[发明专利]一种基于流固耦合的受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法

说明书

本发明公开了一种基于流固耦合的受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法，运用有限元分析软件，使用流固耦合求解的方法对列车从明线工况转至隧道工况时受电弓受到的空气阻力进行数值模拟，并将此空气阻力(包括隧道空气附加阻力)的受力状态施加到固态结构受力分析中，从而计算出受电弓作动装置电机为抵消此受力所需的扭矩补偿量，以此作为受电弓主动控制的参数输入并使相应作动装置电机给予一定的扭矩补偿，以抵消隧道空气附加阻力对弓网受流状态的影响，为受电弓主动控制系统提供数据支持，以实现弓网接触作用离差小、磨耗低，使列车保持稳定的动态受流。特别适用于高铁列车在明线工况与隧道工况转换的情况下受电弓作动装置电机扭矩补偿量的计算。

技术领域

本发明涉及受电弓受流质量技术领域，尤其涉及一种基于流固耦合的受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法。

背景技术

随着我国高铁技术和市场占有量逐步处于世界领先地位，受电弓与接触网关系成为亟待优化的问题。我国高铁动车组均采用电力驱动，受电弓受流成为保证列车能源动力输入的关键环节。因此，保证和提升受流质量，成为我国高速铁路列车技术中关键的优化方向之一。为此，对受电弓控制技术提出了新的要求。

在受电弓受流质量评价中，弓网接触力是其中一个重要的评价指标。产生弓网接触力的因素较多，其中三个因素由受电弓与接触网本身的材质和结构所决定，分别为：升弓系统对滑板造成的竖直向上的静态接触力、接触网本身材质弹性差异造成的受电弓与本身归算质量相关的上下交变动态接触力、以及受电弓各部件连接造成的阻尼力。在沿用现有设计方案的情况下，这三种因素造成的弓网接触力均保持固定，唯一在列车运行过程中会因工况条件不同而产生变化的是受电弓受气流影响造成的空气阻力及表面压力，不确定的气流会使弓网接触力过大或过小，都会引起较大的机械磨损和离线率增加。

受力情况对于实现受电弓主动控制至关重要，特别是列车运行过程中，如遇隧道等线路条件，受电弓所受空气阻力与隧道空气附加阻力总和变化明显，造成的弓网接触压力波动较大。因此，如何准确地计算高速铁路受电弓作动装置末端电机为抵消隧道工况对弓网接触力的影响而需补偿的电机扭矩，并为受电弓主动控制系统提供数据支持，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于流固耦合的受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法，用以抵消突增的隧道空气附加阻力对弓网受流质量的影响。

因此，本发明提供了一种基于流固耦合的受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法，包括如下步骤：

S1：利用有限元分析软件ANSYS，建立流固耦合求解器；

S2：建立计算所需的物理空间模型、列车运行所经过的隧道模型、列车模型以及受电弓结构模型；

S3：对所述物理空间模型内的空气流体进行流体分析；

S4：对所述受电弓结构模型进行结构分析；

S5：根据所述流体分析和所述结构分析的数值模拟结果，计算受电弓作动装置电机扭矩补偿量。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法中，步骤S1，利用有限元分析软件ANSYS，建立流固耦合求解器，具体包括如下步骤：

S11：在有限元分析软件ANSYS中，打开Workbench对话框，将Fluid Flow模块与Static Structural模块连接，完成流固耦合求解器的软件环境设置。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法中，步骤S3，对所述物理空间模型内的空气流体进行流体分析，具体包括如下步骤：