CN110702392A - 一种受电弓等效参数的测试方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种受电弓等效参数的测试方法与系统，受电弓结构包括弓头系统、上框架系统与下框架系统；消除或限制弓头系统、上框架系统与下框架系统中的两个系统的自由度，只保留其中一个系统的自由度，作为待测试系统；给测试系统的测试结构施加一个与自由度相一致的初始激励，施加一个外加试验载荷F，测试结构就会在该自由度下产生初始位移与自由振动；测量初始位移的变形量ΔL与自由振动的振幅A和振动周期T；得到等效参数。可以准确地测试出受电弓的等效参数，用于弓网耦合系统仿真及模型建立以及后续的弓网系统动力学行为研究提供准确的基础数据，同时为新型受电弓的设计与制造提供技术支撑和理论依据。

Description

一种受电弓等效参数的测试方法与系统

技术领域

本发明涉及机械结构性能测试技术领域，尤其涉及一种受电弓等效参数的测试方法与系统。

背景技术

受电弓是安装在电力机车和高速列车上的用于受流的核心部件，依靠与接触网的动态接触，为列车正常运行提供电能。在列车高速运行过程中，保持弓头与接触网良好的追随性能至关重要。优良的受电弓结构参数，可以确保弓网动态接触力偏差小，受流稳定不离线等，确保列车稳定运行。

在弓网耦合系统仿真计算时，获取受电弓等效参数对建立仿真模型至关重要，现阶段等效参数的测试原理及方法还没有统一的标准，其合理性也有待进一步研究。因而，有必要对受电弓实物进行相关测试及研究，以得到合理的等效参数，为后续的弓网系统动力学行为研究提供准确的基础数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种受电弓等效参数的测试方法与系统，可以准确地测试出受电弓的等效参数，用于弓网耦合系统仿真及模型建立以及后续的弓网系统动力学行为研究提供准确的基础数据，同时为新型受电弓的设计与制造提供技术支撑和理论依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种受电弓等效参数的测试方法，受电弓结构包括弓头系统、上框架系统与下框架系统；

消除或限制弓头系统、上框架系统与下框架系统中的两个系统的自由度，只保留其中一个系统的自由度，作为待测试系统；

给测试系统的测试结构施加一个与自由度相一致的初始激励，施加一个外加试验载荷F，测试结构就会在该自由度下产生初始位移与自由振动；

测量初始位移的变形量ΔL与自由振动的振幅A和振动周期T；得到等效参数：

则，弹性系数k为：

式中，F，为试验过程中初始激励施加的外加试验载荷；

ΔL，为实验过程中测量的初始位移的变形量；

等效质量m为：

式中，T，为振动周期；

阻尼系数c为：

式中，m，为上述等效质量，T，为振动周期，A₁和A₂为不同时刻的振幅。

所述的测试弓头系统的等效参数的方法包括：

将受电弓底座固定并在弓头系统与上框架系统连接的弓头转轴处施加约束，使受电弓处于待测试状态；

将弓头系统的弓头活动部件连接位移传感器，向弓头部件上逐级施加载试验载荷F，使弓头活动部件产生初始位移；测量初始位移的变形量ΔL；

得到弓头系统的弹性系数k₁：

向弓头部件上施加初始激励作用力，使弓头活动部件产生自由振动；

测量自由振动的振幅A和振动周期T；

得到弓头系统的等效质量m₁；

阻尼系数c₁：

所述的上框架系统的等效参数的方法包括：

将受电弓底座固定同时拆除弓头系统，上框架系统与与下框架系统的在上下臂连接处施加约束，并将受电弓调整至工作高度，使受电弓处于待测试状态；

将上框架系统的上框架顶管连接位移传感器，向上框架顶管上逐级加载试验载荷F，使上框架顶管产生初始位移；测量初始位移的变形量ΔL；

得到上框架系统的弹性系数k₂：

向上框架顶管施加初始激励作用力，使上框架顶管部件产生自由振动；

测量自由振动的振幅A和振动周期T；

得到上框架系统的等效质量m₂：

阻尼系数c₂：

所述的下框架系统的等效参数的方法包括：

将受电弓底座固定同时拆除弓头系统，并将受电弓调整至工作高度，使受电弓处于待测试状态；

将上框架系统的前端连接位移传感器和已知刚度k₀的弹簧，并施加初始激励，施加载试验载荷F，使产生初始位移；测量初始位移的变形量ΔL；

测量自由振动的振幅A和振动周期T；

得到下框架系统的等效质量m₃：

式中，m_上为上框架的等效质量；

阻尼系数c₃：

一种受电弓等效参数的测试系统，包括：位移传感系统、数据采集系统与数据处理系统；

所述的数据采集系统通过位移传感系统采集待测受电弓的各部份的初始位移的变形量ΔL与自由振动的振幅A和振动周期T等参数；输出到数据处理系统，经数据处理系统计算输出等效参数。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种受电弓等效参数的测试方法与系统，可以准确地测试出受电弓的等效参数，用于弓网耦合系统仿真及模型建立以及后续的弓网系统动力学行为研究提供准确的基础数据，同时为新型受电弓的设计与制造提供技术支撑和理论依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的受电弓等效参数的测试方法的示意图；

图2为本发明实施例提供的受电弓等效参数的测试方法的原理力学模型图；

图3为本发明实施例提供的受电弓等效参数的系统组成示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

实施例

一种受电弓等效参数的测试方法，如图1所示为受电弓结构简图，受电弓结构包括弓头系统、上框架系统与下框架系统；参考图2，具体的测试方法具体的包括：

消除或限制弓头系统、上框架系统与下框架系统中的两个系统的自由度，只保留其中一个系统的自由度，作为待测试系统；

给测试系统的测试结构施加一个与自由度相一致的初始激励，如，施加一个外加试验载荷F，测试结构就会在该自由度下产生初始位移与自由振动；

测量初始位移的变形量ΔL与自由振动的振幅A和振动周期T；得到等效参数，这里的等效参数包括弹性系数k、等效质量m与阻尼系数c，具体为：

弹性系数k为：

式中，F，为试验过程中初始激励施加的外加试验载荷；

ΔL，为实验过程中测量的初始位移的变形量；可在实验过程中读取。

等效质量m为：

式中，弹性系数k为上述弹性系数，上方计算得出。T，为振动周期；可在实验过程中读取。

阻尼系数c为：

式中，m，为上述等效质量，上方计算得出。T，为振动周期，A₁和A₂为不同时刻的振幅，可在实验过程中读取。上述三个参数均为已知。这里振幅A可以不断的测量得到对应不同时间的振幅，可以用A₁、A₂、A₃……A_n……，表示，n为自然数。

具体，三部份的测试方法如下：

所述的测试弓头系统的等效参数的方法包括：

将受电弓底座固定并在弓头系统与上框架系统连接的弓头转轴处施加约束，使受电弓处于待测试状态；

将弓头系统的弓头活动部件连接位移传感器，向弓头部件上逐级施加载试验载荷F，使弓头活动部件产生初始位移；测量初始位移的变形量ΔL；

得到弓头系统的弹性系数k₁：

式中，F，为试验过程中初始激励向弓头部件上施加的外加试验载荷；

ΔL，为实验过程中测量的初始位移的变形量；可在实验过程中读取。

向弓头部件上施加初始激励作用力，使弓头活动部件产生自由振动；

测量自由振动的振幅A和振动周期T；

得到弓头系统的等效质量m₁；

式中，弹性系数k₁为上述弹性系数k₁，上方计算得出。T，为振动周期；可在实验过程中读取。

阻尼系数c₁：

式中，m₁，为上述等效质量量m₁，上方计算得出。T，为振动周期，A₁和A₂为不同时刻的振幅，可在实验过程中读取。上述三个参数均为已知。这里振幅A可以不断的测量得到对应不同时间的振幅，可以用A₁、A₂、A₃……A_n……，表示，n为自然数。

所述的上框架系统的等效参数的方法包括：

将受电弓底座固定同时拆除弓头系统，上框架系统与与下框架系统的在上下臂连接处施加约束，并将受电弓调整至工作高度，使受电弓处于待测试状态；

将上框架系统的上框架顶管连接位移传感器，向上框架顶管上逐级加载试验载荷F，使上框架顶管产生初始位移；测量初始位移的变形量ΔL；

得到上框架系统的弹性系数k₂：

式中，F，为试验过程中初始激励向上框架顶管上施加的外加试验载荷；

ΔL，为实验过程中测量的初始位移的变形量；可在实验过程中读取。

向上框架顶管施加初始激励作用力，使上框架顶管部件产生自由振动；

测量自由振动的振幅A和振动周期T；

得到上框架系统的等效质量m₂：

式中，弹性系数k₂为上述弹性系数k₂，上方计算得出。T，为振动周期；可在实验过程中读取。

阻尼系数c₂：

式中，m₂，为上述等效质量量m₂，上方计算得出。T，为振动周期，A₁和A₂为不同时刻的振幅，可在实验过程中读取。上述三个参数均为已知。这里振幅A可以不断的测量得到对应不同时间的振幅，可以用A₁、A₂、A₃……A_n……，表示，n为自然数。

所述的下框架系统的等效参数的方法包括：

将受电弓底座固定同时拆除弓头系统，并将受电弓调整至工作高度，使受电弓处于待测试状态；

将上框架系统的前端连接位移传感器和已知刚度k₀的弹簧，并施加初始激励，施加载试验载荷F，使产生初始位移；测量初始位移的变形量ΔL；

测量自由振动的振幅A和振动周期T；

得到下框架系统的等效质量m₃：

式中，m_上为上框架的等效质量；计算方法见是上文中计算的上框架系统的等效质量m₂。

阻尼系数c₃：

式中，m₃，为上述等效质量量m₃，上方计算得出。T，为振动周期，A₁和A₂为不同时刻的振幅，可在实验过程中读取。上述三个参数均为已知。这里振幅A可以不断的测量得到对应不同时间的振幅，可以用A₁、A₂、A₃……A_n……，表示，n为自然数。

综合所述，本发明的一种受电弓等效质量的测试原理及方法，可以有效地测试出任何一种受电弓的实际等效参数，即等效质量、弹性系数和阻尼系数，可以为弓网耦合系统仿真计算及仿真模型建立提供真实有效的数据支撑。

如图3所示，一种受电弓等效参数的测试系统，包括：位移传感系统、数据采集系统与数据处理系统；所述的数据采集系统通过位移传感系统采集待测受电弓的各部份的初始位移的变形量ΔL与自由振动的振幅A和振动周期T等参数；具体通过载荷位移响应得到变形量ΔL与自由振动的振幅A，通过自由振动响应得到振动周期T。将这些参数输出到数据处理系统，再结合上述的方法，经数据处理系统计算输出等效参数。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种受电弓等效参数的测试方法，受电弓结构包括弓头系统、上框架系统与下框架系统；其特征在于：

消除或限制弓头系统、上框架系统与下框架系统中的两个系统的自由度，只保留其中一个系统的自由度，作为待测试系统；

给测试系统的测试结构施加一个与自由度相一致的初始激励，施加一个外加试验载荷F，测试结构就会在该自由度下产生初始位移与自由振动；

测量初始位移的变形量ΔL与自由振动的振幅A和振动周期T；得到等效参数：

则，弹性系数k为：

式中，F，为试验过程中初始激励施加的外加试验载荷；

ΔL，为实验过程中测量的初始位移的变形量；

等效质量m为：

式中，T，为振动周期；

阻尼系数c为：

式中，m，为上述等效质量，T，为振动周期，A₁和A₂为不同时刻的振幅。

2.根据权利要求1所述的受电弓等效参数的测试方法，其特征在于，所述的测试弓头系统的等效参数的方法包括：

将受电弓底座固定并在弓头系统与上框架系统连接的弓头转轴处施加约束，使受电弓处于待测试状态；

将弓头系统的弓头活动部件连接位移传感器，向弓头部件上逐级施加载试验载荷F，使弓头活动部件产生初始位移；测量初始位移的变形量ΔL；

得到弓头系统的弹性系数k₁：

向弓头部件上施加初始激励作用力，使弓头活动部件产生自由振动；

测量自由振动的振幅A和振动周期T；

得到弓头系统的等效质量m₁；

阻尼系数c₁：

3.根据权利要求1所述的受电弓等效参数的测试方法，其特征在于，所述的上框架系统的等效参数的方法包括：

将受电弓底座固定同时拆除弓头系统，上框架系统与与下框架系统的在上下臂连接处施加约束，并将受电弓调整至工作高度，使受电弓处于待测试状态；

将上框架系统的上框架顶管连接位移传感器，向上框架顶管上逐级加载试验载荷F，使上框架顶管产生初始位移；测量初始位移的变形量ΔL；

得到上框架系统的弹性系数k₂：

向上框架顶管施加初始激励作用力，使上框架顶管部件产生自由振动；

测量自由振动的振幅A和振动周期T；

得到上框架系统的等效质量m₂：

阻尼系数c₂：

4.根据权利要求1所述的受电弓等效参数的测试方法，其特征在于，所述的下框架系统的等效参数的方法包括：

将受电弓底座固定同时拆除弓头系统，并将受电弓调整至工作高度，使受电弓处于待测试状态；

将上框架系统的前端连接位移传感器和已知刚度k₀的弹簧，并施加初始激励，施加载试验载荷F，使产生初始位移；测量初始位移的变形量ΔL；

测量自由振动的振幅A和振动周期T；

得到下框架系统的等效质量m₃：

式中，m_上为上框架的等效质量；

阻尼系数c₃：

5.一种受电弓等效参数的测试系统，其特征在于，包括：位移传感系统、数据采集系统与数据处理系统；

所述的数据采集系统通过位移传感系统采集待测受电弓的各部份的初始位移的变形量ΔL与自由振动的振幅A和振动周期T等参数；输出到数据处理系统，经数据处理系统计算输出等效参数。

Images