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受流器/三轨弯头碰撞动力学研究

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三轨弯头作为接触轨系统的重要设备,主要是为了保证受电靴顺利平滑通过接触轨断轨处而设置。当受流器高速通过三轨弯头时,不可避免地产生短时间的剧烈冲击,极易出现离线和电弧损伤等现象。同时,过大的接触碰撞压力使得受流器疲劳损伤严重,使用寿命大大缩减,甚至可能损坏受流器,出现事故。因此需对受流器/三轨弯头冲击过程进行研究,以保证受流器平稳地过渡到接触轨的受流面。

本文基于连续接触力碰撞理论,建立了受流器/三轨弯头碰撞动力学模型,在ADAMS中建立受流器/三轨弯头碰撞仿真模型,并结合无锡二号线实车试验进行对比验证模型的合理性。

本文主要内容有:

(1)首先深入分析了离散模型和连续接触力模型这两种常用于接触碰撞研究的建模方法。考虑到受流器/三轨弯头碰撞过程是持续且有限的过程,同时伴随着摩擦力的存在,因此排除无法求解接触力且将碰撞视为瞬时完成的离散模型,选择了能够通过位移和加速度准确求解接触力的连续接触力模型对受流器/三轨弯头碰撞过程进行建模分析;

(2)考虑受流器摆臂的弹性变形,忽略包括接触轨在内其他结构的弹性变形(视为刚体)。基于ADAMS建立了受流器/三轨弯头碰撞模型,将该模型嵌入到城市轨道交通车辆动力学分析模型之中,形成可同时考虑走行轨与接触轨随机不平顺的受流器/三轨弯头碰撞模型。并通过无锡二号线的实车试验数据与仿真数据进行对比分析,验证了模型的合理性;

(3)利用受流器/三轨弯头碰撞模型探究分析了不同运行工况下的受流器动力学响应及受流器动力学参数和三轨弯头设计参数对受流器动力学响应的影响规律,重点探究了受电靴垂向加速度和垂向位移的变化规律;

(4)基于二阶导数连续的NURBS曲线参数化设计了S1型、S2型、S3型三轨弯头,并与无锡地铁二号线使用的P1型三轨弯头对比,分析了S1型、S2型、S3型在冲击过程中受流器动力学响应方面较P1型的优劣,结果表明:S1型、S2型、S3型较P1型在受流器通过三轨弯头与平直导电轨交界点时的动力学响应方面均有所改善;同时随着能够改变三轨弯头外形曲线局部形状的权因子ω1的增加,受流器动力学响应减弱更显著,受流质量更佳。

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