《接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析》1800字

接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析綜述1.1接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性分析1.1.1接觸網(wǎng)類(lèi)型介紹當(dāng)今世界高速鐵路，主要采用了三種懸掛類(lèi)型，分別是簡(jiǎn)單鏈形懸掛、彈性鏈形懸掛和復(fù)鏈形懸掛（或稱(chēng)為雙鏈形懸掛）[13]，其結(jié)構(gòu)模型如圖2-1至2-3所示。簡(jiǎn)單鏈形懸掛的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，由承力索，接觸線以及連接二者的吊弦組成的，如圖2-1所示。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，檢修方便。圖2-1簡(jiǎn)單鏈形懸掛Fig2-1Simplechainsuspension為了增大定位點(diǎn)處接觸網(wǎng)的彈性，使跨距中的彈性分布更均勻，在簡(jiǎn)單鏈形懸掛的基礎(chǔ)上，在支柱懸掛點(diǎn)處增加了一根彈性吊索，如圖2-2所示。彈性吊索通常有Y型和π型。圖2-2彈性鏈形懸掛Fig2-2Elasticchainsuspension復(fù)鏈形懸掛結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，增加了一條輔助吊索，接觸線經(jīng)短吊弦懸掛在輔助吊索上，輔助吊索通過(guò)吊弦懸掛在承力索上。如圖2-3所示。此類(lèi)懸掛雖然接觸網(wǎng)彈性均勻度好，但是造價(jià)較高，且施工、維修等方面均不方便。圖2-3復(fù)鏈形懸掛Fig2-3Complexchainsuspension1.1.2錨段關(guān)節(jié)類(lèi)型介紹接觸懸掛中的承力索和接觸線在延續(xù)到一定的長(zhǎng)度后，為滿(mǎn)足供電和受力方面的需求，將接觸網(wǎng)分為很多一定剛度且互相獨(dú)立的分段，這些獨(dú)立的分段即為錨段，相鄰錨段的銜接區(qū)段稱(chēng)為錨段關(guān)節(jié)。列車(chē)通過(guò)錨段關(guān)節(jié)時(shí)，受電弓應(yīng)能平滑、安全地由一個(gè)錨段過(guò)渡到另一個(gè)錨段，且弓線接觸良好，取流正常[13]。錨段關(guān)節(jié)按所含的跨距數(shù)可以分為二跨，三跨，四跨，五跨等幾種不同的形式。目前常用的是三跨，四跨，五跨錨段關(guān)節(jié)[13]，結(jié)構(gòu)如圖2-4,2-5,2-6所示。而按用途可以可分為非絕緣錨段關(guān)節(jié)和絕緣錨段關(guān)節(jié)兩種。a)立面圖b)俯視圖圖2-4三跨錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖Fig.2-4Structureofthree-spanoverlapa)立面圖b)俯視圖圖2-5四跨錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖Fig.2-5Structureoffour-spanoverlapa)立面圖b)俯視圖圖2-6五跨錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖Fig.2-6Structureoffive-spanoverlap1.1.3接觸網(wǎng)模型分析接觸網(wǎng)模型采用的是可以反映接觸網(wǎng)的高頻振動(dòng)性能的全補(bǔ)償鏈形懸掛歐拉-伯努利梁模型，該模型由接觸線、承力索、吊弦、腕臂、支柱、定位器等構(gòu)成。其中接觸線和承力索均在錨段兩端施加張力，且在該模型中考慮了接觸線和承力索的弛度、彈性、阻尼等相關(guān)因素[14]。接觸線的運(yùn)動(dòng)方程是：（2-1）式中，mc為接觸線單位質(zhì)量，EIc為抗彎輕度，Tc表示張力，表示沖擊函數(shù)，P是接觸壓力。承力索的運(yùn)動(dòng)方程是：（2-2）式中，mm為承力索的單位質(zhì)量，EIm為抗彎強(qiáng)度，Tm表示的張力，kd表示吊弦的剛度，ks指支持裝置的等效剛度。1.2受電弓模型受電弓是安裝在列車(chē)頂部的從一根或幾根接觸線上獲取電流的專(zhuān)用裝置。這里主要采用的是單臂受電弓。受電弓由弓頭、上下框架、底架和傳動(dòng)系統(tǒng)等幾部分組成。受電弓整體采用鉸鏈連接，各部件之間可以實(shí)現(xiàn)靈活連接與調(diào)整[6]。受電弓的實(shí)際模型較為復(fù)雜,由一些桿件組合起來(lái)的,并包含很多鉸鏈點(diǎn)和間隙，且不同的受電弓因速度和場(chǎng)合的不同,其結(jié)構(gòu)也不都相同。因此，很難建立能夠反映實(shí)際情況的受電弓模型?，F(xiàn)在，仿真研究中使用的受電弓模型主要有非線性模型和歸算質(zhì)量模型。受電弓的模型主要是采用歸算質(zhì)量模型進(jìn)行建模的[15]。所謂的歸算質(zhì)量模型就是利用動(dòng)能等效的原理將原有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成幾個(gè)具有集總質(zhì)量的模型，根據(jù)集總質(zhì)量的數(shù)目可以分為一元模型、二元模型、三元模型[16,17,]，如圖2-10中三圖所示：a)一元模型b)二元模型c)三元模型圖2-8受電弓的歸算質(zhì)量模型Fig2-8Thecalculatedmassmodelofpantograph本文選用的是三元模型進(jìn)行的仿真模型的建立1.3弓網(wǎng)耦合振動(dòng)分析圖2-9弓網(wǎng)耦合模型Fig2-9Pantograph-catenarycoupledmodel受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)接觸壓力,藕合在一起,整個(gè)弓網(wǎng)模型如圖2-9所示。結(jié)合弓網(wǎng)和接觸網(wǎng)的動(dòng)力平衡方程，可以得到不考慮機(jī)車(chē)振動(dòng)的弓網(wǎng)和接觸網(wǎng)的動(dòng)力平衡方程（2-3）整理上述方程組，可以得到整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)平衡方程組，通式可以用下式表示：（2-4）式中，為弓網(wǎng)系統(tǒng)質(zhì)量矩陣；為弓網(wǎng)系統(tǒng)阻尼矩陣；為弓網(wǎng)系統(tǒng)剛度矩陣；為弓網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)位移向量；為弓網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)速度向量；為弓網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)加速度向量；為弓網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)載荷向量，為弓網(wǎng)間的接觸壓力。由式可以看出，接觸網(wǎng)和受電弓之間存在動(dòng)態(tài)接觸力。將上述方程組相互耦合，實(shí)現(xiàn)弓網(wǎng)耦合關(guān)系的等效描述。對(duì)于弓網(wǎng)間的動(dòng)態(tài)接觸行為，是可以通過(guò)設(shè)置接觸網(wǎng)和受電弓之間假定接觸定義來(lái)實(shí)現(xiàn)描述的[18]。假設(shè)出現(xiàn)了穿透現(xiàn)象，弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力可以用來(lái)表示接觸線與受電弓滑板之間的關(guān)系，接觸力大小與穿透的深度、形狀、物體的剛度相關(guān)；假設(shè)沒(méi)有出現(xiàn)穿透的現(xiàn)象，那么受電弓滑板與