受电弓优化方案的研究

受电弓优化方案的研究

优化方法可分为两种。首先，在建立受电弓框架结构几何关系模型的基础上，根据列车的稳定运动对受电弓机构的具体要求，采用优化技术对受电弓机构进行优化，最终得到最合适的电弓性能。另一个是建立弓网耦合方程，并使用模拟软件进行数值模拟。首先，指定受电弓的参数。在改变其中一个受电弓参数的情况下，可以求解弓网的动态振动方程。根据动态流量评估的最佳值，得到参数的最佳值，然后获得适合该接触网的参数的最佳值。本文采用两种方案进行分析比较。方案一:上述第二种方法;方案二:与上述与第二种方法相似,不同之处在于,当得到受电弓一个参数的优化值后,即将该参数换成优化值,再进行下一参数的分析,最终得到受电弓优化参数。首先,给定一组弓网参数:弓头质量10kg,框架质量15kg,弓头阻尼60N·s/m,框架阻尼60N·s/m,弓头刚度7600N/m,框架刚度0;汇流排为PAC110型,接触线为AgCu120型,跨距8m;悬挂装置是刚度为3.78×107N/m、质量为2.7692kg的弹簧,弓网接触刚度82300N/m。再建立二元受电弓-刚性接触网动态微分方程组,运用Newmark法编制仿真程序,利用Matlab软件进行数值模拟仿真分析。设列车运行速度为30m/s。1案例1(1)弓的质量的影响见图1弓头质量小于10kg时,接触压力变化较小;而当弓头质量大于15kg时,接触压力急剧变化。应将弓头质量控制在15kg以内。(2)框架框架质量对接触压力的影响当框架质量小于23kg时,对接触压力及其不均匀系数影响较大;当框架质量大于23kg时,对接触压力影响较小。而且框架质量在10～15kg范围内,弓网动态受流存在一个最差值,应尽量避免。(3)最小值与最小值随着弓头阻尼的增加,接触压力的最大值先减小后增大,而最小值恰恰相反。综合接触压力不均匀系数及均方根曲线,弓头阻尼为120N·s/m左右时弓网受流最好。(4)阻尼对接触压力不均匀系数的影响受电弓框架阻尼对接触压力的影响较大,当框架阻尼小于300N·s/m时,最大值、压力变化幅度和接触压力不均匀系数随着阻尼的增大而减小,最小值随着阻尼的增大而增大;当框架阻尼大于300N·s/m时,各值变化较小。从弓网特性的综合角度考虑,框架阻尼取400N·s/m左右。(5)接触压力的达到弓头刚度对接触压力的影响较大,随着弓头刚度的增加,接触压力的最大值和不均匀系数先略有减小后迅速增大,而最小值先略有增大后快速减小,在4600N/m左右存在一个最佳值。(6)机构尺度对刚度的控制为了保证受电弓在不同的弓头工作高度时静接触力恒为常值,框架刚度的理想值应为0。实际的机械结构难以严格实现这一要求,但通过对机构尺度的优化,基本能把框架刚度控制在很小的范围内。综合以上分析,方案一受电弓的最优参数为:弓头质量7kg,框架质量25kg,弓头阻尼120N·s/m,框架阻尼400N·s/m,弓头刚度4600N/m,框架刚度为0。2弓头刚度与框架质量优化方案的仿真分析由于受刚度及强度的限制,受电弓的质量参数不可能过小,因此,受电弓的最优参数应是在一定的弓头质量和框架质量下的最优组合。本方案采用方案一得到的弓头质量与框架质量参数进行其他参数的优化。在仿真分析的过程中发现,先进行弓头刚度的优化效果较好,而且框架阻尼的大小对弓头阻尼的选取影响很大。故先进行弓头刚度的选取,再进行框架阻尼的选取,最后进行弓头阻尼的选取。(1)最佳值的测定随着弓头刚度的增大,最大值先减小后增大,而最小值先增大后减小,那么,必定存在一个最佳值。再根据接触压力不均匀系数及均方根曲线可知,当弓头刚度为3400N/m时,弓网受流较好。(2)结构劫持的影响见图7受电弓框架阻尼对接触压力的影响较小,综合各参数,框架阻尼最优参数在100N·s/m左右。(3)弓网受流情况分析接触压力最大值先减小后增大,而最小值先增大后减小,在弓头阻尼小于50N·s/m范围内存在一个最佳值。再由接触压力不均匀系数和均方根的曲线可知,弓头阻尼为30N·s/m左右时,弓网受流最好。经过以上分析,得到方案二的受电弓最优参数为:弓头质量7kg,框架质量25kg,弓头阻尼30N·s/m,框架阻尼100N·s/m,弓头刚度3400N/m,框架刚度为0。3方案二:接触压力在相同的接触网参数、列车运行速度为30m/s条件下,运用Matlab软件进行仿真计算,得到两种方案下的动态抬升量和接触压力,如图9所示。计算得到两种方案接触压力的相关数据如下。方案一:接触压力平均值P—=89.9968NΡ—=89.9968Ν,均方根σ=2.4815N,最大值Pmax=94.6731N,最小值Pmin=85.2819N,接触压力不均匀系数μ=5.22%。方案二:接触压力平均值P—=90.0083NΡ—=90.0083Ν,均方根σ=1.0825N,最大值Pmax=92.4421