受电弓结构优化设计及其绝缘子破坏机理研究

摘要

地铁是现今社会能够有效缓解公共交通资源紧张、节约利用土地的一种必不可少的公共交通工具。随着城市地铁的普及，地铁在运行过程中的安全稳定问题引起了大家的普遍关注。受电弓作为影响地铁运行的关键设备之一，是地铁列车从接触网上获取电能的装置。本文以单臂受电弓为研究对象，围绕受电弓运动学、动力学特性以及绝缘子受冲击载荷作用发生的断裂现象展开研究，论文的主要工作如下:
　　1.建立受电弓几何参数数学模型，采用目标优化设计方法对受电弓的结构参数进行优化设计，得到合理的结构参数;建立该结构参数的受电弓三维模型，运用虚拟样机技术对此模型进行仿真分析，仿真结果与优化结果基本一致，优化后的受电弓性能更加优越。
　　2.在上述研究的基础上，建立受电弓有限元模型，进行了结构力学特性分析和模态分析。结果表明:受电弓的横向刚度满足国家与行业标准;受电弓各部件的连接处存在应力集中;受电弓的前6阶模态均未超过20HZ，属于低价模态。上述结论为受电弓的进一步优化设计奠定了理论基础。
　　3.设计受电弓电机轴力测试试验，得到绝缘子的受力情况;运用疲劳累积损伤理论对TH绝缘子以及CD绝缘子进行疲劳寿命对比分析，结果表明:CD绝缘子的性能比TH绝缘子更加优越。
　　4.分析受电弓绝缘子的断裂原因，并在此基础上对后端绝缘子组进行结构改进。结果表明，经过结构改进的后端绝缘子组不仅应力集中值更小，而且绝缘子的疲劳损伤度也大大降低，结构更加合理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 受电弓研究现状

1．2．2 绝缘子研究现状

1．3 本文的主要工作

第二章 受电弓结构参数优化设计

2．1 优化设计概述

2．2 受电弓结构参数优化

2．2．1 设计变量的选择

2．2．2 受电弓结构数学模型的建立

2．2．3 约束条件的确定

2．2．4 目标函数的确定

2．3 优化方法及结果分析

2．3．1 MATLAB优化工具箱的介绍

2．3．2 优化函数的选择

2．3．3 弓头运动轨迹优化结果分析

2．3．4 升弓转矩优化结果分析

2．3．5 平衡杆转角优化结果分析

2．4 受电弓的动力学仿真验证

2．4．1 虚拟样机技术

2．4．2 建立受电弓虚拟样机模型

2．4．3 受电弓仿真结果分析

2．4．4 仿真结果与优化结果曲线对比

2．5 总结

第三章 受电弓结构特性分析

3．1 受电弓力学特性分析

3．2 受电弓静强度分析

3．2．1 受电弓有限元模型的建立

3．2．2 受电弓横向刚度分析

3．2．3 受电弓零部件强度分析

3．3 受电弓动力学性能分析

3．4 总结

第四章 两种型号绝缘子疲劳分析

4．1 疲劳分析基本理论

4．1．1 疲劳分析的基本概念和分类

4．1．2 瘦劳累积损伤理论

4．1．3 材料的S-N曲线

4．2 疲劳分析方法与过程

4．2．1 疲劳分析方法

4．2．2 疲劳分析过程

4．3 受电弓绝缘子轴力测试试验

4．3．1 试验目的

4．3．2 试验原理

4．3．3 试验结果分析

4．4 两种型号绝缘子疲劳分析对比

4．4．1 绝缘子三维模型的建立

4．4．2 绝缘子有限元分析对比

4．4．3 绝缘子疲劳分析对比

4．5 总结

第五章 受电弓绝缘子组的结构改进

5．1 受电弓绝缘子断裂的可能原因分析

5．2 CD绝缘子组的结构改进

5．3 结构改进前后绝缘子组疲劳分析对比

5．4 总结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

作者简介