单轨车辆受电弓实体模型与动力学建模研究

贾瑞雪1，苏鹏1

(1.柳州铁道职业技术学院 建筑技术学院，广西 柳州545000）

摘要：动态特性主要包括结构的固有频率和振型，对机械结构进行动态特性分析，是研究一切振动问题的基础。通过对机械结构进行模态分析，可以计算出结构的固有频率和振型，从而发现结构的薄弱之处，防止其在工作时发生共振问题，也为接下来研究机械结构的振动特性对动力学性能的影响打下基础。

关键词：；受电弓；动力学；运动分析

一、引言

近年来，学者大多通过建立归算质量模型和多体模型这两种方式来分析受电弓动态特性，其中归算质量模型大致分为二质量块模型和三质量块模型这两种形式，多体模型分为多刚体模型、刚柔混合模型及多柔体模型三种形式。弓网动态特性会因其所采用的受电弓模型不同而受到影响，不同模型计算出的结果将存在一定的差别。因此，为了接下来的弓网系统动力学研究准确可信，有必要对不同的受电弓模型进行动态特性分析。本文针对受电弓的不同模型，即多刚体模型和刚柔耦合模型的动态特性进行了研究。

二、受电弓结构组成

本文采用国产SCG-100型受电弓来研究弓网系统特性，其结构由弓头、框架、底板和传动机构四部分组成，而框架又由弓头支座、上框架、平衡杆、下框架及连接杆组成，如图1所示。受电弓的底板在绝缘子的支撑下固定安装在转向架稳定轮支腿上，底板支撑起框架，框架中的各个部件通过铰接连在一起，通过压缩弹簧把位于框架顶端的弓头与弓头支座相连接，从而实现弓头与框架的连接。

图1 SCG-100型受电弓实物图

单轨受电弓弓头由滑块固定装置、润滑块托架、滑块和润滑块组成，滑块固定装置和润滑块的材料为铝合金，滑块的材料为铜基粉末冶金，润滑块的材料为合成蜡。框架各个部件的材料均采用铝合金，而底板因其刚度要求更高，所以采用钢材。

三、三维模型建立

针对国产天海SCG-100型跨座式单轨受电弓，根据在重庆轨道集团公司实际测得的各零部件尺寸参数，可在三维软件CATIA中建立单轨受电弓各零部件的三维实体模型。

在CATIA软件中的装配模块导入受电弓各零部件的三维模型，通过分析每个零部件之间的约束关系，将零部件的三维模型进行装配，完成受电弓在标准工作位置时的三维实体装配模型，即受电弓的滑块上表面到底板上表面的垂直距离为230mm。

四、动力学模型建立

在三维软件CATIA中装配好单轨受电弓整体结构后，需进行几何运动分析，以验证受电弓的几何结构是否正确，确保接下来研究弓网动态特性的准确可信性。将受电弓三维实体装配模型导入多体系统动力学软件ADAMS中，并给各个零部件定义质量、密度等参数，各零部件的部分物理参数如表1所示。

表1受电弓各零部件部分物理参数

部件名称	材料	质量（kg）	密度（kg/m3）	弹性模量（GPa）	泊松比
弓头	多种材料	1.750	—	—	—
弓头支座	铝合金	0.496	2770	72	0.33
平衡杆	铝合金	0.088	2770	72	0.33
连接杆	铝合金	0.238	2770	72	0.33
底板	钢材	6.412	7850	200	0.3

根据各零部件之间的相互连接关系，在ADAMS中定义约束。弓头和弓头支座定义为垂直于弓头平面方向的移动副，框架的各零部件间、下框架和底板、连接杆和底板的铰接处都定义为旋转副。用来连接弓头和弓头支座的压缩弹簧，通过ADAMS中的Spring单元来模拟，升弓弹簧也用Spring单元模拟，如此就可以建立出受电弓多刚体动力学模型，用此模型也可计算出受电弓的模态特性。

四、结论

本章通过三维软件CATIA建立了受电弓与接触网的三维实体模型，并在多体系统动力学软件ADAMAS中建立了受电弓多刚体动力学模型，对其进行几何运动分析，以验证受电弓三维模型的准确性。

参考文献

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