• ISSN 0258-2724
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高速铁路接触网腕臂系统的力学特性

张静 刘金增 刘志刚 储文平

张静, 刘金增, 刘志刚, 储文平. 高速铁路接触网腕臂系统的力学特性[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(2): 347-353. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190040
引用本文: 张静, 刘金增, 刘志刚, 储文平. 高速铁路接触网腕臂系统的力学特性[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(2): 347-353. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190040
ZHANG Jing, LIU Jinzeng, LIU Zhigang, CHU Wenping. Mechanical Characteristics of High-Speed Railway Catenary Cantilever System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(2): 347-353. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190040
Citation: ZHANG Jing, LIU Jinzeng, LIU Zhigang, CHU Wenping. Mechanical Characteristics of High-Speed Railway Catenary Cantilever System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(2): 347-353. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190040

高速铁路接触网腕臂系统的力学特性

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190040
基金项目: 国家自然科学基金(51405401,U1434203,U1734202)
详细信息
    作者简介:

    张静(1979—),女,副教授,研究方向为高速弓网系统动力学及受电弓控制,E-mail: sdzj2006@126.com

  • 中图分类号: U225.4

Mechanical Characteristics of High-Speed Railway Catenary Cantilever System

  • 摘要: 为了解决高速铁路接触网腕臂疲劳裂纹及零部件脱落的难题进行了腕臂系统的力学特性研究. 建立了腕臂的实体有限元模型,研究了腕臂系统在风环境和覆冰影响下的静力学特性;采用模态分析,获得腕臂的固有频率和振型;基于变形方程,推导出腕臂系统载荷的传递函数,获得了腕臂上载荷的分布规律;通过台架试验验证了腕臂实体有限元模型的正确性. 研究结果表明:腕臂系统的最大位移均在定位线夹处;当覆冰载荷作用时,腕臂系统的最大应力点在斜腕臂和套管双耳连接的螺栓处;当静风荷载作用时,腕臂系统的最大应力点在定位线夹处.

     

  • 图 1  腕臂有限元模型

    Figure 1.  Finite element model of cantilever

    图 2  腕臂中的旋转连接

    Figure 2.  Cantilever rotation connection

    图 3  不同工况下腕臂的有限元计算结果

    Figure 3.  Finite element calculation value of cantilever with different working conditions

    图 4  腕臂系统前6阶模态振型

    Figure 4.  First six order vibration mode shape images of cantilever system

    图 5  定位器铰接模型

    Figure 5.  Articulation model of steady arm

    图 6  腕臂杆模型

    Figure 6.  Bar model of cantilever

    图 7  腕臂载荷模型模型

    Figure 7.  Load model of cantilever

    图 8  计算结果和仿真结果对比

    Figure 8.  Comparison between calculation value and simulation value

    图 9  腕臂试验

    Figure 9.  Cantilever test

    图 10  腕臂静力学试验

    Figure 10.  Cantilever statics experiment

    图 11  测点 ①、③、④、⑦ 仿真和试验结果对比

    Figure 11.  Comparison of simulation and test value of measuring points ①,③,④ and ⑦

    表  1  腕臂载荷

    Table  1.   Cantilever load N

    条件 承力索座
    水平负载
    承力索座
    垂直负载
    定位线夹
    水平负载
    定位线夹
    垂直负载
    无环境荷载下 555 1082 640 120
    30 m/s 风速下 1047 1082 1154 120
    10 mm 覆冰厚度下 555 1809 640 120
    综合覆冰和风载下 1515 1809 1576 120
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    表  2  腕臂前10阶固有频率

    Table  2.   First ten order natural frequencies of cantilever Hz

    阶数 频率 阶数 频率
    1 4.230 6 20.912
    2 6.110 7 21.097
    3 9.503 8 26.182
    4 12.494 9 36.978
    5 17.178 10 43.694
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    表  3  腕臂装置静态强度试验与仿真结果对比

    Table  3.   Comparison of static strength test and simulation results of cantilever

    测试点 测试值/×10−6 计算值/×10−6 相对误差/%
    −10.98 −9.34 14.94
    −0.23 −0.22 4.35
    17.99 13.78 23.40
    27.51 25.51 7.27
    13.88 12.70 8.50
    709.28 780.01 9.97
    −27.07 −24.80 8.39
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-09
  • 修回日期:  2019-05-13
  • 网络出版日期:  2020-06-30
  • 刊出日期:  2021-04-15

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