地铁列车受电弓结构参数优化设计

在建立受电弓结构几何关系数学模型的基础上,根据受电弓具有稳定受流特性而提出的各项要求,以弓头运动轨迹、升弓转矩及弓头平衡杆平动为目标,运用多目标优化技术,对受电弓的几何参数进行优化,得到了最佳参数值。     

电力机车受电弓动态性能优化

在建立单臂受电弓模型的基础上,对高速铁路受电弓在运行过程中的接触力性能、几何参数及弓头轨迹等进行优化,结果表明在新的参数下弓网系统的接触力波动得到明显抑制,受电弓动态性能得以提高,为进一步开发高速机车受电弓提供了借鉴。     

弓头悬挂结构对受电弓性能的影响分析

为研究弓头悬挂结构对受电弓性能的影响,基于不同弓头悬挂结构的受电弓,搭建了刚性接触网条件下的弓网系统动力学耦合模型,对弓网接触力等进行仿真分析,对比不同弓头悬挂结构对弓网受流性能的影响。基于模态及振动理论,对不同弓头悬挂结构受电弓弓网受流性能的差异进行辨识。通过强度理论及机械结构概率设计方法,对相同工况下不同弓头悬挂结构的受电弓强度及可靠性进行分析。     

计及幅频特性的多体受电弓参数匹配

针对受电弓的非线性特性对受电弓-接触网系统（以下简称弓网系统）的性能造成的影响,基于拉普拉斯变换和数值方法,建立了一种多体受电弓-接触网耦合动力学模型。分析了多体受电弓参数对受电弓幅频特性的影响,根据分析结果,对接触压力波动的原因进行了分析,提出了一种减小接触压力波动的策略。将受电弓的非线性运动方程在平衡位置处进行高阶展开,得到等效模型。将受电弓不同参数对接触压力的影响进行对比,得出所有参数中弓头刚度和框架质量敏感度最高,并进行了单变量匹配和多变量匹配,对比得出多变量匹配效果更优。仿真结果表明参数优化后受电弓接触压力波动明显减小,受流质量明显提高。     

高速受电弓整体结构特性分析

受电弓整体结构分析对于改进受电弓的设计,提高受电弓的性能,具有重要意义。为保证良好的受流质量,新型高速受电弓大量采用轻型合金材料制作,这可能导致机械强度和刚度的不足。在满足强度与刚度的前提下,最大限度减小受电弓归算质量,以改善弓—网动态性能是受电弓设计的关键问题。文中结合受电弓的开发过程,建立三维仿真模型,利用有限元计算软件Ansys,进行受电弓的强度和刚度校核以及动力特性分析。研究受电弓动力特性的目的在于优化其结构,以控制其模态频率与模态振型,对受电弓的设计具有指导意义。通过对受电弓有限元分析,进行虚拟设计,首次进行高速受电弓的整体结构特性分析。     

基于Simulink的受电弓运动学仿真

受电弓是电力机车的重要部件之一.为分析受电弓的运动学性能,基于Simulink应用矢量法对受电弓进行运动学仿真.推导出受电弓的闭环矢量方程和弓头的矢量方程,构成受电弓的运动矩阵方程.通过Simulink内部的函数来求解运动矩阵方程,建立受电弓的运动学仿真模型,并以国产SS7型机车的受电弓为算例对受电弓进行仿真分析.仿真结果表明,该仿真模型可方便地获得受电弓的运动学参数,为实现受电弓的控制及性能改进提供理论依据.     

[设计与优化]基于协同优化算法的高速受电弓多学科设计优化

考虑不同学科间的相互影响及耦合作用对受电弓设计优化的影响,分析了高速受电弓不同性能的设计要求,采用多学科设计优化思想建立了受电弓多学科设计的系统级优化模型及运动学、静力学、动力学和控制学的子系统优化模型;根据不同学科设计参数的耦合关系,采用协同优化方法,获取高速受电弓整体设计优化结果;建立受电弓的三维模型,采用有限元软件ANSYS验证了受电弓优化结果的有效性。结果表明：受电弓多学科协同设计优化不仅满足系统级和各个学科的设计要求,还获得高速受电弓系统的整体最优解或满意解,提高了受电弓的工作性能,降低了弓网接触力的波动,改善了弓网受流质量。     

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。     

高速受电弓结构参数集成设计研究

随着高速列车运行速度的不断提升,弓网受流质量严重恶化.为了提高弓网受流质量,考虑影响高速受电弓工作性能的设计因素,分析受电弓运动学、静力学、动力学和控制学的设计要求,采用多学科集成方法,建立受电弓各个学科及集成设计的优化模型,采用遗传算法求解受电弓的设计模型,获得高速受电弓的结构参数值,采用有限元方法,进行受电弓结构的...     

超高速列车受电弓气动特性分析

基于超高速运行条件,通过建立单臂受电弓模型,在横风条件下采用分离涡模拟方法研究受电弓在不同工况下的非定常气动特性,分析其三维绕流场的涡量、流线、压力以及受电弓气动力、力矩系数的时程变化规律及频域特性,探讨了该型受电弓在高速与超高速运行时绕流特性的差异。结果表明:由于超高速运行导致受电弓气动荷载平均值和振幅增大、振荡周期减小以及对应频谱变宽,由非定常升力和横风的作用引起的俯仰力矩和侧偏力矩的作用显著,导致受电弓在垂直方向的振动加剧,故结构相对紧凑的单臂受电弓有利于减小纵向振动;但其底架高度较高,在相同的升弓角度下上臂与下臂的空间夹角减小,导致上臂与下臂连接处出现范围较大的低速尾流,小尺度分离涡的结构及分布复杂,研究结果对横风作用下受电弓气动特性研究及应用具有重要意义和价值。     

基于三维测量的受电弓弓头检测系统研究

基于结构光三维测量,设计了列车受电弓弓头故障检测系统.介绍了系统工作原理与采集流程,结合系统应用环境特殊性,给出关键部件的选型.提出基于点云数据的受电弓滑板磨耗检测算法以及中心线偏移、弓头姿态、羊角变形检测算法.进行仿真实验验证了算法精度.     

基于HXD3C电力机车受电弓升、降控制电路的触摸屏仿真

受电弓是电力机车从接触网取得电能的电气设备,其特点是靠滑动接触而取得电流,是列车的动力来源。本题涉及的HXD3C电力机车（本任务涉及司机操纵台的操作采用虚拟仿真操作实现）有2个受电弓,分别安装在I端和II端车顶。升弓时,通过按下升弓扳键开关,经过逻辑控制使升弓电磁阀得电,压缩空气进入升弓汽缸使受电弓升起。降弓时,通过按下降弓扳键开关,经过一系列控制逻辑,进而使升弓电磁阀失电,受电弓气缸内的压缩空气排向大气,受电弓降下。从事机车驾驶、机车检修的学员及工作人员应能够对受电弓升、降控制电路的设计,能通过控制电路控制升弓电磁阀的得/失电,用PLC逻辑控制器模拟机车控制监视系统（TCMS）做部分相关的逻辑运算,控制受电弓的升起及降下。本课题仿真检测牵引控制台上的电路开关,检测仿真气路的开关塞门状态,根据仿真操纵台的开关按钮及手柄的状态实现对受电弓升降电路的控制,从而锻炼和提高机车驾驶员、机车检修人员的技能水平。     

受电弓升降弓故障分析及改进措施

受电弓作为地铁列车高压供电系统的重要组成部分,通过接触网取电给地铁列车主牵引和高压设备供电。本文通过介绍受电弓升降弓的工作原理,对受电弓在工作时出现的升降弓故障进行分析和判断,以期通过改进设计、优化受电弓的结构,减少受电弓在运行过程中发生故障的概率,改善地铁列车运营的安全性能。     

TSG20受电弓风管防撞对策分析

受电弓风管作为整个受电弓-接触网系统重要的组件之一，其性能可靠与否，直接关乎整个弓网系统能否正常受流。以TSG20高速受电弓为研究对象，针对其运用过程中风管易被异物击打导致的漏风问题进行研究。首先，分析了TSG20受电弓风管断裂的故障主要集中在3个位置：碳滑板下方的气路接头处；位于底架上的ADD阀风管处；上框架肘节部分的气路。其次，采用鱼骨图因果分析法，详细分析了故障产生的根本原因。运用TRIZ理论思路创新的方式进行了综合探究，建立了防护与检修空间及受电弓负重之间的技术矛盾问题，根据发明原理的启示得出风管处加装局部防护结构，优化布置风管，改变风管材质等解决对策。研究结果为风管可靠应用提供参考，具有较强实际应用价值。     

高速受电弓开闭口运行气动特性及对比研究

受电弓的气动性能严重影响其受流质量,是高速列车安全运行的关键要素之一。基于计算流体动力学理论,建立高速受电弓空气动力学模型,对比分析了高速受电弓在开口和闭口两种运行状态下的流场结构和气动力特性。数值模拟得到的受电弓气动阻力与风洞试验误差为4.07%,弓头气动升力的误差为7.95%。研究结果表明:在研究的速度等级范围内,高速受电弓开口运行气动阻力比闭口运行大2.24%～3.33%,弓头升力较闭口运行大5.45%～7.98%;不同开闭口运行状态对弓头滑板升力的影响较小。在同一开闭状态下,当高速受电弓运行速度大于等于400 km/h时,气体压缩效应对受电弓气动阻力的影响较大,且随速度的增加而增大,然而,气体压缩性对弓头气动升力的影响较小。     

基于性能配置的机械手结构/控制并行设计

针对高速、高精度机电一体化系统的设计要求,研究了单臂机械手机械/控制并行设计的方法,提出了包含结构参数和控制参数的性能配置优化模型。在此基础上以系统一阶自振频率和系统控制能量指标为目标函数,采用SQP方法同时对机械参数和控制参数进行了优化设计。     

多目标优化方法在汽车前悬架设计中的应用

利用多体动力学理论,在已有某型轿车悬架参数的基础上,基于ADAMS平台建立该车双横臂前悬架模型并进行了运动学和弹性学的仿真计算,对仿真结果中敏感度较高的参数进行分析以确定优化目标.利用ADAMS/Insight对悬架的结构进行多目标优化设计,根据优化的结果修改悬架运动学仿真模型,比较优化前后悬架的整体性能.结果表明,此方法取得了良好的优化结果,较好地改善了悬架运动学性能.     

基于Pro/E的虚拟样机技术在三维雕刻机设计中的应用

以Pro／E软件为基础．介绍虚拟样机技术在三维雕刻机设计与开发中的应用。在虚拟仿真环境中，建立三维模型.进行运动学仿真和结构参数优化分析，根据结果对虚拟样机的结构设计做出进一步研究。     

基于协同优化算法的高速受电弓多学科设计优化

考虑不同学科间的相互影响及耦合作用对受电弓设计优化的影响,分析了高速受电弓不同性能的设计要求,采用多学科设计优化思想建立了受电弓多学科设计的系统级优化模型及运动学、静力学、动力学和控制学的子系统优化模型;根据不同学科设计参数的耦合关系,采用协同优化方法,获取高速受电弓整体设计优化结果;建立受电弓的三维模型,采用有限元软...     

高速列车不同位置受电弓非定常气动特性研究

为研究高速列车不同位置受电弓的非定常气动特性,基于计算流体动力学理论,建立高速列车空气动力学模型。列车模型采用八节编组,包括头车、六节中间车和尾车。受电弓为双弓模型,包括一个升弓和一个降弓,安装于第一节中间车的前端或后端,或者安装于第六节中间车的前端或后端。采用分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)方法对明线无横风环境下运行的高速列车周围流场进行数值模拟,列车运行速度为350 km/h,得到高速列车不同位置受电弓受到非定常气动力的时域特性、频域特性以及受电弓周围非定常流场结构。结果表明:受电弓安装位置沿列车纵向向后,受电弓气动阻力和升力的时域均值都呈减小的趋势;升弓开口运行时,受电弓气动升力时域均值都小于闭口运行时,升弓滑板气动升力和侧力的波动幅值也都小于闭口运行时;升弓滑板的升力和侧力波动呈现典型的宽频分布特性,其主要频率位于0~300 Hz范围内。