论文部分内容阅读
近年来,随着列车速度的不断提高及高铁线路的相继开通,吊弦疲劳断裂的事故时有发生,其中2011年在武广线发现的吊弦断裂问题就多达60处,因此掌握弓网动态接触时吊弦的动态特性、分析吊弦疲劳断裂的原因、研究吊弦的疲劳特性以及保证吊弦的可靠性,对铁路安全、高效运输有着至关重要的意义。本文以中国高铁现阶段广泛采用的整体吊弦为研究对象,通过理论分析、有限元仿真、疲劳试验等方法研究了吊弦的疲劳特性。首先,利用疲劳原理分析了吊弦的表面特性及温度和环境等因素对吊弦疲劳寿命的影响,利用动力学原理推导了吊弦由弯曲到拉伸过程中吊弦加速度的表达式,根据表达式分析了接触线张力、吊弦负载、受电弓移动速度等因素对吊弦疲劳寿命的影响；其次在理论分析的基础上,对武广线进行弓网动态仿真,分析了受电弓移动速度300km/h、350km/h时吊弦的动态力、压缩幅度、抬升等吊弦动态参数,并利用ANSYS Workbench软件分析了轴向拉伸载荷作用下吊弦线上应力的分布情况；最后,为了模拟吊弦的实际运行状态,本文参考接触网相关标准中对零部件疲劳试验的要求,建立了一套吊弦疲劳测试装置,并通过疲劳试验分析了负载、振动频率、压缩幅度等因素对吊弦动态力的影响,进而分析其对吊弦疲劳寿命的影响。通过理论分析可知,负载越大,速度越高,接触线张力越小,吊弦力就越大,吊弦的疲劳寿命就越短,且吊弦力与负载呈线性关系；对武广线的弓网动态仿真分析得出,第2吊弦的吊弦力最大,通过ANSYS Workbench仿真可知,吊弦线的侧丝与芯丝接触位置有明显的应力集中,吊弦弯曲处侧丝与芯丝接触位置的疲劳裂纹萌生寿命较短；通过疲劳试验对理论分析的结果和仿真的结果进行了验证,振动频率0.5Hz,压缩幅度20mm时,吊弦力与吊弦负载的关系曲线为过原点的一条直线。振动频率0.8Hz时,负载90N、130N时分别测得最大吊弦力326N和423N,与武广线弓网动态仿真受电弓移动速度300km/h时的吊弦力接近。试验中75%的吊弦断裂发生在吊弦线反复弯曲处。