【正文】 ......... 32 升弓桿 .......................................................................................................... 34 平衡桿 .......................................................................................................... 37 2 機(jī)構(gòu)總體裝配過程 .................................................................................... 38 受電弓爆炸圖 ............................................................................................ 38 受電弓機(jī)構(gòu)裝配圖 .................................................................................... 39 6 機(jī)構(gòu)仿真 ............................................................................................40 機(jī)構(gòu)仿真配置 ............................................................................................ 40 機(jī)構(gòu)仿真過程描述 .................................................................................... 41 仿真參數(shù)測量及分析 ................................................................................ 42 仿真中存在的不足 .................................................................................... 42 7 有限元分析 ........................................................................................42 弓頭機(jī)構(gòu)的有限元分析 ............................................................................ 43 下臂桿機(jī)構(gòu)的有限元分析 ........................................................................ 47 8 設(shè)計(jì)總結(jié) ............................................................................................50 9 收獲及體會 ........................................................................................51 10 致謝 ....................................................................................................5 1 11 參考文獻(xiàn) ............................................................................................52 12 附 錄 ................................................................................................52 3 引言 受電弓 亦稱 集電弓 （ Pantograph），亦有人稱之為 輸電架 ，是一種讓電氣化鐵路車輛從 高架電纜 取得 電力 的設(shè)備的統(tǒng)稱。 動作原理： （ 1） 升弓：壓縮空氣經(jīng)電空閥均勻進(jìn)入傳動氣缸，氣缸活塞壓縮氣缸內(nèi)的降弓彈簧，此時升弓彈簧使下臂桿轉(zhuǎn)動，抬起上框架和滑板，受電弓勻速上升，在接近接觸線時有一緩慢停滯，然后迅速接觸接觸線。受電弓的種類主要有四種主要形 式的： （ 1） 雙臂式 ， 雙臂式集電弓乃最傳統(tǒng)的集電弓，亦可稱 “ 菱 ” 形集電弓，因其形狀為菱形。 （ 2） 單臂式 ， 除了雙臂式，其后亦有單臂式的集電弓，亦可稱為 “ 之 ” （ Z）字形的集電弓。不過依各鐵路車輛制造廠的設(shè)計(jì)方式，在集電弓細(xì)部結(jié)構(gòu)上可能會有些不同。所以此款集電弓主要用于高速鐵路車輛。 現(xiàn) 主要針對目前普遍常用的單臂式受電弓進(jìn)行了尺寸計(jì)算，校核，用solidworks 對它進(jìn)行了三維建模以及受力分析等等。 在普通列車上使用的受電弓已經(jīng)基本能滿足我們運(yùn)行使用的要求，但是隨著我國鐵路大提速的要求及高鐵的日益發(fā)展，實(shí)用與高速列車的受電弓就顯得尤為重要。 因此，我們需要在結(jié)構(gòu)尺寸，受力分析以及受電弓性能的穩(wěn)定性上進(jìn)行再次研究與分析，從而構(gòu)建出能夠適合在高速列車上安裝的受電弓 模型，這 也是 本次課程設(shè)計(jì)的立足點(diǎn)及最終目的。正因?yàn)槭茈姽闹匾饔?，所以對它的研究也一直沒有停止，國內(nèi)外多年來一直都有專業(yè)人士在從事受電弓的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。列車 運(yùn)行速度提高后，受電弓沿接觸網(wǎng)導(dǎo)線移動的速度大大加快，接觸網(wǎng)與受電弓的接觸特性更加復(fù)雜。 （ 2） 受電弓重量需要降低。由于弓 網(wǎng)接觸壓力與受電弓靜態(tài)特性和動態(tài)特性直接相關(guān)，因此，對于高速受電弓，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)降低受電弓運(yùn)動部分的質(zhì)量，從而減小運(yùn)動慣性力，保證弓 網(wǎng)接觸良好。高速列車運(yùn)行時所受的空氣阻力較常規(guī)列車大很多。 （ 4） 采用單弓受流。 目前我們 CRH 系列動車組所采用的是 DSA250 型受電弓（如下圖），該受電弓采用輕量化優(yōu)質(zhì)材料，具有良好的機(jī)械和動力學(xué)性能，受電弓滑板采用純硬碳材料，對接觸網(wǎng)起到保護(hù)作用。 設(shè)計(jì)的技術(shù)要求及指標(biāo) 為了能夠在結(jié) 構(gòu)尺寸，受力分析以及受電弓性能的穩(wěn)定性上進(jìn)行研究與分析，從而構(gòu)建出能夠適合在高速列車上安裝的受電弓模型，我們所設(shè)計(jì)的受電弓必須滿足以下的要求： 1， 進(jìn)行仿真時各部分動作連續(xù)，結(jié)構(gòu) 緊密，能夠連續(xù)的完成升弓和降弓的動作。 3， 為了達(dá)到效率最大，節(jié)約能源的目的，弓頭的傳動角必須合理（最好大于或等于 30176。 4， 為了使受電弓維修方便，便于安裝，節(jié)約原材料的目的，要讓設(shè)計(jì)的受電弓結(jié)構(gòu)盡可能的簡單。 6， 受電弓的整個工作過程應(yīng)該安全可靠。 因此對連桿機(jī)構(gòu)的要求是： 1， 盡量保證弓頭的軌跡為一條豎直的直線，而且要讓弓頭的角偏差也要盡可能小，都在誤差允許范圍內(nèi)。 3， 要是連桿機(jī)構(gòu)的傳動角大于或等于 30 度。 優(yōu)缺點(diǎn)： 平面 RR 開鏈機(jī)械臂結(jié)構(gòu)簡單，占用的空間小，但在運(yùn)動過程中由于桿的支少，容易發(fā)生上下的偏離，不容易在最高點(diǎn)穩(wěn)定，而且在列車高速運(yùn)動過程中容易發(fā)生角偏轉(zhuǎn)，從而有角位移。即 CD 的長度就會變短，會使弓頭上升，且行程為豎直向下的直線。 方案三：曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 工作原理：當(dāng)滑塊沿著傾斜的軌道運(yùn)動的時候，在曲柄和連架桿的運(yùn)動的配合下，可以讓弓頭得軌跡在圖中中心線的的軌跡下作豎直的直線運(yùn)動，從而保證弓頭的軌跡是豎直直線。 方案四：鉸鏈三桿機(jī)構(gòu) 圖 鉸鏈三桿機(jī)構(gòu) 9 工作原理：桿 3 為主 動件，桿 3 運(yùn)動的過程當(dāng)中，帶動桿 2 向右運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)桿 1 的緩慢的上下運(yùn)動，從而保證弓頭的軌跡為豎直直線。 弓頭的設(shè)計(jì) 弓頭是受電弓中另外一個重要的構(gòu)件，弓頭的作用是：使列車在運(yùn)動的過程當(dāng)中始終保持與導(dǎo)線的接觸。 2,為了保護(hù)弓頭在運(yùn)動中盡可能的不受到外面的因數(shù)的干擾，我們在弓頭的上面加了一個小蓋，算是一個小小的創(chuàng)新的，同時能夠防止滑輪在受到雨水，露水等等因數(shù)的作用而發(fā)生腐蝕和生銹。方案二，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)動當(dāng)中各個鉸鏈點(diǎn)容易發(fā)生磨損，容易破壞，維修比較困難。方案四，結(jié)構(gòu)簡單，并且在運(yùn)動中能夠保持很好的穩(wěn)定，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此就選方案四。 3 尺度綜合 機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸計(jì)算 連桿機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸計(jì)算 11 圖 連桿機(jī)構(gòu)圖 以 AB 為原動件分析，則這個連桿機(jī)構(gòu)是一個二級桿組。 可以根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況，找出運(yùn)動約束條件建立約束方程。 位移矩陣為： ????????????????100cossincossinsincossincos1111111111111 iEiEEiiiiEiEEiiii yyyyxxD ???????? 利用位移矩陣建立點(diǎn) B 和點(diǎn) D 與位移矩陣的關(guān)系： ??????????????????????????11111 BBiBiBiyxDyx ??????????????????????????11111 CCiCiCiyxDyx 在上面方程中所有的變量都是未知數(shù)， 由于上面的方程為非線性方程組，求解繁瑣，且點(diǎn) E 的坐標(biāo)為未知量，而且存在點(diǎn) E 軌跡及運(yùn)動方程的最優(yōu)化問題，所不能一次計(jì)算出所有未知量。 這樣方程的未知數(shù)只有： 111115141312 , CCBB yxyx???? ，一共八個未知數(shù)可以進(jìn)行求解。 首先，根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動狀況以及我們的設(shè)計(jì)要求，我們 E 點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，以及誤差允許的范圍，我們初步假設(shè)點(diǎn) E 的五個位置分別為： )1950,10(),50(),1175,20(),50(),400,0( 54321 EEEEE ? 然后再根據(jù)點(diǎn) A 和點(diǎn) D 在運(yùn)動過程的位置始終不變，結(jié)合實(shí)際我們假設(shè)點(diǎn) A,點(diǎn) D的坐標(biāo)為： )0,600(),150,300( ?? DA 根據(jù)上面的假設(shè)可以求出未知數(shù) 111115141312 , CCBB yxyx???? 的值。 平衡桿機(jī)構(gòu)計(jì)算模型計(jì)算 平衡機(jī)構(gòu)是受電弓連桿機(jī)構(gòu)中另外一塊很重要的組成部分，在升弓和降弓的運(yùn)動當(dāng)中起到平衡的作用，下面我們對確定平橫機(jī)構(gòu)的尺寸。 14 經(jīng)過求解，可以得出 ???????????????????555 3 2 4 6 7 8 2 1 2 4644 1 5 8 6 8 1 8 4 9 9420 8 4 5 2 8 3 3 3 3 2894 4 6 1 8 1 0 2 1 6 3869 9 4 6 7 2 8 3 7 7 354321xxxxx?