【正文】 計(jì)算其離線次數(shù)、最大離線時(shí)間、離線率和平均接觸壓力。將所求得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)整理為下表43表43 不同結(jié)構(gòu)高度下弓網(wǎng)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(shí)間/平均接觸壓力/離線率/%離線次數(shù)/次相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差/%977，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各國(guó)對(duì)最大離線時(shí)間的定義標(biāo)準(zhǔn)（），～、離線率及離線次數(shù)完全相同，且最大離線時(shí)間及離線率都沒(méi)有超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，～。在三個(gè)不同大小的接觸懸掛結(jié)構(gòu)高度下，弓網(wǎng)接觸壓力相差并不是很大，%、%%，可以判斷相對(duì)較大的結(jié)構(gòu)高度其接觸力相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差往往更小一些，因而更有利提高弓網(wǎng)間的動(dòng)態(tài)性能。因此，在條件可能的情況下，適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)高度也是使接觸網(wǎng)適應(yīng)較高速度的一種有效措施。 受電弓的弓頭彈簧對(duì)弓網(wǎng)受流的影響機(jī)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(gòu)成，是受電弓的關(guān)鍵部件，它主要用來(lái)吸收弓網(wǎng)之間高頻振動(dòng)的能量，支撐弓頭重力并提供弓網(wǎng)之間的接觸壓力，其特性直接關(guān)系到受電弓乃至整個(gè)弓網(wǎng)系統(tǒng)的工作質(zhì)量。弓頭彈簧系統(tǒng)參數(shù)的確定是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，它與弓網(wǎng)類型、機(jī)車運(yùn)行工況條件以及弓網(wǎng)之間的動(dòng)態(tài)相互作用有著非常密切關(guān)系。目前，受電弓產(chǎn)品設(shè)計(jì)中通常借助于經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定弓頭彈簧系統(tǒng)的特性。在現(xiàn)行的受電弓產(chǎn)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(wǎng)動(dòng)態(tài)模型，分析計(jì)算了在不同的機(jī)車運(yùn)行速度及受電弓弓頭彈簧剛度值下弓網(wǎng)之間的性能狀況。分析結(jié)果如下圖：機(jī)車速度280km/h時(shí)： 弓頭彈簧剛度時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 機(jī)車速度300km/h時(shí)： 弓頭彈簧剛度時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5機(jī)車速度320km/h時(shí)： 弓頭彈簧剛度時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 5 弓頭彈簧剛度時(shí)弓網(wǎng)接觸力 The contact force between pantograph and catenary with spring stiffness of collector head 弓頭彈簧剛度5時(shí)弓網(wǎng)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分析不同速度情況下弓頭彈簧參數(shù)變化對(duì)受流質(zhì)量的影響。因此將以上18個(gè)結(jié)果圖的數(shù)據(jù)采集到EXCEL表格中并分別計(jì)算其平均接觸壓力、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值和弓網(wǎng)離線率，并列表統(tǒng)計(jì)如下表44。表44 不同工況下結(jié)果統(tǒng)計(jì)Tab. 44 Statistics results under different conditions彈簧剛度/(N/m)平均接觸壓力/N相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值基本趨勢(shì)也是增加；在同一速度下相對(duì)較大的彈簧剛度往往使得離線率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值較大，但在特定速度的特定彈簧剛度值下有時(shí)離線率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值反而變小。比如在機(jī)車速度為300時(shí)，彈簧剛度5時(shí)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，彈簧剛度值為時(shí)弓網(wǎng)的離線率較小，所得結(jié)論與文獻(xiàn)57觀點(diǎn)一致。另外從表中數(shù)據(jù)可以明顯發(fā)現(xiàn)，隨著機(jī)車速度和弓頭彈簧剛度的增加，弓網(wǎng)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(duì)離線率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值的影響也是不同的，由此可見(jiàn)隨著機(jī)車速度的提高弓網(wǎng)之間的離線率及接觸力相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值也在變大，從而弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能變壞，但是往往總能夠找到一個(gè)合適的彈簧剛度值使得弓網(wǎng)有較好的受流性能，這個(gè)較為合適的彈簧剛度值可以通過(guò)特殊的優(yōu)化設(shè)計(jì)工具找到，限于水平本文不再論述。可見(jiàn)弓頭彈簧參數(shù)對(duì)受電弓的受流性能有較大影響。 小結(jié)本章首先闡述了進(jìn)行弓網(wǎng)受流分析時(shí)所采用的常見(jiàn)評(píng)價(jià)參數(shù)，之后介紹了MARC進(jìn)行接觸分析流程，最后從MARC的仿真入手分析了接觸導(dǎo)線截面尺寸、接觸線和承力索的張力、接觸懸掛的結(jié)構(gòu)高度和受電弓弓頭彈簧剛度等參數(shù)對(duì)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能的影響，所得相關(guān)結(jié)論如下：1. 隨著接觸線截面尺寸的增大，定位點(diǎn)處的最大動(dòng)態(tài)抬升量及最小動(dòng)態(tài)抬升量的幅值均不同程度的減小，接觸網(wǎng)的穩(wěn)定性越高，但并不是越大越好，這其中不僅包含經(jīng)濟(jì)因素，還與特定的弓網(wǎng)結(jié)構(gòu)有關(guān)系。 2. 提高承力索和接觸線的張拉應(yīng)力一般情況下能夠改善弓網(wǎng)之間的運(yùn)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(shí)，往往會(huì)造成比較嚴(yán)重的離線情況進(jìn)而影響二者之間的可靠受流。3. 相對(duì)較大的接觸懸掛結(jié)構(gòu)高度引起的弓網(wǎng)接觸力相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差往往更小一些，因而更有利提高弓網(wǎng)間的動(dòng)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值基本趨勢(shì)也是增加；在同一速度下相對(duì)較大的彈簧剛度往往使得離線率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值較大，但在特定速度的特定彈簧剛度值下有時(shí)離線率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值反而變小。因此在實(shí)際應(yīng)用中改變彈簧的剛度總能使得離線率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值減小。5 京津城際弓網(wǎng)系統(tǒng)MARC有限元分析 京津城際弓網(wǎng)有限元模型內(nèi)部參數(shù)統(tǒng)計(jì) 合成的京津城際弓網(wǎng)系統(tǒng)模型 ： 接觸網(wǎng)與受電弓的合成模型 United model of pantographoverhead contact line 關(guān)于節(jié)點(diǎn)元素等的統(tǒng)計(jì)本文所建六跨接觸網(wǎng)受電弓有限元模型共有452個(gè)網(wǎng)格單元體和420個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中接觸網(wǎng)模型部分總共有430個(gè)直梁?jiǎn)卧?，每個(gè)單元有12個(gè)自由度，受電弓模型部分共有20個(gè)直梁?jiǎn)卧?，其中滑板?個(gè)梁?jiǎn)卧M成，另外該模型還包含兩個(gè)厚殼單元。 物理及幾何特性 本文應(yīng)用MARC軟件所建受電弓接觸網(wǎng)系統(tǒng)的大多數(shù)部件均為鋼質(zhì)或銅質(zhì)，具體的弓網(wǎng)各部件材料特性及幾何特性見(jiàn)下表51，在這里并沒(méi)有考慮非線性材料情形。由于弓網(wǎng)之間的接觸即梁梁接觸選項(xiàng)都假定單元是圓形截面的圓柱體，而其他的參數(shù)用來(lái)定義用于計(jì)算梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠鹊膶?shí)際形狀，接觸半徑用來(lái)接觸檢測(cè)，當(dāng)接觸發(fā)現(xiàn)時(shí)，多個(gè)點(diǎn)將被約束，定義所有的梁?jiǎn)卧獮榻佑|體，進(jìn)而接觸體里的所有接觸半徑均相同。 3D彈性梁的幾何性質(zhì)菜單 Geometric property menu of 3D flexible beam表51 弓網(wǎng)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(zhì)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(shuō)明分析有3個(gè)荷載工況：第一個(gè)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(shí)重力荷載施加到所有模型單元上，在此工況時(shí)間里重力的施加并不是瞬時(shí)的而是逐漸施加到單元上，這個(gè)特性的實(shí)現(xiàn)是依靠一個(gè)函數(shù)來(lái)定義，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為倍數(shù)。在該工況里，接觸網(wǎng)為靜態(tài)載荷，Ground2_preload邊界條件選上，而ground2被忽略，總時(shí)間1，荷載增量步20步。 重力施加歷程圖 History diagram of gravity applied第二個(gè)工況：受電弓抬升直至接觸到接觸線，這是通過(guò)通過(guò)移動(dòng)z軸負(fù)方向的推桿的末端朝向下框架末端點(diǎn)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，后者的位移被始終約束。此時(shí)受電弓弓頭的旋轉(zhuǎn)和所有支柱在Z軸方向的移動(dòng)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(shí)間1，增量步20步。第三個(gè)工況：此工況是受電弓在z軸正向的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，可描述如下：推桿及下框架末端在z軸方向移動(dòng)了280，受電弓弓頭的旋轉(zhuǎn)不再約束，并且在接觸線上的荷載和第二個(gè)荷載工況里完全相同，該階段工況總時(shí)間5，運(yùn)動(dòng)總位移280，總位移分為280個(gè)增量步。 京津城際高速弓網(wǎng)的MARC有限元?jiǎng)討B(tài)模型仿真結(jié)果分析 不同速度下動(dòng)態(tài)接觸力仿真結(jié)果分析接觸線與受電弓問(wèn)的動(dòng)態(tài)接觸壓力及其變化分布情況是弓網(wǎng)系統(tǒng)受流特性的最終評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本小節(jié)基于依據(jù)實(shí)際的弓網(wǎng)建立的弓網(wǎng)有限元模型(具體模型參數(shù)見(jiàn)表51)，利用軟件MARC輸出在不同的機(jī)車速度下弓網(wǎng)之間接觸力的變化情況。并同時(shí)給出西門子公司對(duì)京津城際弓網(wǎng)仿真的結(jié)果以便進(jìn)行數(shù)值比較，達(dá)到對(duì)京津城際弓網(wǎng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析以進(jìn)一步評(píng)價(jià)其受流優(yōu)劣性的目的。 機(jī)車速度300時(shí)弓網(wǎng)接觸壓力 Contact F