[发明专利]一种高速受电弓结构参数优化方法

说明书

本发明公开了一种高速受电弓结构参数优化方法，包括以下步骤：步骤1：确定受电弓工作性能影响因素，分别构建受电弓的运动学优化模型、静力学优化模型、动力学优化模型和控制学优化模型；步骤2：根据步骤1得到的模型建立集成优化模型；步骤3：求解步骤2得到的集成优化模型，得到自变量的优化结果；步骤4：根据变量的优化值，建立受电弓的三维模型进行有限元分析，即可完成受电弓的优化；本发明以完备的理论模型作为基础，充分考虑多种因素的相互作用，相比于串行设计，设计结果更符合实际工程的要求。

技术领域

本发明涉及高速铁路弓网系统优化设计方法，具体涉及一种高速受电弓结构参数优化方法。

背景技术

受电弓是装设在电力机车或电动车辆上，一种从一根或多跟接触线或受电轨上获取电流的电气设备；一般主要由底座、传动机构、框架和弓头四个部分组成，其中弓头安装在框架上面，底座支撑框架并通过绝缘子固定在车顶上，传动机构通过与框架相连控制受电弓的升弓和降弓过程。高速列车是通过受电弓从接触网取得电能的，受电弓与接触网间的稳定接触是列车取得良好受流的重要条件，而弓网一旦接触不良或者受电弓的结构遭到破损，将直接降低弓网系统的供电能力，进而影响到列车的运营效果和安全性。因此，为确保列车运行的安全性和可靠性，必须提高受电弓的工作性能，而影响高速受电弓工作性能的主要因素是其结构参数的变化。因而，为获得高性能的受电弓和稳定的弓网动态受流，研究受电弓结构参数的设计十分必要。

目前，国内外学者分别采用不同的分析方法以提高受电弓的工作性能。如王江文等(王江文,梅桂明,李瑞平,等.弓网相互作用时受电弓关键部件动载荷研究[J].铁道学报,2018,40(3):68-75.)采用相对坐标法建立受电弓多刚体模型，分析弓网作用时受电弓各部件的载荷特性，获取受电弓主要部件的动态载荷传递规律。Lee等(Lee J,Kim Y,PaikJ,et al.Performance evaluation and design optimization using differentialevolutionary algorithm of the pantograph for the high-speed train[J].Journalof Mechanical Science and Technology,2012,26(10):3253-3260.)基于灵敏度分析结果，采用响应面分析法和差分进化算法对受电弓的归算参数进行优化设计。为提高弓网受流质量，还可采用相应的控制策略，以达到抑制弓网接触力波动的目次。(Sanchezrebollo等([Sanchezrebollo C,Jimenezoctavio J R,Carnicero A,et al.Active controlstrategy on a catenary–pantograph validated model[J].Vehicle System Dynamics,2013,51(4):554-569.)基于接触网的有限元模型，提出一种Hardware-in-the-Loop(HIL)控制策略，有效的降低弓网接触力的波动。但是，由于高速受电弓是一个结构复杂的机械系统，性能受到多个学科的影响，如运行精度、结构强度、动力特性、控制分析等，而目前的研究仅针对某个影响因素进行大量的分析，很少探究这些因素之间的相互作用对受电弓的影响。

发明内容

本发明针对多个影响因素，建立高速受电弓的集成优化模型，提出对高速受电弓结构参数进行的优化方法。

本发明采用的技术方案是：一种高速受电弓结构参数优化方法，包括以下步骤：

步骤1：确定受电弓工作性能影响因素，分别构建受电弓的运动学优化模型、静力学优化模型、动力学优化模型和控制学优化模型；

步骤2：根据步骤1得到的模型建立集成优化模型；

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