CN111625975B - 一种弓网动力学性能确定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明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。

Description

一种弓网动力学性能确定方法及系统
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明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。
发明内容
本发明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，本发明提供了如下方案：
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；
质心点坐标确定单元，用于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；
受电弓动力学模型建立单元，用于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，所述弓网接触力数值计算模型确定模块，具体包括：
弓网接触力数值计算模型确定单元，用于根据罚函数法，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。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
1、本发明考虑了受电弓底座的三维运动，以及弓网接触点的三维位置变化，计算出的弓网动力学性能更接近实际的运行工况。
2、本发明实现了车辆-轨道对受电弓-接触网动力学的解耦计算，并可根据受电弓底座的三维运动实际测量数据，计算弓网动力学性能，提高了弓网动力学性能的确定精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明弓网动力学性能确定方法流程图；
图2为本发明考虑底座三维运动的受电弓与接触网动态仿真计算模型示意图；
图3为本发明四绝缘子支撑的受电弓底架质心点三维运动坐标计算示意图；
图4为本发明三绝缘子支撑的受电弓底架质心点三维运动坐标计算示意图；
图5为本发明车辆运动引起的受电弓底架质心点三维运动示意图；
图6为本发明弓头上接触力分配模型示意图；
图7为本发明接触线上接触力分配模型示意图；
图8为本发明受电弓底架质心点坐标随接触网里程的变化曲线图；
图9为本发明弓网接触力随接触网里程的变化曲线图；
图10为本发明弓网接触点竖向位移随接触网里程的变化曲线图；
图11为本发明弓网动力学性能确定系统结构图。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
考虑受电弓-接触网系统的整体惯性远远小于轨道-车辆系统，弓网系统的振动几乎对车轨系统没有影响，因此，本发明采用了车轨-弓网动力学解耦计算方法，将车轨动力学计算的或实际的受电弓底座三维运动坐标，输入到计及受电弓底座三维运动的弓网动力学模型当中，计算弓网动力学性能。图1为本发明弓网动力学性能确定方法流程图。如图1所示，一种弓网动力学性能确定方法包括：
步骤101：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。
步骤102：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。
受电弓底架质心点与绝缘子支撑刚性连接，而绝缘子支撑又与车辆顶部刚性连接，因此车辆运动会带动底座绝缘子支撑、受电弓底座质心点运行，底座质心点三维运动坐标由绝缘子支撑三维运动坐标决定。首先需对车顶上部的受电弓底架进行等效，将安装在铁路车辆车顶绝缘子的三维运动坐标等效到底架质心点位置上。目前，干线铁路受电弓一般使用三绝缘子支撑，而城轨铁路受电弓一般使用四绝缘子支撑。受电弓底座质心点的三维运动坐标为可见，绝缘子数量不同、运动坐标不同，质心点运动坐标也会不同。受电弓整体的运动跟随着底架质心点的运动。
图2为本发明考虑底座三维运动的受电弓与接触网动态仿真计算模型示意图。图3为本发明四绝缘子支撑的受电弓底架质心点三维运动坐标计算示意图。图4为本发明三绝缘子支撑的受电弓底架质心点三维运动坐标计算示意图。
步骤103：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。
受电弓所有质点的x坐标与底座质点p的x坐标相等。
xp01＝xp，xp02＝xp，xp02＝xp，xp03＝xp，xp04＝xp，xp05＝xp，xp06＝xp。
下框架质心点p06、上框架质心点p04的y坐标与底座质心点p的y坐标相等。
yp06＝yp，yp04＝yp。
上框架附加质点p03、弓头质心点p01的y坐标相等，且与底座质心点p的y坐标之差为-ly/2，其中ly为滑板的有效工作范围。
上框架附加质点p05、弓头质心点p02的y坐标相等，且与底座质心点p的y坐标之差为ly/2。
上框架附加质点p03和p05的z坐标与上框架质心点p04的z坐标相等。
zp05＝zp04，zp03＝zp04。
步骤104：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。
步骤105：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；
将受电弓的弓头滑板结构等效为两质心点的连线单元，接触网的接触线等效为若干杆单元，滑板与接触线为线线接触，利用弓网接触点在滑板和接触线上的空间位置，将弓网接触力等效为单元两端节点的节点力。接触线上弓网接触点的x、y、z坐标记作xj，yj和zj。
将所述弓网接触点与所述p01质心点的距离记为第一距离。
将所述弓网接触点与所述p02质心点的距离记为第二距离。
获取所述p01质心点在z方向的坐标，记为第一坐标。
获取所述p02质心点在z方向的坐标，记为第二坐标。
根据所述第一距离、所述第二距离、所述第一坐标和所述第二坐标采用公式得到弓头上的弓网接触点位移。
其中，zp01为第一坐标，zp02为第二坐标，lop1为第一距离，lop2为第二距离，zg为弓头上的弓网接触点位移。
将作用在弓头的接触力等效为两个弓头质心点的垂向力fcp01和fcp02，与接触线上弓网接触点y坐标、以及弓头质心点p01和p02的y坐标相关。可以得到接触力在受电弓滑板的接触力分配模型：
其中，lp01＝yj-yp01，lp02＝yp02-yj
接触线上弓网接触点xj与xp相等。
xj＝xp；
假设接触线上各点拉出值坐标为常量。接触线上弓头接触点的yj坐标由xj坐标决定，即yj为xj的函数。
yj＝g(xj)；
将弓网接触点作用的接触线杆单元两个节点记作j(q+1)、j(q+2)。
lj(q+1)＝xj-xj(q+1)，lj(q+2)＝xj(q+2)-xj
接触线上的弓网接触点zj坐标与接触线上弓网接触点xj坐标、以及弓网接触点作用的接触线杆单元两个节点x坐标相关。
弓网接触力由弓头上的弓网接触点zg坐标和接触线上的弓网接触点zj坐标之差与接触刚度的乘积决定，当弓头上的弓网接触点zg坐标小于接触线上的弓网接触点zj坐标，则弓网接触力为0，即弓网离线。
式中，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。
公式(1)-(3)为弓网线-线接触模型。
图5为本发明车辆运动引起的受电弓底架质心点三维运动示意图。图6为本发明弓头上接触力分配模型示意图。图7为本发明接触线上接触力分配模型示意图。
步骤106：建立接触网动力学模型。利用有限单元法，将接触网离散成空间的杆单元、梁单元和索单元，其中接触线和承力索为杆单元，定位器为梁单元、吊弦为索单元，将接触网上所有单元组装成有限元动力学方程：
式中：Mj、Cj和Kj为接触网的质量、阻尼和刚度矩阵；Uj为接触网的节点三维坐标；Fc为接触线上的接触力矩阵。接触力矩阵Fc为随xj移动的外力。将作用在接触线的接触力等效为一个杆单元两个节点的垂向力，与接触线上弓网接触点xj坐标、以及弓网接触点作用的接触线杆单元两个节点x坐标相关。
步骤107：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。
采用Newmark法求解受电弓动力学模型、接触网动力学模型和弓网线-线接触模型，得到弓网动态性能指标参数，即弓网接触力fc和弓头上的弓网接触点位移zg。
本发明的弓网动力学性能确定方法可更真实的反映轨道-车辆对弓网系统的动力学影响，可在接触网设计阶段预测每个候选接触网设计方案的弓网动力学性能，并作为方案技术性比选依据，也可在接触网维修阶段计算获得因轨道沉降、形变等问题引起的弓网动力学性能，并作为铁路养护维修的决策依据。
本发明与现有技术相比，具有下列优点：
本发明考虑了受电弓底座的三维运动，以及弓网接触点的三维位置变化，计算出的弓网动力学性能更接近实际的运行工况。本发明实现了车辆-轨道对受电弓-接触网动力学的解耦计算，并可根据受电弓底座的三维运动实际测量数据，计算弓网动力学性能。
实施例2：
当CRH380动车组通过路基地段无砟轨道，对车辆－轨道动力学计算模型施加标准TB/T 3352-2014并提供轨道随机不平顺谱作为外部激扰，计算运行速度350km/h时的受电弓底座质心点的三维坐标，其中xp为运行速度和运行时间的乘积作为计算输入数据，yp和zp为计算输出数据。
以京张高铁弓网动力学计算为例，运行速度为350km/h，受电弓采用DSA380型，输入经车轨动力学计算获得的受电弓底座三维运动坐标，利用本发明方法，计算计及受电弓底座三维运动的弓网接触力和弓头接触点竖向位移。
与不考虑受电弓底座三维运动的弓网动力学性能指标相比，考虑受电弓底座三维运动的接触力标准差比较大，相对增加4％，弓头接触点垂向位移运动幅度比较大，相对增加64％，说明受电弓底座三维运动加剧弓网振动，且对弓网动力性能的影响显著。图8为本发明受电弓底架质心点坐标随接触网里程的变化曲线图。图9为本发明弓网接触力随接触网里程的变化曲线图。图10为本发明弓网接触点竖向位移随接触网里程的变化曲线图。
实施例3：
图11为本发明弓网动力学性能确定系统结构图。如图11所示，一种弓网动力学性能确定系统包括：
绝缘子坐标获取模块201，用于获取绝缘子的坐标。
底座质心点坐标确定模块202，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203，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204，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205，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206，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207，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。
所述绝缘子坐标获取模块201，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。
所述底座质心点坐标确定模块202，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。
所述受电弓动力学模型确定模块203，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。
质心点坐标确定单元，用于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。
受电弓动力学模型建立单元，用于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。
所述弓网接触力数值计算模型确定模块204，具体包括：
弓网接触力数值计算模型确定单元，用于根据罚函数法，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。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

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；
所述弓网接触力的计算公式为：
式中，p01和p02为弓头的两个等效的质心点，fcp01为等效在弓头质心点p01的弓网接触力，fcp02为等效在弓头质心点p02的弓网接触力，fc为接触力，lp01为弓网接触点与弓头质心点p01的距离，lp02为弓网接触点与弓头质心点p02的距离；
所述弓网接触点位移的计算公式为：
式中，zg为弓头上的弓网接触点位移，zp01为弓头质心点p01在z方向的坐标，zp02为弓头质心点p02在z方向的坐标。
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；
所述弓网接触力的计算公式为：
式中，p01和p02为弓头的两个等效的质心点，fcp01为等效在弓头质心点p01的弓网接触力，fcp02为等效在弓头质心点p02的弓网接触力，fc为接触力，lp01为弓网接触点与弓头质心点p01的距离，lp02为弓网接触点与弓头质心点p02的距离；
所述弓网接触点位移的计算公式为：
式中，zg为弓头上的弓网接触点位移，zp01为弓头质心点p01在z方向的坐标，zp02为弓头质心点p02在z方向的坐标。
7.根据权利要求6所述的弓网动力学性能确定系统，其特征在于，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。
8.根据权利要求6所述的弓网动力学性能确定系统，其特征在于，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。
9.根据权利要求6所述的弓网动力学性能确定系统，其特征在于，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；
质心点坐标确定单元，用于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；
受电弓动力学模型建立单元，用于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。
10.根据权利要求6所述的弓网动力学性能确定系统，其特征在于，所述弓网接触力数值计算模型确定模块，具体包括：
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