城市軌道交通車(chē)輛兩種受電弓跟隨性試驗(yàn)研究

（中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司電氣研發(fā)部，130062，長(zhǎng)春∥第一作者，工程師）

城市軌道交通車(chē)輛兩種受電弓跟隨性試驗(yàn)研究

閆海城 陳志東

（中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司電氣研發(fā)部，130062，長(zhǎng)春∥第一作者，工程師）

為了研究城市軌道交通車(chē)輛不同驅(qū)動(dòng)方式受電弓的跟隨性，分別對(duì)氣缸驅(qū)動(dòng)彈簧受電弓和電推桿彈簧受電弓進(jìn)行跟隨性試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：兩種驅(qū)動(dòng)方式受電弓的跟隨性均隨著弓網(wǎng)間相互作用頻率的增大而變差；在受電弓自振頻率附近均出現(xiàn)跟隨性變?nèi)醯内厔?shì)；隨著平均接觸力增加，受電弓跟隨性趨好；不同驅(qū)動(dòng)方式受電弓在不同頻率范圍內(nèi)的跟隨性?xún)?yōu)劣不同。

城市軌道交通車(chē)輛；受電弓；驅(qū)動(dòng)方式；跟隨性試驗(yàn)

Author′saddressCRRC Changchun Railway Vehicles Co．，Ltd．，130063，Changchun，China

在高速鐵路及城市軌道交通中，弓網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題一直是弓網(wǎng)關(guān)系研究的核心，目前已有很多研究成果［1－11］。本文主要通過(guò)試驗(yàn)方法分析缸式受電弓（SDG－1型）與電推桿彈簧受電弓（SDG－2型）分別在不同接觸力下前后滑板的跟隨性情況，以及在相同作用力下兩種驅(qū)動(dòng)方式受電弓的跟隨性能差異。

1 試驗(yàn)方法及內(nèi)容

受電弓跟隨性試驗(yàn)測(cè)試原理如圖1所示。

圖1 受電弓跟隨性試驗(yàn)測(cè)試原理

試驗(yàn)采用液壓伺服控制系統(tǒng)控制液壓作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)，以模擬接觸線振動(dòng)，并在弓頭與作動(dòng)器之間安裝力傳感器，測(cè)試其接觸壓力及作動(dòng)器自身振動(dòng)位移。在通過(guò)對(duì)兩架受電弓進(jìn)行頻響特性試驗(yàn)后，得到了兩架受電弓的固有頻率，如表1所示。

表1 SDG－1型及SDG－2型受電弓固有頻率

在頻率1～18Hz范圍內(nèi)試驗(yàn)，激擾頻率以0．5 Hz增加，在共振頻率附近激擾頻率以0．25Hz增加，施加各頻率下正弦掃幅激勵(lì)。

弓頭與作動(dòng)器間的力傳感器實(shí)時(shí)采集弓頭與作動(dòng)器間的作用力，作為判斷受電弓跟隨性的狀態(tài)依據(jù)。在任一固定頻率下作動(dòng)器施加正弦掃幅激振，隨著激振幅度的增大，接觸力變化幅度也隨之增大。當(dāng)激勵(lì)振幅增大到一定值后，接觸壓力變得沒(méi)有規(guī)律，弓頭與作動(dòng)器間的沖擊變得劇烈，力的最大值增大，最小值為零，此時(shí)受電弓出現(xiàn)離線現(xiàn)象，其幅值即為該頻率下受電弓跟隨性幅值。

2 試驗(yàn)設(shè)備及其安裝

試驗(yàn)通過(guò)工控機(jī)生成正弦掃頻控制信號(hào)，通過(guò)D／A（數(shù)字／模擬）接口將該信號(hào)的模擬量輸入到液壓伺服控制系統(tǒng)中，作為作動(dòng)器的輸入指令；當(dāng)作動(dòng)器執(zhí)行指令后，作動(dòng)器與滑板間將會(huì)產(chǎn)生相互作用力，安裝于滑板與作動(dòng)器間的力傳感器傳遞信號(hào)，作動(dòng)器中的位移傳感器傳遞位移信號(hào)，并由數(shù)字采集系統(tǒng)記錄信號(hào)。試驗(yàn)信號(hào)流程如圖2所示，試驗(yàn)控制界面及數(shù)字采集系統(tǒng)接口如圖3所示，力傳感器安裝情況如圖4所示，試驗(yàn)中所用的設(shè)備如表2所示。

圖2 試驗(yàn)信號(hào)流程圖

試驗(yàn)通過(guò)作動(dòng)器來(lái)施加掃幅激勵(lì)，通過(guò)液壓伺服控制系統(tǒng)來(lái)控制作動(dòng)器執(zhí)行指令。作動(dòng)器通過(guò)螺栓固定于龍門(mén)架上（如圖5所示）。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3．1 SDG－1型受電弓試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

SDG－1型受電弓為氣缸式彈簧受電弓，對(duì)此型號(hào)受電弓進(jìn)行跟隨性試驗(yàn)（見(jiàn)圖6）。在弓頭施加各個(gè)頻率下掃幅信號(hào)，同時(shí)采集掃幅信號(hào)和接觸力信號(hào)。SDG－1型受電弓的主要共振頻率出現(xiàn)在4．69、9．69、11．05和15．25Hz。

獲得離線情況下作動(dòng)器反饋信號(hào)的位移，記錄對(duì)應(yīng)頻率下的脫離幅值，通過(guò)數(shù)據(jù)處理后結(jié)果如圖7、8所示。

圖3 控制界面及數(shù)字采集系統(tǒng)實(shí)景圖

圖4 試驗(yàn)設(shè)備安裝后的實(shí)景圖

表2 試驗(yàn)設(shè)備

由圖7可知，在平均接觸力為80、90、100N作用下，受電弓前、后滑板的跟隨特性隨著弓網(wǎng)間相互作用頻率的增大而變差，在受電弓固有頻率附近會(huì)出現(xiàn)跟隨性變?nèi)踮厔?shì)，在5．25～9．00Hz范圍內(nèi)，前滑板跟隨性?xún)?yōu)于后滑板。

由圖8可知，在不同接觸力下，隨著平均接觸力增加，受電弓前、后滑板的跟隨性趨好。在共振頻率附近、10～13Hz及15Hz以后的頻率范圍，不同平均接觸力下的前、后滑板跟隨性差異不大。

圖5 作動(dòng)器實(shí)景圖

圖6 SDG－1型受電弓跟隨性試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景

3．2 SDG－2型受電弓試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

SDG－2型受電弓為電子推桿式彈簧受電弓，對(duì)此型號(hào)受電弓進(jìn)行跟隨性試驗(yàn)。在弓頭施加各個(gè)頻率下掃幅信號(hào)，同時(shí)采集掃幅信號(hào)和接觸力信號(hào)（見(jiàn)圖9）。SDG－2型受電弓的主要共振頻率出現(xiàn)在4．95、9．21、10．39和14．71Hz。

獲得離線情況下作動(dòng)器反饋信號(hào)的位移，記錄對(duì)應(yīng)頻率下的脫離幅值，通過(guò)數(shù)據(jù)處理后結(jié)果如圖10所示。

圖7 同一接觸力下SDG－1型受電弓前、后滑板跟隨性

圖8 不同接觸力下SDG－1型受電弓前、后滑板跟隨性

圖9 SDG－2型受電弓跟隨性試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景

由圖10可知，總體而言受電弓跟隨性隨著弓網(wǎng)間相互作用頻率增大而變差，在受電弓自振頻率附近會(huì)出現(xiàn)跟隨性變?nèi)踮厔?shì)；平均接觸力在80N時(shí)，前、后滑板跟隨性差異不大，僅在5．0、11．5～12．0 Hz時(shí)，后滑板跟隨性略?xún)?yōu)于前滑板；平均接觸力在90、100和120N時(shí)，在4～5Hz范圍內(nèi)，后滑板的跟隨性略?xún)?yōu)于前滑板；在5．25～9．00Hz范圍內(nèi)，前滑板的跟隨性?xún)?yōu)于后滑板。對(duì)不同平均接觸力下的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖11所示。

圖10 同一接觸力下SDG－2型受電弓前、后滑板的跟隨性

圖11 不同接觸力下SDG－2型受電弓前、后滑板跟隨性

由圖11可以看出，隨著平均接觸力的增加，受電弓的跟隨性趨好；在共振頻率附近以及13Hz以后的頻率范圍，不同平均接觸力下的前、后滑板跟隨性差異不大。

3．3 SDG－1型與SDG－2型受電弓跟隨性對(duì)比

選取SDG－1型及SDG－2型在平均接觸力80、 90及100N時(shí)的受電弓跟隨性結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如圖12所示。

通過(guò)SDG－1型與SDG－2型受電弓在不同靜態(tài)接觸力下跟隨性對(duì)比結(jié)果可知，兩受電弓在不同的頻率范圍內(nèi)跟隨性?xún)?yōu)劣不同。統(tǒng)計(jì)兩受電弓跟隨性較優(yōu)的頻率范圍，得出結(jié)果如表3所示。

注：圖中實(shí)線為SDG－1型，虛線為SDG－2型

表3 不同接觸力時(shí)兩種受電弓跟隨性較優(yōu)的頻率范圍Hz

4 結(jié)論

針對(duì)SDG－1型及SDG－2型受電弓跟隨性試驗(yàn)，可得出以下結(jié)論：

（1）兩種受電弓的跟隨性隨著平均接觸力的增大而變優(yōu)，隨著弓網(wǎng)間相互作用頻率的增大而變劣，自振頻率附近出現(xiàn)跟隨性變?nèi)踮厔?shì)。

（2）在相同的平均接觸力下，兩種受電弓前、后滑板跟隨性?xún)?yōu)劣的頻率范圍不同。

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Experimental Study of Pantograph Following Performance in Two Driving Modes for Urban Rail Transit Vehicle

YAN Haicheng，CHEN Zhidong

In order to study the pantograph following performance in two diffferent driving modes for urban rail transit vehicle，the following performance experiments of cylinder spring pantograph and electrical putt spring pantograph are studied respectively．The results show that in both cases，the pantograph following performance is deteriorated due to the increasing frequency of the gateway arch interacted with the pantograph catenary，and the weaker trend of pantograph following performance is influenced by the natural frequencies in the vicinity of pantograph．With the average increase of contact force，the pantograph following performance tends to become better．It is clear that different driving modes within different frequency ranges will directly influence the pantograph following performance．

urban rail transit vehicle；pantograph；driving mode；following performance experiment

U270．38＋1

10．16037／j．1007－869x．2017．02．007

2016－09－01）