本文以上海某地铁单臂受电弓及其弓网系统为研究对象,运用基于遗传算法的多目标优化设计、虚拟样机技术和有限元技术的仿真分析方法,对受电弓模型进行优化设计和仿真分析,得到了该受电弓的最优几何参数,以及弓头弹簧参数设计分析的结果,并在实际产品开发中得到了应用。 首先建立了受电弓结构的优化模型,研究了遗传算法、多目标优化设计方法,运用全局优化方法遗传算法对受电弓的几何参数进行了优化设计,得到了最优的几何参数,满足了该受电弓对弓头升弓轨迹、升弓转矩和弓头平衡杆摆动角度等关键技术指标的要求。然后利用得到的最优几何参数,在UG中建立受电弓的三维CAD模型,并将该模型导入多体动力学仿真软件ADAMS中,定义各组成构件的质量及其相互间的约束与运动关系等属性以及所受外界激励,建立受电弓系统的虚拟样机模型,利用虚拟样机技术,设置不同的工况条件,对由遗传算法优化得到的受电弓模型进行机械系统动态仿真分析,验证了优化设计结果,完成了基于遗传算法的智能优化设计方法和虚拟样机仿真分析相结合的受电弓设计全过程。在有限元软件MARC环境下,建立了接触网-受电弓的有限元模型,对弓头弹簧系统参数和受电弓/接触网之间动态接触的影响进行了有限元分析,得到了弓头弹簧系统参数与受电弓运行速度以及受电弓受流质量之间关系的相关结论,对受电弓的弓头弹簧设计有重要的指导意义。最后本文对如何设计受电弓/接触网试验装置进行了探讨性的研究,为试验验证受电弓提供了较好的方法。