重庆跨座式单轨车受电弓是电力机车上十分重要的部件,安装在机车两侧,主要作用是与轨道梁两侧的刚性接触网接触并受流,其安装方式不同于其它轨道交通系统。重庆单轨车的受电弓和接触网引进日本先进技术,相对于国产受电弓来说技术较成熟,但经济成本高。在使用过程中也易出现弓网故障,如断弓、刮弓、变形、弓网磨损等,其中受电弓断裂失效所造成的危害性是最为严重的,如果不及时解决这些故障问题将会带来生命危险和巨大经济损失。本文基于重庆大学与重庆市轨道交通总公司合作项目“重庆市轨道交通二号线跨座式单轨车受电弓断裂分析及有限元模拟仿真研究”,以其中一个断裂日产受电弓为研究对象,展开一系列的课题研究,为找出其断裂失效原因提供了实际依据。本文旨在分析单轨车受电弓在运营过程中引起断裂失效的主要原因并提出合理改进措施,防止再次发生断裂失效。由于受电弓的断裂失效情况十分复杂,在分析断裂原因时要从材料方面、断口情况、受力情况、振动情况、结构设计、环境影响、操作规范等各方面综合考虑,客观地分析其断裂原因。本文主要研究内容如下:(1)重庆单轨车受电弓结构和失效情况介绍;(2)受电弓理化检测分析和断口分析,按照国家标准制作试样并进行力学性能试验,接着进行断口宏观和微观分析;(3)受电弓三维实体模型和有限元模型的建立,便于有限元模拟仿真分析;(4)利用有限元分析软件针对受电弓在不同工作高度、承受不同接触压力情况下进行静力学分析;(5)考虑受电弓的振动特征,进行有限元振动模态分析,找出其结构上薄弱地方,并分析在振动情况下受电弓的应力应变情况和变形量大小。受电弓失效分析后得出以下结论并提出相关的改进措施和建议:(1)受电弓材料存在的铸造缺陷对力学性能有所影响,需要通过提高铸件材料内部质量来进一步提高其综合力学性能;(2)通过有限元静力学分析得出在正常受力情况下受电弓结构是不会发生断裂破坏,结构设计基本上满足使用要求;(3)通过有限元振动模态分析得出受电弓刚度较薄弱部位和在高频振动情况下受电弓应力应变值和变形量急剧增加,由于受电弓的激励振动频率都远离受电弓的固有频率段,因此排除了由于高频振动导致受电弓断裂失效的可能性,同时针对刚度较薄弱地方提出改进建议,确保避免出现高频振动而带来破坏;(4)受电弓断裂失效主要集中在意外冲击情况下发生的,由断口分析得出断裂的裂纹源源于铸件边缘的铸造缺陷处,如果这些铸造缺陷受到意外冲击载荷的话极易成为裂纹源,并发生断裂破坏。但是由于导致意外冲击的因素也是多样的,因此除了对受电弓进行严格检修外,与其相接触的接触网或者其它的工作部件也应该严格检修,比如在道岔处接触网与接触网过渡段之间没有平整过渡而存在尺寸上的偏差,那么受电弓在过道岔时会产生较大的冲击载荷,使受电弓断裂破坏,因此对受电弓、接触网以及其他的工作部件进行严格和及时检修是十分重要的。