受电弓-刚性接触网摩擦自激振动研究

作     者：李先航 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈光雄

授予年度：2022年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：刚性弓网系统 接触线波磨 摩擦自激振动 复特征值分析 瞬时动态分析 

摘      要：刚性悬挂接触网因其结构简单、维护方便、无张力、低电阻等特点被广泛应用于地铁隧道内。虽然刚性接触网具备众多优点,但却发现很多接触线出现了波磨问题,接触线波磨会恶化刚性弓网接触关系,影响到刚性弓网系统的受流质量。对于架空刚性接触网,接触线波磨形成的机理尚未阐明,因此研究其产生机理并获得减缓或抑制接触线波磨的措施具有重要意义。本文基于摩擦自激振动引起波磨的理论,从摩擦学的角度,利用ABAQUS有限元软件建立刚性弓网系统摩擦自激振动有限元模型并进行复特征值分析和瞬时动态分析,研究刚性弓网参数对接触线波磨的影响,获取减缓或抑制接触线波磨的措施。本文主要研究内容与成果如下:(1)使用复特征值法对刚性弓网系统有限元模型进行分析,预测接触线波磨可能出现的频率为?=818.01 Hz,根据行车速度推知此时接触线波长λ=20.4 mm,这与现场实测波长很接近,说明接触线波磨预测模型基本合理。(2)使用瞬时动态分析法模拟了受电弓沿接触网的滑动过程,并对动态接触力时域响应、滑板及接触线的振动情况进行了分析,研究发现:滑板与接触线间摩擦自激振动导致动态接触力波动形成接触线波磨,摩擦自激振动主要出现在滑板及接触线法向。(3)利用复特征值法研究了多个刚性弓网参数对接触线波磨的影响,研究结果表明:当摩擦系数μ≥0.15时,刚性弓网系统都会发生频率?=818.01 Hz的摩擦自激振动现象,这个摩擦自激振动引起刚性接触线波磨。当摩擦系数μ0.15时,可以显著减轻接触线波磨;当静态接触力F≤110 N,可以有效缓解接触线波磨;当弓头悬挂扭簧刚度K=100 N·m/rad时,接触线波磨发生的可能性较小;当跨距L=6 m时可以有效缓解接触线波磨;当接触线磨耗深度d=1.0 mm时,此时刚性弓网系统产生接触线波磨的趋势最小;当弹性定位线夹弹簧刚度K=6×10N/m时,其对接触线波磨抑制能力最强;弹性螺栓对接触线波磨发生趋势几乎没有影响;铜银合金接触线和弹性绝缘子可以减小接触线波磨发生的可能性。