第一章緒論1.1選題的背景意義近些年來，隨著地鐵、輕軌等軌道交通的飛速發(fā)展。由于其速度快、運輸量大、運營成本較低等優(yōu)勢特點，城市軌道交通已然成為城市公共交通的主體。城市軌道交通的發(fā)展往往帶動著周圍城市基礎設施的建設與發(fā)展，所以城市軌道交通建設工程就是城市的生命線工程。城市軌道交通系統(tǒng)建成后，無論是對居民的日常出行、工作出行、社交活動等都有著較大影響。是一種綠色環(huán)保且高效的交通方式，是解決城市交通擁堵問題的關鍵，對實現(xiàn)現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。軌道交通是眾多城市公共基礎設施建設中具有最大公益性的設施，對城市全局化發(fā)展模式有很大的影響。為了建設生態(tài)文明城市，應該將平鋪式的城市發(fā)展模式轉變?yōu)橄蛲庋由斓氖终菩湍Ｊ?。而手掌型城市發(fā)展就需要依托城市軌道交通，城市軌道交通的路線，就是城市發(fā)展的主要方向。城市軌道交通的建設和發(fā)展會改變城市居民的出行方式，提高出行效率，節(jié)約時間，改善生活質量。國際上一些知名的大城市，正是依托城市軌道交通的大力發(fā)展，使得中心城區(qū)的居民更青睞于公共交通而不是私家車，這對緩解城市中心區(qū)的交通壓力，改善城市交通秩序有著重要影響。而另一方面，由于城市軌道交通系統(tǒng)的設備多樣且結構復雜，影響其安全的因素眾多。受電弓作為軌道交通車輛的重要部件之一，安裝于車頂，長期暴露于車輛外部且結構簡單，是最易損壞的系統(tǒng)。其結構中的受電弓碳滑板、上臂頂管、弓頭支柱等故障頻率都較高。弓網系統(tǒng)作為鐵路車輛中重要的系統(tǒng)，其結構的不同故障會直接影響整個軌道交通系統(tǒng)的安全性和可靠性。所以，對受電弓結構的研究和分析，把握其故障的產生原因和解決方法并在此基礎上進行優(yōu)化，對城市軌道交通整體系統(tǒng)的發(fā)展具有重大意義。1.2國內外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀國外對于在鐵路中受電弓的相關技術應用研究遠早于國內，首先因為國外對于鐵路的技術發(fā)展較早，而對因為我國鐵路的建設提速和經濟發(fā)展又非常重要離不開因為鐵路工程中的受電弓與接觸網間良好的供電接觸和傳動受流，并且由于因為鐵路工程中的受電弓與接觸網之間的供電系統(tǒng)傳動聯(lián)結結構關系復雜，使得這一類的技術應用問題已經逐漸得到了普遍的廣泛重視。諸如來自德國、日本、美國、法國等發(fā)達國家的專門機構學者都深刻地對飛速發(fā)展的軌道交通行業(yè)進行了深刻的調查研究和深入分析。但是?？茖W者們當然并非僅僅于此拘泥于對各種受電弓本身的深入研究，還有一些關于包含架空接觸網在內的受電弓之間相互關系的深入研究，接觸網使用性能的品質好壞和其與各種受電弓相互關系匹配使用程度的級別高低都直接地會影響著各種受電弓的使用性能。自20世紀50年代,弓網耦合動力學的基礎理論就已經開始，國際上得到比較深入性的研究，日本的藤井教授和柴田教授就在綜合考慮受電弓結構與質量的基礎上，建立了初期的弓網耦合模型，對弓網彈性、弓網質量與軸向阻尼之間的張力關系等均進行了主要的分析考慮，但對于接觸網傳輸線路的軸向馳度、吊弦以及軸向承力索等的軸向約束張力關系、空氣的流動力、接觸網結構的軸向抗彎應力剛度和軸向張力均未進行作過充分的分析考慮。20世紀60年代，英國的專家Morris對在英國鐵路火車運行運動過程中火車受到的動力電弓在其上的慣性驅動力、阻尼力和在驅動火車頂部的重力擾動和其火車垂直面的位移作用進行了綜合地分析考慮，并初步研究確立了火車受電弓與接觸網在其接觸點上的運行軌道力和運行運動模型。20世紀70年代，日本著名弓網學者江原信郎、真鍋克士在其研究基礎上共同建立了一套目前具有一定國際廣泛性和代表性的弓網結構理論基本模型，該弓網理論基本模型主要認為具有以下幾個基本特點：按照受力集中點和質量節(jié)點來區(qū)分考慮兩個接觸網：將兩個接觸網上的兩個吊弦結構看成就像是兩個接觸網和兩個承力索之間的不對稱變形桿；兩個接觸網在結構上的各個連接處都幾乎沒有任何曲折的受力變形或集中質量，只是中間傳遞著阻尼張力；兩個接觸網的運動阻尼張力大小通常正比于兩個弓網相鄰質量節(jié)點的受力運行運動速度；弓網模型采用一元和二元的弓網模型。20世紀80年代，對弓網關系的主流研究方向為對受電弓實際工作過程的受流特性的研究，從這個時段開始，有限元分析方法也開始被世界各專家學者關注，并運用于弓網關系的分析研究當中。其中較為典型的是ThomasReichman利用有限元軟件建立了受電弓接觸網的基本空間結構模型，并通過系統(tǒng)驗證使用計算機給出了在EN50318標準下弓網中的一個基本算法實例。Manabe綜合地分析考慮了弓網接觸后接觸網導線的相對材質與縱向張力、受到各種應力時受電弓的橫向抬力與升力和受電弓滑板接觸后電線的縱向受到影響，并基于以上的各種參數(shù)數(shù)據(jù)進行綜合分析后并得出了弓網的縱向受流運動特性。20世紀90年代，Lesser和Mok、Balestrino、Bruno、等學者基于不同的模型理論，建立了有關數(shù)學或物理模型，探究出弓網間垂向振動或偏移與弓網間接觸力大小的關系。Poctsch等人就針對其中弓網接觸面的動態(tài)曲線與各種滑板之間的相互影響相關問題對此進行了深入分析，從而重新總結設計出各種弓網控制系統(tǒng)，并且深入探索了在各種弓體結構下弓網受到于接觸網的相互激勵和運動控制時的問題。Massat和Malaine等等本人通過研究建立了物體受電弓一維運動模型及三維質量塊的物體受力和弓網運動有限元二維模型，驗證了這個有限元的二維仿真實驗結果。Seo和Kim等在絕對剛性立體單元坐標的計算基礎上重新建立了一個軸向多軸剛體坐標模型，在非線性連續(xù)梁坐標單元的計算基礎上重新建立了一個軸向彈性運動接觸網單元模型，計算結果得出受電弓與接觸網相互阻力耦合系統(tǒng)的軸向運動阻力方程，并與國際實測中得到的實驗數(shù)據(jù)結果進行了隨機對比和綜合分析。AboshiMitsuo由此建立了一個廣泛適用于作為受電弓的多體“準空間”流體模型，對于作為受電弓的主要各個零部件都分別采用了高度集中具有剛性質量的大型多體杠桿件等效，但是該多體模型有時無法精確地通過模擬計算有關物理量，同時也無法通過模型分析模擬計算出實際工作中受電弓結構的扭轉、偏移量以及弓網的部件變形和相對位移。1.2.2國內研究現(xiàn)狀我國學者對軌道交通受電弓的研究起步較晚，主要的研究方向還是弓網的耦合模型，而缺乏對受電弓本身結構的分析研究。采取的主要研究路線還是將國外的技術學習吸收，最后在創(chuàng)新改進，最終形成適應我國軌道交通系統(tǒng)的受電弓產品。于萬聚主要課題研究了高速運行下機車弓網懸掛體系中的動態(tài)高速受流的基本特性,建立了一個以連續(xù)質量節(jié)點受流為計算基礎所建立的動態(tài)受流和電弓動態(tài)懸掛體系模型,研究了高速弓網動態(tài)運行等效軌跡與高速弓網懸掛體系中電弓動態(tài)高速受流的相關指標,計算結果可以直接得到準高速速度下動態(tài)受流和電弓的運動等效節(jié)點質量、運動軌跡關系和模態(tài)受流性能。趙世宜等人研究運用遺傳算法針對某電力機車的受電弓機構參數(shù)進行了系統(tǒng)優(yōu)化和重新設計,得出了受電弓在高速運動中使用性能最優(yōu)的幾何技術參數(shù),通過虛擬樣機的相關技術參數(shù)進行模擬仿真,驗證了如升弓運動軌跡、升弓平衡桿上的位移、擺動和偏角等幾個關鍵方面的幾何參數(shù)。翟婉明等人通過研究建立了弓網的動態(tài)學模型和分析了車道軌跡系統(tǒng)對弓網運行系統(tǒng)的影響,得出了在線路不良或者是車速較高時對弓網運行動態(tài)學特性的影響很大。劉紅嬌等人進一步研究開發(fā)出了對受到電弓結構的幾何性能和參數(shù)設計優(yōu)化的方法。吳天行通過推導計算獲得簡單且具有一定自由度的有限弓網流動模型,計算了弓網懸掛穩(wěn)定性界限,并且還深入地分析研究了簡單鏈狀接觸式電弓懸掛靜態(tài)和動態(tài)下的有限元弓網模型,使得基于張力的計算線性問題成功順利地被解決。白雪，陳明國等人結合高速鐵路所存在的一些常見故障問題，利用有限元分析計算得出受電弓結構的應力分布，與實際情況進行對比校核，最終驗證了計算方法的有效性并提出優(yōu)化方案。張弘、正平、吳鴻標在上世紀九十年代進行高速弓網的軸向動態(tài)系統(tǒng)性能受流分析中就已經充分考慮并分析了運動列車和運行軌道之間的軸向耦合力和震蕩對于弓網動態(tài)性能受流的重要影響。梅桂明等研究人建立了SS7型受電弓與架空是接觸網的有限元模型，對其進行了瞬態(tài)動力學分析，確定了不同頻率的弓網振動模型，最終建立了弓網的垂向耦合動力學模型。1.3論文結構本文以QG-120型軌道交通受電弓為主要研究對象，主要基于QG-120型受電弓的具體結構，建立受電弓模型。借助ANSYS有限元分析軟件，對QG-120型受電弓的三維模型進行靜力學分析及模態(tài)分析。在分析和了解有關各項參數(shù)后，基于結構優(yōu)化的思想對其主要結構進行優(yōu)化，形成結構優(yōu)化后的受電弓模型。對優(yōu)化后的受電弓模型再次進行有關的分析，并與優(yōu)化前的各項參數(shù)以及有關標準進行對比，總結分析優(yōu)化的結果。具體內容如下：（1）具體結構分析通過資料查閱和實驗室提供的有關軟件，掌握QG-120受電弓的各項技術參數(shù)，升弓與降弓過程及其工作原理，熟悉受電弓的整體結構與各個具體部分的性能要求。（2）建立受電弓模型在了解所研究受電弓的結構的基礎上，分別利用CATIA軟件中進行受電弓各零部件的繪制及結構的裝配，最終形成受電弓的整體三維模型，為后續(xù)的有限元分析提供基礎。（3）對模型進行有限元分析利用ANSYS等有關軟件對所建立的模型進行網格劃分，并對軌道交通受電弓模型進行靜力學、模態(tài)分析，通過分析結果判斷結構的剛強度情況，確定優(yōu)化方案。（4）模型的優(yōu)化與優(yōu)化校核利用結構優(yōu)化的有關方法，對受電弓的模型進行優(yōu)化，建立優(yōu)化后的模型。對優(yōu)化后模型進行分析，根據(jù)國際工委會IEC-60494-2有關標準校核其剛強度。1.4本章小結本章從城市軌道交通發(fā)展的現(xiàn)狀與意義出發(fā)，敘述了研究受電弓結構的研究與優(yōu)化的重要性，分別介紹了國內外對于城市軌道交通受電弓的研究現(xiàn)狀，以及對在有限元分析領域對受電弓分析和研究的內容與方法進行了總結，最后概述了論文的主要研究方法和內容。第二章受電弓三維建模2.1受電弓結構簡介現(xiàn)階段各國主要的中遠距離的大運量客運交通工具主要為高鐵、地鐵、輕軌等電力機車，而電力機車獲取接觸網電能的主要電力設備則是受電弓。目前，隨著中國鐵路的電氣化進程日益發(fā)達，電氣早已替代了傳統(tǒng)的煤油機車,而現(xiàn)代機車本身為了減輕車身重量、提高運輸效率，車輛本身并不攜帶能源，所需幾乎全部的電力也都是通過牽引供電的系統(tǒng)來提供。牽引變電所與接觸網構成了牽引供電系統(tǒng)的主要組成部分。牽引變電所通常都是安裝在鐵道的路線附近,主要功能之一就是將城市發(fā)電廠通過高壓輸電線傳遞出去的三相電流轉換為兩個獨立的單相交流電,然后再運送到位于鐵道上空懸掛的接觸網上。向電力機車直接運行輸送電力能量的設施之一就是接觸網,它們也被稱為電氣化鐵路的運行動脈。目前我國電氣化鐵路牽引傳動供電方式為雙邊供電，單項工頻25KV交流電。軌道交通受電弓是一種鉸接式的機械結構，與車體之間有阻尼器鏈接，安裝在車頂規(guī)定區(qū)域，主要作用是通過與架空在車頂上方的接觸網導線接觸，從而獲取機車運營所需的全部用電。是一種隨著軌道交通發(fā)展演變而來的一種新型受流裝置。當受電弓升起工作時，弓頭上的碳滑板與接觸網接觸，通過車頂母線將電力傳送至機車內部，供機車車廂內的日常工作和車輛牽引使用。因為交流供電需要整流器等復雜設備，且交流電的平穩(wěn)性、啟動特性性能不如直流電，世界多數(shù)城市軌道交通均采用直流電作供電，而如今也有部分車輛開始采用交流異步電機。對于很多地下的地鐵系統(tǒng)，由于鉆掘工程的工程量大，隧道建設成本高、難度大，會使用第三軌供電來代替架空電纜供電以減小成本和工程難度。而對于使用架空電纜的地鐵系統(tǒng)，一般的接觸網高度也設置的很低，基本緊貼車頂以減少架設高度來控制建設成本。一般短編組的電力機車有兩臺受電弓，長編組的電力機車有4臺受電弓，安裝在動車車輛上，受電弓分為單臂受電弓和雙臂受電弓兩種。受電弓主要工作原理主要如下：（1）升弓過程：壓縮機將空氣壓縮通過電空閥均勻地進入到傳動氣缸，利用下臂桿壓縮活塞通過壓縮氣缸的傳動，升弓彈簧作用將受電弓升起。（2）降弓過程：將壓縮氣缸中的空氣經緩沖閥排入大氣中，此時降弓彈簧克服升弓彈簧的作用力，從而使受電弓快速下降，脫離接觸網。受電弓主要結構如圖2-1所示。圖2-1受電弓結構示意圖2.2CATIA三維建模軟件2.2.1CATIA軟件介紹CATIA是法國達索公司研發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，它可以幫助制造廠商設計他們未來的產品，或輔助工程師進行產品研發(fā)，制造到工程實現(xiàn)的所有設計工作。目前在全世界范圍內都得到廣泛的使用。模組化CATIA產品系列支援產品型式和外觀、機械設計、制造、設備和系統(tǒng)工程、數(shù)位原型管理、分析和模擬。CATIA產品在七個主要領域提供三維設計和模擬解決方案:汽車、航空、造船、工廠設計、電力和電子、消費和制造通用機器。2.2.2CATIA模塊CATIA三維建模系統(tǒng)主要包括：基礎結構、機械設計、形狀、分析與模擬等模塊，而本次建模所需模塊主要為草圖模塊與機械設計中的零部件設計、裝配設計三個模塊。草圖模塊為三維建模的基礎模塊。主要功能是新建草圖，并在此基礎上進行各基礎模型結構的繪制，是模型建立的根基。在草圖模塊中利用各種命令如：直線、曲線、圓、矩形等繪制構成零件的基本線條。零件設計模塊為各零件的設計階段，在此階段可根據(jù)需求或尺寸參數(shù)，進行模型所需零部件的設計和建立。零件為建立模型的最小單位，零件設計的合理與否，直接影響著最終模型結構的完整性和和合理性。裝配設計模塊為將各零部件整合拼裝的階段，將零件設計階段所繪制的各個零部件通過各類約束方法裝配到一起，以形成完整的結構模型。2.3受電弓部件設計和裝配本文件以QG-120型受電弓為建?；A，該型號受電弓結構簡單、維修方便、由于其弓頭處有四塊碳滑板，所以其與接觸網母線的接觸較為穩(wěn)定，并且從接觸網獲取電力的性能優(yōu)異，電力受取效率較高。在各種工作環(huán)境下，均有良好的空氣動力學特性。主要適用于速度低于120公里/小時的各種輕軌車輛和地鐵車輛的使用。目前我國成都、青島、上海地鐵等都在使用該型號受電弓。圖2-2為QG-120型受電弓，表2-1為QG-120型受電弓的主要參數(shù)。圖2-2QG-120受電弓表2-1QG-120受電弓主要參數(shù)指標參數(shù)額定電壓/VDC1500網壓變化范圍/VDC1000-1800額定電流/A1050最大電流/A1650最大運行速度/km·h-1100最大升弓高度/mm2860額定靜態(tài)接觸壓力/N120升弓時間/s≤8降弓時間/s≤72.3.1受電弓各部件建模受電弓的主要部件為底架、下臂桿、滑板、弓頭、上臂桿、推桿等，根據(jù)指導教師提供的部分圖紙，根據(jù)不完全尺寸所建成的各個部件的三維模型如圖2-2所示。圖a底架圖b下臂桿圖c滑板圖d弓頭圖e上臂桿圖f推桿圖2-3QG-120受電弓各部件三維模型2.3.2受電弓的裝配受電弓各部件建立完成之后，選取底座為基準進行受電弓整體模型的裝配，將底座部分利用錨定命令進行固定，之后為各個部件之間設置約束命令。該受電弓模型所使用的裝配方法主要為接觸約束與同軸約束。使用的主要接觸約束如下：（1）底座與基準面（2）下臂桿與基準面（3）弓頭與碳滑板使用的主要同軸約束有：（1）底座與下臂桿（2）底座與推桿（3）上臂桿與推桿除了上述的接觸約束與同軸約束外，在模型建立的過程中還有部分零件間使用距離約束或角度約束，通過以上方法進行裝配后所得到的QG-120型受電弓整體三維模型如圖2-3所示。圖2-4QG-120型受電弓整體三維模型該模型為QG-120型受電弓的整體空間形態(tài)，考慮到之后分析的簡便，此模型省略了如動力箱氣缸等復雜部件的結構，由于條件限制也有部分的尺寸數(shù)據(jù)存在誤差，但是對后期分析幾乎不構成影響。2.4本章小結本章主要簡單介紹了受電弓的主要結構與工作原理。簡單說明了CATIA三維建模軟件的受用范圍和軟件的主要功能。之后是建成受電弓模型的主要步驟，包括了零部件設計和裝配設計，最終建成受電弓三維模型。為之后的分析和優(yōu)化提供的基礎。第三章受電弓模型的有限元分析3.1有限元理論基礎有限元法是求解數(shù)理方程的一種有關數(shù)值的計算方法，將問題區(qū)域進行劃分為多個簡單的有限單元，對每一個單元求解較簡單的近似解，以推導整體問題的合適解。在十九世紀九十年代，在分析各類工程結構強度時，就主要采用經典結構力學方法，而這種分析方法又可以進一步分為近似法和精確力法。這兩種方法的不同之處就在于近似方法使用相關的材料力學理論將不同的結構視為簡單的物理連接，而精確力法考慮了結構彎曲，拉伸，壓縮，剪切和扭轉變形。但是，無論是近似法還是精確法，在計算時都是采用人工計算的，而由于一般的結構較為復雜多樣，計算時工作量較大且計算過程較為復雜，很多時候都對實際結構進行簡化處理，這就導致計算結果往往與實際結果出入較大。目前，隨著計算機的廣泛普及以及計算機技術的飛速提升，越來越多的公司開始設計和制造相關軟件，利用現(xiàn)代計算機對工程結構的應力進行分析，從而代替了傳統(tǒng)的結構分析方法。這種有限元分析方法使用起來方便快捷，解決實際工程問題的效率也得到了極大的提高。如今，有限元法在機械制造、材料科學、土木工程、電器工程、石油化工、汽車能源等眾多領域中發(fā)揮重大作用。而利用有限元分析的方法有很多優(yōu)點:可以將不規(guī)則復雜結構模擬成簡單易用的規(guī)則模型；一般的負載條件可以較為輕松的處理；由于元素方程的獨立性，對于同一結構可以用幾種不同的材料進行模擬；可以處理各種不同的邊界條件；而元素的大小也可以根據(jù)所選的對象結構進行更改，以更好地解決不同條件的問題；并且有限元模型的修改相對容易，成本較低；可以處理非線性材料引起的大變形和非線性問題。有限元理論的基本思想就是化整為零，將一體且復雜的結構劃分為分散且簡單的有限小單元結構，然后通過各個節(jié)點對所有小單元結構進行連接，對由小單元結構組成的大結構進行分析。(1)求解對象離散化:將一個整體求解域分割成不同的有限小單元，并通過設置節(jié)點的方式對小單元進行連接，使相鄰單元關聯(lián)。通常將其稱為有限元網格劃分。(2)建立位移函數(shù):對離散后的小單元進行設定，將節(jié)點位移作為變量，根據(jù)小單元的特性建立節(jié)點位移函數(shù)根據(jù)位移函數(shù)推導元素節(jié)點周圍元素中任意點位移的位移關系表達式。3.2基于ANSYS的有限元分析由于ANSYSWorkbench軟件與大部分CAD三維建模軟件相適配，與CATIA軟件所建立的受電弓模型較為方便，所以本次進型有限元分析的軟件選擇為ANSYSWorkbench2020軟件，此軟件是ANSYS公司的最新版多物理場分析平臺，提供大量的先進功能，有助于更好的掌握設計情況從而提升產品性能和完整性。ANSYSWorkbench2020軟件功能的擴充，可以使其用于解決更多復雜的物理場問題，滿足研究中不斷變化的需求。ANSYSWorkbench2020采用的平臺可以精確地簡化各種仿真應用的工作流程。同時，ANSYS2020提供多種關鍵的多物理場解決方案、前處理和網格剖分強化功能，以及一種全新的參數(shù)化高性能計算（HPC）許可模式，可以是設計探索工作更具擴展性。3.2.1基于ANSYS的靜力學分析線性靜力學分析是最基本且廣泛應用的一類分析類型，所謂線性分析有兩個方面的含義：首先就是材料為線性，應力應變關系為線性，變形是可恢復的；另外結構發(fā)生的是小位移、小應變、小轉動，結構剛度不因變形而變化。而此次分析的受電弓模型，其結構主體材料為剛，剛強度較高，結構較為穩(wěn)定的，一般或工作時一般不產生過大形變。所以對受電弓模型進行靜力學分析時，主要是線性靜力學分析。所謂靜力就是結構所受到的載荷為單純的靜力載荷而不考慮其慣性和質量的影響，且在載荷作用下保持靜態(tài)平衡。對所分析的物體或結構必須充分約束，雖然一般忽略慣性與質量，但如果載荷周期遠遠大于結構自振周期(即緩慢加載)的情況下，則結構慣性效應能夠忽略，這種情況可以簡化為線性靜力分析來進行。進行靜力學分析的主要步驟如下：（1）啟動軟件及案例分析項目：打開ANSYSWorkbench軟件打開Toolbox（工具箱）中的AnalysisSystems→StaticStructural（靜態(tài)結構分析）選項，即可在ProjectSchematic（項目管理區(qū)）中創(chuàng)建分析項目。如圖3-1所示。圖3-SEQ圖\*ARABIC2靜態(tài)結構分析項目（2）導入創(chuàng)建幾何體:首先將CATIA所繪制的受電弓三維模型另存為stp幾何文件，在Geometry上鼠標右擊，在彈出的快捷菜單中選擇ImportGeometry→Browse命令，選擇文件路徑并導入幾何文件。單擊Generate生成幾何體。（3）添加材料庫及材料屬性：打開項目中EngineeringData選項，在彈出界面中進行材料的參數(shù)設置。右擊空白處，在彈出的快捷菜單中選擇EngineeringDataSources（工程數(shù)據(jù)源）命令，在該表中選擇GeneralMaterials，然后添加該表中的材料屬性。選擇Mechanical界面左側的Outline中的Geometry。選擇參數(shù)列表中的Material下的Assignment區(qū)域，將剛剛設置的材料添加到模型中去。除碳滑板上有少量碳材料外，以及部分零件的其他金屬材料相比于受電弓主體的鋼結構質量可以忽略不計。所以為該受電弓模型添加的主要材料屬性為石墨（碳滑板）、結構鋼（主體結構）。如圖3-2所示。圖3-SEQ圖\*ARABIC3添加材料屬性界面（4）劃分網格：選擇Outline中的Mesh選項，此時在“DetailsofMesh”(參數(shù)列表)中修改網格參數(shù)。網格劃分的原則主要有網格數(shù)目、疏密程度、單元階次、網格質量等，分別決定了計算結果的精度、計算規(guī)模大小和分布特點等，對于不同的分析樣本，劃分的標準各不相同，本例采用默認設置。如圖3-3所示。圖3-SEQ圖\*ARABIC4網格效果（5）施加載荷與約束：Outline中的StaticStructural選項，在彈出的Environment工具欄中選擇Supports（約束）→FixedSupport（固定約束），選中FixSupport,以受電弓底座作為基準面施加約束，選中Environment工具欄中的Loads（載荷），為模型施加載荷，由于受電弓除了碳滑板與接觸網之間會有極小的摩擦力之外，受電弓只受自身重力影響，所以對受電弓施加重力載荷。載荷的載荷方向為默認豎直向下，其他選項也保持默認即可。在StaticStructural右擊選擇Solve命令。如圖3-4所示。圖3-SEQ圖\*ARABIC5施加載荷（6）結果后處理：選擇Outline中的Solution選項，選擇工具欄中的Stress（應力）→Equivalent命令，在分析樹中出現(xiàn)EquivalentStress（等效應力）選項。在選擇Solution工具欄中的Deformation（變形）→Total命令出現(xiàn)如圖3-5所示的應力分析云圖和如圖3-6所示的總變形分析云圖。圖3-5應力分布云圖圖3-6總變形分布云圖從以上的應力分布云圖和總變形分布云圖，可以看出受電弓的整體結構較為穩(wěn)定，在自身重力載荷的作用下，最大形變?yōu)?.0050m，總體幾乎不產生形變。所受最大應力在推桿與底座的連接處，這是由于此處截面積較小，符合截面積小應力大的理論。而其最大應力為49.935mpa遠小于一般鋼材（Q235）的許用應力235mpa，符合有關標準。3.2.2基于ANSYS的模態(tài)分析機構在工作過程中一定會都發(fā)生不同方向和程度振動，這就會引起其他部位的共振與疲勞甚至損壞，從而減少機構的使用壽命。為了減少不必要的經濟損失，就需要分析出機構本身的固有振動頻率和振型等結構的重要振動特性。模態(tài)就是結構系統(tǒng)基于自由振動分析建立的一種固有振動特性。以模態(tài)頻率的大小進行排序，將其稱之為“階”。模態(tài)分析是一種針對動態(tài)結構的研究方法，近年來多應用于機械工程領域。模態(tài)分析的結果包括模態(tài)固有頻率和模態(tài)振動模式等參數(shù)，這些參數(shù)用于評估結構系統(tǒng)的動力性能。在模態(tài)分析理論中，單自由度系統(tǒng)和多自由度系統(tǒng)之間存在一定的差異，主要體現(xiàn)在模態(tài)參數(shù)的識別上。從理論上講，對于具有n度自由度的結構系統(tǒng)，有n個頻率的自振動和模態(tài)振動模型。對于具有多個自由度的系統(tǒng)，物理坐標系統(tǒng)對自由振動的反應是線性范圍內主要振動的線性重疊。每個主要振動都是自由振動的特定形式，振動頻率是系統(tǒng)的主要頻率（固有頻率），振動模式是系統(tǒng)的主要振動類型（模式或固有的振動類型）。模態(tài)分析是結構分析的常見方法，也是對模態(tài)分析的一個重要組成部分。這種分析不對系統(tǒng)做任何約束，雖然自由模態(tài)只存在于理論，在現(xiàn)實中不會真實發(fā)生，但可以通過這種分析出結構系統(tǒng)本身的固有特性，所以也是人們研究結構特性的一個必要途徑。模態(tài)分析法就是一種計算某結構振動頻率，研究其振型的數(shù)值分析手段。模態(tài)分析本身是一種最基本流體力學分析方式，同時又是其他動力學分析的基礎。因此，例如，響應譜分析、隨機振動分析、和諧響應分析等都需要依靠模態(tài)分析來進行。雖然模態(tài)分析是一種簡單基礎的流體力學分析方法，但是由于它具有很強的實用性，經常用于處理各種工程實際。模態(tài)分析有助于研究者了解研究對象在不同階次產生的振動頻率，從而避免工程中出現(xiàn)共振情況。也有利于研究者觀察結構在不同頻率下結構的形變情況。除此之外，模態(tài)分析對于確定其他流體力學分析的相關參數(shù)有一定的作用，方便研究者確定不同的瞬態(tài)分析方法。模態(tài)分析法的最大優(yōu)點就是這種方法可以促進結構設計避免產生共振或者用一個特定頻率額來繼續(xù)振動；工程師從中就可以清楚地認識和了解到一個結構對不同種類的各種動力負荷都是如何作出反應的；有助于估計和利用其它動力學分析方法中所需要的求解和控制參數(shù)。對于受電弓模型的模態(tài)分析主要步驟如下：（1）啟動軟件及案例分析項目：打開ANSYSWorkbench軟件打開Toolbox（工具箱）中的AnalysisSystems→Modal（模態(tài)分析）選項，即可在ProjectSchematic（項目管理區(qū)）中創(chuàng)建分析項目。（2）導入創(chuàng)建幾何體:首先將CATIA所繪制的受電弓三維模型另存為stp幾何文件，在Geometry上鼠標右擊，在彈出的快捷菜單中選擇ImportGeometry→Browse命令，選擇文件路徑并導入幾何文件。單擊Generate生成幾何體。（3）添加材料庫及材料屬性：打開項目中EngineeringData選項，在彈出界面中進行材料的參數(shù)設置。在界面空白處單擊右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇EngineeringDataSources（工程數(shù)據(jù)源）命令，在該表中選擇GeneralMaterials，然后添加該表中的材料屬性。選擇Mechanical界面左側的Outline中的Geometry。選擇參數(shù)列表中的Material下的Assignment區(qū)域，將剛剛設置的材料添加到模型中去。為該受電弓模型添加的主要材料屬性為石墨（碳滑板）、結構鋼（主體結構）。（4）劃分網格：選擇Outline中的Mesh選項，此時在“DetailsofMesh”(參數(shù)列表)中修改網格參數(shù)。本例采用默認設置。右擊Mesh，在彈出的快捷菜單中選擇GenerateMesh命令，完成網格劃分。（5）施加載荷與約束：Outline中的Modal選項，在彈出的Environment工具欄中選擇Supports（約束）→FixedSupport（固定約束），選中FixSupport,以受電弓底座作為基準面施加約束，選中Environment工具欄中的Loads（載荷），為模型施加重力載荷在StaticStructural右擊選擇Solve命令。（6）結果后處理：在選擇Solution工具欄中的Deformation（變形）→Total命令，出現(xiàn)TotalDeformation（總變形）選項。右擊Solution在彈出的快捷工具欄中選擇EquivalentAllResults命令，彈出進度條，表示正在求解，當求解玩成后進度條自動消失。選擇TotalDeformation選項，得到該模型的各階次模態(tài)頻率如表3-1所示。各階次模態(tài)總變形云圖如圖3-3至3-8所示。表3-SEQ表\*ARABIC\s11各階次模態(tài)頻率階次頻率/Hz18.764329.8902334.95440.741542.364644.693圖3-3一階模態(tài)總變形云圖第一階階次總變形較小，整體結構并無較大變形，說明該模型的剛強度較大，結構相對穩(wěn)定。圖3-4二階模態(tài)總變形云圖圖3-5三階模態(tài)總變形云圖第二階次的模態(tài)變形主要集中在上框架，最大變形量比較小，總體看來結構依然穩(wěn)定。第三階次的模態(tài)變形中，最明顯的是推桿的彎曲變形，但是變形程度較小，并不影響整體結構穩(wěn)定。圖3-6四階模態(tài)總變形云圖圖3-7五階模態(tài)總變形云圖第四階次與第五階次的變形集中在上臂桿的扭曲變形，說明上臂桿抗彎曲剛度較小。推桿也分別產生向內和向外側的彎曲變形。但總體變形都較小，結構依然滿足剛度條件。圖3-8六階模態(tài)總變形云圖第六階次的變形云圖可以看出，受電弓模型的橫向剛度較強，主要發(fā)生的形變?yōu)樨Q向的桿件的彎曲。根據(jù)IEC60494-2中的部分表述，此種狀況可以適應列車運行時的少量的豎直顛簸，說明即使車輛在顛簸路段，該受電弓也可以保持穩(wěn)定的狀態(tài)?？傮w來說，從模態(tài)分析角度，受電弓模型建立比較合理。3.3本章小結本章大致介紹了有限元的理論基礎。詳細ANSYS有限元分析軟件的分析步驟與原理。利用ANSYS對導入的受電弓三維模型進行網格劃分，建立有限元模型，確定了載荷條件，對受電弓模型進行了靜力學分析及模態(tài)分析。分析了受電弓的應力分布以及變形情況，為后序的結構優(yōu)化提供了參數(shù)依據(jù)。第四章結構優(yōu)化目前，對于結構的優(yōu)化設計主要分為四個方向：尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、形貌優(yōu)化、拓撲優(yōu)化。尺寸優(yōu)化：是最基本的優(yōu)化方式，主要是對結構的一些截面參數(shù)、幾何尺寸等進行優(yōu)化，列如梁結構的截面尺寸和板的厚度等。形狀優(yōu)化和形貌優(yōu)化：節(jié)點優(yōu)化與尺寸優(yōu)化相似，另外還有一些例如開孔形狀、圓角倒角等的優(yōu)化。拓撲優(yōu)化：以材料分布為優(yōu)化對象，通過拓撲優(yōu)化，在有限或規(guī)定空間內可以求解材料的最優(yōu)分布，是輕量化處理的一個有效手段。對于本次的受電弓結構優(yōu)化，由于負載情況、約束條件和性能指標已確定，而尺寸和形狀的優(yōu)化方向并不明確，所以此次優(yōu)化利用ANSYS軟件對模型進行拓撲優(yōu)化。在滿足使用要求的情況下，對部分結構進行輕量化處理。4.1基于ANSYSWorkbench的拓撲優(yōu)化對受電弓模型進行拓撲優(yōu)化的主要步驟如下：（1）啟動軟件及案列分析項目：打開ANSYSWorkbench軟件打開Toolbox（工具箱）中的AnalysisSystems→StaticStructural（靜態(tài)結構分析）選項，即可在ProjectSchematic（項目管理區(qū)）中創(chuàng)建分析項目。（2）打開拓撲優(yōu)化項目：將（拓撲優(yōu)化）拖入主界面。（3）分割模型：以底架的基準面作為主平面（確定約束），分割受電弓上下框架的結構。由于底座需要考慮與車頂?shù)慕佑|，弓頭需要考慮與接觸網的接觸，需格外分析，此處的優(yōu)化將這兩者排除在外。對主要的支撐結構進行優(yōu)化。（4）設置網格：進入受電弓模型，點擊Mesh選中各部件進行網格劃分。（5）設置載荷：點擊Loads為受電弓模型設置重力載荷。（6）自動求解優(yōu)化結果：OptimizationRegion（優(yōu)化區(qū)域）、Objective（目標）、ResponseConstraint（響應約束）都使用系統(tǒng)默認。右擊TopologyOptimization→Solve進行求解。優(yōu)化結構如圖4-1所示。圖4-1拓撲優(yōu)化結構優(yōu)化的結果中紅色為刪除區(qū)域，灰色為保持區(qū)域。根據(jù)優(yōu)化的結果，可以對上框架的結構桿進行部分材料的刪除，根據(jù)優(yōu)化結果，可以在刪除區(qū)域進行打孔的處理，以達到輕量化和拓撲優(yōu)化的要求。為了得到最后的優(yōu)化效果，進行以下操作步驟：（1）首先返回項目界面，點擊拓撲優(yōu)化結果Results中第三項Geometry，右擊彈出工具欄點擊第一項，進入設計界面，為了將模型導入CATIA進行進一步處理，將文件另存為stl格式。（2）在CATIA中打開剛才拓撲優(yōu)化后的文件，將優(yōu)化需要刪除的部分進行描邊并復制輪廓，在源文件中粘貼輪廓。由于受電弓主要結構的材料為結構鋼，并不能完全依照拓撲優(yōu)化的結果進行結構的刪減，所以實際的優(yōu)化方式為在優(yōu)化后的結構輪廓進行打孔處理。最后優(yōu)化后的模型與原模型的對比如圖4-2所示。圖4-2優(yōu)化后模型對比圖優(yōu)化后的結果信息如圖4-3所示。圖4-3優(yōu)化后的結果從上圖，可以充分了解到優(yōu)化后的受電弓模型總體積由初始的1.96x105mm3減小為1.76x105mm3，總重量從初始的153.97kg減小為138.31kg，體積與總重都減小了約10%?？梢?，優(yōu)化后的受電弓模型不僅節(jié)省了鋼材料的使用，并且大大減輕了自身重量，達到了輕量化的目的。4.2優(yōu)化結果的驗證將優(yōu)化后的受電弓模型另存為stp文件，再次導入ANSYS軟件。按照與之前相同的步驟對新優(yōu)化后的新模型進行有限元分析，為的是校核優(yōu)化后模型是否還能滿足其應力要求和模態(tài)要求，并檢驗優(yōu)化結果。4.2.1優(yōu)化結果的靜力學分析利用ANSYS軟件對優(yōu)化結果再次進行靜力學分析得到如圖4-4所示優(yōu)化后應力分布云圖與如圖4-5所示優(yōu)化后的總變形分布云圖。圖4-4優(yōu)化后應力分布云圖圖4-5總變形分布云圖優(yōu)化前后的應力分布對比如表4-1所示。表4-SEQ表\*ARABIC\s11優(yōu)化前后應力分布優(yōu)化前應力分布/mpa優(yōu)化后應力分布/mpa49.994（最大）50.579（最大）44.38744.95938.83839.33933.29033.71927.74228.09922.19322.47916.64516.8665.548（最?。?.620（最?。Ρ葍?yōu)化前后模型的應力分布及其應力分布云圖發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的受電弓結構應力分布情況與優(yōu)化前幾乎無異，最大應力在推桿與底架的鏈接處，最小應力作用在底架前端。應力的大小整體相對優(yōu)化前有所增大，但是增大的幅度很小。最大應力由49.99mpa增大到50.58mpa，最小應力由5.55mpa增大到5.62mpa。然而即使應力有所增大，增大后的應力也遠小于一般鋼材（Q235）的許用應力235mpa，說明優(yōu)化后的受電弓結構滿足靜態(tài)應力的要求。4.2.2優(yōu)化結果的模態(tài)分析利用ANSYS軟件對優(yōu)化后的受電弓模型進行模態(tài)分析得到優(yōu)化后模型各階次模態(tài)頻率如表4-2所示。各階次模態(tài)總變形云圖如圖4-6至4-11所示。表4-2優(yōu)化后模型各階次模態(tài)頻率階次頻率/Hz18.687529.9801335.464440.437542.329644.63圖4-SEQ圖\*ARABIC6一階模態(tài)總變形云圖圖4-SEQ圖\*ARABIC7二階模態(tài)總變形云圖圖4-SEQ圖\*ARABIC8三階模態(tài)總變形云圖圖4-SEQ圖\*ARABIC9四階模態(tài)總變形云圖圖4-SEQ圖\*ARABIC10五階模態(tài)總變形云圖圖4-SEQ圖\*ARABIC11六階模態(tài)總變形云圖根據(jù)優(yōu)化后模型模態(tài)頻率及各階次模態(tài)總變形云圖可以看出，與原模型的模態(tài)分析數(shù)據(jù)相比，各階次頻率變化均不大，各階次模態(tài)的振型基本相同。說明優(yōu)化后的模型結構依然較為穩(wěn)定，不會產生結構破壞，滿足使用要求。綜上，優(yōu)化后的受電弓模型無論是靜強度，還是模態(tài)振型都較為穩(wěn)定，說明此次優(yōu)化較為合理，在保證應力和形變要求的情況下，做到了材料的節(jié)省與結構的輕量化。4.3本章小結本章簡單介紹了結構優(yōu)化的理論基礎，并基于ANSYS中的拓撲優(yōu)化功能，對建立的受電弓三維模型進行了拓撲優(yōu)化，將優(yōu)化結果重新導入CATIA，依照優(yōu)化結果對原模型進行打孔的輕量化處理。對優(yōu)化后的受電弓模型再次進行靜力學及模態(tài)分析，得出優(yōu)化后的模型與優(yōu)化前的模型在應力分布和不同階次模態(tài)變形兩個方面均只有略微變化，依然符合材料許用應力和最大變形要求，而優(yōu)化后的受電弓模型體積與總重都有約10%的減小，實現(xiàn)了材料的節(jié)省，和結構的輕量化，說明本次的優(yōu)化設計比較合理。第五章總結與展望本設計以QG-120(B)型地鐵車輛受電弓為主要研究對象，使用CATIA三維建模軟件對受電弓的具體結構進行三維實體建模，并使用ANSYSWorkbench有限元分析軟件執(zhí)行有限元網格劃分，對受電弓結構進行靜力學分析和模態(tài)分析以及結構的優(yōu)化設計。在本設計中，受電弓的靜態(tài)強度分析是在靜態(tài)方面進行的根據(jù)國際IEC60494-2國際電工委會有關規(guī)范標準，對受電弓模型在靜力學分析的應力分布云圖和最大變形分布云圖進行分析和研究。在ANSYSWorkbench軟件中對在受電弓結構上施加了相應的載荷組合和約束，并分析了在排除外界應力，受電弓在受到自身重力載荷的情況下，自身各部分所受應力情況，以及受自身重力影響下的變形情況。獲得了最大應力值以及最大應力發(fā)生的位置。在受電弓推桿與底架的銜接處出現(xiàn)的最大應力約為49.935mpa，小于結構鋼的許用應力235mpa。而最大變形出現(xiàn)在弓頭處約為0.0050m，同樣沒有超過受電弓材料的屈服極限值，所以受電弓滿足靜強度要求。然后根據(jù)動力學進行受電弓的模態(tài)分析，本文對已建立的構架有限元模型進行了低階自由模態(tài)分析。構架的最低固有頻率為8.7643Hz，與車輛的振動頻率不一致，從而確保受電弓在運行期間不會與車輛發(fā)生共振，保證了列車正常運營的平穩(wěn)性與安全性。從第2至6階模態(tài)的固有振動頻率和振型圖可以得知，受電弓的在不同階次模態(tài)的振型在于豎直方向的震動，產生的形變也主要是豎直方向上的彎曲，而橫向強度較強。這表示受電弓可以接受豎直方向的輕微位移，即使軌道略顛簸，也可以安全運行，從得到的固有振動頻率和振型圖可以得知受電弓的垂向、橫向和縱向剛度都是比較合理的。最后對受電弓模型中的折疊桿結構進行了結構的優(yōu)化，將受電弓上臂桿的體積作為設計變量，以達到受電弓框架輕量化的目的，使受電弓整體有一定程度的減重。在滿足靜強度要求的前提下，利用拓撲優(yōu)化結果的框架輪廓作為結構優(yōu)化的主要依據(jù)，對上臂桿的優(yōu)化部分進行了打孔處理，使受電弓總體減重了約10%，實現(xiàn)了受電弓結構輕量化的目的。將優(yōu)化后的受電弓模型重新導入ANSYS分析軟件，對其進行靜力學與模態(tài)分析。分析結果得出優(yōu)化后，由于上臂進行了輕量化處理，最大變形由0.00501m減少到0.00480m。而優(yōu)化后受電弓所受最大應力依然在推桿與底架的銜接處，此時最大應力為50.579mpa，雖然相比優(yōu)化前略微增長，但是依舊小于鋼的許用應力235mpa，滿足強度要求。優(yōu)化后的受電弓不會發(fā)生永久變形，說明本次優(yōu)化設計結果比較合理，在滿足應力要求和最大變形的要求下，實現(xiàn)了輕量化，同時減少了材料的使用。本設計僅對QG-120型受電弓進行靜強度分析，模態(tài)分析和局部結構優(yōu)化，但尚未對該受電弓進行全面研究。其中結構省略了一些復雜的氣缸、阻尼器等裝置，也并未考慮接觸網對其的影響。另外由于沒有實物的測繪和具體尺寸，本次所建的受電弓模型存在一些誤差。對其進行進一步分析的改進措施如下：(1)經過實物測繪或具體尺寸圖，建立更加精確的受電弓結構(2)結合不同的故障狀況，根據(jù)疲勞累計損傷理論計算受電弓疲勞壽命。(3)在受電弓上進行疲勞強度檢查且繪制疲勞極限圖。(4)結合受電弓的熱應力分析。(5)除了拓撲優(yōu)化外，還可以對受電弓模型進行尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化。第六章經濟性分析報告本章從經濟、技術、生產、供銷到各種社會環(huán)境法律等各種因素進行調查研究，確定了設計的有利與不利因素、項目的可行性，估計成功率大小、經濟效益和社會效果程度。6.1經濟成本分析主要材料價格表匯總如表6-1所示。表6-SEQ表格\*ARABIC1受電弓主要材料價目表材料名稱市場平均單價（元/噸）結構鋼Q2354000結構鋼Q3454300鋁合金18000石墨6000對于受電弓而言，構成受電弓整體結構的主要材料為結構鋼，鋁合金及其他金屬材料的使用量較小，且價格相比鋼材較貴。一般受電弓的整弓質量在125kg到150kg之間，平均整弓質量135kg。按照本設計的優(yōu)化方法，受電弓的整體結構質量在進行優(yōu)化之后會減小約10%。忽略其他材料，即使整弓材料全為單價最低的Q235結構鋼，優(yōu)化后的受電弓結構將會減少約12.5kg到15kg的重量，即一臺受電弓減少結構鋼材料，節(jié)約50-60元?？紤]我國軌道交通行業(yè)的飛速發(fā)展，運營里程和運營車輛數(shù)的大規(guī)模增長，如果控制好受電弓的加工價格，基于受電弓的結構優(yōu)化所帶來的材料控制和成本控制還是十分可觀的。6.2技術分析本設計為順應軌道交通發(fā)展，對軌道交通關鍵部件受電弓進行結構優(yōu)化設計，本設計基于CATIA三維建模軟件和ANSYS有限元分析軟件，分別對受電弓進行三維模型的建立和基于有限元分析軟件的靜力學分析和模態(tài)分析，再分別了解其靜力學和瞬態(tài)動力學特性的基礎上，依照拓撲優(yōu)化的一般方法，對原有結構進行優(yōu)化，最終達到在滿足使用條件的基礎上實現(xiàn)輕量化的優(yōu)化目標。首先對受電弓具體結構分析要合理要透徹，本文由于條件限制，對所研究受電弓的個別尺寸參數(shù)存在誤差，所以優(yōu)化結果也存在出入。但是本設計的整體設計思路和設計方法有一定可借鑒性，目前大部分工程結構都有輕量化趨勢，這也是未來工程發(fā)展的一個重要方向，而目前對于受電弓的優(yōu)化研究，特別是國內研究較少，本設計一定程度上開辟了以拓撲優(yōu)化思想進行受電弓結構優(yōu)化的先例。設計所用的CATIA三維設計軟件，主要是CATIA軟件上手相對其他CAD軟件較為簡單，CATIA軟件涉及模塊較多、功能齊全，另外與ANSYS軟件的互通性較強，基本可以滿足所有簡單結構的建模要求，隨著制圖軟件的不斷發(fā)展，未來也可以使用其他先進軟件進行更為精確還原的模型建立。ANSYSWorkbench2020有限元分析軟件，是市面上較新的有限元分析軟件之一，其分析功能強大，對工程中涉及的一般靜力學分析、模態(tài)分析、響應分析、振動分析、接觸分析都有較強的分析解決能力。本設計中對于一些分析時的參數(shù)設置，并沒有做太大的要求，然而分析結果依然比較合理。例如，在進行網格劃分時，并沒有進行細致劃分，按照默認的網格劃分，所得到的劃分圖的網格大小、疏密程度等依然合理有效。這樣的好處在于對于今后的研究提供了極大的便捷性和拓展性，在遇到更為復雜問題時，依然有細化的余量。總體優(yōu)化技術具有快捷、直觀、方便且可拓展性強的特點。6.3社會效益分析隨著軌道交通行業(yè)近幾年的飛速發(fā)展，不僅是上海、廣州這樣的一線城市繼續(xù)進行軌道交通工程的擴建，有絕大部分的二、三線城市例如徐州、南通等也已經開始建設城市軌道交通工程或已經對城市軌道交通建設進行了規(guī)劃。對于本文所研究的受電弓來說，雖然百姓對其了解和認識不夠充分，除了一些有關方面的專業(yè)管理、維修、研究人士，普通居民在日常乘坐軌道交通的過程中其實很難注意到受電弓的結構。但是受電弓憑借其在整個城市軌道系統(tǒng)中的重要地位，與居民的日常乘車息息相關，主要的影響如下：（1）受電弓是電力機車接觸受流的組要裝置之一，它的性能直接影響到軌道交通車輛行駛的穩(wěn)定性和安全性。它的強度、剛度是否滿足工作要求，能否在特殊條件下依然保持良好的弓網接觸，直接影響了它的供電性能。因為車輛本身并不攜帶電能，車廂內照明、空調