磁浮軌道交通車輛某型受流器有限元分析及靴軌壓力測(cè)試*

侯獻(xiàn)軍　余立軒　阮　杰

(現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1)　武漢　430070)(汽車零部件技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心2)　武漢　430070)

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磁浮軌道交通車輛某型受流器有限元分析及靴軌壓力測(cè)試*

侯獻(xiàn)軍1,2)余立軒1,2)阮杰1,2)

(現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1)武漢430070)(汽車零部件技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心2)武漢430070)

磁浮軌道車輛受流器的靴軌接觸壓力實(shí)時(shí)檢測(cè)，與其在靴軌接觸時(shí)承受隨機(jī)振幅載荷的疲勞耐久性能，直接影響到磁浮車輛動(dòng)力系統(tǒng)工作的安全性能與可靠性.采用有限元分析方法進(jìn)行受流器靜力學(xué)分析，并指導(dǎo)靴軌接觸壓力檢測(cè)方案設(shè)計(jì)，應(yīng)用疲勞分析模塊進(jìn)行隨機(jī)振幅疲勞分析，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論正確性.靜力學(xué)應(yīng)變分析表明，應(yīng)變片粘貼處應(yīng)變值數(shù)量級(jí)小于電阻應(yīng)變片靈敏度，該方案難以準(zhǔn)確測(cè)量靴軌接觸力.靜力學(xué)應(yīng)力分析表明，力傳感器位置處應(yīng)力對(duì)于靴軌接觸壓力變化響應(yīng)非常明顯，力傳感器測(cè)量方案更具有可行性.疲勞分析指出，滑靴支架下方螺栓齒形墊圈處、上擺臂與下擺臂軸連接螺栓墊圈處、上擺臂與連接桿軸連接銷釘處為不同工況下的疲勞危險(xiǎn)部位，同時(shí)得出結(jié)論，受流器在隨機(jī)振幅載荷條件下較易疲勞失效，少量的結(jié)構(gòu)高應(yīng)力循環(huán)就能引起較大的疲勞破壞.試驗(yàn)表明，力傳感器方案結(jié)果準(zhǔn)確合理，與仿真結(jié)論一致.

磁浮軌道交通；受流器；靴軌接觸壓力；疲勞分析

0　引　　言

磁懸浮列車系統(tǒng)在速度、舒適度、安全度，以及環(huán)保等各方面都明顯優(yōu)于輪軌列車系統(tǒng)，被譽(yù)為21世紀(jì)理想的交通工具，是城市軌道交通系統(tǒng)的一個(gè)有益補(bǔ)充[1-2].

受流器作為磁浮列車供電系統(tǒng)的重要輔助裝備，在整個(gè)磁浮軌道交通系統(tǒng)中扮演著重要的角色[3].受流器通過(guò)與供電軌接觸將電能引到磁浮列車上，保證磁浮列車動(dòng)力系統(tǒng)的正常運(yùn)作.因此受流器的性能將直接影響磁浮列車運(yùn)行的安全性、可靠性.目前對(duì)于受流器的研究主要集中于研究受流器與供電軌的接觸和振動(dòng)關(guān)系，以及它們的材質(zhì)對(duì)受流質(zhì)量的影響.王振云等[4]建立受流器與供電軌接觸匹配特性模型，對(duì)不同控制方式的滑靴運(yùn)動(dòng)接觸特性進(jìn)行了研究.Vera等[5]對(duì)剛性接觸網(wǎng)受流系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，運(yùn)用有限元軟件ANSYS和多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件SIMPACK優(yōu)化了一種供電軌結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn).Stewart等[6]研究了受流器與供電軌的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)接觸特性，對(duì)接觸力、扭轉(zhuǎn)彈簧的轉(zhuǎn)矩和滑靴的振動(dòng)位移等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出影響受流器振動(dòng)的主要因素.然而，對(duì)于受流器靴軌壓力檢測(cè)方法，以及受流器的疲勞耐久性能缺乏研究.

文中使用Ansysworkbench軟件，建立受流器有限元靜力學(xué)模型和疲勞耐久性能模型，以受流器不同工況為約束條件進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析，應(yīng)用分析結(jié)果指導(dǎo)受流器接觸壓力檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)，同時(shí)在靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上研究受流器在隨機(jī)振幅載荷下的疲勞耐久性能.

1　受流器/供電軌接觸壓力檢測(cè)的必要性

受流器工作的穩(wěn)定可靠性主要取決于車輛能否正?？煽康貜墓╇娷壣先×?，而取流的關(guān)鍵是受流器滑靴與供電軌之間是否存在合適的接觸壓力.靴軌之間接觸壓力過(guò)大或過(guò)小都不利于受流器可靠運(yùn)行.接觸壓力過(guò)大將造成供電軌上不銹鋼層與滑靴的磨損過(guò)大，尤其是滑靴的磨損更大；壓力過(guò)小，將會(huì)產(chǎn)生離線，引起電弧對(duì)供電軌和滑靴的燒蝕，也會(huì)加大損壞.目前靴軌接觸壓力無(wú)法直接測(cè)量，而且沒(méi)有定量分析方法和專用靴軌測(cè)試方案及測(cè)試設(shè)備，因此需要設(shè)計(jì)專有靴軌接觸壓力檢測(cè)方案.文中針對(duì)某型號(hào)受流器開(kāi)展研究，其三維模型，見(jiàn)圖1.

圖1　某型號(hào)受流器三維模型

2　受流器有限元分析

2.1模型的建立

由于在后續(xù)靴軌壓力檢測(cè)試驗(yàn)中受流器將采用2種不同的結(jié)構(gòu)方案，因此需分別建立受流器方案一與方案二的三維幾何模型.其中方案一模型包括滑靴、滑靴底座、滑靴支座、上擺臂、下擺臂、連接桿、支撐座、抬升彈簧.方案二模型與方案一的區(qū)別為單滑靴支座支撐改為鋁板與滑靴支座用切邊螺栓連接的方式.將幾何模型分別導(dǎo)入Ansysworkbench中，設(shè)置各個(gè)零件材料屬性.對(duì)于該模型定義2種材料，材料屬性見(jiàn)表1.

表1　材料屬性

劃分網(wǎng)格策略為對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)起非主導(dǎo)作用和非重點(diǎn)關(guān)注部位采用一般網(wǎng)格尺寸劃分，對(duì)上擺臂、下擺臂、各個(gè)軸、螺栓等重點(diǎn)關(guān)注零件進(jìn)行局部網(wǎng)格尺寸加密控制，對(duì)倒圓、曲面之間曲率較大連接處進(jìn)行局部網(wǎng)格細(xì)化處理.劃分好網(wǎng)格的方案一及方案二有限元模型見(jiàn)圖2.

圖2　劃分網(wǎng)格后的方案一與方案二有限元模型

2.2施加邊界條件與載荷

對(duì)受流器底座端面施加固定約束，約束其三維空間中平移及轉(zhuǎn)動(dòng)共6個(gè)自由度.由于在Ansysworkbench 的疲勞分析模塊中，對(duì)于成比例載荷情況下接觸區(qū)域只能包含綁定和不分離的線性接觸，其他類型的接觸可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不收斂，因此根據(jù)模型真實(shí)接觸情況，以及后續(xù)疲勞分析，接觸區(qū)域設(shè)置為綁定接觸.對(duì)于所有軸連接和螺栓連接設(shè)置為轉(zhuǎn)動(dòng)連接關(guān)系.抬升彈簧處用彈簧約束代替，設(shè)置彈性系數(shù)，以及彈簧預(yù)緊力.

受流器在列車運(yùn)行時(shí)有2個(gè)運(yùn)動(dòng)極限位置，大多數(shù)情況下介于2個(gè)極限位置之間工作.為充分、全面反映受流器在工作時(shí)應(yīng)力應(yīng)變以及后續(xù)分析疲勞耐久性能，根據(jù)受流器實(shí)際工作情況，設(shè)立3種不同工況及其相對(duì)應(yīng)載荷條件：工況1為伸展極限工況，施加垂直與靴頭表面向下130 N的作用力；工況2為中間位置正常工作情況下的工況，在上述同樣位置與方向施加150 N作用力；工況3為壓縮極限工況，在上述同樣位置與方向施加180 N作用力.

2.3靜力學(xué)應(yīng)力分析

針對(duì)上述3種工況，分別進(jìn)行靜力學(xué)仿真分析，獲得不同工況下的受流器應(yīng)力分布.受流器的鋁合金結(jié)構(gòu)件呈現(xiàn)明顯的脆性材料特性，因此采用最大主應(yīng)力作為強(qiáng)度校核的評(píng)價(jià)指標(biāo).方案一與方案二在各個(gè)工況下的應(yīng)力云圖見(jiàn)圖3～圖4.

圖3　方案一應(yīng)力云圖

圖4　方案二應(yīng)力云圖

根據(jù)應(yīng)力云圖可以看到，方案一在3種工況下最大應(yīng)力均位于滑靴支座底面靠近支撐座方向齒形墊圈內(nèi)側(cè)，其最大應(yīng)力值分別為19.844，24.431，31.311 MPa；方案二在工況1與工況2下最大應(yīng)力位于上擺臂內(nèi)側(cè)墊圈處，工況3下位于上擺臂與連接桿軸連接的銷釘下方，其最大應(yīng)力值分別為15.674，18.155，22.413 MPa.以上最大應(yīng)力值均遠(yuǎn)小于鋁合金許用應(yīng)力[τ]=124 MPa，因此2種方案強(qiáng)度均符合要求.同時(shí)對(duì)比2種方案可知在同樣工況下方案二主應(yīng)力值更小.

考查對(duì)比方案二有限元模型中鋁板與滑靴支座間壓力傳感器所在位置中間固定點(diǎn)處應(yīng)力值，見(jiàn)表2.

表2　壓力傳感器處應(yīng)力值

由表2可知，接觸壓力從工況1到工況2、工況2到工況3增幅依次為15%,20%，而固定點(diǎn)應(yīng)力值相應(yīng)增幅依次為69%,26%，可見(jiàn)力傳感器所在位置處應(yīng)力對(duì)于靴軌壓力變化響應(yīng)非常明顯，預(yù)計(jì)實(shí)測(cè)時(shí)采用方案二力傳感器方案能很好地測(cè)出鋁板與滑靴支座傳遞作用力，即能間接測(cè)得靴軌接觸壓力的微小變化.

2.4靜力學(xué)應(yīng)變分析

在方案一有限元模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行全局應(yīng)變分析，查看分析結(jié)果，對(duì)于滑靴支座側(cè)面應(yīng)變片粘貼處中間固定點(diǎn)處應(yīng)變值進(jìn)行重點(diǎn)考查對(duì)比.在靴軌壓力依次為130，150和180 N的情況下，相應(yīng)該點(diǎn)應(yīng)變值依次為7.83×10-7,9.002×10-7，11.688×10-7，說(shuō)明受流器材料剛度相對(duì)較大，靴軌壓力變化對(duì)此處應(yīng)變量造成影響非常小.而電阻應(yīng)變片測(cè)量靈敏度為(1～2)×10-6，數(shù)量級(jí)為10-6，大于此處應(yīng)變量變化的數(shù)量級(jí)，很難準(zhǔn)確測(cè)量出如此微小的應(yīng)變量變化.由此可以判斷應(yīng)用方案一難以準(zhǔn)確有效地測(cè)出靴軌壓力值.

2.5隨機(jī)振幅載荷疲勞耐久分析

Ansysworkbench的疲勞分析模塊Fatigue Tool是基于線性靜力學(xué)分析模塊進(jìn)行仿真計(jì)算的，通過(guò)設(shè)置應(yīng)力的變化幅度模擬載荷作用過(guò)程，靜力學(xué)分析得到的結(jié)構(gòu)應(yīng)力結(jié)果是疲勞耐久分析的基礎(chǔ).受流器在工作中與供電軌接觸，靴頭的實(shí)際位置隨列車運(yùn)動(dòng)不斷變化，因此受到隨機(jī)不等幅的載荷.加載在模型上的隨機(jī)幅載荷譜見(jiàn)圖5.該載荷譜為在磁浮列車一個(gè)工作周期中所取得的靴頭振動(dòng)幅值譜.

圖5　隨機(jī)振幅載荷譜

材料S-N曲線方面考慮到實(shí)際部件在疲勞性能方面與實(shí)驗(yàn)材料的差異，對(duì)Ansys材料庫(kù)中S-N曲線進(jìn)行修正，疲勞強(qiáng)度因子Kf值取0.8.

文中基于有限元分析運(yùn)用雨流計(jì)數(shù)法求出各循環(huán)應(yīng)力的疲勞損傷，并使用Palmgren-Miner累積損傷法則分析受流器變幅疲勞性能[7].

疲勞耐久性能分析中不同工況下的載荷值采用2.2節(jié)中相關(guān)設(shè)定值.

經(jīng)過(guò)計(jì)算，方案一與方案二在不同工況下的疲勞壽命分析結(jié)果見(jiàn)表3.

表3　2種方案在不同工況下最小疲勞壽命　次

其中方案一受流器疲勞壽命薄弱部位在3種工況下均在滑靴支架下方螺栓齒形墊圈處；方案二在工況1與工況2下薄弱部位處于上擺臂與下擺臂軸連接螺栓墊圈處，在工況3下疲勞壽命薄弱部位處于上擺臂與連接桿軸連接銷釘處，受流器的疲勞破壞有極大可能首先發(fā)生在這些部位.

假設(shè)磁懸浮列車一個(gè)工作循環(huán)為靜懸浮—當(dāng)前指定工況—靜懸浮，循環(huán)周期為5 min，每天工作16 h，1年工作360 d，那么方案一中受流器在工況1下疲勞壽命為

同理可得方案一在工況2下疲勞壽命為4.58年，在工況3下為2.02年.方案二在工況1下為4.87年，在工況2下為4.82年，在工況3下為4.78年.

由上述結(jié)果可知，雖然在靜力學(xué)分析中受流器最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于材料許用應(yīng)力，材料強(qiáng)度符合要求，但是受流器零部件在不等幅隨機(jī)變化載荷長(zhǎng)期、反復(fù)作用下受到的破壞作用非常明顯.受流器疲勞壽命不長(zhǎng)，較易發(fā)生疲勞失效，因此從整個(gè)磁懸浮列車系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的角度出發(fā)應(yīng)定期檢查、更換受流器各零部件.

工況變化對(duì)受流器疲勞壽命同樣存在影響，在同種方案中，從工況1到工況3疲勞壽命有逐漸減小的趨勢(shì)，因此為了盡量減少在工況3附近工作，軌道安裝精度、軌道表面平整度、軌道接觸彎頭的布置位置,以及受流器本身在空氣動(dòng)力學(xué)作用下振動(dòng)情況都是可以考慮優(yōu)化改進(jìn)的因素.

方案二在同種工況下與方案一相比疲勞壽命相對(duì)較長(zhǎng)，說(shuō)明通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的改善可以延長(zhǎng)受流器的使用疲勞壽命.

基于Ansysworkbench的疲勞分析模塊還可計(jì)算得到受流器在不同工況下的雨流陣列、損傷陣列、疲勞敏感曲線.計(jì)算結(jié)果以方案一有限元模型為例，經(jīng)仿真計(jì)算方案二疲勞耐久分析結(jié)果與方案一有同樣規(guī)律，不再?gòu)?fù)述.

受流器在不同工況下雨流陣列見(jiàn)圖6.

由圖6可知,受流器在各個(gè)工況下的應(yīng)力循環(huán)絕大多數(shù)為低應(yīng)力循環(huán).

受流器在不同工況下?lián)p傷陣列見(jiàn)圖7.

圖6　受流器雨流陣列

圖7　受流器損傷陣列

由圖7可知,受流器在工況1下疲勞損傷絕大多數(shù)由低應(yīng)力循環(huán)造成.在工況2下高應(yīng)力循環(huán)開(kāi)始在整個(gè)疲勞損傷中占2.1%.在工況3下中、高應(yīng)力循環(huán)占據(jù)整個(gè)疲勞損傷的絕大部分比重，其中高應(yīng)力循環(huán)比重達(dá)到10.88%，說(shuō)明在較高的靴軌接觸壓力條件下，少量的高應(yīng)力循環(huán)就能造成足夠大的疲勞破壞.

受流器在不同工況下疲勞敏感曲線見(jiàn)圖8.

圖8　受流器疲勞敏感曲線

由圖8a)可知，當(dāng)變幅比例載荷小于90%結(jié)構(gòu)應(yīng)力時(shí)，結(jié)構(gòu)疲勞壽命一直處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)變幅比例載荷大于1.25倍結(jié)構(gòu)應(yīng)力時(shí)，結(jié)構(gòu)疲勞開(kāi)始變得比較敏感，隨著結(jié)構(gòu)應(yīng)力倍數(shù)逐漸增大，結(jié)構(gòu)剩余疲勞壽命迅速減小，當(dāng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力倍數(shù)為1.5倍時(shí)，剩余疲勞壽命減小到只有1.87×105，可知此時(shí)結(jié)構(gòu)疲勞敏感系數(shù)很高.同時(shí)對(duì)比3種工況疲勞敏感曲線可知隨著靴軌接觸壓力的增加，結(jié)構(gòu)的疲勞敏感性逐漸升高，在工況3中較小的結(jié)構(gòu)應(yīng)力倍數(shù)變化就能引起較大的疲勞壽命下降.

3　靴軌接觸壓力檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

3.1接觸壓力檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)

方案一為應(yīng)變片測(cè)量方案.受流器靴頭在實(shí)際工作中與供電軌接觸時(shí)，受到垂直于靴頭表面向下的正壓力，該正壓力隨受流器工況變化而不斷變化.靴頭的正壓力會(huì)引起滑靴支座側(cè)面的形變，且該形變量與接觸壓力呈正相關(guān)的關(guān)系.因此在不同工況下測(cè)量滑靴支座側(cè)面的應(yīng)變值，建立應(yīng)變值與接觸壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在受流器實(shí)際工作中測(cè)量應(yīng)變值，通過(guò)接觸壓力與應(yīng)變值的標(biāo)定曲線推算出靴軌接觸壓力.

方案二為力傳感器測(cè)量方案.圖9為受流器簡(jiǎn)化模型，靴軌接觸壓力雖不能直接測(cè)得，但可以通過(guò)測(cè)量質(zhì)量m1及其加速度a和傳遞力f間接計(jì)算獲得.其中:F=f+m1×am1為滑靴、滑靴底座和上鋁板的質(zhì)量和;m2為支座質(zhì)量;m3為受流器其余部分的等效質(zhì)量.布置4個(gè)力傳感器在鋁板與支座之間測(cè)量傳遞力f，在滑靴處布置加速度傳感器測(cè)量加速度a，經(jīng)過(guò)計(jì)算,即可得到接觸壓力F.

圖9　受流器簡(jiǎn)化模型

3.2應(yīng)變片測(cè)量方案試驗(yàn)

將應(yīng)變片按粘貼在滑靴支座側(cè)面相應(yīng)位置上，見(jiàn)圖10.應(yīng)變片所測(cè)得的信號(hào)由專有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集處理.通過(guò)在靴頭表面加載不同重量的砝碼模擬不同靴軌接觸壓力，砝碼重量從130 N逐漸加載到180 N.由此可得，增益放大倍數(shù)為100時(shí)應(yīng)變實(shí)測(cè)曲線.

圖10　應(yīng)變片的粘貼

在增益放大100倍的情況下，模擬受流器從伸展極限到壓縮極限的工況.試驗(yàn)結(jié)果表明應(yīng)變量幅值變化有限，峰值不明顯，曲線較為平坦，因此無(wú)法將不同靴軌接觸壓力值與應(yīng)變量精確一一對(duì)應(yīng).試驗(yàn)結(jié)果與靜力學(xué)應(yīng)變仿真結(jié)論一致，方案一應(yīng)變片測(cè)量方案不可行.

3.3力傳感器測(cè)量方案

所用力傳感器為動(dòng)態(tài)力傳感器，只能測(cè)量力動(dòng)態(tài)部分，同時(shí)為了能模擬出規(guī)律的靴軌作用力，試驗(yàn)采用單擺激振方式：將4個(gè)動(dòng)態(tài)力傳感器與靴頭支座、鋁板一起固定在支架上，通過(guò)信號(hào)線將傳感器信號(hào)引入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，靴頭支座下方安裝一單擺裝置，試驗(yàn)時(shí)激勵(lì)單擺裝置做標(biāo)準(zhǔn)單擺運(yùn)動(dòng)，傳感器記錄傳遞力的信號(hào)數(shù)據(jù).根據(jù)計(jì)算，此激振單擺理論周期為2.332 s，實(shí)際周期為2.355 s，誤差為0.99%；理論合力幅值為0.724 0 N，實(shí)際合力幅值為0.702 5 N，誤差為2.97%.誤差均在合理范圍內(nèi)，由此試驗(yàn)結(jié)果表明方案二力傳感器方案靈敏度、精度均符合要求，試驗(yàn)結(jié)果與靜力學(xué)應(yīng)力仿真結(jié)論一致，該方案能準(zhǔn)確測(cè)量傳遞力從而間接測(cè)算靴軌接觸力.

4　結(jié)　　論

1) 建立受流器有限元模型，進(jìn)行靜力學(xué)應(yīng)力分析，方案一中滑靴支座底面靠近支撐座方向齒形墊圈內(nèi)側(cè)、方案二中上擺臂內(nèi)側(cè)墊圈處以及上擺臂與連接桿軸連接的銷釘處為應(yīng)力集中部位，方案二中改進(jìn)結(jié)構(gòu)后應(yīng)力值有所降低；力傳感器處應(yīng)力值與靴軌接觸壓力值呈良好正相關(guān)性；應(yīng)變分析表明靴軌壓力變化對(duì)于滑靴支座側(cè)面應(yīng)變量影響較小.

2) 對(duì)受流器進(jìn)行疲勞耐久分析，受流器在隨機(jī)振幅載荷條件下較易疲勞失效，需定期檢查和更換零部件；滑靴支架下方螺栓齒形墊圈處、上擺臂與下擺臂軸連接螺栓墊圈處以及上擺臂與連接桿軸連接銷釘處是疲勞危險(xiǎn)部位，其結(jié)構(gòu)可重點(diǎn)優(yōu)化改進(jìn)；少量的結(jié)構(gòu)高應(yīng)力循環(huán)就能引起較大的疲勞破壞.

3) 靴軌接觸壓力檢測(cè)應(yīng)變片測(cè)量方案實(shí)測(cè)表明應(yīng)變曲線無(wú)法精確對(duì)應(yīng)靴軌接觸壓力；傳感器測(cè)量方案靈敏度、精度均符合要求；實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)論一致.

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Maglev Rail Traffic Collector Finite Element Analysis and Research on Detection Scheme

HOU Xianjun1,2)YU Lixuan1,2)RUAN Jie1,2)

(HubeiKeyLaboratoryofAdvancedTechnologyforAutomotiveComponents,Wuhan430070,China)1)(HubeiCollaborativeInnovationCenterforAutomotiveComponentsTechnology,Wuhan430070,China)2)

The real-time detection on contact force between collector shoe and trail and the fatigue durability under random amplitude loading can directly influence the safety and reliability of the work of the maglev train power system. This paper performs a finite element static analysis on the collector which can guide the design of detection scheme. Based on the static analysis, fatigue analysis module is used to analyze the fatigue durability under random amplitude loading. At last, experimental results prove that the conclusion is correct. Statics strain analysis shows that strain magnitude in the position of strain gauge pasting is less than the resistance strain gauge sensitivity. Thus, the strain gauge program is difficult to accurately measure the contact force. Static stress analysis shows that the response of stress in the position of the force sensor is very obvious, which can conclude that force sensors scheme is more feasible. Fatigue analysis points out that the dangerous positions of fatigue are the toothed washers of the bolt under the shoe bracket, shaft bolt washer of upper arm and lower arm, the pin of shaft of upper arm and connecting rod. It can conclude that collectors can become fatigue invalid on the conditions of random amplitude loading, and a small amount of high structural stress cycle can cause greater fatigue damage. Experiments show that the results of force sensors scheme are accurate and reasonable, which is consistent with the simulation results.

maglev rail traffic; collector; contact force between collector shoe and trail; fatigue analysis

2016-06-23

U270.7

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.04.007

侯獻(xiàn)軍 (1973- )：男，博士，教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)槠嚰鞍l(fā)動(dòng)機(jī)CAD/CAE、發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制及電控技術(shù)

*中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院校企合作項(xiàng)目資助(2015K54)