第6章-动车组受电弓-6.2受电弓的设计

第6章动车组受电弓授课内容6.1受流装置概述6.2受电弓的设计6.3受电弓的结构组成及工作原理6.4几种典型动车组的受电弓6.5动车组受电弓强度分析第6章

动车组受电弓6.2.1受电弓的技术要求6.2.2受电弓的设计原则6.2.3受电弓设计流程及方法1.了解受电弓的技术要求和受流过程2.了解受电弓的设计原则。3.掌握并理解受电弓的设计流程及方法。学习知识点学习目标第6章

动车组受电弓动车组的受电是通过受电弓与接触网的接触导线紧密接触而实现的，受电弓和接触网是一对相互作用的振动系统和摩擦偶件，高速动车组要获得良好的受流性能，除了要求接触网具有良好的性能以外，还要求受电弓具有良好的受流性能，受流是否正常直接取决于接触网-受电弓系统的技术状态，接触网-受电弓系统工作可靠是确保高速动力车良好取流的根本条件。6.2.1受电弓的技术要求1.受电弓受流性能的重要性第6章

动车组受电弓接触网-受电弓系统的受流过程是受电弓在接触网下以动车组运行速度在运动过程中完成的，受流过程是一个动态过程，这一动态过程包括了多种机械运动形式和电气状态变化：①受电弓相对于接触导线的滑动摩擦；受电弓因轨道激励引起的车体上下振动导致受电弓的上下振动；②受电弓由于车体横向摆动而形成的横向振动；③接触网波浪形上下振动，并沿着接触网传播；④受电弓和接触导线之间发生的水平和垂直方向撞击；⑤弓网离线时产生的电弧；⑥受电弓受流过程中，电流发生剧烈变化等。6.2.1受电弓的技术要求2.受流过程的机械运动形式和电气状态变化第6章

动车组受电弓弓网受流过程是一个非常复杂的过程。随着动车组速度的提高，这些运动加剧，要保持受电弓与接触网之间的良好接触性能就越来越困难，受流质量也会随之下降。当列车运行速度超过受流系统的允许范围时，受流质量将严重恶化影响列车取流和正常运行。在列车高速运行条件下，受流系统的性能与常规电气化铁路的受流质量是不同的，系统所需解决的问题也不尽相同，高速受流技术是高速铁路的关键技术之一。受电弓和接触网是一对相互作用的振动系统和摩擦副，高速列车要获得良好的受流性能，除了接触网具有良好的性能外，还要求受电弓具有良好的受流性能。受电弓设计成具有弹性性能，以保持良好的接触压力。6.2.1受电弓的技术要求3.受流系统的要求第6章

动车组受电弓受电弓设计时的主要考虑技术参数主要包括：电气参数：额定工作电压，电压波动范围，额定工作电流，车辆静止状态时额定电流，车辆静止状态时最大电流；物理参数：额定运行速度，静态接触压力，最低工作高度，最高工作高度，最大升弓高度，折叠高度，工头总长度，弓头碳滑板中心线距离，碳滑板长度，额定工作压力，工作压力范围，降弓位置保持力，升弓时间，降弓时间，重量，安装尺寸，电器区域，电气间隙，气路接口尺寸等。6.2.2受电弓的设计原则1.受电弓设计时的主要考虑的技术参数第6章

动车组受电弓对于高速受电弓的设计，其基本原则有：①受电弓活动部分(包括弓头)，归算质量要小。②有良好的静压力特性。③有足够的高度范围来满足线路接触导线高度变化的需要。④弓头在机车前进方向上的纵向偏移量应尽量小。⑤弓头在运动中要保持水平。⑥具有较好的升弓特性和降弓特性。⑦具有足够的机械强度和刚度。⑧具有良好的空气动力学性能。⑨在给定接触网参数条件下，能够匹配的受电弓动力学参数设计。6.2.2受电弓的设计原则2.受电弓设计的基本原则第6章

动车组受电弓受电弓结构设计主要是满足受电弓在刚度和强度方面的要求，同时保证弓网受流良好，高速受电弓结构设计的基本原则如下：1)受电弓活动部分(包括弓头)归算质量要小。2)框架的横向偏移量应尽量小。3)弓头在前进方向上的纵向偏移量应尽量小。4)具有足够的强度和刚度。5)具有良好的空气动力学性能。在进行高速受电弓结构设计时，首先基于受电弓初始设计方案，进行受电弓框架机构分析和几何关系优化，然后进行结构设计，对高速受电弓进行横向刚度、强度设计，最后校核其结构设计方案能否满足设计的要求。6.2.3受电弓设计流程及方法1.结构设计第6章

动车组受电弓受电弓强度设计根据受电弓的受力情况，优化其设计参数以满足强度要求。列车在高速运行时，受电弓除了承受静压力外，还有气动抬升力和弓网接触力，如下图所示。其中，弓网接触力的表达形式如下：式中，为弓网接触力(N)；为受电弓静压力(N)；为气动抬升力(N)；为受电弓惯性力(N)；为受电弓动态质量(kg)；a为垂向加速度(m/s2)。6.2.3受电弓设计流程及方法1.结构设计第6章

动车组受电弓受电弓受力分析图受电弓的上、下臂杆是主要受力部件，其截面的形状对结构的强度和刚度影响较大。常见的臂杆截面形状如下图所示，对于方形、矩形截面杆件，虽然抗弯强度比圆形截面大，但方形、矩形截面杆件的空气动力学性能较差，因而在高速受电弓设计中采用较少。对于面积相同的圆形截面与椭圆形截面杆件，在相同工况下，椭圆形杆件的垂向刚度比圆形杆件大，同时椭圆形截面杆件通过增加弧段的曲率半径R，减小宽度a，可得到近流线型的杆件设计，获得更好的空气动力学性能。截面形状确定后，沿杆件长度方向可用等强度设计，得到渐变截面的杆件设计方案，以在满足强度要求的同时节约材料、减轻质量。6.2.3受电弓设计流程及方法1.结构设计第6章

动车组受电弓一些设计方式：①增加交叉绳对结构可起到加固的作用；②受电弓上、下臂杆端部区域为结构的高应力区，通过在局部设计加强板可以较好地改善其强度性能，降低其应力水平；③受电弓横向刚度不满足设计要求时，通过增加横向连接杆可较好地改善受电弓的横向刚度；④增加臂杆壁厚是增加结构刚度和强度简单而有效的措施；6.2.3受电弓设计流程及方法1.结构设计第6章

动车组受电弓在接触网参数确定的条件下，受电弓的动力学特性对弓网受流质量起着决定性作用。如果弓网动力学性能不匹配，不仅会导致离线率增大，滑板受流质量变差，而且会带来受电弓滑板波状磨损和拉弧烧损等一系列严重问题。因此，需要对受电弓进行动力学设计，校核其弓网动力学参数是否匹配，定性了解弓头悬挂和框架的刚度及阻尼对其动态特性的影响，优化受电弓的结构参数，使受电弓具有最佳的动态特性和受流质量。弓网关系设计时应首先考虑接触网张力和接触网波速，其次应考虑接触网结构参数包括结构形式、跨距、吊弦间距等，以及受电弓刚度、质量，最后考虑接触网不平顺参数以及受电弓阻尼、运行参数等。6.2.3受电弓设计流程及方法2.动力学参数设计第6章

动车组受电弓受电弓的频响特性设计主要是从受电弓的频率和模态分布角度对其进行设计。受电弓的动力学参数，包括质量和刚度等，决定了结构的频率和模态分布，因此受电弓的动力学参数设计与频响特性设计紧密相连、互相影响。结构的振动特性主要包含结构的固有频率和模态振型，是研究一切振动问题的基础。6.2.3受电弓设计流程及方法3.受电弓频响特性设计第6章

动车组受电弓频响设计应注意的问题频率设计阻尼设计弓头滑板模态设计应注意频率特性对受电弓运行速度的影响,使得最大运行速度尽量靠近接触网波速决定的稳定速度的最大值分析受电弓主要模态，设计相应的阻尼参数，抑止该段模态对