通过改变翼片角度调控弓网接触力的受电弓主动控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了通过改变翼片角度调控弓网接触力的受电弓主动控制装置，包括：用于调整受电弓气动升力大小、实现弓网接触力调整的翼片；用于调整翼片工作角度的翼片旋转执行机构；用于采集行驶速度的列车行驶速度采集装置；用于获取列车行驶方向的列车行驶方向信号获取装置；用于采集升弓高度的升弓高度采集装置；以及控制器，控制器用于根据列车行驶速度、行驶方向和升弓高度分析得到翼片角度，并控制翼片旋转执行机构带动翼片旋转，实现弓网接触力的适时调整。无论在受电弓向其开口方向或是闭口方向运行时，本实用新型专利技术都可通过控制翼片角度产生适合的气动升力，使弓网接触力满足弓网集电需求，达到减少弓网燃弧、减小弓网磨耗的目的。

【技术实现步骤摘要】
通过改变翼片角度调控弓网接触力的受电弓主动控制装置
本技术涉及轨道车辆设备
，具体涉及的是一种通过改变翼片角度调控弓网接触力的受电弓主动控制装置。
技术介绍
在轨道交通中，一方面，电气铁路高速化是目前最主要的发展方向，随着电气列车运行速度的提高，受电弓的空气动力作用越加不可忽视。受电弓作为列车广泛应用的集电器，其空气作用会影响弓网接触力，进而影响列车的集电质量。对受电弓的空气动力进行调控，是改善受电弓高速运行性能，实现列车高速运行的重要方式。另一方面，随着列车取流量不断增大，根据列车取流量适时调整弓网接触力也是现阶段改善弓网系统性能的迫切需求。因此，主动调整受电弓的气动升力是未来受电弓的发展方向之一。受电弓主要组成部件有弓头6、上臂杆7、下臂杆8、底架9、拉杆10，如图1所示。在列车行驶时，受电弓的弓头和列车上方的接触线滑动接触，为列车设备提供电能。受电弓具有升降机构，该升降机构为受电弓弓头提供了一个恒定向上的静态抬升力，通常在70～120N间。当列车低速行驶时，空气对受电弓的影响可以忽略不计，此时弓网接触力约等于受电弓的静态抬升力。但当列车高速行驶时，空气动力作用于受电弓上会产生与列车运行方向相反的气动阻力和与弓网接触力同向的气动升力。气动阻力与气动升力会随受电弓的工作高度变化而变化。当受电弓工作高度一定时，弓网接触力等于静态抬升力与受电弓受到的气动升力大小之和，且气动升力与列车速度呈二次方关系。同时，受电弓开口方向和闭口方向工作时，受电弓的气动升力大小也是不同的。过大的弓网接触力会导致受电弓滑板与接触线的机械磨耗加剧，甚至影响弓网几何关系，发生打弓、刮弓的现象，影响弓网系统运行经济与安全；过小的接触力会影响列车电流质量，还会增加弓网离线和弓网电弧的发生概率，烧蚀接触线和受电弓滑板，严重时甚至会烧断接触线造成列车的供电中断，同样会影响弓网系统经济稳定运行。因此，让列车行驶时的弓网接触力大小保持在合适范围内，对列车的提速和安全运行具有重要意义。
技术实现思路
本技术提供了一种通过改变翼片角度调控弓网接触力的受电弓主动控制装置，旨在使受电弓不论在开口方向运行或闭口方向运行时，通过改变附加翼片的角度，调整受电弓气动升力，确保弓网接触力在不同速度下都能处于合理的弓网接触力范围内，从而优化弓网系统集电性能。为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：通过改变翼片角度调控弓网接触力的受电弓主动控制装置，包括安装固定件、列车行驶速度采集装置、列车行驶方向信号获取装置、升弓高度采集装置、翼片旋转执行机构、翼片、控制器，其中：所述的安装固定件用于安装升弓高度采集装置、翼片旋转执行机构、控制器，并安装于受电弓上；所述的列车行驶速度采集装置用于采集列车行驶速度；所述的列车行驶方向信号获取装置用于获取列车的行驶方向；所述的升弓高度采集装置用于采集列车的升弓高度；所述的翼片旋转执行机构用于控制翼片旋转；所述的翼片用于调整受电弓气动升力的大小，实现弓网接触力的调整；所述控制器用于根据获取的列车行驶速度、行驶方向、升弓高度分析得到翼片需要旋转的角度，并控制翼片旋转执行机构带动翼片旋转，补偿弓网接触力。优选地，所述列车行驶速度采集装置为计轴编码器。优选地，所述列车行驶方向信号获取装置为计轴编码器。优选地，所述升弓高度采集装置为超声波测距仪。优选地，所述翼片旋转执行机构为舵机。优选地，所述控制器为单片机。进一步地，所述控制器的型号为ATmega328P。优选地，所述翼片的横截面为对称形状。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：本技术根据列车高速行驶时受电弓空气动力影响，设计了一套附加翼片主动控制装置，可通过调节翼片角度实现受电弓气动抬升力的调控。本技术根据列车行驶速度、行驶方向和升弓高度进行分析处理，调整翼片至合适的角度，使弓网接触力保持在合适的范围内，避免了受电弓在开口方向与闭口方向运行时弓网接触力的差异，并且可以实现不同速度、不同升弓高度下弓网接触力均处于理想情况。本技术采用的设计方案轻便可行，结构简单，可以实时调控弓网接触力在合适的范围内，减少弓网燃弧和弓网磨耗，提高弓网系统集电质量，为列车的提速和安全运行提供了重要保障。附图说明图1为受电弓的结构示意图。图2为本技术的结构分解示意图。图3为本技术-实施例中不带翼片的受电弓气动抬升力计算流场示意图。图4为本技术-实施例中计算翼片气动力的流体域示意图。图5为本技术-实施例中的一种翼片设计对应的气动升力系数与角度的关系图。图6为本技术-实施例中的一种翼片示意图。图7为本技术-实施例中翼片的设计流程示意图。图8为本技术的一种安装示意图。图9为本技术-实施例中的仿真案例的电路接线图。图10为本技术-实施例中翼片旋转的判断流程示意图。其中，附图标记对应的零部件名称为：1-安装固定件，2-升弓高度采集装置，3-翼片旋转执行机构，4-翼片，5-控制器，6-弓头，7-上臂杆，8-下臂杆，9-底架，10-拉杆。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明，本技术的方式包括但不仅限于以下实施例。实施例本技术提供了一种基于翼片的受电弓主动控制装置，可以在列车高速行驶时控制翼片旋转至合适的角度，从而补偿弓网接触力，改善弓网受流质量。如图2所示，本技术结构上包括安装固定件1、升弓高度采集装置2、翼片旋转执行机构3、翼片4、控制器5、列车行驶速度采集装置、列车行驶方向信号获取装置。首先阐述翼片的设计。翼片通过流体计算或风洞试验，确定翼片倾角与受电弓气动升力的关系。例如，对某型号目标受电弓进行流体力学计算：在5倍受电弓的流体域中计算受电弓开口方向与闭口方向以不同速度运行时的气动抬升力，根据kv2拟合不同的运行情况(速度、升弓高度)下的气动抬升力系数k。图3是不带翼片的受电弓气动抬升力计算流场示意图。将计算结果与目标接触力取值进行比较，得到需要补偿的弓网接触力值，即翼片需产生的气动抬升力。翼片根据需要补偿的弓网接触力值，利用流体计算软件在适当的边界条件下得到。图4是设计翼片时，计算翼片气动力的流体域示意图。通过计算，得到翼片各个角度下弓网接触力方向分力与速度的关系，通过拟合kv2式得到升力系数，确定翼片设计。图5是一种翼片设计对应的气动升力系数与角度的关系图。图6为设计的一种翼片示意图。翼片的横截面采用对称形状设计，可使翼片在受电弓以开口方向与闭口方向运行时，有相似的气动特性。根据计算结果，翼片在±7o的调节角度内可满足受电弓气动升力系数k在±0.6的范围内的调控，基本满足受电弓气动调控需求。图7即为翼片的设计流程示意图。所述的列车行驶速度采集装置用于采集列车行驶速度，所述的列车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.通过改变翼片角度调控弓网接触力的受电弓主动控制装置，其特征在于，包括安装固定件(1)、列车行驶速度采集装置、列车行驶方向信号获取装置、升弓高度采集装置(2)、翼片旋转执行机构(3)、翼片(4)、控制器(5)，其中：/n所述的安装固定件(1)用于安装升弓高度采集装置(2)、翼片旋转执行机构(3)、控制器(5)，并安装于受电弓上；/n所述的列车行驶速度采集装置用于采集列车行驶速度；/n所述的列车行驶方向信号获取装置用于获取列车的行驶方向；/n所述的升弓高度采集装置(2)用于采集列车的升弓高度；/n所述的翼片旋转执行机构(3)用于控制翼片旋转；/n所述的翼片(4)用于调整受电弓气动升力的大小，实现弓网接触力的调整；/n所述控制器(5)用于根据获取的列车行驶速度、行驶方向、升弓高度分析得到翼片需要旋转的角度，并控制翼片旋转执行机构带动翼片旋转，补偿弓网接触力。/n

【技术特征摘要】
1.通过改变翼片角度调控弓网接触力的受电弓主动控制装置，其特征在于，包括安装固定件(1)、列车行驶速度采集装置、列车行驶方向信号获取装置、升弓高度采集装置(2)、翼片旋转执行机构(3)、翼片(4)、控制器(5)，其中：
所述的安装固定件(1)用于安装升弓高度采集装置(2)、翼片旋转执行机构(3)、控制器(5)，并安装于受电弓上；
所述的列车行驶速度采集装置用于采集列车行驶速度；
所述的列车行驶方向信号获取装置用于获取列车的行驶方向；
所述的升弓高度采集装置(2)用于采集列车的升弓高度；
所述的翼片旋转执行机构(3)用于控制翼片旋转；
所述的翼片(4)用于调整受电弓气动升力的大小，实现弓网接触力的调整；
所述控制器(5)用于根据获取的列车行驶速度、行驶方向、升弓高度分析得到翼片需要旋转的角度，并控制翼片旋转执行机构带动翼片旋转，补偿弓网接触力。


2.根据权利要求1所述的通过改变翼片角度调控弓网接触力的受电弓主动控制装置，其特征在于，所述列车行驶速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟源，韩峰，陈泓霖，吴积钦，张家玮，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川;51