计及受电弓幅频特性的受电弓参数与吊弦间距匹配研究

首先推导了受电弓的稳态幅频特性,结合对接触压力波动原因的分析,得出了受电弓参数与吊弦频率的匹配关系;然后逐一改变受电弓参数,分析受电弓幅频特性,可得受电弓弓头质量和刚度对受电弓幅频特性的影响明显;最后在建立的弓网动态模型中,分别调整受电弓弓头质量和刚度,统计得到接触压力标准差,验证了匹配的效果。研究结果表明,在运行中受电弓通过吊弦间隔的频率若为f,调整受电弓的参数,使受电弓幅频特性在频率f处有极小值,能有效降低接触压力的波动,有利于改善受流。该匹配关系可为弓网系统设计、选型和评价提供参考。     

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。     

基于加速度信号的吊弦断裂检测方法

吊弦是高铁接触网的关键部件，长期裸露于外部环境，且日复一日地承受列车受电弓的冲击作用，容易发生吊弦断裂故障. 本文基于弓网动态仿真模型，对兰新高铁试验段进行仿真，产生在脉动风和受电弓同时作用下的接触网正常和吊弦断裂时接触线和承力索的加速度数据，然后运用EEMD（Ensemble Empirical Mode Decomposition）计算加速度信号的能量熵、奇异熵、平均熵，建立吊弦断裂故障检测的$\mathrm{L}_{1/2}$-LR正则化模型．实验结果表明，在脉动风和受电弓共同作用工况下，所得到的检测方法对吊弦断裂检测的准确率可达97.25%．本文提出的基于EEMD的$\mathrm{L}_{1/2}$-LR模型，具有变量选择作用，发现只需采集承力索跨中位置处的垂直加速度和水平加速度，分别计算其能量熵、平均熵，便可以很高的精度和计算效率检测跨中吊弦是否断裂．     

横风环境中弓网动力学性能分析

为研究横风对弓网动力学性能的影响,基于AR模型的线性滤波法和Davenport风速谱,构建了受电弓-接触网系统的随机风场,获得了作用于受电弓和接触网的风速时程;建立受电弓/高速列车空气动力学仿真模型,采用计算流体力学方法求解了列车运行速度为300 km·h-1,不同横风速度下的受电弓气动抬升力,从而得到横风平均速度为20 m·s-1时,受电弓气动抬升力时程;采用三维弓网耦合动力学模型,系统分析了横风对弓网动力学的影响规律。研究表明,横风使得受电弓的气动抬升力变大,并与横风速度的平方成正比;受电弓气动抬升力的增加和波动,使得接触压力平均值以及标准差变大;接触网产生的风致振动改变了弓网之间的接触状态,导致接触压力波动范围变大,因此,列车在横风环境中运行时,不仅增大了弓网接触压力从而加剧了受电弓滑板和接触线的磨耗,而且使得接触压力最小值减小以及标准差增大,导致弓网受流质量显著降低。     

基于仿生非光滑结构的高速列车受电弓杆件减阻降噪研究

高速列车受电弓产生的气动噪声会向周围环境直接辐射,成为列车的主要噪声来源之一。受电弓主要由杆件组成,因而针对杆件结构进行空气动力学研究对于受电弓减阻降噪具有重要意义。选取受电弓杆件的典型尺寸建立有限元仿真分析模型,采用Realized k-e湍流模型及宽频噪声模型分别计算流场分布及气动噪声大小。研究受电弓气动噪声产生的机理,对杆件截面形状进行了优化改进,并在此基础上根据鸮的前翼边缘锯齿型结构及潮间贝类的波纹凹槽结构对杆件进行仿生设计。最后,通过数值计算对各类仿生改进设计效果进行对比分析。结果表明,环状波纹凹槽杆件结构为最优的仿生设计,可以实现明显的减阻降噪效果;相对于背风侧带锯齿的杆件结构,迎风锯齿的仿生设计可以有效降低气动噪声,但会使气动阻力增加。     

城市轨道交通受电弓参数敏度分析及优化设计

为研究城市轨道交通受电弓单参数优化和双参数优化对弓网系统耦合性能的影响,首先建立受电弓-刚性接触网系统动力学模型,根据线路实测数据验证模型的准确性,然后采用接触力随机统计特征作为参数优化的目标函数,对CED125D型受电弓的9 个等效参数进行敏度分析,得到弓头等效质量的敏度评级最高,上框架等效质量及等效刚度次之,下框架等效刚度最低,并给出单参数优化建议。最后分析受电弓弓头3 个等效参数联合变化时的接触力统计特征,结果表明双参数优化能实现比单参数优化更好的弓网耦合性能,该研究可为城市轨道交通弓网系统设计、选型和评价提供参考。     

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 两方程湍流模型,计算了列车速度为350km/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。     

EMU6车外受电弓噪声源特征试验研究

有效辨识噪声源是高速列车噪声治理的基础。基于相控阵列识别技术,对EMU6试验列车展开250 km/h~350 km/h速度级的车外噪声源识别试验研究,获得列车声源表面的噪声源识别云图。试验结果表明受电弓区域是除了转向架区域外最为明显的噪声源区域,且受电弓区域的声功率级值与车速的5~6次方成正比,以气动噪声为主。针对300 km/h时速下对比升弓受电弓的"前车升弓"与"后车升弓"两种工况的差异性,试验结果表明"后车升弓"工况下的声功率级比"前车升弓"工况下声功率级大1 dB左右。受电弓区域频谱图呈现出多峰-宽频的特性,从噪声源频谱能量占比图可以得到受电弓区域的噪声能量主要集中在中低频段,1 250 Hz以下频段能量占比达到90%。通过声学相似性分析,受电弓区域部分杆件气动噪声源具有一定的St数相似性,具有显著的扰流发声特性。     

三维高速列车下表面波浪形受电弓弓头减阻降噪研究

为了对高速列车受电弓进行有效减阻降噪，基于CX-NG型受电弓，对传统方形弓头模型进行下表面结构改型设计，提出下表面波浪形新型弓头结构。采用Fluent在不同速度工况下进行分析仿真，建立不同速度工况下的流场云图，将新型弓头与传统方形弓头进行气动特性的定性对比，分析不同外形结构对流场的影响。通过对比分析发现，使用下表面波浪形受电弓弓头减阻降噪效果最好，3种速度工况下，阻力系数Cd分别减少12.23%、13.23%、13.40%；噪声分别减小0.73 dB、1.42 d B、2.37 dB。     

高速列车受电弓气动噪声分布特性及仿生降噪研究

随着列车运行速度的提高,列车产生的噪声对周围环境产生的影响愈发严重。高速列车受电弓位于车顶,其产生的气动噪声成为高速列车主要噪声来源之一。选取某典型受电弓结构建立受电弓的流体及气动噪声的仿真分析模型,通过大涡模拟方法计算流场场量的分布特征及气动噪声大小。根据仿真分析结果研究受电弓气动噪声产生的机理,并在此基础上引入翼缘仿生结构对当前受电弓结构进行优化改进。研究结果表明,仿生优化后的受电弓能够有效降低受电弓尾涡脱落量,降低了气动噪声,并且其宽频噪声品质表现较好,具有比较良好的空气动力学性能。另外,优化后的受电弓适当的提高了受电弓的升力,可以减小跳网情况的发生,有助于受流稳定,具有一定的工程参考价值。     

高速动车组受电弓气动噪声数值仿真分析

随着我国高铁的不断提速,列车运行时所产生的气动噪声占总声压强的比例也越来越大,不仅影响车厢内乘客的乘坐舒适度,还可能对铁路沿线区域周边环境带来噪音污染。为此建立高速动车组"受电弓-绝缘子"仿真模型,求解列车不同运行速度下受电弓表面噪声频谱特性,分析受电弓周围空间环境的噪声分布情况。分析得出:当列车以300 km/h时速运行时,受电弓产生的气动噪声在列车周边25 m外最大声压级为99.3 d B。以上结论为抑制列车气动噪声提供了理论依据。     

基于振动信号时频分解-样本熵的受电弓裂纹故障诊断

构建了基于时频分解-样本熵测度的受电弓振动信号故障特征提取模型。对振动信号进行聚合经验模态分解,接着对分解得到的本征模态函数计算参数优化后的样本熵特征。将获取的故障特征输入基于粒子群参数优化的支持向量机(PSO-SVM)进行受电弓故障识别分析。结果发现,基于受电弓顶管振动信号的EEMD样本熵故障诊断效果较好,而碳滑板振动信号诊断效果较差。针对这一特点,利用二代小波样本熵进行优化,进一步提高了碳滑板振动信号故障诊断结果,验证了现代时频分析算法与信息熵联合的诊断方法在受电弓振动信号特征提取与故障诊断的可行性与有效性。     

电气化铁路接触网-受电弓动力学模型探究

电气化是铁路发展的大势所趋,为保证铁路电气化过程中良好的弓网受流,需要对接触网及受电弓进行系统研究。本文对目前世界范围内广泛应用的三类接触网,简单链型、弹性链型及复式链型接触网的结构特性及作用特点进行总结。文中还对受电弓动力学建模常用的四种模型,多刚体模型、归算质量模型、刚柔混合模型、全柔性体模型进行对比。为建立合适的弓网动力学模型,本文结合目前应用最广泛的几种接触网简化方式,单根索结构、单根梁结构及实际接触网结构,对弓网系统动力学的建模方法及动力学方程进行推导。     

多频激励下滞后非线性悬挂受电弓的亚谐共振

本文选用具有工程背景的滞后非线悬挂高速铁路电力机车受电弓系统为例，将机车高速行驶时，受电弓与接触网之间的接触和作为多频激励输入，运用平均法研究了具有系统在多频激励下的组合共振问题，通过计算得到了该产生组合共振的条件，并求得到了组合共振时共振解的振幅及组合共振的分叉解。     

基于LabVIEW和2D激光扫描的受电弓滑板磨耗测量

设计了一种基于LabVIEW和激光雷达扫描的受电弓滑板磨耗测量方法和装置。使用2D激光雷达扫描受电弓滑板，通过对激光测量数据分析提取滑板上表面横截曲线，并通过线性拟合矫正曲线以解决降弓测量时滑板倾斜问题，通过对比初始数据和磨耗后数据得到磨耗值。经过反复测试，这种测量方法和测量装置满足降弓状态下全滑板磨耗精确测量要求，测量精度高，测量重复性好。     

高速列车车厢连接处脉动压力分析与控制

高速列车的表面湍流脉动压力和近场声压会影响车内的噪声。为了了解并降低车厢连接处的湍流脉动压力,制作了一个高速列车1：40缩比的两车编组模型,使用表面传声器和激光粒子测速仪得到车厢连接处的脉动压力和流场分布。通过试验发现,有受电弓时,车厢连接处前后测点的脉动能量分别为速度的5.07次方和5.19次方;无受电弓时,对应的脉动能量分别减少到速度的3.90次方和4.45次方。对于车厢连接处进行优化时,无论是否有受电弓,对车厢连接处进行全封闭处理均能够较好地降低其脉动压力、涡量和湍流强度。无受电弓时,在车厢连接处前端增加扰流球可使其前后方测点的湍流脉动总压力级分别降低0.6 dB（A）和0.8 dB（A）。有受电弓时,在车厢连接处前端增加扰流柱可使其后方测点的总湍流脉动压力级降低0.8 dB（A）。     

接触网-受电弓振动主动控制问题的研究

针对铁路机车受电引系统存在的振动问题，提出了一种基于模糊技术的旨在抑制振动的主动控制方案。在对接触网－受电弓系统特征进行了基础上，设计开发了以PⅡ300工控机为主控器件的受电弓主动模糊空制系统，并以SS7型机车受电弓为对象进行了试验，试验结果表明，采用主动控制技术以后，受电弓弓头接触压力波动值大大降低，弓网系统者到了明显改善。     

SSS400＋受电弓故障分析、改进措施及日常维护

针对sss400＋受电弓软连线、支持绝缘子磨损断裂较问题进行分析，提出改进措施和建议，同时对受电弓的日常维护提出了一些建议。     

导流罩对受电弓气动噪声影响的风洞试验研究

受电弓是高速列车顶部最主要的气动噪声源,合理的导流罩设计是降低受电弓气动噪声的重要方法。通过声学风洞试验的方法,研究缩比模型导流罩对高速列车受电弓气动噪声的影响,采用远场麦克风及声阵列,给出了风速范围为200～250 km·h~(-1)时的升弓、降弓状态下,受电弓和加装导流罩的远场气动噪声频谱、主要噪声源位置、强度和对应频带范围。研究表明,受电弓气动噪声为宽频带噪声,中频噪声源位于受电弓区域后部近车体位置,中高频、高频噪声源对应弓头和支座区域;升弓状态下,导流罩增大了弓头区域的气动噪声能量,在降弓状态下,导流罩减小了弓头和支座的噪声水平。     

铜基受电弓滑板材料抗拉强度和冲击韧性研究

为了制备具有优良力学性能的C／Cu复合材料，采用传统的粉末冶金（PM）方法，首次将受电弓滑板中C的质量分数提高到8％（石墨粒径为295μm和495μm)，分析了压制压力、保温时间和烧结温度对其抗拉强度和冲击韧性的影响，研究了石墨粒径和镀铜石墨对受电弓滑板材料性能的影响。研究结果表明：增大压制压力，可提高铜基受电弓滑板材料最终烧结件的抗拉强度；延长烧结保温时间，则降低烧结件的抗拉强度；烧结温度过高或过低对烧结件抗拉强度和冲击韧性不利；石墨粒径对铜基受电弓滑板材料性能的影响很大；石墨表面镀铜，可改善铜基受电弓滑板材料的烧结过程，提高其抗拉强度和冲击韧性，但是不改变材料的断裂机制。