受电弓设计计算说明书
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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
5.1 驱动方式的选择 .......................................................................................................... 7
5.1.1 直接型 ......................................................................................................... 7 5.1.2 间接型 ....................................................................................................... 9
5.2 运动仿真 ............................................................................................................. 10
5.2.1 仿真 ......................................................................................................... 10 5.2.2 传动机构的比较 ..................................................................................... 11
5.3 机构运动验证 ........................................................................................................... 12
5.3.1 E点X方向偏移的验证 ........................................................................ 12 5.3.2 E点Y方向偏移的验证 ....................................................................... 12 5.3.3 传动角验证 ........................................................................................... 13
第6章 机构动力分析 .......................................................................................................... 14
6.1整个机构动态静力分析 ............................................................................................. 15 6.2整个驱动过程中受力分析 ......................................................................................... 18 6.3风缸受力情况分析 ..................................................................................................... 19 6.4基点的受力情况 ......................................................................................................... 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
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第1章 问题的提出
受电弓亦称集电弓，是一种让电气化列车或电车从高架电缆取得电力的设备的统称.它是动力输送的关键部位，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：
（1） 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。
（2） 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。
（3） 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：
(1) 在弓头上升、下降的1550mm行程内，偏离理想化直线轨迹的距离不得超
过100mm,弓头摆动最大角位移不得超过5?。 (2) 在任何时候，弓头上部都是整个机构的最高处。 (3) 只有一个自由度，用风缸驱动。
图2?1 机构运动范围图
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（4）收弓后，整个受电弓含风缸不超过下图虚线所示的1400?400mm区域。
如图2?1所示。 （5）最小的传动角≥30?。
（6）垂直于速度方向上，最大尺寸不超过1200mm。
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30?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3?1。
AADB(C)CDB
图3?1 直线式机构图
AC,AB均为均分成四段的活动连杆，当主杆由D点上升到A点时，AB,AC为直线，可增加横向的承载能力，但是增加AB,AC自锁的条件，制作难度加大。
方案二：平行四边形机构
如图3?2：AB?OD?CD,在A点置为滑块，当其向左移至A1 点时，B1,C1,D1如图所示。易得?OMA为等腰三角形,其底边中线平行于OB,当中线向左平移后仍与OB平行，从而保证了O,B,C,B1,C1五点始终在垂直于底边的一条直线上，满
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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≥30?，即???30?，设??＝30?有：
ODmax?ABmax?OBmaxsin?BAO?200sin15??772.7mm，从而当OD,DC共线时，
C'B'D'CBOMA'DA
图3?2 平行四边形式机构图
OD?772.7?2?1545.4?1550
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A,B同时对称运动，由平行四边形特性可得F点必定沿图3?3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≮30?时，收弓后F点到AB的距离为
400mm，?FDE?30?,则
400
EDmax?sin3?515.2mm ?FDE2mm 那么F点最高位置距AB距离为 3EDmax?515.2?3?1545.6与方案二存在同样的制约因素，不符合设计要求。
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