城市轨道交通受电弓疲劳性能分析

摘要

随着中国城市轨道交通快速发展，受电弓-接触网系统被大量的应用到其中，大幅度的改善了城市交通拥堵的问题。与此同时，随着列车运行负载的加重和里程数量的增加，受电弓在未达到设计的使用寿命内出现裂纹、开裂等故障，导致了列车维修成本增加，并且严重影响了列车运行的安全性。因此分析受电弓裂纹产生的原因、研究受电弓的疲劳性能对保证受电弓运行的稳定性和城市轨道交通列车安全、高效运行有着至关重要的意义。
　　本文以中国城市轨道交通现阶段广泛使用的受电弓为研究对象，通过理论分析、有限元计算、受电弓应力测试试验等方法研究了受电弓的疲劳性能。首先，基于受电弓的几何运动关系和所受载荷分析了受电弓危险部位应力的影响因素，接着利用疲劳理论分析了受电弓的表面特性、温度以及腐蚀介质对受电弓疲劳寿命的影响;其次，在理论分析的基础上，使用ANSYS软件对处于不同工况下的受电弓进行了静力学分析得到不同工况下受电弓各部件的应力分布情况和最大应力的位置，并使用模态分析确定了受电弓在振动过程中受激励频率影响较大的部位;最后，通过受电弓台对受电弓的应力进行了试验测试，并通过试验测试结果分析了弓网间的接触力、激励振动频率和受电弓工作高度等因素对受电弓应力的影响，进而分析其对受电弓疲劳性能的影响。
　　通过理论分析可知，受电弓所受负载越大、部件的厚度越薄和长度越长，受电弓危险部位的应力就越大，疲劳寿命就越短;使用ANSYS软件对受电弓进行仿真分析得到，受电弓危险部位的应力随着接触力的增大而增大，而随着工作高度的增加而减小，并由模态分析得出受电弓框架和弓头在其固有频率下振动幅值较大;通过受电弓应力静态测试显示了受电弓框架上的应力与工作高度呈近似线性的变化关系，且随着工作高度增加而减小;通过动态试验结果显示在不同的激励频率区间，受电弓各部件应力呈现出不同的变化趋势。当激励频率为1-8Hz时，受电弓各部件应力表现出相同的变化趋势，但各部件之间应力振动幅值存在较大的差异;当激励频率在8-20Hz时，各部件应力就呈现出不同的变化，其中上下臂杆连接处在12-13Hz和17-20Hz其振动幅值又一次的加强，而下臂杆连接处却一直相对平稳。最后，使用试验测试结果推导了受电弓疲劳寿命与激励频率的关系。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 疲劳研究现状

1．2．2 受电弓研究现状

1．3 本文研究内容和方法

第2章 受电弓的疲劳寿命

2．1 受电弓

2．2 疲劳

2．2．1 疲劳寿命

2．2．2 S-N曲线设计方法

2．3 影响受电弓疲劳寿命的主要因素

2．3．1 受电弓作用应力

2．3．2 受电弓疲劳极限

2．4 本章小结

第3章 受电弓有限元分析

3．1 有限元分析法

3．2 受电弓有限元模型建立

3．3 计算结果

3．3．1 静力学

3．3．2 自由模态和预应力模态

3．4 本章小结

第4章 受电弓应力测试

4．1 测试方案

4．1．1 静态

4．1．2 动态

4．2 测试设备安装

4．2．1 测试点选择

4．2．2 应变片安装

4．2．3 其他设备的安装

4．3 静态应力测试

4．3．1 静态测试结果及分析

4．3．2 接触力对静态应力的影响

4．4 动态应力测试

4．4．1 动态测试结果及分析

4．4．2 接触力对动态应力的影响

4．5 频率与疲劳寿命

4．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果