双流制下弓网系统多物理场耦合机理及特征参数影响机制研究

基本信息
批准号:51475391
项目类别:面上项目
资助金额:82.00
负责人:周宁
学科分类:
依托单位:西南交通大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张卫华,周凯,张静,宋冬利,韩峰,李瑞平,邹栋,王世轩,吕青松
关键词:
弓网系统交直流动态特性耦合机理多物理场
结项摘要

With the rapid development of rail transportation, the interworkinig between railway in area and rail transit in city becomes more and more important. Compared to the establishment of the uniform power supply system, it is more low-cost and effective to develop the EMU with AC and DC power supply system. Thus, the pangtograph and cateanry system of the EMU with AC and DC power supply system is investigated. Firstly, through simulation and test, the research for the characteristics of dynamics, electrical contact and temperature of pangtograph and cateanry system is performed at different service conditions. Meanwhile, the coupling mechanism of these different characteristics is analyzed to find the inherent connection and the coupling action mechanism among electromagnetic force, arc and temperature. Then, the coupling model under the multi-physics fields, including structural field, electrical field, and thermal field, is established for pantograph-catenary system. Furthermore, the dynamical and current-collection performance of pangtograph-cateanry system is investigated, and the corresponding collaborative evaluation mechanism based on multiple parameters is also discussed. Especially, the rationality of the current evaluation system for the dynamic behavior is inspected under different service conditions and the results of the dynamical and current-collection performance are validated by field test for pantograph and catenary system. Moreover, through the analysis of the adaptability and the reliability of pangtograph-cateanry system, the optimal combinations and the technical specifications for pantograph and catenary are obtained, and the service risk and lifetime is predicted and evaluated to provide theoretical and technical supports for the upcoming EMU with AC and DC power system.

随着我国轨道交通的迅速发展,区域大铁路与城市轨道交通互联互通问题日益凸显。采用双流制动车组与建立完全统一制式的铁路供电网相比是一个更加经济可行的方案。由此,本项目主要针对双流制动车组弓网系统进行研究。首先,通过仿真与试验,研究不同服役条件下弓网系统动力学、电接触以及温度特性的演变规律,同时从机理上进行分析,发现在不同服役条件下电磁力与电弧、温度特性的内在关联及耦合作用机理,并建立考虑动力学、电接触和温度特性的弓网系统多物理场耦合模型。然后,分别研究交流和直流制式下弓网系统的动态及受流性能,以及动态及受流性能的多参数协同评价机制,考察在不同供电制式下弓网动态及受流性能现行评估标准的合理性,并通过相应的试验进行验证。进而,研究不同服役条件下弓网系统的适应性及可靠性,给出最佳的接触网和受电弓系统组合和技术条件,并进行可靠性预测与风险评估,从而为即将开行的双流制动车组提供理论支撑和技术保障。

项目摘要

随着我国轨道交通的迅速发展,区域大铁路与城市轨道交通互联互通问题日益凸显。本项目主要针对双流制动车组弓网系统进行研究。首先,建立了涵盖线路-轨道-车辆-受电弓-接触网的全空间动力学耦合模型,实现了受电弓升弓-受流-降弓的全过程精细化模拟,厘清了不同服役条件下车体振动及气流扰动对弓网系统性能影响规律。建立了弓网滑动接触过程中焦耳热、摩擦生热和电弧生热等热源模型,并依次提出了弓网接触副热交换计算仿真建模方法。探索了不同接触压力大小、不同电流、不同对流系数以及摩擦热、电弧热等对弓网接触副热交互及分布的影响规律。搭建了弓网系统多功能试验平台,完成了弓网离线分断过程力学、电学特性,弓网受流过程中电磁-力学、电弧-热特性理论与仿真分析,通过从电磁力,气体压力和熔融金属粘滞力的角度对可能的附加力产生的原因进行理论分析以及仿真研究,并根据弓网系统实际运行情况分析了弓网接触副多物理场中各种作用力的对受流质量的影响规律。通过交直流制式下弓网系统的动态及受流性能研究,分析了电弧放电对碳滑板摩擦磨损特性的影响,揭示了离线电弧能量与纯碳滑板磨损率之间的关系、摩擦副接触表面温度之间的关系以及电弧放电对受电弓滑板表面磨损形貌的影响规律。最终通过整合光纤光栅传感技术和双目视频技术,成果研制出受电弓接触网在线监测系统,助力轨道交通弓网系统状态监测与健康管理系统的建设,推动轨道交通主动安全保障体系的布局与应用。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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