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基于MFC的压电振动能量采集器
1
作者 何悦 袁天辰 +1 位作者 杨俭 宋瑞刚 《电子科技》 2025年第3期16-21,共6页
机械振动是环境中常见的运动形式,对其进行能量采集可以满足无线传感节点等低功耗器件的用电需求。压电式发电具有良好的应用前景,针对压电式发电因压电材料的不足而受到限制问题,文中设计了一种基于MFC(Macro Fiber Composite)的压电... 机械振动是环境中常见的运动形式,对其进行能量采集可以满足无线传感节点等低功耗器件的用电需求。压电式发电具有良好的应用前景,针对压电式发电因压电材料的不足而受到限制问题,文中设计了一种基于MFC(Macro Fiber Composite)的压电振动能量采集器,利用圆环型结构的大变形振动和MFC良好的柔韧性实现了低频振动能量采集。文中研究了MFC压电片在圆环不同位置的输出性能,结果显示当MFC压电片与导柱夹角为97°时,采集器的输出电压达到峰值。通过有限元仿真和实验对比验证发现采集器的共振频率为3.8 Hz,在0.3 g激励下,共振时实验样机的输出电压为6.60 V,功率达到0.17 mW,仿真和实验结果基本一致。 展开更多
关键词 能量采集 MFC 频域响应 有限元分析 压电效应 低频谐振 COMSOL 压电材料
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基于导磁材料的电磁式振动能量采集器设计与仿真研究
2
作者 舒鑫华 杨俭 +3 位作者 袁天辰 宋瑞刚 苗晓丹 方宇 《计算机与数字工程》 2025年第1期290-295,共6页
针对现有的电磁式振动能量采集器中存在的磁路气隙大和漏磁问题,论文设计并提出了一种基于导磁材料的单自由度振动能量采集器。采集器系统设置有磁轭和衔铁,能够通过闭合磁路和降低磁阻来提高系统的磁感应强度,减少漏磁现象并增强系统... 针对现有的电磁式振动能量采集器中存在的磁路气隙大和漏磁问题,论文设计并提出了一种基于导磁材料的单自由度振动能量采集器。采集器系统设置有磁轭和衔铁,能够通过闭合磁路和降低磁阻来提高系统的磁感应强度,减少漏磁现象并增强系统的能量转换效率,使振动能量采集器输出更高的感应电压,并将环境中的振动能量转换成电能。论文通过有限元仿真对系统模型进行分析,仿真结果表明,衔铁和磁轭对磁感应强度有明显的增强效果,设置有磁轭和衔铁的采集器有限元模型的磁感应强度在最值处高是未设置的有限元模型出2.53倍,开路电压高出354.8%。通过对振动能量采集器的相关参数进行优化得到:当线圈匝数为1 300匝,线圈长度为134.67 m,磁轭上、下部分厚度为21 mm,中间部分厚度为5.5 mm时,系统输出功率最大,最大输出功率为0.403 W。 展开更多
关键词 电磁式振动 能量采集器 有限元模型 磁场
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基于径向充磁的闭合磁路振动能量采集器设计与仿真 被引量：1
3
作者 邵华泽 袁天辰 +1 位作者 杨俭 宋瑞刚 《微纳电子技术》 CAS 2024年第11期121-127,共7页
针对电磁式振动能量采集器存在漏磁和磁路部分磁感线未穿过线圈的问题,设计了一种基于径向充磁的单自由度振动能量采集器。该采集器设置有衔铁和非导磁部件两部分,这两个部分能够起到闭合磁路、增加磁感线返回磁极轴向距离的作用。这不... 针对电磁式振动能量采集器存在漏磁和磁路部分磁感线未穿过线圈的问题,设计了一种基于径向充磁的单自由度振动能量采集器。该采集器设置有衔铁和非导磁部件两部分,这两个部分能够起到闭合磁路、增加磁感线返回磁极轴向距离的作用。这不仅减少了漏磁现象,而且提高了穿过感应线圈的磁感应强度,进而获得更高的感应电压。通过有限元仿真对系统模型进行分析,仿真结果表明:在增设衔铁和非导磁部件后,系统磁路中的磁感应强度、开路电压均有明显提升,最大磁感应强度提高了92%,开路电压增加了近一倍。通过对相关参数进行优化得到:当感应线圈截面高度为14.7 mm、截面宽度为3.2 mm、上下衔铁厚度和中间衔铁宽度分别为12 mm和5.5 mm时,该系统输出功率达到最大,即8.79 W。同时,通过比较径向充磁与轴向充磁振动能量采集器的输出效果,发现在该条件下,径向充磁振动能量采集器输出功率优于轴向充磁的振动能量采集器。 展开更多
关键词 径向充磁 电磁式振动 振动能量采集器 有限元模型 轴向充磁
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一种适用于强耦合压电能量采集器的非对称电压接口电路
4
作者 沈行风 袁天辰 +1 位作者 杨俭 宋瑞刚 《电子科技》 2024年第12期17-23,共7页
在弱耦合压电能量采集系统中,串联同步开关采集接口电路(Series Synchronous Switch Harvesting Interface Circuit,S-SSHI)、并联同步开关采集接口电路(Parallel Synchronous Switch Harvesting Interface Circuit,P-SSHI)、同步电荷... 在弱耦合压电能量采集系统中,串联同步开关采集接口电路(Series Synchronous Switch Harvesting Interface Circuit,S-SSHI)、并联同步开关采集接口电路(Parallel Synchronous Switch Harvesting Interface Circuit,P-SSHI)、同步电荷提取接口电路(Synchronous Charge Extraction Interface Circuit,SECE)比全波整流接口电路(Full-Wave Rectifier Bridge,FB)能够获得更大的输出电压和俘能功率。在强耦合系统下,S-SSHI、P-SSHI、SECE接口电路对输出电压的增益效果并不明显。为解决该问题,文中提出了一种非对称电压接口电路。该电路由单个电压检测开关和全波整流桥组成,当充电电容电压接近压电能量采集器(Piezoelectric Energy Harvester,PEH)的开路电压时,PEH的电压开始偏置。在偏置电压作用下,非对称电压接口电路的最大输出电压高于FB,因此非对称电压接口电路可提高俘获能量。非对称电压接口电路的仿真结果和实验结果一致。非对称电压接口电路在强耦合实验下的俘能能量为0.532 J,与FB相比,其俘获能量提高了147%,与其他改进接口电路相比,其俘获能量提高了75%。 展开更多
关键词 压电能量采集 接口电路 俘获能量 俘能功率 非对称电压 串联同步开关 并联同步开关 同步电荷提取
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隧道衬砌结构裂损机理及定量评估 被引量：27
5
作者 宋瑞刚 张顶立 +1 位作者 伍冬 李鹏飞 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期22-26,35,共6页
隧道衬砌裂损影响衬砌结构的整体稳定性,并易引起渗漏水病害、基床病害和复合型病害等隧道病害,降低衬砌结构的耐久性和安全性.基于衬砌裂损的力学机理分析,将隧道衬砌混凝土裂缝发展过程分为6个阶段,给出每个阶段的状态描述,并针对引... 隧道衬砌裂损影响衬砌结构的整体稳定性,并易引起渗漏水病害、基床病害和复合型病害等隧道病害,降低衬砌结构的耐久性和安全性.基于衬砌裂损的力学机理分析,将隧道衬砌混凝土裂缝发展过程分为6个阶段,给出每个阶段的状态描述,并针对引起衬砌裂损的隧道衬砌厚度不足及衬砌背后空洞两个影响因素进行深入研究,分别利用隧道衬砌的拉、剪应力集中系数进行计算,明确不同围岩条件下隧道衬砌厚度不足或衬砌背后空洞等因素与衬砌内部应力集中程度之间的内在联系,为进一步建立依据隧道衬砌检测结果进行隧道衬砌状态评估的评估体系提供了量化基础. 展开更多
关键词 隧道工程 衬砌裂损 弯张作用 剪切作用 应力集中
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穿越断层破碎带深埋隧道围岩失稳的突变理论分析 被引量：32
6
作者 宋瑞刚 张顶立 文明 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第S1期289-292,共4页
在分析隧道开挖引起断层破碎带围岩失稳的基础上,认为深埋隧道断层破碎带围岩的失稳是一种突发破坏现象。根据总势能原理,建立了穿越断层破碎带深埋隧道围岩失稳尖点突变模型,推导出失稳的力学判据条件。分析结果表明,断层破碎带围岩的... 在分析隧道开挖引起断层破碎带围岩失稳的基础上,认为深埋隧道断层破碎带围岩的失稳是一种突发破坏现象。根据总势能原理,建立了穿越断层破碎带深埋隧道围岩失稳尖点突变模型,推导出失稳的力学判据条件。分析结果表明,断层破碎带围岩的突发失稳与几何-力学参数ζ和综合刚度比k相关。最后以建中隧道修建过程中的三处典型断层破碎带为例,运用建立的尖点突变模型进行分析。分析结果与实际施工围岩情况一致。研究成果可为预防深埋隧道围岩失稳、采取合理的施工工艺和支护措施提供参考依据。 展开更多
关键词 深埋隧道 断层破碎带 失稳 突变理论 综合刚度比
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基于电磁感应效应的钢轨牵引电流能量采集方法
7
作者 李宁 袁天辰 +1 位作者 杨俭 宋瑞刚 《上海工程技术大学学报》 2024年第4期349-354,共6页
提出一种利用电磁感应效应从钢轨牵引电流产生的交变磁场中采集能量的方法,设计钢轨牵引电流能量采集器结构,并采用数值仿真和试验验证相结合的方法进行优化。利用ANSYS Maxwell软件建立钢轨牵引电流能量采集器的有限元模型,对无磁芯、... 提出一种利用电磁感应效应从钢轨牵引电流产生的交变磁场中采集能量的方法,设计钢轨牵引电流能量采集器结构,并采用数值仿真和试验验证相结合的方法进行优化。利用ANSYS Maxwell软件建立钢轨牵引电流能量采集器的有限元模型,对无磁芯、一字型磁芯和U字型磁芯三种方案进行仿真,得出U字型磁芯在输出功率上优于其他方案。搭建钢轨牵引电流模拟试验平台,加工制作钢轨牵引电流能量采集器样机。结果表明,在钢轨牵引电流500 A时,能量采集器的输出功率达5.78 W,可满足低功耗无线监测系统的用电需求,验证了钢轨牵引电流能量采集方法的有效性和可行性,为铁路状态监测技术的发展提供重要支撑。 展开更多
关键词 钢轨牵引电流 电磁感应 能量采集 无线传感器 状态监测
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岩溶发育地区隧道勘察设计经验与施工对策 被引量：16
8
作者 宋瑞刚 林国涛 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期12-18,共7页
岩溶发育及分布的未知性与地形地貌的不规则性造成岩溶隧道围岩条件十分复杂,岩溶隧道的设计理论与施工技术一直是隧道工程界的研究热点和难点.结合隧道工程的特点,阐述岩溶发育区基岩类型,总结溶沟、落水洞、岩溶洼地、盲谷等典型岩溶... 岩溶发育及分布的未知性与地形地貌的不规则性造成岩溶隧道围岩条件十分复杂,岩溶隧道的设计理论与施工技术一直是隧道工程界的研究热点和难点.结合隧道工程的特点,阐述岩溶发育区基岩类型,总结溶沟、落水洞、岩溶洼地、盲谷等典型岩溶地貌的基本特征及对隧道工程安全性的影响,概括隧道工程中常见的岩溶区地下水系统,形成岩溶隧道勘察设计原则,指出初步设计勘察阶段、详勘阶段与施工图设计阶段的设计要点和注意事项,并依托贵州省内多座典型岩溶隧道,结合设计、咨询及施工配合中发现的问题,从勘察设计角度进行总结,以期为岩溶地区的隧道设计与施工对策提供参考. 展开更多
关键词 隧道工程 岩溶 勘察设计 施工对策 地表塌陷
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高校理工科实验室本质化安全管理探讨 被引量：10
9
作者 宋瑞刚 陈文杰 +2 位作者 许正阳 郑树彬 白亮 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2022年第4期215-217,223,共4页
针对高校理工科实验室的安全管理问题,通过引入本质化安全理念,综合探讨了本质化安全的基本要求、主要特征等,重点介绍了设备本质化安全管理的工作步骤,并阐述了实验室安全管理制度的建立和实施举措。实践表明,本质化安全管理可为高校... 针对高校理工科实验室的安全管理问题,通过引入本质化安全理念,综合探讨了本质化安全的基本要求、主要特征等,重点介绍了设备本质化安全管理的工作步骤,并阐述了实验室安全管理制度的建立和实施举措。实践表明,本质化安全管理可为高校理工科实验室的安全管理建设提供相应的参考。 展开更多
关键词 本质化安全管理 理工科实验室 设备安全
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“接触问题”引起的隧道病害分析 被引量：32
10
作者 宋瑞刚 张顶立 《中国地质灾害与防治学报》 CSCD 2004年第4期69-72,81,共5页
衬砌裂损是隧道病害中常见的问题,也是严重威胁结构安全的一个重要因素。除了温度变化、水害、衬砌本身的强度和厚度不足以及混凝土耐久性降低外,隧道围岩压力变化是衬砌产生裂损直至破坏的主要原因。文章针对铁路运营隧道病害的检测结... 衬砌裂损是隧道病害中常见的问题,也是严重威胁结构安全的一个重要因素。除了温度变化、水害、衬砌本身的强度和厚度不足以及混凝土耐久性降低外,隧道围岩压力变化是衬砌产生裂损直至破坏的主要原因。文章针对铁路运营隧道病害的检测结果,对衬砌背后空洞进行平面弹塑性计算分析,得出不同位置、不同大小的空洞以及空洞群对结构各截面安全系数影响的系统认识,明确提出衬砌结构与围岩结合的不紧密性是恶化衬砌受力条件、造成围岩进一步松动、进而造成衬砌裂损的一个重要原因。文章还对直墙式及曲墙式衬砌所受到的不同影响进行了比较分析。认为曲墙式衬砌拱部结构能较好地将内力传递给边墙,由边墙部分承受较大的水平抗力,优化了整体结构的受力,从而降低背后空洞对衬砌结构的影响。通过对计算结果的系统分析和研究,合理解释了实际检测中的问题。 展开更多
关键词 隧道衬砌裂损 背后空洞 安全系数 衬砌与围岩间接触关系
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城市轨道车辆牵引动态特性建模与实验系统研究 被引量：3
11
作者 宋瑞刚 杨俭 方宇 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期36-42,共7页
在建立和分析城市轨道车辆牵引动态特性计算模型的基础上,提出一种基于虚拟仪器技术的牵引动态特性测试实验系统,并具体阐述低功率条件下牵引负载模拟系统实现的方法。实验结果与上海地铁二号线的实车测试数据进行了对比分析,表明该实... 在建立和分析城市轨道车辆牵引动态特性计算模型的基础上,提出一种基于虚拟仪器技术的牵引动态特性测试实验系统,并具体阐述低功率条件下牵引负载模拟系统实现的方法。实验结果与上海地铁二号线的实车测试数据进行了对比分析,表明该实验平台对于城市轨道车辆牵引动态特性及电制动特性的测试与实车测试结果较吻合,对牵引运行控制策略及制动方面的研究具有重要价值。 展开更多
关键词 牵引动态特性 城市轨道车辆 虚拟仪器技术
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城市轨道车辆牵引实验系统研究 被引量：2
12
作者 宋瑞刚 杨俭 +2 位作者 黄厚明 尧辉明 方宇 《铁道车辆》 北大核心 2008年第10期28-31,共4页
提出了一种城市轨道车辆牵引模拟实验系统,能够实现轨道车辆在不同负荷下牵引与电制动工况的模拟;基于虚拟仪器技术平台,对牵引电机特性参数进行实时采集与分析。从硬件构成、软件功能以及工作原理上对整个系统进行了详细介绍。
关键词 城市轨道车辆 模拟实验系统 虚拟仪器 牵引电机
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城市轨道车辆电力牵引实验台测控系统设计 被引量：1
13
作者 宋瑞刚 杨俭 方宇 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2012年第9期90-92,95,共4页
介绍了一种城市轨道车辆电力牵引实验台,针对其多参数采集和实时控制的特点,设计了基于虚拟仪器的测控系统。系统以工业计算机为核心,采用LabVIEW语言编程,对牵引电机进行转速闭环控制,并采集转速量,实时计算相应的车辆运行速度和路段,... 介绍了一种城市轨道车辆电力牵引实验台,针对其多参数采集和实时控制的特点,设计了基于虚拟仪器的测控系统。系统以工业计算机为核心,采用LabVIEW语言编程,对牵引电机进行转速闭环控制,并采集转速量,实时计算相应的车辆运行速度和路段,从而使负载电机进行动态阻力加载。系统实验结果与实车测试数据的对比分析显示,该测控系统使牵引电机的启动阶段加速度保持1.03 m/s2,在电制动过程中,当直流母线电压达到设定阀值670 V时,再生制动向电阻制动实时切换,工作特性与实车测试数据基本一致。系统对于城市轨道车辆牵引和电制动特性方面的研究具有重要意义。 展开更多
关键词 城市轨道车辆 电力牵引 测控系统 虚拟仪器
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近构筑物隧道施工监测及分析
14
作者 宋瑞刚 张顶立 《隧道建设》 2003年第4期24-26,32,共4页
介绍了一座市政工程隧道的施工监测方法和结果。通过对既有隧道和附近重要建筑物的爆破振速监测以及隧道施 工中岩层变形监测,优化了新建隧道的施工方案,保证了既有隧道及附近建筑物的安全和隧道施工的顺利进行。
关键词 隧道施工 施工监测 岩层变形监测 爆破振速监测 近构筑物隧道
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软岩近距离隧道施工对策研究
15
作者 宋瑞刚 张顶立 黄俊 《矿产勘查》 2004年第3期58-61,共4页
采用数值模拟方法对近距离增建三线公路隧道通过软弱断层带进行了施工对策研究 ,对比了不同注浆位置和注浆范围的加固效果 ,并对小导管超前加固注浆、施加锚杆、增加喷射混凝土厚度等工艺参数及其作用效果进行了分析。结果认为 ,对近距... 采用数值模拟方法对近距离增建三线公路隧道通过软弱断层带进行了施工对策研究 ,对比了不同注浆位置和注浆范围的加固效果 ,并对小导管超前加固注浆、施加锚杆、增加喷射混凝土厚度等工艺参数及其作用效果进行了分析。结果认为 ,对近距离隧道中间岩柱体进行超前注浆加固等措施并采取分部开挖方式 ,能够保证既有隧道的安全和稳定。 展开更多
关键词 近距离隧道 公路隧道 软弱围岩 施工 对策 注浆
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城市轨道交通车辆制动能量回收技术现状及研究进展 被引量：85
16
作者 杨俭 李发扬 +1 位作者 宋瑞刚 方宇 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期26-33,共8页
在分析城市轨道交通车辆制动能量回收的可行性与潜力的基础上,介绍国内外各种制动能量回收技术,分析不同制动能量回收技术的特点,指出制动能量回收技术存在的问题、拟采取的解决方案和国内外对此问题研究的热点方向,并对该领域的发展趋... 在分析城市轨道交通车辆制动能量回收的可行性与潜力的基础上,介绍国内外各种制动能量回收技术,分析不同制动能量回收技术的特点,指出制动能量回收技术存在的问题、拟采取的解决方案和国内外对此问题研究的热点方向,并对该领域的发展趋势进行讨论,对了解国内外该领域的技术现状和发展趋势提供可靠资料,有助于推动城市轨道交通车辆制动能量回收技术的发展。 展开更多
关键词 城市轨道交通车辆 制动能量 制动能量回收
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小净距隧道中央岩墙稳定性分析及其应用 被引量：16
17
作者 张顶立 陈立平 +1 位作者 房倩 宋瑞刚 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期1-11,共11页
利用双极坐标法对小净距隧道中央岩墙受力特性及其稳定性进行研究,得到其应力场分析过程,并结合塑性屈服准则,对中央岩墙塑性区范围进行计算,给出了中央岩墙稳定性的判别方法和程序.对中央岩墙的应力状态影响因素进行探讨,包括相邻隧道... 利用双极坐标法对小净距隧道中央岩墙受力特性及其稳定性进行研究,得到其应力场分析过程,并结合塑性屈服准则,对中央岩墙塑性区范围进行计算,给出了中央岩墙稳定性的判别方法和程序.对中央岩墙的应力状态影响因素进行探讨,包括相邻隧道的尺度对比、侧压力系数、围岩级别、岩墙厚度和支护反力的影响,这些因素对岩墙稳定性的影响差异极大,由此导致中央岩墙应力分布出现三种不同的形态:完全弹性状态下的下凹单峰形态,完全塑性状态的上凸单峰形态,弹塑性结合状态的双峰形态。最后,应用此方法对大连椒金山隧道工程的中央岩墙的稳定性进行了分析和评价,合理地确定了新建隧道的围岩加固方案、施工方法和支护参数,确保了隧道的安全施工,对类似工程具有重要的指导作用. 展开更多
关键词 小净距隧道 中央岩墙 受力特性 稳定性评价 工程应用
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城市轨道交通车辆制动能量回收系统的储能装置与辅助电源控制研究 被引量：12
18
作者 李娜 杨俭 +2 位作者 方宇 宋瑞刚 谢克飞 《城市轨道交通研究》 北大核心 2011年第2期64-67,共4页
针对城市轨道交通车辆制动能量回收系统,设计了能量储存装置与辅助电源对用电器供电的切换系统。以实验室现有的城市轨道交通车辆制动能量回收系统为基础,提出了一种由单片机控制的供电控制系统。从硬件和软件两个方面详细介绍了供电控... 针对城市轨道交通车辆制动能量回收系统,设计了能量储存装置与辅助电源对用电器供电的切换系统。以实验室现有的城市轨道交通车辆制动能量回收系统为基础,提出了一种由单片机控制的供电控制系统。从硬件和软件两个方面详细介绍了供电控制器的设计过程,通过试验验证了其具有较高的控制精度和较好的稳定性能。 展开更多
关键词 城市轨道交通 车辆制动 能量回收 储能装置 供电控制
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城市轨道交通车辆受电弓-接触网系统稳定性分析 被引量：10
19
作者 杨俭 宋瑞刚 方宇 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期31-35,共5页
受电弓-接触网系统的稳定性直接影响车辆受流过程的稳定性,良好的弓网性能是列车安全运行的重要保证之一。本文根据城市轨道交通车辆运行速度较低的特点建立受电弓-接触网系统模型,并对其稳定性进行分析。根据实际车辆参数得出该系统的... 受电弓-接触网系统的稳定性直接影响车辆受流过程的稳定性,良好的弓网性能是列车安全运行的重要保证之一。本文根据城市轨道交通车辆运行速度较低的特点建立受电弓-接触网系统模型,并对其稳定性进行分析。根据实际车辆参数得出该系统的稳定受流区域以及对稳定受流有影响的相关参数。分析得出结论:系统参数对系统的稳定性影响很大,且参数间互相关联,相互制约。研究成果为受电弓、接触网的研制及车辆的安全运行提供了理论参考。 展开更多
关键词 城市轨道交通车辆 受流 受电弓 接触网 稳定性
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缩尺比例车辆-轨道垂向振动实验系统研究 被引量：7
20
作者 袁天辰 杨俭 +1 位作者 宋瑞刚 刘小威 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期115-120,共6页
在分析车辆-轨道垂向耦合振动模型基础上提出基于相似性原理的缩尺轨道垂向振动实验台,具体阐述其关键参数的计算方法;基于轨道车辆运行设计沿轨道纵向运行的加载小车,实现车辆载荷移动加载;基于虚拟仪器技术实现实验台控制及数据采集... 在分析车辆-轨道垂向耦合振动模型基础上提出基于相似性原理的缩尺轨道垂向振动实验台,具体阐述其关键参数的计算方法;基于轨道车辆运行设计沿轨道纵向运行的加载小车,实现车辆载荷移动加载;基于虚拟仪器技术实现实验台控制及数据采集。通过对缩尺实验台动力学模型数值仿真、实验结果表明,该缩尺轨道垂向振动实验系统能模拟车辆-轨道垂向耦合振动的低频振动特性。 展开更多
关键词 轨道振动 缩尺比例 模型实验 移动载荷
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