统。该系统能够模拟弓网柔性平直接触、滑板"Z"字形运动及垂向沉浮运动等弓网运动状态。并利用该系统对弓网接触电阻和电弧电气参数、形貌特征进行试验研究。     

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。     

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。