动车组结构及原理课件：动车组受电弓

动车组受电弓授课内容&1受流装置概述&2受电弓的设计&3受电弓的结构组成及工作原理&4几种典型动车组的受电弓&5动车组受电弓强度分析

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受流装置概述&1.1受电弓的运行原理及主要功能&1.2受电弓的工作条件&1.3高速受电的特点1.能解释受电弓的定义

2.明确受电弓的工作条件3.了解高速受电的特点学习知识点学习目标

受流装置的定义受流装置是指从外部供电电网(接触网)或者导电轨(第三轨)将电流引入轨道交通车辆的装置。受流装置是轨道交通车辆与固定供电装置之间唯一电连接环节。列车在静止或者行驶过程中受流装置应该始终保持可靠的接触，保证电流能够通过该运动接触进入列车，最后由钢轨回流从而形成电流回路。杆形受流器弓形受流器侧面受流器轨道式受流器受电弓受流器受流装置的类型根据电动车组与机车功率、运行速度和受流方式的不同

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受流装置概述受电弓的定义受电弓是动车组从接触网接触导线上受取电流的一种受流装置。通过绝缘子安装在动车组的车顶上，当受电弓升起时，其碳滑板与接触网导线直接接触，从接触网导线上受取电流，通过车顶母线传送到动车组内部，供动车组使用。

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受流装置概述受电弓结构示意图受电弓的工作条件

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受流装置概述动车组的受流过程：受电弓与接触网接触的情况下，在高速运动中完成的。受流过程是一个动态过程，它包括了多种机械运动形式和电气状态的变化。受电弓相对于接触导线的滑动摩擦受电弓上下左右的振动受电弓和接触导线之间发生的水平和垂直方向的冲击受电弓离线所产生的电弧受电弓离线所产生的电弧受流时电流状态发生剧烈变化高速受电的特点

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受流装置概述高速列车的行驶速度较常速列车快得多，因而受电弓沿接触导线移动的速度大大加快，这就使接触网与受电弓的波动特性发生变化，从而对受电产生影响；高速列车在高速运行时所受的空气阻力远较常速列车大得多，空气动态力也是高速受电的一个重要因素；高速列车所需的牵引功率较常速列车大得多，若采用多弓受电会增加阻力，加大噪音，并引起接触网的波动干扰，对受电产生影响。1.

什么是动车组受流装置？2.什么是的动车组受电弓？3.简要描述受电弓的工作条件复习题

&2.1受电弓的技术要求&2.2受电弓的设计原则&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

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受电弓的设计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。&2.1受电弓的技术要求1.受电弓受流性能的重要性

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。&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

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。&2.1受电弓的技术要求3.受流系统的要求

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。&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

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。&2.2受电弓的设计原则2.受电弓设计的基本原则

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。&2.3受电弓设计流程及方法1.结构设计

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)。&2.3受电弓设计流程及方法1.结构设计

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。&2.3受电弓设计流程及方法1.结构设计

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；&2.3受电弓设计流程及方法1.结构设计

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。&2.3受电弓设计流程及方法2.动力学参数设计

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。&2.3受电弓设计流程及方法3.受电弓频响特性设计

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，抑止该段模态对结构振动的影响弓头结构形式应力求简单，尽量采用一体化设计，减少其模态数目1.总结受电弓技术要求、设计原则、设计流程及方法的关键点。作业题1.受流过程包括哪些振动和变化。2.受电弓设计主要考虑的技术参数有哪些。3.受电弓设计时应注意哪些问题。复习思考题

&3受电弓的结构组成及工作原理&3.1受电弓的结构组成&3.2受电弓升弓/降弓的工作原理&3.3受电弓的特性1.掌握受电弓的结构组成

2.能解释受电弓的工作原理3.了解受电弓的特性学习知识点学习目标

按结构形式分，受电弓分为双臂受电弓和单臂受电弓两种，其结构均由滑板、上框架、下臂杆(双臂弓用下框架)、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。

&3受电弓的结构组成及工作原理CX型单臂受电弓PS200A型双臂受电弓结构图受电弓的结构组成受电弓升弓/降弓的工作原理

受电弓由气囊组成的气动平衡系统控制，该气囊的压力空气由气动控制单元提供。在压力空气作用下气囊产生扭矩，通过凸轮及弹性连接轴作用在下臂的铰链处，使受电弓根据设定速度升弓。

通过气动控制单元调整压缩空气的压力，在该压力作用下不断改变受电弓的升弓高度，使弓头和接触线之间保持一定的接触力。

如果压力空气供应中断或者低压电源供应发生故障，受电弓会自动降弓。降弓的控制方式是随着气囊内的压力空气排空后由重力作用自动实现。

&3受电弓的结构组成及工作原理受电弓结构示意图受电弓升弓工作原理

&3受电弓的结构组成及工作原理机发出升弓指令激活主供风阀升弓电磁阀通电提供过滤压缩空气通过压力调节器进入受电弓气囊推动受电弓上升到接触网高度压力继续上升直至达到需要的静态接触力的要求司机发出降弓指令释放主供气阀升弓电磁阀断电压力空气中断气囊压力空气经减压阀排出受电弓降落受电弓降弓工作原理

&3受电弓的结构组成及工作原理

受电弓控制阀板安装在车厢内的顶部，受电弓控制阀板由气路控制单元及电子控制单元构成，实现对受电弓的主动精确控制。其中受电弓控制单元分为电控制单元和阀控制单元，电控制单元有相应的操作软件，通过应用软件对其参数进行设置和修改及受电弓状态监测等。阀控制板内的两个压力传感器可监测受电弓状态，软件设定相应的压力值、接触力值，根据两个压力传感器的反馈，检测是否达到预定值，继而控制相应的电磁阀操作。受电弓的静特性

在静止状态下，接触压力与受电弓高度的关系称为受电弓的静态特性，如图所示。静态特性可以用试验方法直接求得，也可以用解析计算方法计算得出。由图可见，由于受电弓各活动关节有摩擦力存在，因此受电弓上升与下降时的特性曲线并不相同，当受电弓上升时，摩擦力将阻止其上升，故接触压力减少；反之，当受电弓下降时，摩擦力又阻止受电弓其下降，使接触压力增大。两条特性曲线间的接触压力大约相差两倍的摩擦力。

&3受电弓的结构组成及工作原理弓网间的静态特性1—受电弓上升时的特性曲线2—受电弓下降时的特性曲线受电弓的动态特性

&3受电弓的结构组成及工作原理受电弓的动态特性即受电弓的空气动力和惯性力之间的关系。受电弓的动态特性取决于与减振阻尼连接的两级悬挂系统。此系统能够保证高质量的受流性能。第一级悬挂由气囊完成功能。气动调节系统确保气囊的压力恒定并与受电弓的升弓高度无关。第二级悬挂由弓头弹簧实现功能。在保证一定机械强度和刚度条件下，受电弓运动部分的质量尽可能轻，在接触导线高度变化时，受电弓滑板能够迅速地跟随变化，从而保持良好的接触。1.受电弓的结构是由哪些部分组成？2.受电弓升弓/降弓的工作原理是什么？3.简要描述受电弓的特性。复习题

&4.1国外典型动车组受电弓&4.2CRH5型动车组的受电弓&4.3CRH380BL型动车组的受电弓&4.4CR400BF型动车组的受电弓1.

理解国外典型动车组受电弓：GPU受电弓、PS200系列受电弓的结构、特点以及应用。2.理解并掌握各型号动车组受电弓的结构组成、技术参数、升降弓原理。学习知识点学习目标

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几种典型动车组的受电弓GPU型受电弓是单层Z形受电弓，能适应各种接触网结构形式。最大受流可达2000A，最高运行速度为300km/h。主要特点是弓头支撑在一个大的弹簧圆筒上，保证其在受流时具有良好的空气动力学性能。结构简单，易于维护。装有故障检测装置，与空气支撑系统是隔离的。在法国TGV-A、意大利ETR-500、西班牙AVE型高速动车组上均得到应用。&4.1

国外典型动车组受电弓GPU型受电弓1.GPU受电弓

PS200系列受电弓纵向框架折叠尺寸为850mm，且弓头结构简单、质量轻。PS200A型受电弓是双臂菱形、下臂交叉式受电弓。采用弹簧上升、空气下降的操作方式。上下框架采用异型钢管焊接，具有双向作用的阻尼器和单弓头。PS200A型用于0系列车，PS201型用于200系列车，PS202型用于100系和300系列车，

PS204型受电弓用于400系列车。其结构均相似。&4.1

国外典型动车组受电弓PS200A型受电弓2.PS200系列受电弓

1.DSA250型受电弓位置CRH系列动车组受电弓大多使用的是DSA250型受电弓。受电弓将接触网传送过来的能量引人到动车组为列车提供电能。每列车组需要2个DSA250受电弓，安装位置在TP车和TPB车的车顶上。接触网和铁轨之间的距离最小为5300mm，最大为6500mm，适用于250km/h的运行速度。CRH5型动车组受电弓的位置如图。+

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CRH5型动车组的受电弓CRH5型动车组受电弓的位置2.DSA250型受电弓结构组成DSA250单臂受电弓结构主要由：底架、铰接系统、下臂、上臂、连杆、导杆、分流器、柔性件、集电头、接触带悬挂、接触带、弓头、气动提升机构等部件构成。受电弓的空气动力可以通过安装弓头翼片来进行调节。自动降弓装置可以监测滑板的使用情况。

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CRH5型动车组的受电弓DSA250受电弓结构图3.

DSA250型受电弓技术参数项目性能要求材料型号DSA250底架优质碳素钢设计形式单臂下臂铝合金设计速度250km/h上臂铝合金最大电流1000A弓头铝合金/不锈钢输入压缩空气400～1000kPa上导杆铝合金静态接触力50～120N碳滑板铝托架/硬碳动态接触力调整风动翼片弓角钛合金升弓机构气囊驱动80N接触压力下标称工作气压330～380kPa弓头自由度垂向位移60mm质量(不含绝缘子)约117kg

&4.2

CRH5型动车组的受电弓4.DSA250型受电弓升降弓原理升弓原理：空气从司机室内的电控阀经滤清器进入节流阀、减压阀、节流阀及气囊，进而驱动受电弓升弓。减压阀的调节工作压力精度为±20kPa。降弓原理：滑板内的内置气道里充满了由气动系统提供的压缩空气，

若压缩空气从滑板漏出，将导致升弓装置压力下降，这时压缩空气会从快速降弓阀中排出。

&4.2

CRH5型动车组的受电弓受电弓气囊驱动装置供气原理图受电弓自动降落装置CRH380BL型动车组安装了四个相同的CX型受电弓，采用双受流，其他备用，两台工作的受电弓之间距离可以满足接触网过分相区的要求。CX型受电弓为采用主动控制方式的单臂弓，由滑板、上框架、下臂杆(双臂弓用下框架)、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。1.CX型受电弓结构组成CRH380BL动车组转向架编组示意图&4.3

CRH380BL型动车组的受电弓

受电弓控制阀板安装在车厢内的顶部，由气路控制单元及电子控制单元构成，实现对受电弓的主动精确控制。其中受电弓控制单元分为阀控制单元和电控制单元，电控制单元有相应的操作软件，通过应用软件对其参数的设置和修改、受电弓状态监测等1.CX型受电弓结构组成受电弓控制阀板&4.3

CRH380BL型动车组的受电弓

2.

CX型受电弓技术参数结构形式单臂式结构形式单臂式驱动机构形式压缩空气升降机构与接触线的接触力(静态)40~120N(可调)受流器头外形尺寸根据EN50367运行速度350km/h弓头的宽度(1950±10)mm额定电压25kV滑板长度1250mm额定频率50Hz滑板材料渗铜碳条额定电流(牵引工况)1000A运行高度(距轨面)4600~6500mm额定电流(静止工况)120A

&4.3CRH380BL型动车组的受电弓3.CX型受电弓升降弓原理升弓原理：升弓动作信号由驾驶室激活主供风阀来实现。此阀提供的过滤压缩空气通过压力调节器进入受电弓气囊。大约8秒之后，受电弓上升到接触网高度，同时压力继续上升，直到它达到需要的静态接触力的要求。降弓原理：降弓命令由控制室内通过释放主供气阀而发出。通过该命令将气囊内的压力空气排出。受电弓开始向下移动，直至其完全降弓。动态特性：取决于与减震阻尼连接的两级悬挂。此系统能够保证高质量的受流性能。第一级悬挂由气囊完成功能。气动调节系统应确保保持气囊的压力恒定并与受电弓的升弓高度无关。第二级悬挂由弓头弹簧实现功能。

&4.3CRH380BL型动车组的受电弓（1）上下臂均为单管结构；（2）轻量化、简易化，接触压力可控，有较高的可靠性和较低的维修费用；（3）能在DC1.5kV、DC3kV、AC15kV、AC25kV等多种供电制式下工作；（4）通过压缩空气可以调节弓头与接触导线之间的接触压力，降弓时间、升降弓速度均可控制；（5）有一个凸轮缆索系统与充气的气垫支承装置相匹配作用；（6）受电弓三支点支撑；（7）弓架最大平衡力为280N(包括静态力和弓架质量)，受电弓降弓时的最大高度为345mm；（8）在遇到严重故障时，能自动降弓；4.CX型受电弓的主要技术特点第3章

动车组转向架&4.3CRH380BL型动车组的受电弓CR400BF型动车组安装了2个相同的DSA380型单臂受电弓，安装位置在Tp03车和Tp06车的车顶上。DSA380型单臂受电弓结构主要由：上框架、上导杆、下臂、下导杆、底架、升弓装置、滑板、弓角和悬挂装置等部件组成。1.DSA380型单臂受电弓DSA380受电弓&4.4CR400BF型动车组的受电弓

2.

DSA380型受电弓技术参数项目性能要求材料型号DSA380底架不锈钢设计形式单臂下臂铸铝设计速度380km/h下导杆不锈钢最大电流1000A上臂铝合金输入压缩空气4～10bar弓头铝合金/钛合金静态接触力80N，可调碳滑板铝托架/硬碳升弓机构气囊驱动弓角不锈钢80N接触压力下标称工作气压3.3~3.9bar弓头自由度垂向位移60mm质量(不含绝缘子)最大130kg(绝缘子除外)应用范围中国

&4.4CR400BF型动车组的受电弓&5动车组受电弓强度分析

&5.1受电弓材料及设计参数&5.2受电弓承受的载荷&5.3受电弓有限元模型建立&5.4受电弓静强度分析&5.5受电弓疲劳强度分析1.理解什么是受电弓强度分析2.知道相关设计方法以及工具3.了解受电弓静强度分析方法4.了解受电弓疲劳强度分析方法学习目标学习知识点

强度分析的定义定义：强度分析是指材料或结构在外部载荷的作用下，所能抵御破坏（断裂）或显著变形的能力。疲劳强度分析则关注受电弓在长期循环载荷下的耐久性，预防因小于屈服强度的交变载荷持续作用而引起的破坏，提升运行可靠性。静强度分析确保受电弓在静态载荷下不会发生破坏，从而保障结构的安全性。通过全面的强度分析，可以确保动车组受电弓在各种工况下都能保持优异的性能，保障列车的安全运行。受电弓疲劳裂纹受电弓强度分析，包括静强度分析和疲劳强度分析

&5.1受电弓材料及设计参数1.受电弓使用环境1)环境温度：-40℃~+70℃。2)最大相对湿度：95%(该月月平均最低温度为25℃)。3)电磁兼容性：带有电子控制模块的开环控制阀板应满足GB/T

24338.1—2009电磁兼容性要求。4)振动与冲击：满足标准GB/T

21563

1类A级。5)风速：最大风速一般年份15m/s，偶有33m/s。6)运行环境：有风、沙、雨、雪天气，偶有盐雾、酸雨、沙尘暴等现象。特殊使用环境：长期持续盐雾现象。

&5.1受电弓强度分析2.受电弓疲劳设计准则1)GB/T21561.1轨道交通机车车辆受电弓特性和试验；2)GB/T21563轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验(IEC61373，JDT)；3)TB/T3271—2011铁路应用受流系统受电弓与接触网相互作用（EN50367&IEC62486，MOD）；4)EN50317铁路设备集电系统受电弓和接触线之间动态相互作用的模拟确认；5)EN50119电气化铁道接触网设计、施工及验收标准。3.RAMS和LCC要求(1)RAMS目标：在正常使用条件下，受电弓结构(框架、底架)的使用寿命为36x105km或30年，以先到为准。(2)LCC要求：具有较低的全寿命成本。

&5.1受电弓强度分析4.CED160PK型受电弓主要部件的材料参数CED160PK型受电弓主要部件的材料参数如表所示。部件材料弹性模量(MPa)泊松比密度(g/cm3)屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)底架碳钢2.1×1050.277.9>210>490下臂碳钢2.1×1050.277.9>210>490上臂铝合金7.1×1040.332.7>125>250下导杆不锈钢2.1×1050.277.9>210>450上导杆碳钢2.1×1050.277.9>210>490弓头铝合金7.1×1040.332.7>125>250碳滑板浸金属1.27×1040.32.2——铝托铝合金7.1×1040.332.7>125>250弓头钢丝支架不锈钢2.1×1050.277.9>210>450弓头支架铝合金7.1×1040.332.7>125>250弓角钛合金1.17×1050.344.5>370>1100

&5.2受电弓承受的载荷高速受电弓在列车运行中主要载荷有：弓网接触力和空气阻力。弓网接触力为受电弓和接触网之间的相互作用力，垂向作用于受电弓碳滑板上；空气阻力为受电弓高速运行时，空气对受电弓各部件的阻力，方向为与运行方向相反的纵向。1.弓网接触力当运行速度小于200km/h时，弓网平均接触力Fm范围为当运行速度大于200km/h时，弓网平均接触力Fm范围为弓网接触力标准差σ为弓网最大接触力Fmax为

&5.2受电弓承受的载荷高速受电弓在列车运行中主要载荷有：弓网接触力和空气阻力。弓网接触力为受电弓和接触网之间的相互作用力，垂向作用于受电弓碳滑板上；空气阻力为受电弓高速运行时，空气对受电弓各部件的阻力，方向为与运行方向相反的纵向。2.空气阻力气阻力与物体的迎风面积和速度的平方成正比，受电弓空气阻力计算公式如下

&5.3受电弓有限元模型建立建立受电弓有限元模型时，只要是对受电弓整体刚度及局部强度有贡献的结构，都予以考虑。为了计算的准确性，模型构成以任意四节点薄壳单元为主，同时还使用部分三节点薄壳单元、八节点实体单元和四节点实体单元。受电弓整体有限元模型图

&5.4受电弓静强度分析1.评定标准按照工况进行加载，计算所有工况下受电弓各个部件许用强度与VonMises应力的比值，即安全系数不得小于1。运行工况许用强度取材料屈服强度；冲击工况许用强度取材料抗拉强度。2.受电弓边界条件本次强度计算的边界条件为：四个绝缘子固定约束，如图所示。绝缘子固定约束图

&5.4受电弓静强度分析3.静强度计算载荷工况(1)工况1CED160PK计算载荷工况如表所示，其中X方向为列车运行方向，Y方向为横向，Z方向为垂向。CED160PK受电弓工况1载荷载荷加载位置X(N)Y(N)Z(N)弓网接触力碳滑板-60±60-300空气动力弓头-61.3—-3上臂-12.9—-3下臂-11.98—-6

&5.4受电弓静强度分析3.静强度计算载荷工况(2)工况2CED160PK受电弓工况2载荷载荷加载位置X(N)Y(N)Z(N)弓网接触力碳滑板-70±70-300空气动力弓头-60.60—12.21上臂-15.44—-2.53下臂-17.97—&91(3)工况3载荷加载位置X(N)Y(N)Z(N)弓网接触力碳滑板-70±70-300空气动力弓头-61.3—-3上臂-12.9—-3下臂-11.98—-6

&5.4受电弓静强度分析3.静强度计算载荷工况(4)工况4CED160PK受电弓工况4载荷载荷加载位置X(N)Y(N)Z(N)弓网接触力碳滑板-70±70-300空气动力弓头-61.3—-3上臂-12.9—-3下臂-11.98—-6(5)工况5载荷XYZ冲击载荷±50m/s2±30m/s2±30m/s2(6)工况6载荷Y横向力300N

&5.4受电弓静强度分析4.受电弓静强度分析结果受电弓在横向力300N的作用下，最大横向位移为4.40mm，偏移量如图所示。满足GB/T21561.1—2018标准中规定的不大于30mm要求。(1)横向刚度分析结果电弓横向位移云图

&5.4受电弓静强度分析4.受电弓静强度分析结果各工况载荷作用下，给出第5工况受电弓整体和局部的VonMises应力云图如图所示(图中应力单位为MPa)(2)静强度分析结果分析结果受电弓整体VonMises应力分布云图导杆整体VonMises应力分布云图

&5.5受电弓疲劳强度分析1.评定标准受电弓疲劳评估时：对各工况进行有限元数值模拟，得到评估部位的主应力变化范围。利用相关公式计算累计损伤，累积损伤小于1，则认为结构合格。或主应力变化范围远小于材料的疲劳极限，则认为结构合格。2.受电弓边界条件本次强度计算的边界条件为：四个绝缘子固定约束，如图所示。绝缘子固定约束图

&5.5受电弓疲劳强度分析3.疲劳强度计算载荷工况在列车正常运行过程中，CED160PK受电弓疲劳失效主要受弓网接触力载荷与结构惯性影响。根据弓网接触力的作用位置，受电弓疲劳强度计算主要分为线路实测载荷谱工况与随机振动工沉，如表所示。CED160PK受电弓疲劳载荷工况载荷工况载荷类型加载位置载荷类型工况1弓网接触力碳滑板中心线路试验载荷谱工况2振动疲劳受电弓整体结果结构惯性ASD谱

&5.5受电弓疲劳强度分析3.疲劳强度计算载荷工况根据雨流计数法分析CED160PK受电弓开口和闭口运行时弓网接触力载荷谱，弓网接触力及循环次数见表所示，按照1800万受电弓设计公里数进行疲