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课题调研

第一篇：课题调研大连交通大学2012届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告实习（调研）调研1.课题的来源及意义本次设计课题题目为《动车组受电弓空气动力学分析》。受电弓是电力机车从接触网获得电能的电气设备，安装在动车或拖车的车顶上，它和接触网之间的相互作用直接影响动车组的受流质量，是动车组的重要部件。铁路运输正朝着高速行车方向发展，高速度已成为时代的标志。制约动车组运行速度提高的主要因素之一就是受电弓、接触网的受流特性。受电弓、接触网系统承担着为动车组输送能源的重要任务，动车组高速运行时如何保证能源输送的畅通，这正是高速受流需要解决的问题。在高速行车中，空气会以风动力的形式作用于列车和受电弓，空气动力是影响受电弓高速受流和安全运行的重要因素。受电弓良好的气动特性可以提高弓网系统跟随性、稳定性，减小弓网磨损，降低气动阻力，因此，研究受电弓的空气动力学对弓网系统的高速受流有重要的实际意义【1】。1.受电弓的介绍受电弓作为高速电力机车上的关键设备,是弓网系统的重要组成部分,一旦弓网接触不好,将直接影响弓网间的受流特性,进而影响列车的牵引供电性能;更加严重的是,如果受电弓结构在运行中破坏,不仅会中断受流,还常常引起接触网系统的破坏。所以,铁路高速化中,除了要研制高速机车车辆和线路结构,还必须研制能够在高速条件下保持良好受流,并安全可靠运行的高速受电弓。高速受电弓一般由弓头、框架、底架和传动机构四部分组成,而框架又由摆杆、上臂杆、下臂杆、支撑杆和平衡杆等杆件组成,各杆件通过铰接连接在一起,如图1左所示。底架支持框架,通过绝缘子固定在车顶上,框架通过升弓装置支持弓头,传动机构作用于下臂杆来实现升弓动作。气动升弓装置安装在底座上,通过钢丝绳作用于位于下臂杆下部的扇形板,从而实现升弓过程。下臂杆、上框架和弓头采用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)焊接而成。碳滑板安装在弓头支架上,弓头支架垂悬在4个拉簧下方,两个扭簧安装在高速受电弓与低速受电弓的差别之一是高速受电弓的归算质量大大减轻。低速受电弓的铁合金推杆在高速受电弓中由细长的铝合金拉杆代替;高速受电弓的上框架全部由原来的铁合金改为质量很轻的铝合金代替。从动力学的角度来看,框架质量的减轻,并没有改变框架的运动特性【2】。2.空气动力学的发展及研究方法列车空气动力学研究可追溯到上世纪30年代，当时英国对运行的列车在横风作用下所承受的力和力矩，采用缩比1/25列车模型进行了风洞模拟试验研究。20世纪50年代后期，日本、英国围绕高速列车减阻以及高速列车与运行环境相互影响的问题开始系统研究列车空气动力学，随后德国、法国于70年代也相继开展试验研究工作。中国弓头和上框架间。大连交通大学2012届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告对列车空气动力学的研究工作是从20世纪60年代开始的，针对铁路货车翻车和脱轨问题，研究了列车的横风效应；80年代末期，围绕列车提速问题，对时速为160km/h的“东风11型”（内燃）、“韶山8型”（电力）准高速机车外形优化设计进行了试验研究；20世纪90年代初期，中国发展高速铁路的计划正式启动，列车空气动力学的研究进入一个新的阶段[3]，尽管中国的研究工作起步较晚，但进展很快。1998年，中国自行设计、速度为200km/h的首列动力集中型客运电动车组车正式投入营运，相继有200km/h动力分散型、270km/h动力集中型（中华之星号）等多种类型的国产高速、准高速电动和内燃动车组在线路上行驶，均具有良好的空气动力性能。列车空气动力学研究的目的主要是减小气动阻力，改善操纵稳定性，提高安全舒适性及减小其对环境的影响。列车空气动力学的研究内容可以归纳如下几个方面。（1）研究作用在列车上的空气动力和力矩，及其对列车性能的影响。（2）研究列车运行时，自然风对列车性能的影响及列车风对人和建（构）筑物的影响。（3）研究列车通过隧道和列车会车时的压力波特性。（4）研究列车气动噪声和气候条件及其对车厢内人员舒适性的影响。列车空气动力学的研究方法主要有模型模拟试验（风洞、动模型）、数值模拟计算、实车路试三种。缩尺模型模拟试验是研究列车空气动力特性的一种主要手段。就列车而言，模拟试验主要采用风洞和动模型试验装置两种试验设备，列车的空气动力和力矩、表面压力分布规律、尾部绕流特性等，以采用风洞试验为宜；对于需模拟有相对运动情况的列车交会和过隧道等方面的空气动力问题，则以采用动模型试验装置为佳，二者相辅相成，互相不能取代。由于列车为长大物体，法国、日本以及德国与荷兰联合建造了试验段加长的专门用于列车模拟试验的风洞，日本还建有专用的低噪声风洞用于噪声试验研究，但多数国家仍利用已有的航空风洞经适当改造后进行列车模拟试验；动模型试验装置有多种形式，目前仅中国、英国建有大型动模型试验装置。数值模拟计算是近