受流条件下受电弓温度分布与力学特性研究

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随着我国经济的日益增长,交通系统的不断完善,高铁、地铁、有轨电车等轨道交通已成为交通运输的主力。而现有轨道交通通常采用电力牵引,良好的弓网受流是列车正常运行的重要保证。弓网接触压力与电接触特性是弓网系统的重要指标,同时也是影响弓网系统温度分布规律的重要参数,而温度对弓网受流性能又有一定的影响。因此研究弓网系统间的温度分布规律和力学特性有重要意义。论文主要研究对象为受电弓,通过等效热功率的形式建立等效热源输入模型,考虑了弓网接触电阻产生的焦耳热、弓网相对滑动产生的摩擦热以及弓网电弧产生的电弧热。对受电弓滑板施加等效热流密度,并进行了理论分析。随后应用ANSYS workbench对受电弓弓体进行了静止状态的仿真分析,用ANSYS有限元软件滑板进行了滑动时的仿真分析,并同步进行了实验验证。论文通过对影响受流状态下受电弓滑板温升的一系列因素进行研究,得出了在不同接触压力、不同电流、不同对流系数、不同速度和燃弧情况下的温度分布规律,分析了温度对弓网受流性能的影响,研究了受电弓滑板温升的影响因素与变化规律。研究结果表明,在受电弓静止状态受流时,焦耳热对滑板的温升影响起主要作用,且接触力越大,滑板上温度越低,牵引电流越大,温度越高。而在受电弓与接触线间存在相对运动时,影响因素更为复杂,列车运行速度与摩擦生热功率和对流换热系数正相关,当电流小于200A时,摩擦生热所作出的贡献较大,焦耳热所占成分较小,原因在于速度大,摩擦生热更多,因而温度较高;当电流大于200A时,摩擦生热所占比重较小,焦耳热所做贡献更多,与此同时,列车运行速度越快,接触副散热更迅速,因而滑板上的温度更低。有电弧作用时,作用点处滑板温度急剧上升,最高温度可达5000℃以上,电弧作用过后,弓头滑板温度迅速下降。当受电弓采用双滑板时,单个滑板能起到分流和分散热量的作用。就弓网受流过程中力学特性变动规律而言,铝材与接触线从接触到脱离过程中最大会产生20N的突变力,而对于碳滑板,从接触到脱离状态过程中,接触副材料间由吸力作用引起的力学特性变化并不明显。
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