高作用區(qū)受電弓結構參數(shù)優(yōu)化設計.pdf

1、受電弓是鐵路弓網系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的好壞直接影響和關系到列車的正常運行。隨著鐵路的不斷發(fā)展，客貨混運高作用區(qū)的出現(xiàn)，在列車提速的情況下，現(xiàn)有的受電弓已經無法滿足高作用區(qū)運行環(huán)境的需要。本文基于優(yōu)化設計理論和有限元理論，以Matlab優(yōu)化工具箱和有限元分析軟件MARC為平臺，對受電弓運動學和動力學性能進行了優(yōu)化，為受電弓的設計提供可靠有效的理論和技術支撐。
　　本文首先建立受電弓機構運動學數(shù)學模型，分析了受電弓各桿件之間運動

2、關系。采用拉格朗日方程建立受電弓垂向非線性運動微分方程并對其進行線性化，得到了受電弓的動力學模型。通過求解牛頓歐拉方程組對受電弓各桿件的受力情況進行了分析，為受電弓桿件幾何參數(shù)設計提供依據(jù)。
　　其次，在建立受電弓機構運動數(shù)學模型基礎上，根據(jù)機車運行過程中平穩(wěn)受流對受電弓結構的要求，以受電弓平衡臂平動為優(yōu)化目標，以受電弓正常收弓、弓頭橫向偏移量、受電弓升弓高度、受電弓機構正常工作對設計變量的要求為約束條件，采用Matlab優(yōu)化工具

3、箱對受電弓機構進行優(yōu)化，得到了使受電弓運動學性能達到最優(yōu)的結構幾何參數(shù)。優(yōu)化前后受電弓弓頭橫向位移偏差量由49mm減小到27mm，滿足橫向位移偏差量不能大于30mm的要求。優(yōu)化后平衡臂的偏轉角為0.7度，平衡臂近乎平動，能夠滿足使用要求。
　　第三，為保證受電弓結構可靠性，對受電弓主要承力部件進行了剛強度校核。文中采用Solidworks建立主要承力部件三維幾何模型，在有限元軟件MARC中對比分析了不同材料零部件的剛強度和動力學模

4、態(tài)性能。在滿足剛強度要求的條件下，將合金鋼更換為鋁合金材料能夠提高受電弓的性能。
　　最后，建立包括受電弓、接觸網和腕臂的弓網動態(tài)耦合有限元仿真模型。仿真模型客觀地反映弓網高速接觸、空氣動力等載荷作用下的弓網接觸狀態(tài)變化，仿真結果與試驗結果及理論計算值的誤差在規(guī)定范圍內，驗證了仿真方法的正確性?；诠W耦合仿真模型，分析了受電弓不同參數(shù)對接觸力變化的影響規(guī)律。結果表明減小弓頭和上框架的質量、剛度，增加弓頭和上框架的阻尼對提高受流質