风环境下高速双弓-网系统动态受流特性研究

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受电弓-接触网系统作为车网耦合大系统的重要组成,其良好的动态性能是保证列车安全、稳定、高效运行的关键要素。随着高速列车速度的不断提升以及重联动车组的投入使用,新的弓网关系问题亟待解决。尤其是当系统受到大风、覆冰等外界因素干扰时,弓网受流性能将进一步恶化,严重时将会威胁列车的运营安全。为此,本文以重联动车组的弓网耦合系统为研究对象,考虑实际工况中存在的环境风和接触网覆冰等外部扰动因素的影响,对风环境下双弓-网动态受流特性进行探究,旨在为优化大风环境下弓网受流质量和接触网防风参数设计提供一定的参考和依据。主要研究内容如下:(1)建立了受电弓三质量块模型和基于模态分析法的接触网模型,利用罚函数法实现弓网动态耦合,构建单弓-网和双弓-网系统动力学模型。采用EN 50318标准对模型的有效性进行了验证,结果表明所建立的弓网模型符合标准要求。(2)基于空气动力学理论推导修正了考虑空气阻尼的接触网线索运动微分方程。结合波速试验接触网算例,研究了静风载荷引起的空气阻尼特性对接触线波动速度的影响。结合受电弓模型建立了考虑空气阻尼的双弓-网耦合动力学方程组,分析了空气阻尼影响下的双弓-网系统动态受流特性。研究表明:静风载荷引起的空气阻尼对接触线波动速度和双弓-网之间的受流状态均不会产生较大影响。(3)基于AR模型和接触网结构特性建立了接触网沿线脉动风场,采用经验风功谱反演了接触网沿线风场的顺风向及竖风向脉动风速时程,修正了考虑脉动风激励的接触网线索运动微分方程。结合受电弓模型,对脉动风场中高速双弓-网系统进行了受流特性研究。研究表明:风速的提升会引起双弓接触力波动的增大,来流风向越接近于水平向,双弓接触力波动幅度越小;后弓由于受到前弓滑动引起的振动波以及风载荷引起的线索抖振的共同作用,其受流性能更易受风速和风攻角的影响。(4)根据线索覆冰机理推导了覆冰载荷力作用形式,并由此建立了覆冰接触网线索运动微分方程。结合受电弓模型与前人所做的风洞试验数据,探究了风速、线索覆冰厚度对双弓-网系统动态受流的影响。研究表明:在无风条件下,覆冰载荷不会对双弓-网间的受流产生明显的影响;在脉动风影响下,风速和线索覆冰厚度的增加会引起双弓接触力波动的增大与离线率的提高;后弓-网系统受前弓振动波、覆冰载荷及线索抖振三者共同作用的影响,其受流性能更易恶化。
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