一种弓网动力学性能确定方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种弓网动力学性能确定方法及系统。该方法包括：获取绝缘子的坐标；根据所述绝缘子的坐标，确定底座质心点坐标；根据所述底座质心点坐标，建立受电弓动力学模型；根据罚函数法，建立弓网接触力数值计算模型；根据在受电弓滑板和在接触网接触线各有限元单元的受力分配模型，以及所述弓网接触力数值计算模型，建立弓网线‑线接触模型；建立接触网动力学模型；根据所述受电弓动力学模型、接触网动力学模型和弓网接触模型，确定弓网动力学性能参数；所述弓网动力学性能参数包括弓网接触力和弓头上的弓网接触点位移。本发明专利技术能够解决铁路车辆空间三维运动对弓网动态受流不利影响的定量计算难题，提高弓网动力学性能的确定精度。

【技术实现步骤摘要】
一种弓网动力学性能确定方法及系统
本专利技术涉及弓网动力学性能研究领域，特别是涉及一种弓网动力学性能确定方法及系统。
技术介绍
随着电气化铁路的快速发展，受电弓与接触网作为电气化铁路唯一的供电载体，其动力学性能好坏直接影响着铁路车辆的电源质量。铁路车辆在运行过程中受到线路高地和轮轨蛇行运动等影响，必然会带来铁路车辆在空间三维运动。而受电弓底座固定安装在铁路车辆车顶上，铁路车辆运动会引起受电弓的位置变化，进而影响弓网动力学性能，这一铁路车辆空间三维运动对弓网动态受流不利影响问题在高速铁路车辆与城轨铁路车辆中尤为凸显。专利技术专利一种高速铁路弓-网-车-轨垂向耦合大系统动力学建模仿真方法(申请号201511004665.0)提出了一种考虑轨道、车辆、受电弓和接触网的多个对象同时进行动力学耦合仿真方法，实现弓-网-车-轨的垂向耦合动力学计算。翟婉明等人在期刊《铁道学报》1998年20卷第1期32-38页的论文《机车-轨道耦合振动对受电弓-接触网系统动力学的影响》中提出了一种利用轨道-车辆动力学模型计算受电弓底座振动响应，再加载到受电弓-接触网动力学模型，实现车-轨对弓-网的垂向解耦动力学计算。现有技术存在仅考虑受电弓底座垂向运动对弓网系统垂向振动的影响，但实际上，车辆是三维运动的，接触网也是三维结构，车辆运动使受电弓在垂向和横向位移均有变化，时刻影响弓网接触点的空间位置，从而影响弓网动力学性能。另外，针对弓-网-车-轨耦合动力学模型仅能用于仿真计算，其计算出的受电弓底座垂向运动可能与实际铁路车辆受电弓底座垂向运动有较大差别，影响计算的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种弓网动力学性能确定方法及系统，解决了铁路车辆空间三维运动对弓网动态受流不利影响的定量计算难题，提高了弓网动力学性能的确定精度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种弓网动力学性能确定方法，包括：获取绝缘子的坐标；根据所述绝缘子的坐标，确定底座质心点坐标；根据所述底座质心点坐标，建立受电弓动力学模型；根据罚函数法，建立弓网接触力数值计算模型；根据在受电弓滑板和在接触网接触线各有限元单元的受力分配模型，以及所述弓网接触力数值计算模型，建立弓网线-线接触模型；建立接触网动力学模型；根据所述受电弓动力学模型、接触网动力学模型和弓网线-线接触模型，确定弓网动力学性能参数；所述弓网动力学性能参数包括弓网接触力和弓头上的弓网接触点位移。可选的，所述获取绝缘子的坐标，具体包括：通过车轨动力学计算或者实际测量各绝缘子的振动位移，确定各所述绝缘子的坐标。可选的，所述根据所述绝缘子的坐标，确定底座质心点坐标，具体包括：根据所述绝缘子的坐标确定底座质心点坐标；其中，xi，yi和zi为每个绝缘子的沿线路中心方向、垂直于线路中心水平方向、垂直于线路中心竖直方向的坐标，xp，yp和zp为底架质心点的沿线路中心方向、垂直于线路中心水平方向、垂直于线路中心竖直方向的坐标，n为绝缘子数量。可选的，所述根据所述底座质心点坐标，建立受电弓动力学模型，所述受电弓包括弓头、上框架和下框架；具体包括：将底座等效一个质心点p，所述质心点p的质量为0，将所述弓头等效为p01质心点和p02质心点，所述质心点p01和所述质心点p02的质量分别为m1，将所述上框架等效为质心点p04，所述质心点p04的质量为m2，所述上框架还包括p03附加质点和p05附加质点，所述p03附加质点和所述p05附加质点的质量为0，将下框架等效为一个p06质心点，所述p06质心点的质量为m3；根据所述底座质心点坐标，确定弓头的质心点坐标、上框架的质心点坐标和下框架的质心点坐标；根据所述弓头的质心点坐标、所述上框架的质心点坐标和所述下框架的质心点坐标，建立受电弓动力学模型：其中，k1为上框架两个附加质点p03和p05分别与弓头两个质心点p01和p02之间连接的刚度，c1为上框架两个附加质点p03和p05分别与弓头两个质心点p01和p02之间连接的阻尼，k2为下框架质心点p06与上框架质心点p04之间连接的刚度，c2为下框架质心点p06与上框架质心点p04之间连接的阻尼，k3为底座质心点p与下框架质心点p06之间连接的刚度，c3为底座质心点p与下框架质心点p06之间连接的阻尼，zp01、zp02、zp03、zp04、zp05、zp06分别为p01质心点、p02质心点、p03质心点、p04质心点、p05质心点和p06质心点在z方向的坐标，分别为p01质心点、p02质心点、p03质心点、p04质心点、p05质心点和p06质心点在z方向的速度，分别为p01质心点、p02质心点、p04质心点和p06质心点在z方向的加速度，f0为静态接触力，fcp01和fcp01为等效在p01质心点和p02质心点的弓网接触力。可选的，所述根据罚函数法，建立弓网接触力数值计算模型，具体包括：根据罚函数法，建立弓网接触力数值计算模型：其中，fc为接触力，kc为接触刚度，Δξ为接触线与弓头等效接触点的垂向位移差。一种弓网动力学性能确定系统，包括：绝缘子坐标获取模块，用于获取绝缘子的坐标；底座质心点坐标确定模块，用于根据所述绝缘子的坐标，确定底座质心点坐标；受电弓动力学模型建立模块，用于根据所述底座质心点坐标，建立受电弓动力学模型；弓网接触力数值计算模型确定模块，用于根据罚函数法，建立弓网接触力数值计算模型；弓网线-线接触模型建立模块，用于根据在受电弓滑板和在接触网接触线各有限元单元的受力分配模型，以及所述弓网接触力数值计算模型，建立弓网线-线接触模型；接触网动力学模型建立模块，用于建立接触网动力学模型；弓网动力学性能参数确定模块，用于根据所述受电弓动力学模型、接触网动力学模型和弓网线-线接触模型，确定弓网动力学性能参数；所述弓网动力学性能参数包括弓网接触力和弓头上的弓网接触点位移。可选的，所述绝缘子坐标获取模块，具体包括：绝缘子坐标获取单元，用于通过车轨动力学计算或者实际测量各绝缘子的振动位移，确定各所述绝缘子的坐标。可选的，所述底座质心点坐标确定模块，具体包括：底座质心点坐标确定单元，用于根据所述绝缘子的坐标确定底座质心点坐标；其中，xi，yi和zi为每个绝缘子的沿线路中心方向、垂直于线路中心水平方向、垂直于线路中心竖直方向的坐标，xp，yp和zp为底架质心点的沿线路中心方向、垂直于线路中心水平方向、垂直于线路中心竖直方向的坐标，n为绝缘子数量。可选的，所述受电弓动力学模型确定模块，所述受电弓包括弓头、上框架和下框架；具体包括：受电弓等效单元，用于将底座等效一个质心点p，所述质心点p的质量为0，将所述弓头等效为p01质心点和p02质心点，所述质心点p01和所述质心点p02的质量分别为m1，将所述上框架等效为质心点p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弓网动力学性能确定方法，其特征在于，包括：/n获取绝缘子的坐标；/n根据所述绝缘子的坐标，确定底座质心点坐标；/n根据所述底座质心点坐标，建立受电弓动力学模型；/n根据罚函数法，建立弓网接触力数值计算模型；/n根据在受电弓滑板和在接触网接触线各有限元单元的受力分配模型，以及所述弓网接触力数值计算模型，建立弓网线-线接触模型；/n建立接触网动力学模型；/n根据所述受电弓动力学模型、接触网动力学模型和弓网线-线接触模型，确定弓网动力学性能参数；所述弓网动力学性能参数包括弓网接触力和弓头上的弓网接触点位移。/n

【技术特征摘要】
1.一种弓网动力学性能确定方法，其特征在于，包括：
获取绝缘子的坐标；
根据所述绝缘子的坐标，确定底座质心点坐标；
根据所述底座质心点坐标，建立受电弓动力学模型；
根据罚函数法，建立弓网接触力数值计算模型；
根据在受电弓滑板和在接触网接触线各有限元单元的受力分配模型，以及所述弓网接触力数值计算模型，建立弓网线-线接触模型；
建立接触网动力学模型；
根据所述受电弓动力学模型、接触网动力学模型和弓网线-线接触模型，确定弓网动力学性能参数；所述弓网动力学性能参数包括弓网接触力和弓头上的弓网接触点位移。


2.根据权利要求1所述的弓网动力学性能确定方法，其特征在于，所述获取绝缘子的坐标，具体包括：
通过车轨动力学计算或者实际测量各绝缘子的振动位移，确定各所述绝缘子的坐标。


3.根据权利要求1所述的弓网动力学性能确定方法，其特征在于，所述根据所述绝缘子的坐标，确定底座质心点坐标，具体包括：
根据所述绝缘子的坐标确定底座质心点坐标；
其中，xi，yi和zi为每个绝缘子的沿线路中心方向、垂直于线路中心水平方向、垂直于线路中心竖直方向的坐标，xp，yp和zp为底架质心点的沿线路中心方向、垂直于线路中心水平方向、垂直于线路中心竖直方向的坐标，n为绝缘子数量。


4.根据权利要求1所述的弓网动力学性能确定方法，其特征在于，所述根据所述底座质心点坐标，建立受电弓动力学模型，所述受电弓包括弓头、上框架和下框架；具体包括：
将底座等效一个质心点p，所述质心点p的质量为0，将所述弓头等效为p01质心点和p02质心点，所述质心点p01和所述质心点p02的质量分别为m1，将所述上框架等效为质心点p04，所述质心点p04的质量为m2，所述上框架还包括p03附加质点和p05附加质点，所述p03附加质点和所述p05附加质点的质量为0，将下框架等效为一个p06质心点，所述p06质心点的质量为m3；
根据所述底座质心点坐标，确定弓头的质心点坐标、上框架的质心点坐标和下框架的质心点坐标；
根据所述弓头的质心点坐标、所述上框架的质心点坐标和所述下框架的质心点坐标，建立受电弓动力学模型：












其中，k1为上框架两个附加质点p03和p05分别与弓头两个质心点p01和p02之间连接的刚度，c1为上框架两个附加质点p03和p05分别与弓头两个质心点p01和p02之间连接的阻尼，k2为下框架质心点p06与上框架质心点p04之间连接的刚度，c2为下框架质心点p06与上框架质心点p04之间连接的阻尼，k3为底座质心点p与下框架质心点p06之间连接的刚度，c3为底座质心点p与下框架质心点p06之间连接的阻尼，zp01、zp02、zp03、zp04、zp05、zp06分别为p01质心点、p02质心点、p03质心点、p04质心点、p05质心点和p06质心点在z方向的坐标，分别为p01质心点、p02质心点、p03质心点、p04质心点、p05质心点和p06质心点在z方向的速度，分别为p01质心点、p02质心点、p04质心点和p06质心点在z方向的加速度，f0为静态接触力，fcp01和fcp01为等效在p01质心点和p02质心点的弓网接触力。


5.根据权利要求1所述的弓网动力学性能确定方法，其特征在于，所述根据罚函数法，建立弓网接触力数值计算模型，具体包括：
根据罚函数法，建立弓网接触力数值计算模型：
其中，fc为接触力，kc为接触刚度，Δξ为接触线与弓头等效接触点的垂向位移差。


6.一种弓网动力学性能确定系统，其特征在于，包括：
绝缘子坐标获取模块，用于获取绝缘子的坐标；
底座质心点坐标确定模块，用于根据所述绝缘子的...

【专利技术属性】
技术研发人员：于素芬，关金发，吴积钦，汪吉健，魏宏伟，孔勇，张鹏，胡祥杰，张毅，杨康，
申请(专利权)人：中铁工程设计咨询集团有限公司，西南交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11