受电弓设计计算说明书
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2008年6月
目录
第1章问题的提出 1
第2章设计要求与设计数据 1
第3章机构选型设计 2
第4章机构尺度综合 5
第5章机构运动分析 7
驱动方式的选择 7
直接型 7
间接型 9
运动仿真 10
仿真 10
传动机构的比较 11
机构运动验证 12
E点X方向偏移的验证 12
E点Y方向偏移的验证 12
传动角验证 13
第6章机构动力分析 14
15
18
19
19
第7章结论 20
第8章收获与体会 21
第9章致谢 21
参考文献 22
附录1 23
第1章问题的提出
受电弓亦称集电弓,,为保证列车安全稳定运行,就必须使机车与铁路电网保持良好的接触。这就要求输送电力的受电弓在工作时满足以下要求:
受电弓升弓时,接近电线的速度应较慢;受电弓收弓是离线的速度应较快。以避免弓与高压线之间产生高压电弧,烧坏弓头及电线,影响安全。
又因高压线在重力作用下使得两电线杆之间的电线呈向下垂的趋势,从而受电弓在机车运行中的高度也必须随其变化,要保持弓与线良好的接触,就要求整个受电弓对机车的响应比较快。
随着现代社会的快速发展,列车也得朝着高速舒适的方向发展。这就
更对受电弓的性能有更高的要求。
第2章设计要求与设计数据
设计要求:
在弓头上升、下降的行程内,偏离理想化直线轨迹的距离不得超过,弓头摆动最大角位移不得超过。
在任何时候,弓头上部都是整个机构的最高处。
只有一个自由度,用风缸驱动。
图机构运动范围图
(4)收弓后,整个受电弓含风缸不超过下图虚线所示的区域。如图所示。
(5)最小的传动角大于或等于。
(6)垂直于速度方向上,最大尺寸不超过。
第3章机构选型设计
由于设计要求中机构收弓时必须在规定的虚线区域,传动角大于或等于且只有一个自由度可知:在连杆、凸轮、齿轮中选择连杆机构,而且连杆之间所行成的低副可设计成面接触,从而可使机构稳定,承载能力大。
方案一:直线机构(天线式)
设计要求:只需在虚线区域设置好底座支架,直接用风缸推动中空的天线式支架,将受电弓滑板送至高压线,与之相接触。
评析:此方案满足直线上升的要求,但是在机车速度方向上承载能力太低。
改进方案是在其两侧增加支架,设计如图。
图直线式机构图
均为均分成四段的活动连杆,当主杆由点上升到点时,为直线,可增加横向的承载能力,但是增加自锁的条件,制作难度加大。
方案二:平行四边形机构
如图:,在点置为滑块,当其向左移至点时,如图所示。易得为等腰三角形,其底边中线平行于,当中线向左平移后仍与平行,从而保证了五点始终在垂直于底边的一条直线上,满足设计直线轨迹要求。且个体为三角形机构,承载纵向和横向能力较高。
但是设计要求传动角大于或等于,即,设有:
,从而当共线时,
图平行四边形式机构图
从而判定不满足传动角要求。
同时极限位置设计导致机构必须在虚线区域外部,不符合要求。
方案三:双滑块机构
滑块同时对称运动,由平行四边形特性可得点必定沿图所示的虚线移动,满足受电弓直线上升的要求。
分析其极限位置,当满足最小传动角不小于时,收弓后点到的距离为,,则
那么点最高位置距距离为
与方案二存在同样的制约因素,不符合设计要求。
图双滑块式机构图
方案四:铰链四杆机构
如图所示。
机构简单易懂,可适当设计各杆的杆长,两个基点的位置,可保证点轨迹近似为一条直线,且传动角大于或等于。
图四连杆式机构图
唯一不足之处是点不能直线上升,只能控制其在偏离直线距离小于范围内运动。
此机构明显的优势是当点上升到最高点时,在点处可形成自锁。
综合以上四个方案,比较其优缺点,可知方案四为最佳可行方案,并且可自由设计各杆的长度,从而满足各种设计的尺寸,工作要求。
结论:选择方案四——铰链四杆机构。
第4章机构尺度综合
因机构要求有直线轨迹,所以采用平面连杆机构运动设计的位移矩阵法来设计机构的各杆长。
由Burmester理论有:当连杆是由两个转杆导引时,平面四杆机构可实现精确位置的最大数目为5。
当不考虑运动副间隙和构件的弹性变形时:
则我们可以在的轨迹上取5个点,以两点的坐标以及的转角为设计变量,然后根据实际情况自取两点,同样用刚体位移矩阵方程,可得到8个非线性方程,可解
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