[發明專利]一種基于擾動干涉理論接觸網支持懸掛系統腕臂的穩健優化設計方法

在審

• 申請號: 201810562173.0
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108959710A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 萬毅;黃海隆;吳承文
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 陳孝政

本發明公開了一種基于擾動干涉理論接觸網支持懸掛系統腕臂的穩健優化設計方法，包括以下步驟：建立X型腕臂的應力表達式；把設計參數看作是隨機變量，基于概率干涉理論，獲得可靠性特征方程；對隨機變量和可靠性特征方程進行微擾動；計算穩健可靠性指標；把任意分布隨機參數的概率分布函數轉化成標準正態分布函數；計算腕臂的穩健可靠度；建立腕臂穩健優化的數學模型。上述技術方案，把非確定性概率理論、微擾動和埃奇沃思理論引入到腕臂的結構設計中，并把腕臂可靠度直接嵌入到優化模型中，解決了電氣化鐵路接觸網穩健設計的關鍵技術。

技術領域

本發明涉及鐵路供電技術領域，具體涉及一種基于擾動干涉理論接觸網支持懸掛系統腕臂的穩健優化設計方法。

背景技術

高鐵作為運輸量大，速度快、污染小的運輸工具，近年來得到了迅猛的發展，隨著寧杭、杭甬、津秦、廈深、西寶等一批新建高速鐵路投入運營，我國高速鐵路總營業里程達到11028公里，在建高鐵規模1.2萬公里，成為世界上高速鐵路投產運營里程最長、在建規模最大的國家。

電氣化鐵路是由電力機車或動車組這兩種鐵路列車為主的鐵路。電氣化鐵路的牽引動力是電力機車，機車本身不帶能源，所需能源由電力牽引供電系統提供。接觸網是向電力機車直接輸送電能的設備，接觸網沿鐵路露天布置，線長點多，工作環境惡劣，使用條件苛刻，又無備用設備，一旦故障停電，將中斷行車或造成車毀人亡的事故。

接觸網的X型腕臂支持著接觸懸掛系統(見圖1)，并承載著各種復雜的環境負載，是接觸網中故障比較多的部件，因此，對X型腕臂進行穩健優化設計非常重要，它是預防接觸網發生故障和保證機車安全運行最根本的途經。但是腕臂在接觸懸掛系統拉力作用下，會引起各種參數發生復雜的變化，幾乎不可能采用解析法求得精確解，另外，很難確定應力、強度分布類型及其概率密度函數，要確定其聯合概率密度函數則更加困難，因此，進行穩健設計非常困難；目前，基本上是采用傳統的確定性方法，利用安全系數來設計腕臂的結構尺寸，這種設計方法忽略了腕臂參數的不確定性因素，沒有從可靠性和穩健性的角度進行優化設計，具有較大的經驗性和盲目性。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種基于擾動干涉理論接觸網支持懸掛系統腕臂的穩健優化設計方法，該方法把非確定性概率理論、微擾動和埃奇沃思理論引入到腕臂的結構設計中，并把腕臂可靠度直接嵌入到優化模型中，解決了電氣化鐵路接觸網穩健設計的關鍵技術。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：一種基于擾動干涉理論接觸網支持懸掛系統腕臂的穩健優化設計方法，包括以下步驟：

(1)建立X型腕臂的應力表達式；

(2)把設計參數看作是隨機變量，基于概率干涉理論，獲得可靠性特征方程；

(3)對隨機變量和可靠性特征方程進行微擾動；

(4)計算穩健可靠性指標；

(5)把任意分布隨機參數的概率分布函數轉化成標準正態分布函數；

(6)計算腕臂的穩健可靠度；

(7)建立腕臂穩健優化的數學模型。

作為優選的，步驟(1)，根據材料力學應力公式，得出腕臂的應力表達式：

式中，σ為腕臂的應力，T為腕臂承受的接觸懸掛系統拉力，S為腕臂截面積，D₁為腕臂外徑，D₂為腕臂的內徑，θ為水平管與X型腕臂的夾角。

作為優選的，步驟(2)，把T、S、D₁、D₂、δ和θ看作是隨機變量，基于概率干涉理論，獲得可靠性特征方程：