振动状态下铁路信号继电器的可靠性研究
发布时间：2021-04-04 20:36
近几年,我国轨道交通事业发展迅速,便利的交通环境满足了人们的出行与运输需求。随着动车组运行时速的不断增加,对铁路运输安全性和乘坐舒适性也提出了更高的要求,对铁路系统开关电器设备的性能指标要求也随之增加。簧片式铁路信号继电器广泛应用于铁路系统中,所以触点是否能够可靠接触直接影响到列车行车安全与铁路系统的正常运行。围绕开关电器的振动问题,一方面,在受到外在振动或冲击载荷下触点是否能够可靠接触;另一方面,触头闭合引起的触头弹跳问题也对触簧系统的电寿命和接触性能有很大影响。本文以某型号铁路信号继电器触簧系统为研究对象,采用理论分析与计算机仿真相结合的方法,对振动状态下簧片自身力学特性进行深入研究。首先,以动静触头接触的非线性为切入点,根据悬臂梁弯曲振动理论,基于有限元计算方法构建了继电器触簧系统的仿真模型,并对其进行模态分析,得到其固有频率与相应振型;采用Newmark隐式动力学分析算法,通过对底座施加固定频率的振动激励载荷,得到了触点接触力、簧片最大应力值与触头位移随时间变化曲线;基于模态叠加法对触簧系统进行谐响应分析,得到触头接触力及其位移频域响应变化情况。对比分析有限位和无限位状态下的触...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铁路信号继
第2章铁路信号继电器触簧系统理论模型的建立11其质量为ρAdx，微元的受力情况如图2.3所示。其中M为弯矩，Q为剪切力，F为推动力。根据达朗贝尔原理，微段应该处于动平衡状态，其竖向平衡方程[59]为：22FddρAd0QyQxQxxxt++=(2.1)化简后得：22ρAFyQtx+=(2.2)根据动量矩定理，其转动方程为：21ddFd02MxQxxx=(2.3)图2.3微分单元受力分析Fig.2.3Forceanalysisofdifferentialelement由于在低频状态下，转动惯量基本无影响，所以可得：MQx=(2.4)由材料力学理论可知，弯矩与挠度的关系公式为：22EI=yMx(2.5)其中，E为材料的弹性模量，I为截面对中性轴的惯性矩。由(2.4)、(2.5)代入(2.2)后，可得到仅考虑横向弯曲的振动微分方程：222222EIρA(,)yyFxtxxt+=(2.6)假设簧片截面大小并不发生变化，并且满足线性应力应变定理，由于触头存在质量惯性的影响，其运动方程为：2424ρAm()cEI()(k)()()mmyyyxxFtxLPtxxttx+++=(2.7)
第2章铁路信号继电器触簧系统理论模型的建立13动簧片由于受到反力作用也会发生形变，此时的反力动能就储存在了动簧片当中，由于簧片本身柔性体特质，使继电器的触头弹跳过程更为复杂。由于电磁吸力的继续增加，动簧片受到拉杆的作用再次使动触头向静触头运动，发生二次碰撞，当势能被簧片消耗以后，动触头推动着静触头继续运动。由于拉杆和衔铁结构的限制，动静触头运动到一定的位置便不再运动，此时动静触头的接触力全由静簧片形变而产生的反力提供，动静触头得以可靠接触。触头不同时刻运动状态如图2.4所示，触头振动位移变化与振动触头电压变化曲线如图2.5所示。图2.4触头碰撞变化物理图示Fig.2.4Physicaldiagramofcontactcollisionchanges图2.5触头振动位移变化与振动触头电压变化曲线Fig.2.5Changecurveofcontactvibrationdisplacementandchangeofvibrationcontactvoltage根据赫兹接触理论，接触表面在受到微小作用力后会形成一个有限接触区域并且刚性接触的两个物体互不穿透。相对于触簧系统来说，静触头只承受动触头传递的法向接触力，接触面最大接触应力赫兹理论解为：023P2πPa=(2.9)其中，a为触头的曲率半径，P为触头接触力。其静触头运动方程为：22()()mck()()ytytytPttt++=(2.10)
【参考文献】：
期刊论文
[1]GW4隔离开关机械故障仿真与诊断技术[J]. 马宏明,周涛涛,彭诗怡,邱志斌,朱琳. 电工技术学报. 2019(S2)
[2]真空开关电器中接触触点热过程的仿真研究[J]. 付思,曹云东,李静,侯春光. 真空科学与技术学报. 2019(07)
[3]考虑碰撞弹跳的接触器动力学模型建立及其弹跳特性影响因素分析[J]. 杨文英,刘兰香,刘洋,翟国富. 电工技术学报. 2019(09)
[4]基于Adams与AMESim联合仿真的动车组主断路器分析及优化[J]. 邓文明,王俊勇,苏安社,高文斌,王俊峰. 机车电传动. 2019(03)
[5]双行程螺管式电磁铁动态仿真分析及实验[J]. 袁洋,武建文,蒋原,李维新. 电工技术学报. 2018(S2)
[6]高速列车电磁接触器可靠性评估方法[J]. 刘建强,陈爱峰,闫一凡,张铭,齐洪峰. 电工技术学报. 2018(S2)
[7]高压直流继电器弹簧系统仿真与分析[J]. 张开淋,刘向军. 电器与能效管理技术. 2018(22)
[8]直流接触器分断过程中弧根演变及对重燃的影响分析[J]. 李静,刘凯,曹云东,侯春光,刘树鑫. 中国电机工程学报. 2019(04)
[9]基于Wiener过程的步退加速退化试验方法研究[J]. 李文华,王立国,周露露,王炳龙. 铁道科学与工程学报. 2018(07)
[10]铁路继电器温度加速寿命试验方案设计与分析[J]. 李文华,王立国,赵正元,高继辉. 铁道科学与工程学报. 2018(04)
博士论文
[1]机床螺栓结合面力学特性机理研究与应用[D]. 廖昕.东南大学 2017
[2]航天继电器触簧系统接触弹跳及其影响因素研究[D]. 熊军.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]考虑碰撞弹跳的直流大功率接触器动态特性分析方法与改进设计[D]. 刘兰香.哈尔滨工业大学 2018
[2]继电器触簧系统高精度测量与调整技术研究[D]. 陈昊.哈尔滨工业大学 2017
[3]铁路车载继电器产品设计与优化[D]. 柯章弘达.哈尔滨工业大学 2017
[4]航天用行程开关耐力学环境设计方法研究[D]. 杨建民.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于虚拟样机技术的小容量交流接触器性能的研究[D]. 张涛.河北工业大学 2015
[6]基于虚拟样机技术的汽车传动轴振动研究[D]. 雷玉莲.重庆大学 2013
[7]基于ADAMS的SPEEDBAR自动输送系统的仿真分析与研究[D]. 孙雪冬.青岛科技大学 2012
本文编号：3118446
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铁路信号继
第2章铁路信号继电器触簧系统理论模型的建立11其质量为ρAdx，微元的受力情况如图2.3所示。其中M为弯矩，Q为剪切力，F为推动力。根据达朗贝尔原理，微段应该处于动平衡状态，其竖向平衡方程[59]为：22FddρAd0QyQxQxxxt++=(2.1)化简后得：22ρAFyQtx+=(2.2)根据动量矩定理，其转动方程为：21ddFd02MxQxxx=(2.3)图2.3微分单元受力分析Fig.2.3Forceanalysisofdifferentialelement由于在低频状态下，转动惯量基本无影响，所以可得：MQx=(2.4)由材料力学理论可知，弯矩与挠度的关系公式为：22EI=yMx(2.5)其中，E为材料的弹性模量，I为截面对中性轴的惯性矩。由(2.4)、(2.5)代入(2.2)后，可得到仅考虑横向弯曲的振动微分方程：222222EIρA(,)yyFxtxxt+=(2.6)假设簧片截面大小并不发生变化，并且满足线性应力应变定理，由于触头存在质量惯性的影响，其运动方程为：2424ρAm()cEI()(k)()()mmyyyxxFtxLPtxxttx+++=(2.7)
第2章铁路信号继电器触簧系统理论模型的建立13动簧片由于受到反力作用也会发生形变，此时的反力动能就储存在了动簧片当中，由于簧片本身柔性体特质，使继电器的触头弹跳过程更为复杂。由于电磁吸力的继续增加，动簧片受到拉杆的作用再次使动触头向静触头运动，发生二次碰撞，当势能被簧片消耗以后，动触头推动着静触头继续运动。由于拉杆和衔铁结构的限制，动静触头运动到一定的位置便不再运动，此时动静触头的接触力全由静簧片形变而产生的反力提供，动静触头得以可靠接触。触头不同时刻运动状态如图2.4所示，触头振动位移变化与振动触头电压变化曲线如图2.5所示。图2.4触头碰撞变化物理图示Fig.2.4Physicaldiagramofcontactcollisionchanges图2.5触头振动位移变化与振动触头电压变化曲线Fig.2.5Changecurveofcontactvibrationdisplacementandchangeofvibrationcontactvoltage根据赫兹接触理论，接触表面在受到微小作用力后会形成一个有限接触区域并且刚性接触的两个物体互不穿透。相对于触簧系统来说，静触头只承受动触头传递的法向接触力，接触面最大接触应力赫兹理论解为：023P2πPa=(2.9)其中，a为触头的曲率半径，P为触头接触力。其静触头运动方程为：22()()mck()()ytytytPttt++=(2.10)
【参考文献】：
期刊论文
[1]GW4隔离开关机械故障仿真与诊断技术[J]. 马宏明,周涛涛,彭诗怡,邱志斌,朱琳. 电工技术学报. 2019(S2)
[2]真空开关电器中接触触点热过程的仿真研究[J]. 付思,曹云东,李静,侯春光. 真空科学与技术学报. 2019(07)
[3]考虑碰撞弹跳的接触器动力学模型建立及其弹跳特性影响因素分析[J]. 杨文英,刘兰香,刘洋,翟国富. 电工技术学报. 2019(09)
[4]基于Adams与AMESim联合仿真的动车组主断路器分析及优化[J]. 邓文明,王俊勇,苏安社,高文斌,王俊峰. 机车电传动. 2019(03)
[5]双行程螺管式电磁铁动态仿真分析及实验[J]. 袁洋,武建文,蒋原,李维新. 电工技术学报. 2018(S2)
[6]高速列车电磁接触器可靠性评估方法[J]. 刘建强,陈爱峰,闫一凡,张铭,齐洪峰. 电工技术学报. 2018(S2)
[7]高压直流继电器弹簧系统仿真与分析[J]. 张开淋,刘向军. 电器与能效管理技术. 2018(22)
[8]直流接触器分断过程中弧根演变及对重燃的影响分析[J]. 李静,刘凯,曹云东,侯春光,刘树鑫. 中国电机工程学报. 2019(04)
[9]基于Wiener过程的步退加速退化试验方法研究[J]. 李文华,王立国,周露露,王炳龙. 铁道科学与工程学报. 2018(07)
[10]铁路继电器温度加速寿命试验方案设计与分析[J]. 李文华,王立国,赵正元,高继辉. 铁道科学与工程学报. 2018(04)
博士论文
[1]机床螺栓结合面力学特性机理研究与应用[D]. 廖昕.东南大学 2017
[2]航天继电器触簧系统接触弹跳及其影响因素研究[D]. 熊军.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]考虑碰撞弹跳的直流大功率接触器动态特性分析方法与改进设计[D]. 刘兰香.哈尔滨工业大学 2018
[2]继电器触簧系统高精度测量与调整技术研究[D]. 陈昊.哈尔滨工业大学 2017
[3]铁路车载继电器产品设计与优化[D]. 柯章弘达.哈尔滨工业大学 2017
[4]航天用行程开关耐力学环境设计方法研究[D]. 杨建民.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于虚拟样机技术的小容量交流接触器性能的研究[D]. 张涛.河北工业大学 2015
[6]基于虚拟样机技术的汽车传动轴振动研究[D]. 雷玉莲.重庆大学 2013
[7]基于ADAMS的SPEEDBAR自动输送系统的仿真分析与研究[D]. 孙雪冬.青岛科技大学 2012
本文编号：3118446
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