基于多体动力学孤受电弓系统分析和仿真研究

摘要

随着铁道现代化程度越来越高，高速列车的普及已是大势所趋。高速列车的运行，除了需要高品质的电力机车车辆和线路外，还需要优良的受电弓-接触网系统与之匹配。弓网系统作为列车的能源供给机构，其运行性能与列车的运行速度及稳定性密切相关。基本上所有的电力机车都是通过受电弓从接触网获取电能来驱动牵引电动机车运行的。受电弓可靠的受流质量是保证机车正常供电的重要条件。
　　 本文首先介绍了国内外受电弓及弓网耦合关系研究现状，并简单介绍了多体动力学基本理论和Simpack软件及其在铁轨和弓网耦合方面的应用。其次，在建立受电弓数学模型的基础上，分析了受电弓的几何运动关系，利用拉格朗日方程推导了受电弓的的非线性运动微分方程，并对其进行了线性化处理，并通过对受电弓框架各个杆件的受力分析，运用牛顿定律推导了受电弓的牛顿欧拉方程。再次，本文对高速受电弓进行了系统静力学分析，在建立受电弓框架结构几何关系模型的基础上，计算了受电弓升弓过程中的弓头运动轨迹、升弓转矩和归算质量，并分析了它们之间的相互关系和相互影响。最后，基于多体系统动力学对受电-接触网系统进行了动力学研究，分别利用CAD软件ProE和有限元软件Ansys建立了受电弓和接触网的三维实体模型，导入多体动力学软件中，建立了受电弓和接触网的动力学仿真模型，分析了受电弓的基本动力学特性。本文在系统的研究了受电弓静力学的基础上初步分析了受电弓的动力学特性，对弓网耦合仿真研究具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 受电弓国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 几种类型受电弓

1.3 本文主要内容及意义

第二章 多体动力学研究与仿真工具

2.1 多体动力学基本理论

2.2 多体动力学仿真

2.3 多体动力学仿真软件Simpack简介

2.3.1 Simpack及Wheel-Rail模块

2.3.2 Simpack在弓网耦合系统中的应用

第三章 受电弓机构运动和受力分析

3.1 受电弓几何运动关系分析

3.2 受电弓机构动力学分析

3.2.1 非线性微分方程的建立

3.2.2 非线性微分方程线性化

3.3 牛顿-欧拉受力方程分析

3.4 本章小结

第四章 受电弓静力学分析

4.1 弓头轨迹计算

4.2 升弓转矩计算

4.3 归算质量计算

4.4 本章小结

第五章 基于Simpack的受电弓系统动力学分析

5.1 受电弓MBS模型

5.1.1 受电弓三维模型

5.1.2 受电弓MBS模型

5.2 受电弓动力特性分析

5.3 接触网MBS模型

5.3.1 弹性体建模假设

5.3.2 接触网MBS模型

5.4 弓网耦合模型及其初步分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文