1、 机械综合设计机械综合设计 I I 设计说明书设计说明书 设计题目：受电弓机构设计设计题目：受电弓机构设计 2011 年 06 月 受电弓 1 目目 录录 引言引言4 1 选题背景选题背景 . 5 1.1 问题的提出 5 1.2 文献综述（即研究现状） 5 1.3 设计的技术要求及指标 6 2 机构选型机构选型 . 7 2.1 设计方案的提出 7 2.1.1 连杆机构 7 2.1.2 弓头机构 9 2.2 设计方案的确定 10 2.2.1 连杆机构 10 2.2.2 弓头机构 10 3 尺度综合尺度综合 11 3.1 机构关键尺寸计算 11 3.1.1 连杆机构 11 3.1.2 弓头机构 1
2、6 3.2 机构关键尺寸优化 17 4 受力分析受力分析 . 19 4.1 机构动态静力描述 19 4.1.1 机构的压力角进行分析 19 4.1.2 连杆机构的动态静力分析 19 4.1.3 对点 B,点 E 进行运动学分析 .20 4.2 机构动态静力变化曲线描述 21 4.2.1 连杆机构的传动角变化曲线 22 4.2.2 连杆机构的动态静力 22 5 机构建模机构建模 . 27 5.1 机构运动简图及尺寸标注 27 5.1.1 连杆机构 27 5.2 机构关键构件建模过程 28 5.2.1 弓头滑板机构 28 5.2.2 底座 29 5.2.3 主动杆 30 5.2.4 连架杆 31
3、5.2.5 升弓杆 32 5.2.6 平衡杆 34 受电弓 2 5.3 机构总体装配过程 35 5.3.1 受电弓爆炸图 35 5.3.2 受电弓机构装配图 36 6 机构仿真机构仿真 .37 6.1 机构仿真配置 37 6.2 机构仿真过程描述 38 6.3 仿真参数测量及分析 38 6.4 仿真中存在的不足 39 7 有限元分析有限元分析 .39 7.1 弓头机构的有限元分析 39 7.2 下臂杆机构的有限元分析 43 8 设计总结设计总结 .47 9 收获及体会收获及体会 .51 10 致谢致谢 .48 11 参考文献参考文献51 12 附附 录录 50 受电弓 3 引言引言 受电弓亦称
4、集电弓（Pantograph） ，亦有人称之为输电架，是一种让电气化铁路车 辆从高架电缆取得电力的设备的统称。动作原理： （1）升弓：压缩空气经电空阀均 匀进入传动气缸，气缸活塞压缩气缸内的降弓弹簧，此时升弓弹簧使下臂杆转动， 抬起上框架和滑板，受电弓匀速上升，在接近接触线时有一缓慢停滞，然后迅速 接触接触线。 （2）降弓：传动气缸内压缩空气经受电弓缓冲阀迅速排向大气，在 降弓弹簧作用下，克服升弓弹簧的作用力，使受电弓迅速下降，脱离接触网。受电 弓的种类主要有四种主要形式的： （1）双臂式，双臂式集电弓乃最传统的集电弓，亦可 称“菱”形集电弓，因其形状为菱形。但现因保养成本较高，加上故障时有扯
5、断电车线 的风险，目前部分新出厂的铁路车辆，已改用单臂式集电弓；亦有部分铁路车辆从原有 的双臂式集电弓，改造为单臂式集电弓。 （2）单臂式，除了双臂式，其后亦有单臂式的 集电弓，亦可称为“之”（Z）字形的集电弓。此款集电弓的好处是比双臂式集电弓噪 音为低。不过依各铁路车辆制造厂的设计方式，在集电弓细部结构上可能会有些不同。 （3）垂直式，除了上述两款集电弓，还有某些集电弓是垂直式设计，亦可称成“T”字 形（亦叫作翼形）集电弓，其低风阻的特性特别适合高速行驶，以减少行车时的噪音。 所以此款集电弓主要用于高速铁路车辆。 （4） 石津式， 日本冈山电气轨道的第六代社长， 石津龙辅 1951 年发明、
6、又称为“冈电式”、“冈轨式”。 我们主要针对目前普遍常用的单臂式受电弓进行了尺寸计算，校核，用 solidworks 对它进行了三维建模以及受力分析等等。 同时，在小组分工上，我们小组两个人密切合作，任务平均分配，力求运用集体的 智慧把这一个课程设计做到尽量完美。 受电弓 4 1 选题背景选题背景 1.11.1 问题的提出 随着目前铁路技术的发展，特别是中国的高铁技术在世界高铁技术的舞台上扮演着 越来越重要的角色， 受电弓作为铁路技术技术中一项核心的技术， 越来越受到人们重视， 双臂式受电弓因保养成本较高，加上故障时有扯断电车线的风险，目前部分新出厂的铁 路车辆，已改用单臂式受电弓，因此人们对单臂式受电弓的研究越来越深入。 在普通列车上使用的受电弓已经基本能满足我们运行使用的要求，但是随着我国铁 路大提速的要求及高铁的日益发展，实用与高速列车的受电弓就显得尤为重要。而普通 列车上的受电弓的性能并不能完全满足高速列车的需求。 因此，我们需要在结构尺寸，受力分析以及受电弓性能的稳定性上进行再次研究与 分析，从而构建出能够适合在高速列车上安装的受电弓模型，这就是我们本次课程设计 的
