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受电弓非线性动力学建模方法及应用研究
| 论文题名： | 受电弓非线性动力学建模方法及应用研究 |
| 关键词： | 电力机车;受电弓;非线性动力学;相对坐标系法 |
| 摘要： | 受电弓是列车受流的关键部件之一。受电弓在服役过程中，处于复杂的力学环境之中:一方面受到由路基、轨道、转向架、车体传递到其下端（底座）的载荷和约束，另一方面受到接触线传递到上端（滑板）的载荷和约束，此外，还处于复杂气动和电磁环境之中。受电弓通常设计为连杆机构，具有几何非线性的特点，其能通过各部件相对位置的不断变化来适应复杂的线路条件。 为了精确描述受电弓机械构件在弓网系统相互作用过程中的动力学行为，采用多体系统动力学领域的相对坐标系方法，建立起考虑多种因素影响下的受电弓的非线性动力学方程，并进行弓网仿真分析。本文主要内容如下: (1)依据多体系统动力学领域相对坐标方法，详细推导出受电弓多刚体模型的动力学方程;在弓头承受静载荷和动载荷两种工况下，将其与多体软件Recurdyn计算结果进行对比验证。 (2)将基于相对坐标系的受电弓模型接入到受电弓/接触网耦合仿真系统，研究弓网系统受流质量。建立起受电弓各主要部件（上框架、拉杆、下臂杆）的牛顿欧拉方程，求解出运行过程中的动态铰接约束力。应用达朗贝尔原理计算出弓网相互作用过程中受电弓主要部件所承受的动载荷。详细分析了受电弓主要载荷传递的特点。 (3)建立起考虑受电弓底座运动的受电弓多刚体动力学方程，并将其应用于弓网耦合仿真。分析了列车垂向振动对弓网受流质量的影响规律;分析了受电弓开口、闭口方向运行条件下，列车加、减速过程中，纵向牵引加速度对弓网受流质量的影响规律。 (4)在传统受电弓多刚体模型基础上，将弓头考虑滑板托架-双滑板结构（释放了弓头的点头运动），并进行弓网仿真分析，并将其与弓头简化为单自由度质量弹簧模型做对比。 (5)以相对坐标方法为基础，结合柔性多体动力学领域的有限段法，对受电弓上框架进行离散，提出了n自由度受电弓模型，简单分析了受电弓上框架的柔性特征对弓网受流质量的影响规律。 研究表明:相对坐标方法能较好的描述受电弓非线性动力学行为，能适用于考虑多种因素作用下的弓网耦合仿真，包括:考虑底座运动（即考虑车体振动）的车-弓-网仿真;考虑弓头简化为滑板托架-双滑板模型;考虑上框架柔性特征等，具有较好的实用价值。 |
| 作者： | 王江文 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 梅桂明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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