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与架空接触网相比,第三轨受流系统因其可靠性高、使用寿命长及维护成本低等优势,在城市轨道交通中被广泛应用。然而,我国第三轨受流系统的理论研究起步较晚,应用技术还不成熟,许多靴轨参数与第三轨受流系统动力学特性间的关系尚不明确。基于上述背景,本文通过理论分析和试验测试相结合的方法研究了受流器/第三轨系统动态问题,取得的研究成果为国内城市轨道交通受流系统设计和建设以及相关行业标准的制定提供了重要的参考依据。
首先,建立了受流器/第三轨耦合动力学仿真计算模型。根据靴轨动态接触力的特点,基于ANSYS/Classic、ANSYS/LS-DYNA软件分别建立了无不平顺接头及含不平顺接头的第三轨有限元模型,同时建立了考虑滑靴表面形貌的二质量受流器模型,并通过接触单元连接受流器与第三轨,建立靴轨耦合模型。
其次,通过受流器/第三轨系统动态特性试验,获得了不同工况下靴轨系统的动态接触力,根据动态接触力的变化规律了解靴轨系统的动力学特性。通过分析动态接触力实测数据并结合现场观测结果,确定了第三轨中间接头安装的不平整易导致靴轨离线和阶跃冲击。
然后,对靴轨检测装置获得的应变分量表征第三轨安装误差的结论进行验证。搭建第三轨安装误差测量平台,获得并分析了第三轨安装误差测试数据;通过标定的受流器弹簧刚度将应变结果转换为第三轨受流面相对高度;采用优化的动态时间规整(DTW)算法度量了第三轨安装误差测试数据与第三轨受流面相对高度的相似度,结果表明列车低速运行下,应变分量测试结果结合里程定位信息可用于第三轨安装精度的初步判断。
最后,基于验证后的靴轨耦合模型进行动力学仿真。针对无不平顺接头的靴轨耦合模型,分析了跨距、运行速度以及支持结构支撑刚度对靴轨动态受流质量的影响;针对含不平顺接头的靴轨冲击模型,分析了不平顺接头高度差及运行速度对靴轨动态受流质量的影响。仿真结果表明:减小跨距有利于改善靴轨系统动态受流质量,建议下接触式第三轨跨距布置为4370mm;车辆运行速度提升后应选用较小的跨距布置方式,以改善高速下靴轨动态受流质量;在支持结构等效刚度基础上改变一个量级,靴轨动态受流质量变化较小;第三轨中间接头不平顺的安全阈值不宜超过0.2mm,以降低靴轨冲击及离线率。
首先,建立了受流器/第三轨耦合动力学仿真计算模型。根据靴轨动态接触力的特点,基于ANSYS/Classic、ANSYS/LS-DYNA软件分别建立了无不平顺接头及含不平顺接头的第三轨有限元模型,同时建立了考虑滑靴表面形貌的二质量受流器模型,并通过接触单元连接受流器与第三轨,建立靴轨耦合模型。
其次,通过受流器/第三轨系统动态特性试验,获得了不同工况下靴轨系统的动态接触力,根据动态接触力的变化规律了解靴轨系统的动力学特性。通过分析动态接触力实测数据并结合现场观测结果,确定了第三轨中间接头安装的不平整易导致靴轨离线和阶跃冲击。
然后,对靴轨检测装置获得的应变分量表征第三轨安装误差的结论进行验证。搭建第三轨安装误差测量平台,获得并分析了第三轨安装误差测试数据;通过标定的受流器弹簧刚度将应变结果转换为第三轨受流面相对高度;采用优化的动态时间规整(DTW)算法度量了第三轨安装误差测试数据与第三轨受流面相对高度的相似度,结果表明列车低速运行下,应变分量测试结果结合里程定位信息可用于第三轨安装精度的初步判断。
最后,基于验证后的靴轨耦合模型进行动力学仿真。针对无不平顺接头的靴轨耦合模型,分析了跨距、运行速度以及支持结构支撑刚度对靴轨动态受流质量的影响;针对含不平顺接头的靴轨冲击模型,分析了不平顺接头高度差及运行速度对靴轨动态受流质量的影响。仿真结果表明:减小跨距有利于改善靴轨系统动态受流质量,建议下接触式第三轨跨距布置为4370mm;车辆运行速度提升后应选用较小的跨距布置方式,以改善高速下靴轨动态受流质量;在支持结构等效刚度基础上改变一个量级,靴轨动态受流质量变化较小;第三轨中间接头不平顺的安全阈值不宜超过0.2mm,以降低靴轨冲击及离线率。