基于正交实验法的弓网耦合除冰数值模拟

基于正交实验方法和有限元仿真方法,设计五因素四水平正交实验表,研究了作业速度、覆冰厚度、弓头质量、弓头刚度以及弓头阻尼对除冰率的影响。建立了接触网‑覆冰有限元模型和受电弓‑接触网耦合有限元模型,并通过对比理论值和仿真值验证了有限元模型的准确性。仿真结果表明:作业速度和弓头质量对接触力和接触线抬升量影响较大,进而影响除冰率,但弓头质量大于17 kg后影响程度趋于平缓。正交实验结果表明:列车运行速度、弓头质量和覆冰厚度是影响除冰率的主要因素,而弓头刚度和阻尼对除冰率影响不显著。这些结果可为提高列车行驶安全性、改善弓网耦合除冰技术提供参考。

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。

跨座式单轨弓网耦合主动控制研究

单轨列车高速行进中,弓头往往会发生较大振动冲击刚性接触网,降低弓网受流质量与寿命,为此提出一种改善弓网关系的主动控制方法。在此基础上,首先分别建立了单轨弓网耦合的线性二自由度动力学模型,以及无刷直流电机的双闭环控制驱动模型;然后结合分数阶PID控制算法,完成了整个主动控制系统的建模;最后对比分析了列车不同时速下受电弓被动控制和主动控制接触力的响应以及弓头的抬升量,并分析了主动控制的响应速度。研究结果表明:该主动控制方法的响应速度能够完全满足高速状态下弓网关系的调节要求,且能够明显降低接触力波动,缓解弓网碰撞,减少弓网磨损,提高其使用寿命。

跨座式单轨弓网耦合鲁棒主动控制策略

单轨列车在运行中,受电弓与接触网的刚性接触会产生振动,这会降低弓网的受流质量和寿命,为此提出了一种基于鲁棒H_(∞)控制器主动控制策略来改善弓网关系。针对单轨列车建立了弓网耦合二自由度动力学模型以及直流电机模型,在60和80 km/h的不同时速下,分析了被动控制和主动控制下接触力的大小,以及电机主动控制的响应时间。实验结果表明:该控制策略在60和80 km/h的速度下,接触力标准差分别降低了9%和8%;并且在高速运行下也能够满足接触力的调节要求,能够明显降低接触力波动,提高弓网的使用寿命。

刚性悬挂接触网弓网耦合仿真研究

在对国内外学者对弓网耦合模拟方法的总结、比较基础上,采用在弓、网间建立“接触对”的方法来实现弓网耦合,建立了刚性悬挂接触网弓网耦合模型。对模型进行接触非线性瞬态动力分析,得到接触力及滑板竖向位移的变化曲线。并研究了接触网跨距、受电弓参数、机车速度及机车振动对受流质量的影响。最后用蒙特卡罗技术对模型进行PDS概率分析。并对受电弓参数的优化及接触网的设计提出建议。

受电弓混合建模与弓网耦合振动分析

接触网、受电弓、列车行驶工况复杂多变,弓网耦合方程建立不全面,基于受电弓参数的弓网耦合振动分析有待进一步研究。将弓头柔性的理论建模建模与传统受电弓线性模型的实验建模结合,并将气动抬升力和车体振动模拟进弓网的非线性耦合模型。利用Newmark-β法求解响应后,基于受流质量性能判断指标,分析受电弓参数以及改进前后的弓网耦合模型在列车不同行驶速度下对弓网接触力的影响。结果表明:列车低速行驶时,模型改进前后的接触力仿真结果差异很小;列车高速行驶时,两者差异增大,非线性不容忽视。此外,仿真得出M_(1),M_(2),K_(2),C_(1)是影响接触网系统与受电弓系统合理匹配的关键参数。

北京大兴国际机场线160 km/h刚性接触网系统弓网耦合受流质量分析

刚性接触网弓网受流质量是保证列车稳定运行的基础,接触网参数和受电弓参数是影响弓网受流质量的重要因素。为探究接触网参数和受电弓参数对弓网受流质量的影响,以北京大兴国际机场线现场实际数据为工程案例,建立仿真模型,分别分析接触网参数和受电弓参数对弓网受流质量的影响规律与程度,并针对该机场线提出优化措施,以提高弓网受流质量。

环境温度对地铁刚性接触网弹性与弓网受流质量影响研究

近年来全国地铁大面积发生弓网异常磨耗事件,特别是冬季异常磨耗已然成为常态,2022年全国有30余条地铁线路出现此现象,经济损失达数亿元。为了研究环境温度对弓网关系的影响,文章首先建立了某地铁线路刚性接触网有限元模型,计算得到环境温度-20~20℃下接触网刚度曲线,并分析了环境温度对接触网刚度影响规律;然后,构建地铁变刚度弓网耦合动力学模型,依据EN 50119等标准验证了其准确性,并计算了环境温度(-20~20℃)、列车运行速度(40~90 km/h)、受电弓静抬升力(70~160 N)、定位线夹卡滞工况下的弓网接触力,着重分析了环境温度对弓网接触力、弓网受流质量的影响规律。结果表明:环境温度与弓网接触力、受流质量具有强正相关性,当环境温度低于0℃时,弓网受流指标将严重恶化;线夹卡滞会对弓网接触力、受流质量带来恶劣影响,而且行车速度越高影响越大。

高速刚性弓网系统受电弓结构参数优化研究

通过弓网耦合系统动力学仿真和正交实验设计方法,研究了DSA250型受电弓六个结构参数变化对速度为160km/h的高速刚性地铁弓网系统动态受流性能的影响,选出了能改善受流性能的最优结构参数组合,并对各参数对受流性能的影响程度进行了排序。结果表明,选出的优组合参数能明显提高弓网系统的动态受流质量;六个结构参数中,受电弓弓头质量对弓网动态受流性能的影响最大,而上框架质量对受流性能的影响最小。

基于频谱分析对兰新高铁弓网受流质量研究

弓网系统作为高速铁路重要的组成部分,担负着为动车组输送电能的重任。弓网耦合特性对列车运行发挥着越来越重要的作用,本文以兰新高铁为研究对象,建立弓网耦合模型,进行了弓网耦合性能谱分析。首先本文以兰新高铁运行在250km/h时接触压力为研究对象,应用自回归模型,分别使用自相关法,Burg递推法,最大炳谱分析法,对接触压力做频谱分析,进行弓网耦合评价的同时比较三种方法的优劣性。其次分析兰新高铁在不同运行速度,不同弓网匹配关系情况下,以接触压力为研究对象应用频谱分析法,评价弓网耦合性能。最后使用弓网抬升量为研究对象,应用频谱分析法,评价弓网耦合性能。

计及空气阻尼的西兰高铁弓网动态耦合受电弓振动影响研究

西兰高铁运行环境恶劣,受大风影响严重,为保证弓网受流质量,高速运行下的受电弓和接触网必须满足动态耦合和动态稳定性要求,才能防止在极端情况下出现弓网事故。本文基于空气动力学,分析了计及空气阻尼下西兰高铁DSA250受电弓的振动特性。首先,将受电弓归算为三质量块模型,然后从数值计算理论出发,建立受电弓的空气动力学模型,分析了不同横风作用下受电弓的弓头和上下框架的受力情况,最后通过MATLAB软件仿真,仿真分析计及空气阻尼下,不同横风作用下受电弓的振动特性。

高速列车过隧道对弓网动力学影响分析

为研究高速列车通过隧道时产生的受电弓空气动力学效应对弓网动力学性能的影响,分别建立了受电弓/高速列车空气动力学仿真模型和弓网耦合系统动力学模型。采用滑移网格技术实现了高速列车运动,通过有限体积法求解三维瞬态可压缩Navier-Stokes方程和k-ε两方程湍流模型,计算了列车速度为350 km/h通过隧道时受电弓的气动抬升力,对考虑和未考虑列车通过隧道产生的受电弓气动抬升力作用时的弓网动力学响应进行了对比分析。计算结果表明,受电弓气动抬升力在隧道入口和出口时出现峰值,隧道内的气动抬升力较明线上大;通过隧道时产生的受电弓气抬升力变化对弓网接触压力和接触线抬升位移具有显著影响,导致受流质量变差。

考虑受电弓非线性的弓网动态特性仿真研究

在以往的弓网研究中,常采用受电弓质量块模型,一般都未考虑受电弓的非线性特性。为此首先重新推导了受电弓非线性框架模型,然后研究了受电弓工作高度对归算参数的影响。最后考虑受电弓动态归算参数的影响修正了弓网耦合动力学方程,并采用龙格库塔法对其进行求解,研究受电弓非线性对弓网动态受流特性的影响。结果表明:归算质量随工作高度的变化不大,归算刚度随受电弓工作高度的变化有较大的振荡;考虑受电弓非线性因素使接触压力变化更加剧烈,列车运行速度越高,受电弓非线性特性对接触压力的影响越大,在研究高速弓网关系时,考虑受电弓非线性因素是很有必要的,可为精确研究高速弓网关系提供借鉴。

基于有限元法的弓网过渡段处动态性能仿真分析

针对城市轨道交通铁路中采用的接触网锚段关节、刚柔过渡段及CED125D受电弓结构,基于ANSYS有限元软件,采用广州地铁实际接触网线路的基本参数,建立包含刚性接触网、柔性接触网及刚柔过渡段的接触网模型以及简化为弹簧阻尼机构的CED125D受电弓归算质量模型。通过动力学仿真分析得到反映弓网系统动态性能的接触压力与抬升位移等数据,进而对受电弓在通过锚段关节、刚柔过渡段时的动力学行为及规律进行探讨与研究。与实测结果比较,所建立的弓网系统有限元模型是正确和有效的。

考虑双弓间距的双弓网Habedank电弧数学模型研究

针对重联动车组运行存在的前、后弓频繁拉弧现象,建立考虑双弓间距的双弓网H abedank电弧数学模型。首先,以北京一天津电气化铁路重联动车组为例,建立双弓网耦合系统动力学模型。其次,以动力学模型仿真计算结果中接触压力为零作为离线边界条件,确立双弓间距与弓网最大离线距离之间函数关系,建立双弓网Habedank电弧数学模型。最后,在MATLAB/Simulink软件中进行仿真分析,结果表明:随着双弓间距增大,前弓拉弧时的电弧燃弧、熄弧尖峰电压及电流均增大,而后弓拉弧时不随双弓间距增大而增大。此外,同一双弓间距下,与前弓拉弧相比,后弓拉弧时的电弧电压、电流更大且易发生拉弧。该模型建立可从动力学和概率统计角度为实际动车组双弓网拉弧模型的构建提供一定的理论支撑和工程参考。

基于非线性多刚体受电弓模型的弓网仿真分析

文章基于拉格朗日方程导出的受电弓框架微分方程,推导了非线性受电弓多刚体模型的弓网耦合动力学方程。在此基础上,研究了升弓力矩以及受电弓等效归算参数随升弓高度的变化关系。通过采用显式中心差分法对弓网耦合动力学方程进行求解,对受电弓多刚体模型与质量归算模型在不同速度等级下的受流质量进行了比较。结果表明,在速度等级低的情况下采用受电弓质量块模型即可满足仿真要求,但在速度等级高时更适宜采用非线性多刚体受电弓模型进行仿真分析。

重力影响下的接触网运动微分方程

针对电气化铁路接触网动力学分析中重力作用的特性,运用基本结构与载荷分离的模式,建立重力影响下的接触网运动微分方程。受电弓与接触网的动态接触与一般的动力学系统不同,在不同时刻弓网系统的静平衡位置不同,弓网系统的重力影响不可忽略。在重力作用下的接触网是悬链形,弓网接触力在一个跨距内呈现规律的起伏变化。在不忽略这种系统的重力影响时,把承力索和接触导线当作基本结构,吊弦、定位器当作作用在基本结构上的荷载,支撑杆当作弹性支座,建立运动微分方程。

受电弓状态反馈线性化主动控制方法研究

在三元弓网耦合动力学模型基础上,利用非线性系统的微分几何理论,通过微分同胚映射,建立弓网耦合振动系统全局输入-输出线性化模型,提出一种基于状态反馈线性化的弓网系统全局线性化主动控制策略。该控制策略的整定参数集可以通过经典零极点配置控制理论进行优化设计,克服了既有主动控制策略对关键参数经验估计和经验知识积累依赖的不足。同时,研究对比表明,相较于LQR最优控制策略,全局线性化主动控制策略作用下的弓网接触压力标准差下降了30%以上,并且对期望弓网接触压力均值的有更好的跟踪效果,验证了该控制策略的优越性。

摆式列车受电弓主动控制仿真

建立摆式列车多刚体系统动力学模型、受电弓非线性动力学模型和接触网有限元动力学模型。将受电弓基座通过滚轮安装在车顶的导轨上,使用伺服电动机驱动受电弓框架在导轨上横向运动,实现受电弓横向主动控制。当列车在直线轨道上运行时,利用受电弓的横向主动控制,根据导轨形状约束使受电弓框架同时垂向移动,从而减小弓网接触压力波动。在曲线轨道上,受电弓需要相对车体反向倾摆,使弓网接触点在弓头上的横向位置满足受电弓工作范围要求。并且使受电弓框架垂向位移和侧滚角度足够小,弓网接触压力达到车辆正常曲线通过时的水平。设计两种受电弓导轨外形。采用数值仿真方法,比较分析两种导轨下的控制效果和弓网振动。计算结果表明,直线轨道上和曲线轨道上的受电弓横向主动控制效果明显,能有效提高弓网接触压力最小值,减少离线发生次数,同时不会改变弓网接触压力的平均值。

基于模糊控制的受电弓气路气压监测系统设计

铁道列车在运行过程中,存在气囊式受电弓不能根据当下列车运行状况进行弓网接触压力随动调整的问题,从而造成了弓网之间的接触压力过大或者过小,进而引起弓网耦合系统不稳定运行。本论文旨在研究不改变受电弓原有机械结构框架的基础上对受电弓气动控制系统进行基于模糊算法的控制机理改造,首先研究明确了现有受电弓的设计缺陷,而后在此缺陷上加入了基于模糊算法的控制系统,通过MATLAB的仿真建模,该控制系统能够完成对弓网接触压力的实时调整。