一种新型高速受电弓及其轻量化动态设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110126625A(43)申请公布日2019.08.16(21)申请号201910406626.5(22)申请日2019.05.16(71)申请人大连交通大学地址116028辽宁省大连市沙河口区黄河路794号(72)发明人朴明伟杜伟杨晶李特特(74)专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212代理人李馨(51)Int.Cl.B60L5/18(2006.01)B60L5/28(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书3页说明书17页附图4页(54)发明名称一种新型高速受电弓及其轻量化动态设计方法(57)摘要本发明公开了一种新型高速受电弓及其轻量化动态设计方法。以根轨迹图引领转向架参数优配，降低磨耗轮接触轨动力作用，在统一/规范的轮轨型面匹配条件下将极限速度提高至480km/h；通过车下设备橡胶吊挂参数优化设计，降低整备柔性车体的横向参振质量，在合理科学的修程修制下将构造速度提升至400km/h。为了更好计入高速弓网接触所形成的输入激励，将全柔性受电弓落地模型与整备车辆刚柔耦合仿真模型进行系统集成并构成了轮轨弓网双耦合仿真技术平台。凭借复杂约束及其内力的精准分析，典型案例分析表明：超高速受电弓需要新型的轻量化设计形式，即以鸭蛋圆联接结构来合理分散并降低上臂与下臂之间铰接约束内力及其动荷效应，将高周疲劳转变为静强问题。CN110126625ACN110126625A权利要求书1/3页1.一种新型高速受电弓，包括：弓头与平衡架，所述弓头采用钢簧或空气悬挂，所述平衡架与上臂杆及平衡杆、下臂杆及拉杆以及绝缘底架构成了6连杆机构，在升弓/降弓过程中保持弓头平衡架处于水平状态，且在工作高度下以简易空簧构成弹性支承，其特征在于，下臂杆在继承DSA380的下臂杆根部设计优点的基础上，还设有用于合理分散上臂与下臂铰接约束内力并降低其动荷效应的鸭蛋圆联结结构：在所述鸭蛋圆联结结构的两侧设有2个铰接座，通过所述上臂杆的底管内安装铰接轴，构成了上臂杆与下臂杆的铰接约束，其增大了两侧铰接座的横向跨距，并降低了所述上臂杆与下臂杆的铰接约束内力；所述鸭蛋圆联结结构的上部弯曲使得两侧铰接轴位置抬高，以便落弓时不发生结构干涉，使整体尺寸更加紧凑；所述下臂杆采用铸铝材质，壁厚10mm，鸭蛋圆联结结构与下臂杆根部两者以对接焊缝形式构成，其有效规避了实体铰接座与薄壁侧柱管件焊接设计禁忌，使得最大动应力出现在根部轴承座附近，且动态成分变化幅值很小，均方差(RMS)3σ很低，从而将高周疲劳转变为静强问题。2.一种权利要求1所述的新型高速受电弓的轻量化动态设计方法，其特征在于，包括如下5个主要步骤：S1、利用拓扑关系图，合理简化处理复杂约束关系，并构建超高速轨道车辆的整车多体系统MBS仿真模型，进而以根轨迹图引领转向架参数优配，避免在车体与走行部之间形成牵连运动关系，降低磨耗轮轨接触动力作用，尽可能提高极限速度；S2、在步骤S1的基础上，根据子结构模态综合法及特征约束模态概念，制定柔性车体对多体系统MBS的接口处理技术对策，并构建整备车辆刚柔耦合系统的仿真模型，其中，柔性车体模型包括车上与车下设备；S3、考虑到弓头额定压力80N以及简易空簧弹性支承，构建全柔性受电弓子系统的仿真模型，其低阶横向弹性模态频率不得低于12Hz，从而获取诸如上臂、下臂及弓头平衡架3者之间铰接约束内力的精准分析结果，以确保模态应力恢复MSR的正确性；S4、根据同名覆盖原则，将全柔性受电弓子系统仿真模型集成到整备车辆刚柔耦合系统仿真模型当中，按照弓网常接触和纵向/横向摩擦正交性2个假设条件，以浮动共点恒定/可变刚度的弹性联接方式来定义弓网接触摩擦关系，进而构成包括轮轨弓网双耦合关系的刚柔耦合集成系统仿真模型；S5、在基于有限元FEM和多体系统MBS的软件分析综合技术平台支撑下，进一步构建了轮轨弓网双耦合仿真技术平台，以复杂约束及其内力的精准分析来研判局部高应力及其对结构疲劳损伤影响程度，通过典型案例分析来正确认知超高速受电弓轻量化设计的关键技术问题，进而设计合理分散上臂与下臂铰接约束内力并降低其动荷效应的联接结构，将高周疲劳转变为静强问题。3.根据权利要求2的新型高速受电弓的轻量化动态设计方法，其特征在于，所述步骤S1整车MBS仿真模型是以动车MC01/08作为研究对象，以整车稳定性态分析来指导高速转向架安全舒适型设计，在统一/规范的轮轨型面匹配条件下科学提升极限速度，为了克服德国ICE3系列转向架原型设计所存在的技术缺陷，以单循环或双循环工作原理的抗蛇行减振器来构成抗蛇行并联配置，进而引入低频结构阻尼与高频阻抗作用2种减振技术手段，两者并联组合具有超前滞后校正的相似性。利用这一相似性，以抗蛇行参