受电弓与接触网动态仿真模型建立及其确认
14---弓网耦合系统刚柔混合建模技术及验证---朴明伟,斯琴,兆文忠
作者简介： 朴明伟(1962-), 男（汉族）, 辽宁人, 副教授, 研究方向为 CAE、多专业系统模拟环境及控制建模。 参考文献： [1] 蔡成标，翟婉明，高速铁路受电弓-接触网系统动态性能仿真研究，铁道学报，1997.10，19（5） ，pp38-43. [2] ZHANG Wei-hua, MEI Gui-ming, WU Xue-jie and SHEN Zhi-yun, Hybrid Simulation of Dynamics for the Pantogragh-Catenary System, Vehicle System Dynamics, 2002, Vol. 38,No. 6, pp393-414. [3] M. SCHAUB and B. SIMEON, Pantograph-Catenary Dynamics:An Analysis of Models and Simulation Techniques, Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, 2001, Vol. 7, No. 2, pp. 225-238 [4] ANDREA COLLINA AND STEFANO BRUNI, Numerical Simulation of Pantograph-Overhead Equipment Interaction, Vehicle System Dynamics, 2002, Vol. 38, No. 4, pp. 261-291 [5] Kieβling, Puschmann, Schmieder[德], 电气化铁路接触网，中国电力出版社，2004.1，第一版.
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（6）在仿真动画中，可以看到弓头弹簧变形非常敏感，但是，框架间相对位移响应尽管很小（仅有 几个毫米） ，对接触力的基频波动却有着决定性的影响。 因此，采用基于超单元的刚柔混合建模技术，并应用拉格朗日增量法所得到的仿真结果，具有与实测 接触力结果的可比性。
受电弓／接触网半实物半虚拟混合模拟系统的研究
摘 要 ： 用 对 接 触 网 理 论 模 型 进 行 实 时 仿 真 计 算 的 疗法 柬 虚 拟 接 触 网 谊 虚拟 接 触 同 与真 实 受 电 弓 通 过 液 采 将 伺 服 作 动器 连接 在 一 起 成 一 个 虚 实 结 台 的混 合 模 拟 试 验 系 统 ． 用 这 样 的 方 法 来 开 展 受 电 弓一 触 同 系 统 组 采 接
ｈ ｙｄｒ ｌｃ ｃｔ ａｔ ． Ｔｈｅ ｏｎｌｎ ａｒ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｔ ｃｈ ｃ ｌｔ ｏｆ ｎｔ ｇｒ ｐｈ Ｃ ｅ ｅ ｒ ｈｅ ａ ｓ １ ａｕ ｉ ａ ｕ ｏｒ ｎ ｉ ｅ ｖ ｈｒ ｔ ｏ ｃ ｎｔ ｏｌ ｅ ｎｉ ａ ｉ ｙ ｐａ ｏ ａ ａｎ ｈｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｄ ｌ ｏ ｏｎ ｈｅ ｍｉ ｄ ｄｙｎ ｘｅ ａｍｉ ｔ ｓ ｙ ｅ ． ｃ ｅ ｔ ｓ ｓｔ ｍ Ｋｅ ｙｗｏｒ ｓ：ｐａ ｏ ａｐ ｃ ｔ ａ ｙ；ｍｉ ｄ ｔ ｓｔｓ ｔ ｍ ；ｄｙｎａ ｃ Ｍｍ ｕｌ ｉ ｄ ｎｔ ｇｒ ｈ ａ ｅｎ ｒ ｘｅ ｅ ｙｓ ｅ ｍｉ ａｔｏｎ：｛ ｚ ｙ ｃ ｎｔ ｏｌ ｕｚ ｏ ｒ
Ａｂ ｔａ ｔ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｉｅ ｙ ａ ｃ ｓｍｕ ａｉ ｎ Ｙ ｓ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｕ ｏ ｗａ ｄ ｔ ｉ ｕａ ｅ ａ ｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｈ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｈｓ ａ ｅ ，ａ ｍ ｘ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｉ ｌｔ ｅ ｔ ｏ ｔ ｏ ｓ ｐ ｔ ｆ ｒ ｒ Ｏ ｓｍ ｌｔ ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ ｔ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｆｔ ｅ ｒｉ ｙ ａ ｃ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｉ ｏ ｈ ａｌ ｙ ｐ ｎ ｏ ｒ ｐ ｃ ｔ ｎ ｒ ｙ ｔｌ ． Ｔｈ ａ ｔ ｇ ａ ｈ ｃ ｔ ｎ ｒ ｘ ｄ ｓｍｕ ａ ｉｎ ｓ ｃ ｗａ ａ ｔ ｇ ａ ｈ／ａ ｅ ａ ｙ ｓ ｓｅｎ ｅ ｐ ｎ ｏ ｒ ｐ ａ ｅ ａ ｙ ｍｉ ｅ ｉ ｌｔｏ ｔｓ ｙ ｔｌ ａ ｅ ｃ ｒ ｉｄ Ｏ ｔ ｂ ｏ ｅ ｔｓ ｓｅｎ ｃ ｎ ｈ ａ ｒｅ Ｕ ｙ ｃ ｍｂ ｎｎ ｉ ｈ ｃｕ ｌｐ ｎ ｏ ｒ ｐ ｎ ｈ ｕ ｍ ｙ ｃ ｔｎ ｒ ｈ ｏ ｇ ｈ ｉ ｉｇ ｗ ｔ ｔ ｅ ａ ｔ ａ ａ ｔ ｇ ａ ｈ ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｍ ｈ ａｅ ａ ｙ ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ
受电弓_接触网系统动力学模型及特性_梅桂明
d dt
TL -
TL = QT
( 1)
得到框架的微分方程 f 1 (T)T¨ + f 2 (T)T2 + f 3 (T)T+ f 4 (T) si gn(T) +
f 5 (T,T) = f 6 (T)¨zL
Abstract: Fo r t he civi l C H160-0 sim ple stit ched ca tena ry o n t he high-speed railw ay a nd SS7 pantog raph, the fi nit e elem ent model of the catena ry is sep up. The natural f requency and the cor respo nding mo de are calculat ed and t he equatio n of th e vibratio n is educed. The no nlinea r dynami cal di ff erentia l equati on of the pantog raph is li st. By t he Taylo r series, the no nlinea r model is li nea ri zed and the equiv alent pa ram eters o f the f ram e o f the panto graph a re g ai ned. T he v ertical coupling dy namic m odel of the pant og raph /ca tena ry syst em is establi shed. Based on the linea r m odel and the nonli near model of the pantog raph, the com puta tio n a nd the compari so n of the si mulatio n on the dy namic characteri sti c of the pant og raph /cat enary syst em a re co me out w ith the vibrati ng respo nses of the locomo tive a nd t rack taken i nt o co nsidera tion. Key words: pantog raph; cat enary; coupli ng; dy namics; nonli near; linea ri za tion Author resume: M EI Gui-mi ng ( 1974-) , male, a docto ral st udent of Sout hwest Jiao to ng Univ ersi ty , eng ag ed i n the study o f dy namics o f the pantog raph /cat enary syst em.
《轨道交通架空刚性接触网系统技术标准》条文说明
广东省标准轨道交通架空刚性接触网系统技术标准DBJ/T15―XX―2020条文说明目次3设计技术要求 (74)3.1.基础数据 (74)3.2.弓网相互作用 (74)3.3.支持、定位与接触悬挂 (75)3.4.绝缘、接地与防雷 (75)3.5.平面布置 (75)3.6.结构设计 (76)3.7.设计提交文件 (76)4零部件技术要求与检验 (77)4.2.技术要求 (77)3设计技术要求3.1基础数据3.1.1-3.1.6 设计的基础数据由建设方提供。
3.1.1-3.1.5中所规定的数据类型在考虑设计输入需求并参照GB/T 32578-2016后给出。
3.1.6 由于线路的行车密度不同，按照年限规定接触网寿命不合理，根据接触网的使用率（弓架次）来定义，更为合理。
具体算法如下：按照30年核算计算弓架次。
交流系统取流量小，采用单弓，线路长行车间距大。
因此，按照30（年）X 365（天）X18（小时）X20（3分钟一趟）=394.2万次，取400万次。
直流系统取流量大，多采用双弓，线路短行车间距小，按照30（年）X 365（天）X18（小时）X30（3分钟一趟）X 2(双弓)=1182.6万次，取1200万次。
3.2弓网相互作用3.2.1 《铁路设施.电流采集系统.受电弓和架空接触线之间动态相互作用模拟的验证》EN 50318-2018中的适用范围覆盖了刚性网和柔性网，并给出了刚性网仿真数学模型。
目前国内对应的标准GB/T 32591-2016中，未包含刚性网部分，因此，此处参照欧标。
3.2.3 参考《轨道交通地面装置电力牵引架空接触网》GB/T 32578-2016以及《铁路应用电流采集系统之间交互作用的技术标准受电弓与架空接触线》IEC 62486-2017中相关条款，弓网动态接触力指标是保证弓网可靠受流的必要条件，应首先通过弓网动态仿真方法进行预测，再通过弓网检测手段进行验证。
3.2.4-3.2.7 弓网动态接触力包含受电弓平均接触力与弓网动应力，其中受电弓平均接触力包含弓网静态接触力与空气动力。
EN 50317-2002-铁路应用集电系统 受电弓和接触网的动力交互
I
EN50317:2002
前
言
即公共交通装置和
本欧洲标准由 CENELEC TA9X 即铁路电气及电子应用委员会的 SC 9XC 辅助设备 固定式安装 电源和接地系统技术体提出
本草案于 2002 年 4 月 1 日提交正式表决并以标准号 EN 50317 经 CENELEC 通过 以下限定日期有 -通过国家标准等同采用或签注文件形式来执行该 EN 标准的最迟日期为 (dop)2003 年 4 月 1 日 -撤消与该 EN 标准相冲突国家标准的最迟日期为 (dow)2005 年 4 月 1 日 本欧洲标准由欧洲委员会委托 CENELEC 起草且支持协议指导性文件 96/48/EC
接触网高度
机车设置
测
6.5 测量系统的校准 测量系统应在实验室中进行测试以检查被测力的精确度 被测的完整受电弓应安装所有的测力装 置和加速度传感器 并具备数据传输系统 遥测 光学系统 以及放大器 作用力及测量力的比值 受电弓到测试仪器的传递函数 应经作用于弓头的动力激励来测定 激励以一定频段作用于弓头
CENELEC
EN50317:2002
目
次
前言 .................................................................... II 1 范围 ................................................................... 1 2 规范性引用文件 ........................................................... 1 3 术语和定义 .............................................................. 1 4 缩略语和符号 ............................................................. 3 5 概要 ................................................................... 3 6 接触力的测量 ............................................................. 3 6.1 要求 .................................................................. 3 6.2 测量系统的影响 ......................................................... 4 6.3 惯性修正 .............................................................. 4 6.4 空气动力修正 ........................................................... 4 6.5 测量系统的校准 ......................................................... 4 6.6 测量参数 .............................................................. 5 6.7 测量结果 .............................................................. 5 7 位移测量 ................................................................ 6 7.1 升弓 .................................................................. 6 7.2 接触点的垂直位移 ........................................................ 6 7.3 接触网其他位移的测量 .................................................... 6 8 拉弧测量 ................................................................ 6 8.1 要求 .................................................................. 6 8.2 电弧测量系统的校准 ...................................................... 7 8.3 工作距离的调节 ......................................................... 7 8.4 测量值 ................................................................ 8 8.5 表示值 ................................................................ 8 图 1 探测器位置 ............................................................ 7
受电弓接触网系统动力学模型及特性接
第!卷第"期!##!年$月交通运输工程学报%&’()*+&,-(*,,./*)0-(*)12&(3*3.&)4)5.)66(.)57&+8"9&8":*(;!##!文章编号<"E B"="E$B?!##!C#"=##!#=#E受电弓H接触网系统动力学模型及特性梅桂明G张卫华?西南交通大学牵引动力国家重点实验室G四川成都E"##$"C摘要<针对中国提速铁路采用的I J"E#=#简单链型悬挂接触网及K K B受电弓G建立接触网的有限元模型G计算得出固有频率及相应的模态振型G导出其振动方程G并推导出受电弓非线性模型的运动微分方程G利用泰勒级数展开对非线性模型进行线性化G得到受电弓框架的等效参数G最后在这个基础上建立起受电弓H接触网垂向耦合动力学模型L应用受电弓的线性模型及非线性模型G而且考虑机车M轨道激扰因素影响下G对接触网H受电弓系统的动态进行了运行模拟计算并加以比较L 关键词<受电弓D接触网D耦合D动力学D非线性D线性化中图分类号<N!!@8"文献标识码<OP Q R S T U V W T X Y Z[S R Y\Z]S^U X_X‘a S R b X c_S a]H V S b Z R S_Q W Q W b Z Tde f g h i=j i k l G m no pgqr i=s h t?9*3.&)*+-(*/3.&)u&v6(w*x&(*3&(y G K&’3z v613%.*&3&)5N).{6(1.3y G I z6)50’E"##$"G I z.)*C|\W b_S V b<}&(3z6/.{.+I J"E#=#1.~2+613.3/z60/*36)*(y&)3z6z.5z=12660(*.+v*y*)0K K B 2*)3&5(*2z G3z6,.).366+6~6)3~&06+&,3z6/*36)*(y.1162’2;-z6)*3’(*+,(6!’6)/y*)03z6 /&((612&)0.)5~&06*(6/*+/’+*360*)03z66!’*3.&)&,3z6{.x(*3.&).160’/60;-z6)&)+.)6*( 0y)*~./*+0.,,6(6)3.*+6!’*3.&)&,3z62*)3&5(*2z.1+.13;"y3z6-*y+&(16(.61G3z6)&)+.)6*(~&06+ .1+.)6*(.#60*)03z66!’.{*+6)32*(*~636(1&,3z6,(*~6&,3z62*)3&5(*2z*(65*.)60;-z6{6(3./*+ /&’2+.)50y)*~./~&06+&,3z62*)3&5(*2z H/*36)*(y1y136~.1613*x+.1z60;"*160&)3z6+.)6*( ~&06+*)03z6)&)+.)6*(~&06+&,3z62*)3&5(*2z G3z6/&~2’3*3.&)*)03z6/&~2*(.1&)&,3z61.~’+*3.&)&)3z60y)*~.//z*(*/36(.13./&,3z62*)3&5(*2z H/*36)*(y1y136~*(6/&~6&’3v.3z3z6{.x(*3.)5(612&)161&,3z6+&/&~&3.{6*)03(*/$3*$6).)3&/&)1.06(*3.&);%Z Q&X_Y W<2*)3&5(*2z D/*36)*(y D/&’2+.)5D0y)*~./1D)&)+.)6*(D+.)6*(.#*3.&)|’b]X__Z W’T Z<:4()’.=~.)5?"A B F=C G~*+6G*0&/3&(*+13’06)3&,K&’3z v613%.*&3&)5 N).{6(1.3y G6)5*560.)3z613’0y&,0y)*~./1&,3z62*)3&5(*2z H/*36)*(y1y136~;随着中国铁路技术的发展G列车运行速度的提高G对受电弓H接触网的动态特性提出越来越高的要求G但由于国产接触网和受电弓所组成的弓网系统动力学特性较差G在中国提速铁路上G已大量采用进口接触网M受电弓器材G在速度"E#$~H z以上则全部采用成套的进口接触网H受电弓系统L目前正值中国发展高速铁路G受电弓和接触网的发展现状已严重影响和阻碍中国铁路国产高速化的进程L由于历史和专业的原因G受电弓和接触网的研发和管理分别在不同部门进行G受电弓和接触网研究相互隔离G 而事实上接触网和受电弓是一个耦合系统G进行受电弓H接触网系统的耦合动力学研究是十分必要的L 近年来G国内外有不少学者对受电弓M接触网以及相互作用系统动力学做了一些工作G取得了一定的成果*"+@G B+"",L然而G他们要么采用受电弓的线性模型进行研究G就是采用非线性模型进行研究G而没有对两种模型进行比较!本文就针对此问题"对受电弓的非线性模型以及线性化模型的运动微分方程进行推导"并与接触网的有限元模型一起建立受电子弓#接触网系统垂向动力学模型"对其动态特性进行研究并加以比较!$受电子弓与接触网的动力学模型及运动微分方程$%$受电弓动力学模型及运动微分方程受电弓是由框架&下臂杆’推杆’上臂杆’平衡杆(以及弓头等几部分组成的空间结构"结构比较复杂"但在实际中可以用等效的二维构架来描述其运动!以下就针对受电弓的升弓系统))即升弓框架及主轴和升弓弹簧系统进行研究!为此"选定垂直于主轴和各链轴的对称平面作为研究平面!将升弓系统各元件向该平面投影"并将各铰链之间简化成杆件*+,!下面就针对这种情况"对框架及弓头的运动微分方程进行推导!;^_V _Q ‘]_V_Q [a Q &-(得到框架的微分方程X -&Q (Q bc X +&Q (Q ‘+c X C &Q (Q ‘c X E&Q (d /05&Q ‘(c X H &Q "Q ‘([X I &Q (e bV &+(其中X -&Q ([@-D +H c A -c @+f +-D +I c f +-A +c @C D +-c @C f ++D +J c +@C f +D -D J g 6d &Q c h (c f ++A CX +&Q ([@+f -D +I;f -;Q c f -A +;f -;Q c @C f +D +J;f +;Qc @C D -D J g 6d &Q c h (;f +;Q ]@C f +&-c f +(D -D Ji d /5&Q c h (c f +A C;f +;QX C &Q ([M K c M L f +-c M F &-c f +(+c M G &f -c f +(+X E &Q ([L K cj f -j L L cj -c f +j L F cj f -c f +j L G X H &Q "Q i([]N k c S l &D -g 6d Q c f +D C g 6d h (c @-m D Hg 6d Q c f -@+m D I g 6d n c @C m D -g 6d Q c f +@C m D Jg 6d h X I &Q ([@-D H g 6d Q c @+f -D I g 6d n c @C D -g 6d Q c @C f +D Jg 6d h 而f -[D +-cX D -g 6d Q ]W D -d /5Q D +-cW +cX +c+X D -g 6d Q ]+W D -d /5Q c &D +L F cD +E ]D ++(&X d /5Q cW g 6d Q (D -D +L F E D +L F D ++]&D +L F cD ++]D +E(o +f +[]D +-cX D -g 6d Q ]W D -d /5Q D +-cW +cX +c+X D -g 6d Q ]+W D -d /5Q c &D +L F cD ++]D +E (&X d /5Q cW g 6d Q (D -D +LF E D +L F D +E ]&D +L F cD +E ]D ++(o +D L F [D +-cW +cX +c+X -g 6d Q ]+W D -o d /5Q n [89g =0D -d /5Q ]W D -g 6d Q cX c 89g g 6dD ++cD +L F ]D +E+D +D L F h [89g g 6d D +E cD +L F ]D +++D E D L F ]89g =0D -d /5Q ]W D -g 6d Q cX ]p i i-+第-期梅桂明"等?受电弓#接触网系统动力学模型及特性式中!"#$为弹簧原长%从上面的式子可以看出框架运动比较复杂&从而就有不少学者为了计算的方便&就将其模型进行简化%本文就针对框架的非线性运动微分方程在平衡位置附近’即()*$+(),$+(-*$+(-,$+$.进行泰勒级数展开’忽略高阶项影响.&从而得出受电弓框架的线性运动微分方程%首先将受电弓底座固定&即取()/+(-/+$%又考虑到在一般情况下&仿真计算中是把框架的顶部*点的位移作为变量&于是将其运动等效到框架的顶部&而顶部*点的运动速度0加速度与下臂杆的角速度0角加速度存在着一一对应关系&其表达式为12+(2*3451-+’465(-*748(26*.349:;55’5.式中!45+#<=>?1@46#5=>?A B 48+C 46C 1#5=>?A 7#<?D E 17466#5?D E A 由于F G 与(*0(,0()*0(),有关&所以H 5’1&1).也就是与(*0(,0()*0(),有关的函数&这样就可以令H ’(*&(,&()*&(),.+H <’1.45(-*@H 8’1.?D I E ()*4J K5745L ,?D I E ’(),7()*.利用泰勒级数在平衡位置附近进行展开&得H ’(*$@"(*&(,$@"(,&()*$@"()*&(),$@"(),.+H ’(*$&(,$&()*$&(),$.@M H M (*"(*@M HM (,"(,@M H M ()*"()*@M H M (),"(),’8.最后将等式两边同时除以45&就可以得出受电弓框架在平衡位置附近的等效线性运动微分方程&其表达式为N F "(-*@’O ,@O F ."()*@O ,"(),@L ,?D I E ’"()*7"(),.@L F ?D I E "()*4J K5@’P ,@P F ."(*@P ,"(,+$’Q .其中N F +H <’1.465P F +7<4R65C N S C 17’F T $@N ,U .’7#<?DE 1@C 46C 1#5=>?A 7466#5?D E A .@V <U #Q ?D E 1@C 4<C 1V 6U #W=>?X @46<V 6U #W ?D E X @V 5U #<?D E 17C 46C 1V 5U #Y =>?A @466V 5U #Y?D E A L F +L [@\4<\L L @\<@46\L ]@\4<@46\L ^45式中!F T $为弓网间静态接触力%这样就可以把受电弓的非线性模型简化为两个自由度的线性化模型&如图6所示%6*z M 6(’y &{.M y RZ67|M 6(’y &{.M y 6@}#’y .M 6(’y &{.M {6@~M (’y &{.M {+!’y &{.@M V ’y &{.M y ’Y .66交通运输工程学报6$$6年位长度梁的质量!即线密度"#$为材料的阻尼比#%!&’("为单位长度梁上的外力#)!&’("为单位长度梁上分布的外力矩*当分别在&+,-&+.-&+/!其中,-.-/为任意值"外有一集中质量)+)0-集中力1+20-集中力矩3+30时’它们的线密度-分布力以及分布力矩就变为4函数’其表达式为56!&"+)04!&7,"%!&’("+204!&7.")!&’("+304!&7/"根据文献89:’利用模态分析方法将偏微分方程简化为为常微分方程’其简化过程如下;首先不妨设接触线振动位移为<!&’("+=>?+6@?!&"A ?!("!B "式中;@?!&"为第?阶主模态#A ?!("为第?阶广义坐标*利用主振型正交性可以得出接触网的普通二阶常微分方程组’其表达式为)??A C?DE )??F >?,?A G?D )??F E>?A ?+H ?!("!?+6’E ’I’>"!J "式中;)??-F >?-,?-H ?!("分别为第?阶模态质量-角频率-阻尼比及广义力*)??+KL85L !&"D )04!&7,":@E?!&"M &+KL5承力索!&"G @E?!&"M &D KL05接触线!&"@E?!&"M &D =N M O P QR +6)吊弦@E ?!&R"D =N S P TU +6)限拉器@E?!&U "D =N S P TU 6+6)支撑杆@E?!&U 6"H ?!("+K L@?!&V"%!&’("D 204!&7."D W 8)!&’("D304!&7/":XW &M &+=YR +61Z R @?!.R"[\]受电弓^接触网垂向耦合动力学模型由于轮轨系统的重量远远大于弓网系统的质量’其轮轨力也远远大于弓网力’因而弓网系统的振动对轮轨系统的影响完全可以忽略不计8_:*于是’可以将机车‘轨道耦合振动分析所得的车顶响应作为弓网系统的激扰输入*这样’受电弓^接触网垂向耦合动力学模型可简化成如图a 所示’其系统是通过接触力联系在一起’而接触力又是通过接触弹簧刚度以及在接触点处弓头与接触线上相应两点的竖直位移之差来求得’根据文献8B :’接触弹簧刚度取为w xy’(":!60"z 受电弓^接触网参数及接触网的动态特性z \[受电弓^接触网的参数{{_受电弓及|}690‘0接触网的基本参数8J ’60:列于表6-E *表6{{_受电弓基本参数~!"g 6~#$$%$&$’(!)*+!)!&$($),-.(#$//_+!’(-0)!+#L 6L EL bL aL 1L 9L _46\a _06\9b a E \09b 0\E E _0\9b 60\J 900\J J B b 6\J 92)6)E)b363E3b45E 066\1E 1\1a \6J J 0\B B a 6_\E a _0\E _00\b a 13v t v 6v 7v 31t 1617161_900E 0表E |}690‘0接触网基本参数~!"g E ~#$$%$&$’(!)*+!)!&$($),-.(#$89690:0;!($’!)*材料横截面积^cc E 弹性模量^<n线密度^=f G c 76张力^=N 承力索>?@|6E 0^b 161b 0\B 6_A 60660\90E 6_接触线B e {6E 06E 06\b A 60666\0_6b跨数1跨距^c 91结构高度^c6\1z \z 接触网的动态特性针对上面的|}690‘0简单链型悬挂接触网’用C N {D {软件建立有限元模型’进行模态分析’可以bE 第6期梅桂明’等;受电弓^接触网系统动力学模型及特性表!接触网前"#阶固频率$%&’()*+!(,-./012)3"#2,./-45-167-80.2,-6)2-1)/9:;:##<=>=""#<=??>@#<=A ">>#<=A">?:<##>::<@:!A :<@">!:<=#>#:<=?"::<=B :>::;>#><B ="B ><A "?@><@!>B ><=#:>><=>@A !<"?!?!<B >@:!<A !!>!<@!#!!<@A >">:;!#?<!?!B ?<?B #A ?<"@B !?<A #?=?<A B !!"<::"?"<>>=B "<!?=:"<?">""<?==#!:;?#"<A @@?"<@##""<@B B A "<=>B !"<=B "!B <##>:B <B @>=B <B @!#B <B @!:B <B @!??:;"#B <B @!"B <A :?BB <A :"!B <A :"@B <@:"=B <@:@!B <@@!"B <@@A @B <@=A @B <=#B "触网系统的动力响应的影响不能体现出年接触网系统动力学模型及特性。
弓网动态关系可视化仿真系统
等优点 。现广泛应 用于模拟训练 、 虚拟现实及其 它实 时动态仿
真 系 统 中。
在本系统 中， 主要 的模型有支柱 、 接触网 、 位器 、 定 机车 、 受
电 弓 、 轨 、 其 它衬 托 用 的模 型 。 托 用 的模 型 一般 用 贴 图方 铁 及 衬 式 来 实 现 ， 们 在 同 一 次 仿 真 中基 本 不 变 ， 不 用 控 制 它 们 。 它 也 支
２ １系统 的 开发 环境 ．
柱、 定位器 、 机车 、 受电 弓、 轨等模型从建模到仿真结束其形 铁 状、 大小都是不变 的， 可以用建模软件建好 ， 然后调用 ， 叫静态
模型 。 触网（ 含接触线 、 力索 、 弦等 ） 接 包 承 吊 与上 述 几 种 模 型 不
同， 它是随不同的跨距 、 接触 网类 型、 接触线类型而不同 ， 因此 ，
摘 要 ：采 用 Ｖ Ｃ控 制 台应 用程 序 和 Ｄｒｃ３ 图 形库 技 术将 受 电 弓及 接 触 网 的运 行 状 态 以三 维 动 画方 式 演 绎 出 来 ，不 ｉ ｔＤ ｅ
仅 能 够 准 确 的 反 映 受 电 弓的 运 动轨 迹 、 触 网 的振 动状 态 ， 能根 据 装 入 的检 测 数 据 来仿 真 行 车 状 况 ， 导 运 营 管 理 部 门 接 还 指 的 日常维 护 检 修 。 本 文 介 绍 了基 于 Ｖ Ｃ和 Ｄｒ ３ 的接 触 网与 受 电 弓动 态关 系可视 化 仿 真 系统 的 开 发 。 ｉ Ｄ ￣ｔ
２ ２ 系统 结 构 与 功 能 ．
系统 的总 体 结 构 如 图 １ 示 。 所
接 触 网／ 境态 模 型 受 电 弓
以受 电 弓为 例 （ ２中 的文 字 是 受 电 弓模 型 的变 换 参 数 ） 图 ， 它是 固定 模 型 的典 型 ， 用第 三方 软 件建 好 ， 利 用 Ｄｒ Ｄ提 再 ｉ ３ ￣ｔ 供 的插 件 把 模 型转 换 为 Ｄｒｃ ３ ｉ ｔ Ｄ可 识 别 的数 据 文 件 ，它 在 设 ｅ
电气化铁道受电弓-接触网系统受流特性研究的开题报告
电气化铁道受电弓-接触网系统受流特性研究的开题报告一、选题背景受电弓是电气化铁道中的重要设备，其作用是将电能从接触网输送到铁路车辆上。
受电弓的工作性能不仅需要满足高速列车时的稳定性和可靠性，还需要考虑铁路电气化系统能量效率和节能减排。
因此，对受电弓-接触网系统的受流特性研究具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容本次研究将主要探索以下几个方面：1. 电气化铁道受电弓与接触网的工作原理及组成构造。
包括受电弓与接触网的电气特性、结构、作用机理等方面的介绍。
2. 受电弓-接触网系统的受流特性分析。
根据电路理论及硬件搭建，建立电气仿真模型，并通过仿真分析受电弓-接触网系统的受流特性，了解系统的性能和稳定性。
3. 受电弓-接触网系统的优化设计。
针对受电弓-接触网系统在高速列车运行时可能出现的自激振荡、跳闸等问题，探究受电弓-接触网系统的优化设计方法和策略。
4. 实验研究及数据分析。
通过实验验证受电弓-接触网系统的仿真模型的准确性，并分析实验数据，为受电弓-接触网系统的工作性能提供数据支持。
三、研究意义本次研究的意义体现在以下几个方面：1. 对受电弓-接触网系统的受流特性进行深入探究，为电气化铁道的稳定性和可靠性提供重要支持。
2. 探索受电弓-接触网系统的优化设计方法和策略，在高速列车运行时提高电气系统的工作效率和能量利用效率。
3. 构建受电弓-接触网系统的电气仿真模型，为后续研究提供理论支持和数据支持。
四、研究方法本次研究将采用理论分析、仿真模拟、实验研究等多种方法，通过建立电气仿真模型，分析受电弓-接触网系统的电气特性及受流特性，并通过实验验证仿真模型准确性。
五、预期结果本次研究预计将获得以下几个方面的结果：1. 得到受电弓-接触网系统在高速列车运行时的受流特性、稳定性和可靠性等方面的数据和实验结果。
2. 探究受电弓-接触网系统的优化设计方法和策略，并提供优化方案。
3. 提出受电弓-接触网系统的电气仿真模型，并验证其准确性。
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受电弓与接触网系统(以下简称为弓网系统)是 通过滑动接触传输电能的机电设备，接触网沿铁路 铺设，受电弓安装在电气列车上方，两者通过弓网 接触点进行电能传输，接触质量的好坏决定了电能
收稿日期：2016−11−15 基金项目：国家自然科学基金资助项目(U1534209)
传输效率。在受电弓高速运动过程中，空气对受电 弓、受电弓对接触网的机械动力影响比普通速度大 的多，因此在高速铁路运行过程中，有必要研究弓 网动态性能。而得到弓网动态性能参数有 2 个途
第 14 卷 第 11 期 2017 年 11 月
铁道科学与工程学报 Journal of Railway Science and Engineering
Volume 14 Number 11 November 2017
受电弓与接触网 动态仿真模型建立及其确认
关金发，吴积钦 (西南交通大学 电气工程学院，四川 成都 610031)
摘 要：利用有限元法建立受电弓与接触网的动态仿真模型。受电弓可等效为三质量−阻尼−刚度系统，考虑吊弦为仅受拉
力的非线性单元，接触网可等效为空间杆−梁−索单元组成的系统，弓网滑动接触模型以罚函数法处理，通过直接时间积分 得出节点位移与单元受力结果。依据 EN50318 中有关弓网动态仿真模型的确认方法，结合京津城际和京沪高铁弓网动态测 试数据，进行标准模型和现场实测的比较，确认本仿真模型是可信赖的，为弓网系统设计与结构优化提供一种有力手段和研 究工具。 关键词：受电弓；接触网；建模；确认 中图分类号：U225 文献标志码：A 文章编号：1672 − 7029(2017)11− 2444 − 08
Building and confirmation for dynamic simulation model of pantograph and catenary
GUAN Jinfa, WU Jiqin
(Department of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)
通信作者：关金发(1986−)，男，广东中山人，博士，从事铁路弓网动力行为的研究；E−mail：kwanji真模型建立及其确认
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径，一个是现场实测数据，另一个是计算机仿真模 拟。现场测试数据耗费人力物力较大，不能作为长 期研究弓网动态性能的主要手段。而经确认的弓网 仿真模型能经济有效地获取弓网动态性能参数，可 预测新建线路或评估既有线路的弓网动态性能，能 优化受电弓与接触网结构参数，为弓网系统设计、 施工、维修提供有力工具。Jesús 等[1−7]利用有限元 法，建立弓网有限元模型，进行弓网仿真，分析弓 网动态特性；曲昀卿[8]把接触网等效为变刚度一维 质量弹簧，与受电弓组成动态方程，求解该方程得 到弓网接触力；黄标[9]利用虚拟样机技术，建立轨 道、机车、受电弓和接触网三维仿真模型，分析了 弓网耦合系统的动态学特性。铁道综合技术所 等 [10−14] 是介绍各个国家或公司的弓网系统商业仿 真软件，并通过该软件进行弓网仿真，包括：日本 开发的架线道、法国国铁开发的 OSCAR、德国 BB 公 司 开 发 的 CATMOS 、 德 国 西 门 子 公 司 开 发 的 SicatMaster 和 德 国 DB 联 合 多 家 公 司 开 发 的 PrOSA。已有研究现状侧重论述弓网动态仿真建模 过程，尚未按一定确认方法，验证弓网动态仿真计 算结果，而可信赖的弓网仿真计算结果是弓网仿真 模型应用的前提。基于此，本文利用有限元法建立 弓网仿真模型， 并通过标准 EN50318[15]中的仿真验 证流程，与理论模型、现场实测数据对比，确认弓 网仿真模型的有效性。
Abstract: Dynamic simulation model of pantograph and catenary was built using the finite element method. Pantograph is equivalent to a three-mass-damper-stiffness system. Considering droppers as nonlinear elements only stressed by tension, catenary is equivalent to an assembly of 3D bar, beam and cable elements. Sliding contact model of pantograph and catenary was handled by penalty function. Nodal displacement and element stress can be obtained by direct time integration. According to the confirmation method of EN50318, the credibility of the simulation system can be confirmed by the comparison of standard model with the measured data from working sites in Beijing-Tianjin intercity railway and Beijing-Shanghai high-speed railway. This simulation system provides an efficient way for the design and structure optimization of pantograph and catenary system. Key words: pantograph; catenary; modeling; confirmation