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受电弓/接触网系统动力学模型及特性

梅桂明 张卫华

梅桂明, 张卫华. 受电弓/接触网系统动力学模型及特性[J]. 交通运输工程学报, 2002, 2(1): 20-25.
引用本文: 梅桂明, 张卫华. 受电弓/接触网系统动力学模型及特性[J]. 交通运输工程学报, 2002, 2(1): 20-25.
MEI Gui-ming, ZHANG Wei-hua. Dynamics model and behavior of pantograph/catenary system[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2002, 2(1): 20-25.
Citation: MEI Gui-ming, ZHANG Wei-hua. Dynamics model and behavior of pantograph/catenary system[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2002, 2(1): 20-25.

受电弓/接触网系统动力学模型及特性

基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 59875072

教育部博士点基金资助项目 2000061307

详细信息
    作者简介:

    梅桂明(1974-), 男, 湖北黄梅人, 西南交通大学博士生, 从事受电弓/接触网系统动力学研究

  • 中图分类号: U225.1

Dynamics model and behavior of pantograph/catenary system

More Information
    Author Bio:

    MEI Gui-ming (1974-), male, a doctoral student of Southwest Jiaotong University, engaged in the study of dynamics of the pantograph/catenary system

  • 摘要: 针对中国提速铁路采用的CH160-0简单链型悬挂接触网及SS7受电弓, 建立接触网的有限元模型, 计算得出固有频率及相应的模态振型, 导出其振动方程, 并推导出受电弓非线性模型的运动微分方程, 利用泰勒级数展开对非线性模型进行线性化, 得到受电弓框架的等效参数, 最后在这个基础上建立起受电弓/接触网垂向耦合动力学模型。应用受电弓的线性模型及非线性模型, 而且考虑机车、轨道激扰因素影响下, 对接触网/受电弓系统的动态进行了运行模拟计算并加以比较。

     

  • 图  1  受电弓非线性模型

    Figure  1.  The nonlinear model of the pantograph

    图  2  受电弓线性模型

    Figure  2.  The linear model of the pantograph

    图  3  CH160-0简单链型悬挂接触网

    Figure  3.  The CH160-0 simple stitched catenary

    图  4  受电弓/接触网垂向耦合动力学模型

    Figure  4.  The vertical coupling dynamic model of the pantograph/catenary system

    图  5  接触网的振动模态

    Figure  5.  The vibration modes of the catenary

    图  6  受电弓为线性、非线性模型时接触力及位移的变化情况

    Figure  6.  The variation of the contact force and the displacement on the condition of the nonlinear/linear pantogrph

    图  7  受电弓为线性、非线性模型时频谱分析结果

    Figure  7.  The result of the frequency-phase analysis on the condition of the nonlinear/linear pantogrph

    图  8  机车顶部位移振动响应

    Figure  8.  The response of the displacement on the top of the locomotive

    图  9  线性模型时接触力的变化曲线

    Figure  9.  The variable curve of the contact force on the linear pantograph

    图  10  非线性模型时接触力的变化曲线

    Figure  10.  The variable curve of the contact force on the nonlinear pantograph

    表  1  SS7受电弓基本参数

    Table  1.   The elementary parameters of the SS7 pantograph

    l1 l2 l3 l4 l5 l6 l7 δ
    1.470 1.634 2.063 0.227 0.631 0.960 0.998 31.96°
    m1 m2 m3 J1 J2 J3 e f
    20 11.5 25.5 4.199 0.884 17.247 0.270 0.345
    MH KH CH BH MF KF CF BF
    15 7600 0 0 20 0 0 0
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    表  2  CH160-0接触网基本参数

    Table  2.   The elementary parameters of the CH160-0 catenary

    材料 横截面积/mm2 弹性模量/Pa 线密度/kg·m-1 张力/kN
    承力索 GLJC120/35 153 0.817×1011 0.602 17
    接触线 RiS120 120 1.3×1011 1.07 13
    跨数 5
    跨距/m 65
    结构高度/m 1.5
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    表  3  接触网前50阶固频率(Hz)

    Table  3.   The frontal 50th frequencies of the catenary

    1~10 0.92955 0.94428 0.97522 0.97524 1.0021 1.8137 1.8523 1.9020 1.9451 1.9612
    11~20 2.6956 2.7548 2.8326 2.9012 2.9287 3.5434 3.6281 3.7332 3.8303 3.8725
    21~30 4.3436 4.4607 4.5863 4.7049 4.7633 5.1154 5.2296 5.3491 5.4525 5.4990
    31~40 5.7884 5.8005 5.8667 5.9263 5.9653 6.0021 6.6829 6.6830 6.6831 6.6834
    41~50 6.6835 6.7146 6.7153 6.7158 6.8159 6.8183 6.8835 6.8878 6.8978 6.9065
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  • 收稿日期:  2001-12-18
  • 刊出日期:  2002-03-25

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