【正文】 計算其離線次數(shù)、最大離線時間、離線率和平均接觸壓力。將所求得的統(tǒng)計數(shù)據整理為下表43表43 不同結構高度下弓網狀態(tài)及平均接觸力Tab. 43 The state and mean contact force between pantograph and catenaty with different structural height最大離線時間/平均接觸壓力/離線率/%離線次數(shù)/次相對標準偏差/%977，遠遠大于各國對最大離線時間的定義標準（），～、離線率及離線次數(shù)完全相同，且最大離線時間及離線率都沒有超出規(guī)定標準，～。在三個不同大小的接觸懸掛結構高度下，弓網接觸壓力相差并不是很大，%、%%，可以判斷相對較大的結構高度其接觸力相對標準偏差往往更小一些，因而更有利提高弓網間的動態(tài)性能。因此，在條件可能的情況下，適當提高結構高度也是使接觸網適應較高速度的一種有效措施。 受電弓的弓頭彈簧對弓網受流的影響機車受電弓的弓頭彈簧系統(tǒng)由弓頭盒以及安裝在弓頭盒里的壓縮彈簧構成，是受電弓的關鍵部件，它主要用來吸收弓網之間高頻振動的能量，支撐弓頭重力并提供弓網之間的接觸壓力，其特性直接關系到受電弓乃至整個弓網系統(tǒng)的工作質量。弓頭彈簧系統(tǒng)參數(shù)的確定是一個復雜的問題，它與弓網類型、機車運行工況條件以及弓網之間的動態(tài)相互作用有著非常密切關系。目前，受電弓產品設計中通常借助于經驗和反復的現(xiàn)場試驗來確定弓頭彈簧系統(tǒng)的特性。在現(xiàn)行的受電弓產品中，不同的受電弓，其弓頭彈簧的剛度參數(shù)差別別很大，有的小于2 000，有的大于8 000。本文利用有限元MARC分析軟件建立了弓網動態(tài)模型，分析計算了在不同的機車運行速度及受電弓弓頭彈簧剛度值下弓網之間的性能狀況。分析結果如下圖：機車速度280km/h時： 弓頭彈簧剛度時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 機車速度300km/h時： 弓頭彈簧剛度時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5機車速度320km/h時： 弓頭彈簧剛度時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時弓網接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5采用所建模型，按照離線率和相對標準偏差值作為評價標準，分析不同速度情況下弓頭彈簧參數(shù)變化對受流質量的影響。因此將以上18個結果圖的數(shù)據采集到EXCEL表格中并分別計算其平均接觸壓力、相對標準偏差值和弓網離線率，并列表統(tǒng)計如下表44。表44 不同工況下結果統(tǒng)計Tab. 44 Statistics results under different conditions彈簧剛度/(N/m)平均接觸壓力/N相對標準偏差/%離線率/%速度280km/h555速度300km/h555速度320km/h555由表44可知，在同一彈簧剛度值下，隨著速度的增加，離線率和相對標準偏差值基本趨勢也是增加；在同一速度下相對較大的彈簧剛度往往使得離線率和相對標準偏差值較大，但在特定速度的特定彈簧剛度值下有時離線率和相對標準偏差值反而變小。比如在機車速度為300時，彈簧剛度5時相對標準偏差較小，彈簧剛度值為時弓網的離線率較小，所得結論與文獻57觀點一致。另外從表中數(shù)據可以明顯發(fā)現(xiàn)，隨著機車速度和弓頭彈簧剛度的增加，弓網之間的平均接觸壓力也是逐漸變大的。而且，不同速度條件下，彈簧的參數(shù)值對離線率和相對標準偏差值的影響也是不同的，由此可見隨著機車速度的提高弓網之間的離線率及接觸力相對標準偏差值也在變大，從而弓網動態(tài)性能變壞，但是往往總能夠找到一個合適的彈簧剛度值使得弓網有較好的受流性能，這個較為合適的彈簧剛度值可以通過特殊的優(yōu)化設計工具找到，限于水平本文不再論述?？梢姽^彈簧參數(shù)對受電弓的受流性能有較大影響。 小結本章首先闡述了進行弓網受流分析時所采用的常見評價參數(shù)，之后介紹了MARC進行接觸分析流程，最后從MARC的仿真入手分析了接觸導線截面尺寸、接觸線和承力索的張力、接觸懸掛的結構高度和受電弓弓頭彈簧剛度等參數(shù)對弓網動態(tài)性能的影響，所得相關結論如下：1. 隨著接觸線截面尺寸的增大，定位點處的最大動態(tài)抬升量及最小動態(tài)抬升量的幅值均不同程度的減小，接觸網的穩(wěn)定性越高，但并不是越大越好，這其中不僅包含經濟因素，還與特定的弓網結構有關系。 2. 提高承力索和接觸線的張拉應力一般情況下能夠改善弓網之間的運行狀態(tài)，但是若將接觸線張力值減小到接近于或小于承力索張力值時，往往會造成比較嚴重的離線情況進而影響二者之間的可靠受流。3. 相對較大的接觸懸掛結構高度引起的弓網接觸力相對標準偏差往往更小一些，因而更有利提高弓網間的動態(tài)性能。4. 同一彈簧剛度值，隨著速度的增加，離線率和相對標準偏差值基本趨勢也是增加；在同一速度下相對較大的彈簧剛度往往使得離線率和相對標準偏差值較大，但在特定速度的特定彈簧剛度值下有時離線率和相對標準偏差值反而變小。因此在實際應用中改變彈簧的剛度總能使得離線率和相對標準偏差值減小。5 京津城際弓網系統(tǒng)MARC有限元分析 京津城際弓網有限元模型內部參數(shù)統(tǒng)計 合成的京津城際弓網系統(tǒng)模型 ： 接觸網與受電弓的合成模型 United model of pantographoverhead contact line 關于節(jié)點元素等的統(tǒng)計本文所建六跨接觸網受電弓有限元模型共有452個網格單元體和420個節(jié)點，其中接觸網模型部分總共有430個直梁單元，每個單元有12個自由度，受電弓模型部分共有20個直梁單元，其中滑板有4個梁單元組成，另外該模型還包含兩個厚殼單元。 物理及幾何特性 本文應用MARC軟件所建受電弓接觸網系統(tǒng)的大多數(shù)部件均為鋼質或銅質，具體的弓網各部件材料特性及幾何特性見下表51，在這里并沒有考慮非線性材料情形。由于弓網之間的接觸即梁梁接觸選項都假定單元是圓形截面的圓柱體，而其他的參數(shù)用來定義用于計算梁單元剛度的實際形狀，接觸半徑用來接觸檢測，當接觸發(fā)現(xiàn)時，多個點將被約束，定義所有的梁單元為接觸體，進而接觸體里的所有接觸半徑均相同。 3D彈性梁的幾何性質菜單 Geometric property menu of 3D flexible beam表51 弓網各部件的幾何參數(shù)和材料特性Tab. 51 The model data of catenarypantograph ponents楊氏模量泊松比質量密度截面面積材料Gpakg/m3mm2接觸線1208900120AgCu120承力索1208900120銅TJ120吊弦120890010青銅鉸線定位器2102700314鋁斜腕臂21017005026鋼平腕臂210785020106鋼支柱210785031416鋼弓頭2107850314鋼上框架21078507853鋼下框架21078507853鋼推桿21078501257鋼 模型分析的工況說明分析有3個荷載工況：第一個工況：施加到接觸線和承力索上的張力分別是27和21，與此同時重力荷載施加到所有模型單元上，在此工況時間里重力的施加并不是瞬時的而是逐漸施加到單元上，這個特性的實現(xiàn)是依靠一個函數(shù)來定義，橫坐標為時間，縱坐標為倍數(shù)。在該工況里，接觸網為靜態(tài)載荷，Ground2_preload邊界條件選上，而ground2被忽略，總時間1，荷載增量步20步。 重力施加歷程圖 History diagram of gravity applied第二個工況：受電弓抬升直至接觸到接觸線，這是通過通過移動z軸負方向的推桿的末端朝向下框架末端點進行實現(xiàn)，后者的位移被始終約束。此時受電弓弓頭的旋轉和所有支柱在Z軸方向的移動均被約束。在此靜態(tài)工況里，所有支柱固定在地面上（選擇ground2邊界條件），總時間1，增量步20步。第三個工況：此工況是受電弓在z軸正向的運動過程，可描述如下：推桿及下框架末端在z軸方向移動了280，受電弓弓頭的旋轉不再約束，并且在接觸線上的荷載和第二個荷載工況里完全相同，該階段工況總時間5，運動總位移280，總位移分為280個增量步。 京津城際高速弓網的MARC有限元動態(tài)模型仿真結果分析 不同速度下動態(tài)接觸力仿真結果分析接觸線與受電弓問的動態(tài)接觸壓力及其變化分布情況是弓網系統(tǒng)受流特性的最終評價標準。本小節(jié)基于依據實際的弓網建立的弓網有限元模型(具體模型參數(shù)見表51)，利用軟件MARC輸出在不同的機車速度下弓網之間接觸力的變化情況。并同時給出西門子公司對京津城際弓網仿真的結果以便進行數(shù)值比較，達到對京津城際弓網的動態(tài)性能進行計算機分析以進一步評價其受流優(yōu)劣性的目的。 機車速度300時弓網接觸壓力 Contact F