棘轮偏转角对接触网安全状态影响及在线监测系统研究

摘要

电气化铁路以其运营速度高、能源消耗少、环境污染低等突出特点，成为我国大力发展的交通运输方式。现代电气化铁路采用电力牵引供电，作为牵引供电系统的重要组成设备，接触网的安全性对高速铁路的稳定运行有重要意义。由于我国高速铁路建设速度较快、结构形式多样，目前对于铁路接触网安全状态的监测尚无法满足高速铁路安全、稳定运行的要求，因此对接触网安全状态在线监测系统的研究势在必行。
　　本文在研究接触网运行状态监测的内容和国内外现状的基础上，系统介绍和分析了接触网的组成、结构，并详细分析了接触网补偿装置，尤其是棘轮补偿装置的工作原理。针对接触网运行的复杂性，建立了接触网关键部件的有限元仿真模型，在整合各部件的基础上，进一步建立接触网整体模型。结合仿真和理论分析，研究了极端风载荷下接触网张力的变化的范围。
　　在理论推导棘轮补偿装置偏转角度与传动效率间关系的基础上，建立了棘轮补偿装置的有限元分析模型。通过该模型的静态仿真分析，得到棘轮补偿装置补偿绳和棘轮面的摩擦系数对接触线或承力索张力的影响;通过对其动态仿真分析，得到在高斯冲击力作用下棘轮补偿装置偏转角度的变化情况和棘轮补偿绳位移比值的变化情况，验证了棘轮补偿装置建模的正确性。通过对棘轮补偿装置传动效率的仿真分析，验证了棘轮补偿装置偏转角度与传动效率关系理论分析的正确性，并确定了正常运行情况下棘轮补偿装置偏转角度的变化范围，为进一步分析接触网安全状态提供了理论和仿真基础。
　　最后，设计了棘轮偏转角在线监测系统的整体构架，完成了倾角传感器信号偏置电路、滤波电路和电源系统的设计。在实验室环境下，完成了滤波试验和倾角模拟测量，验证了电路设计的正确性，为现场测量棘轮偏转角度提供了硬件基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 接触网检测

1．2．1 接触网检测的内容

1．2．2 接触网检测的国内外现状

1．3 本文主要研究的内容

2 电气化铁路接触网介绍

2．1 接触网的组成

2．1．1 接触网悬挂类型

2．1．2 接触网支持及定位装置

2．2 接触网补偿装置

2．2．1 滑轮组式张力补偿装置

2．2．2 弹性张力补偿器

2．2．3 棘轮补偿装置

2．3 本章小结

3 接触网实体建模及有限元分析

3．1 建模及仿真软件

3．1．1 建模软件

3．1．2 仿真软件

3．1．3 接触网建模思路

3．2 支柱结构实体建模

3．3 腕臂结构实体建模

3．3．1 支持装置实体建模

3．3．2 正定位装置实体建模

3．3．3 反定位装置实体建模

3．4 接触网实体模型

3．5 接触网实体模型的有限元分析

3．6 本章小结

4 接触网棘轮补偿装置建模及分析

4．1 棘轮补偿装置传动效率理论分析

4．2 接触网补棘轮偿装置建模

4．2．1 棘轮补偿装置实体建模

4．2．2 棘轮补偿装置有限元分析模型

4．3 棘轮补偿装置静态仿真分析

4．4 棘轮补偿装置动态仿真分析

4．4．1 高斯冲击力下摇杆摆动角度仿真

4．4．2 高斯冲击力下棘轮补偿绳位移仿真

4．4．3 棘轮补偿装置传动效率仿真分析

4．5 本章小结

5 棘轮偏转角在线监测系统

5．1 棘轮偏转角在线监测系统整体构架

5．2 棘轮偏转角测量模块

5．2．1 倾角传感器

5．2．2 电源模块

5．2．3 信号偏置电路

5．2．4 滤波电路

5．3 电路测试

5．3．1 倾角传感器测试

5．3．2 滤波电路测试

5．3．3 信号偏置电路测试

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录A

作者简历

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