高鐵接觸網(wǎng)線索空間幾何狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專利屬于電氣化鉄道接觸網(wǎng)故障檢測(cè)領(lǐng)域，涉及接觸網(wǎng)線索的參數(shù)狀態(tài)變化規(guī) 律研究，特別涉及在不同外界條件下接觸網(wǎng)線索間導(dǎo)致發(fā)生碰撞、磨損的空間幾何參數(shù)變 化規(guī)律的檢測(cè)與評(píng)估。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速鐵路接觸網(wǎng)線索空間幾何參數(shù)規(guī)范是保證接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)性能良好的基石，根據(jù) 對(duì)于上海特定高速鐵路段的管理追蹤經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)外界氣溫、風(fēng)速變化，車速不斷提升以及投 運(yùn)時(shí)間等因素引起的接觸網(wǎng)線索空間幾何關(guān)系變化十分明顯。當(dāng)機(jī)械變化達(dá)到一定程度 時(shí)，將會(huì)影響電氣性能，輕則引發(fā)跳閘，重則引起設(shè)備大面積損壞。近年來(lái)，由于接觸網(wǎng)線 索故障而引起的鐵路運(yùn)輸中斷事故時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)影響接觸網(wǎng)空間幾何參數(shù)變化的因 素及規(guī)律進(jìn)行探究，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線索空間幾何間距不足、線索老化等隱患，對(duì)保證接觸網(wǎng)安 全運(yùn)行極為重要。
[0003] 長(zhǎng)期以來(lái)，高速鐵路接觸網(wǎng)限速的維護(hù)檢修大量依賴重復(fù)頻率較高的人工檢測(cè)， 如使用激光測(cè)距儀對(duì)接觸網(wǎng)線索空間幾何參數(shù)進(jìn)行較短間隔的定期測(cè)量，強(qiáng)制性定期更換 接觸網(wǎng)線索。這種維護(hù)方法工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度都很大，盲目性強(qiáng)。
[0004] 目前，相關(guān)研究主要集中于弓網(wǎng)耦合模型的建立與分析，對(duì)接觸線的抬升及磨損 進(jìn)行研究，尚未有對(duì)接觸網(wǎng)線索空間幾何間距變化影響因素及規(guī)律的系統(tǒng)研究。本評(píng)估系 統(tǒng)從溫偏、風(fēng)偏、振偏和電化學(xué)腐蝕4個(gè)方面綜合考慮線索幾何參數(shù)變化規(guī)律，據(jù)此對(duì)其變 化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而預(yù)防和避免線索或線管間距過(guò)小引起的磨損，避免接觸網(wǎng)跳閘事故 的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 結(jié)合上述的【背景技術(shù)】介紹，利用檢測(cè)得到的線索空間幾何參數(shù)分析其變化規(guī)律并 預(yù)測(cè)其趨勢(shì)，可有選擇性的進(jìn)行目標(biāo)性較強(qiáng)的檢測(cè)，降低檢測(cè)頻率，且避免接觸網(wǎng)中時(shí)常出 現(xiàn)的因幾何間距不足、線索老化而導(dǎo)致的線索或線管相磨現(xiàn)象，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社 會(huì)意義。
[0006] 本發(fā)明的目的是提出高速鐵路接觸網(wǎng)線索空間幾何參數(shù)的測(cè)試方法，以及在各種 外界條件下其變化規(guī)律的綜合評(píng)估系統(tǒng)。本發(fā)明針對(duì)接觸網(wǎng)線索研究目標(biāo)點(diǎn)，綜合其在各 因素作用下的影響變化規(guī)律，希望得到線索、線管間距綜合變化。
[0007] 本發(fā)明的原理和技術(shù)方案是：通過(guò)定點(diǎn)測(cè)量得到線索幾何參數(shù)，分別從溫偏、風(fēng) 偏、振偏及腐蝕4個(gè)方面對(duì)線索間距變化趨勢(shì)和規(guī)律進(jìn)行評(píng)估，有效確定檢測(cè)周期，并給出 檢修意見(jiàn)。
[0008] 本發(fā)明的具體內(nèi)容為： (1)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)選點(diǎn)：在平路、橋梁、隧道等各類型路段均選取測(cè)量點(diǎn)，以使用激光測(cè)距等 精密儀器的方式，來(lái)測(cè)量接觸網(wǎng)線索及重點(diǎn)設(shè)備機(jī)械幾何參數(shù)數(shù)值，如：非支接觸線與工支 定位管、工支承力索與非支斜腕臂空間幾何間距等； (2) 接觸網(wǎng)線索基本信息獲?。翰捎眉す鉁y(cè)距的方法，獲取線索與定位管、承力索與腕 臂間距參數(shù)，線索種類、自身及環(huán)境溫度、風(fēng)速參數(shù)，因線索種類不同自身參數(shù)也不相同； (3) 溫偏：依據(jù)接觸線膨脹系數(shù)，得到溫度變化與接觸線伸縮量之間的關(guān)系，積累和分 析一年四季溫差變化導(dǎo)致腕臂位移的變化情況，建立腕臂偏移與接觸線偏移的空間幾何關(guān) 系。依據(jù)此空間幾何關(guān)系，最終得到溫差與接觸線偏移量的關(guān)系，如式（1)所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高鐵接觸網(wǎng)線索空間幾何狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)方法，其特征在于：本檢測(cè)方式根據(jù) 一年四季溫差特性，分析接觸網(wǎng)線索伸縮導(dǎo)致的間距變化，從溫偏、風(fēng)偏、振偏和電化學(xué)腐 蝕四個(gè)角度對(duì)高鐵接觸網(wǎng)線索空間幾何狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)其耐久性進(jìn)行研究，最終形 成檢測(cè)結(jié)論，為接觸網(wǎng)設(shè)備維護(hù)提供技術(shù)支持，具體檢測(cè)方法為： 第一，檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)選點(diǎn)：在平路、橋梁、隧道等各類型路段均選取測(cè)量點(diǎn)，以使用激光測(cè)距 等精密儀器的方式，來(lái)測(cè)量接觸網(wǎng)線索及重點(diǎn)設(shè)備機(jī)械幾何參數(shù)數(shù)值； 第二，接觸網(wǎng)線索基本信息獲取：采用激光測(cè)距的方法，獲取線索與定位管、承力索與 腕臂間距參數(shù)； 第三，溫偏檢測(cè)：依據(jù)接觸線膨脹系數(shù)，得到溫度變化與接觸線伸縮量之間的關(guān)系，積 累和分析一年四季溫差變化導(dǎo)致腕臂位移的變化情況，建立腕臂偏移與接觸線偏移的空間 幾何關(guān)系，最終得到溫差與接觸線偏移量的關(guān)系，如下公式所示：
其中：￡7為接觸線偏移量（mm)，D為旋轉(zhuǎn)腕臂的回轉(zhuǎn)半徑（mm)，X為調(diào)整距離 (m)，〇?導(dǎo)'為線索伸縮系數(shù)，#為溫度變化范圍（Of )，T^1為張力（KN)，彈性系數(shù)E (知/ )，/^為接觸線初時(shí)截面積), 為線索磨損率； 第四，風(fēng)偏檢測(cè)：針對(duì)簡(jiǎn)單懸掛類型下任一點(diǎn)在風(fēng)速作用下的受力分析，得到線索弛度 引起的純風(fēng)偏；結(jié)合直線區(qū)段和曲線區(qū)段接觸線任一點(diǎn)與受電弓中心的位置關(guān)系，可以得 到風(fēng)速與接觸線任一點(diǎn)處線索總偏移量的關(guān)系；在簡(jiǎn)單懸掛的理論基礎(chǔ)上，結(jié)合鏈型懸掛 的當(dāng)量系數(shù)和支柱撓度，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)參數(shù)，進(jìn)行系數(shù)校正，建立風(fēng)速與線索偏移量之間的 關(guān)系，為預(yù)測(cè)線索間距變化趨勢(shì)，建立風(fēng)速與線索最大偏移量之間的關(guān)系，其中： 直線段風(fēng)速與線索最大偏移量之間的關(guān)系如下式所示：
其中，
，ji:為風(fēng)速不均勻系數(shù)，f為體型系數(shù)，為接觸線直徑 (m)，v為風(fēng)速（m/s)，^^為當(dāng)量系數(shù)，I為跨距（m); 4 ·為接觸線張力（kN); 為第|_ 根支柱的之字值（臟）；4+1為第纟· +1根支柱的之字值（臟）；^為支柱擾度（臟）； 另有，曲線段風(fēng)速與線索最大偏移量之間的關(guān)系如下公式所示：
其中，
j為風(fēng)速不均勻系數(shù)，為體型系數(shù)，為接觸線 直徑（m)，V為風(fēng)速（m/s)，M_為當(dāng)量系數(shù)，J2為接觸線張力（kN); &為曲線段半徑 (m); 為跨距（m);^為接觸線拉出值（謹(jǐn)）；y為支柱擾度（謹(jǐn)）； 第五，振偏檢測(cè)：對(duì)受電弓和接觸網(wǎng)的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行建模，依據(jù)弓網(wǎng)耦合模型，求解 得到不同時(shí)速下的弓網(wǎng)接觸壓力；列車在側(cè)滾振動(dòng)時(shí)，受電弓會(huì)產(chǎn)生橫向偏移，依據(jù)受電弓 與接觸線之間的受力關(guān)系，得到不同時(shí)速對(duì)應(yīng)的單位摩擦負(fù)載，借助于純風(fēng)偏的求解思路， 得到摩擦力作用下不同列車時(shí)速對(duì)應(yīng)的接觸線水平偏移量；為預(yù)測(cè)線索間距變化趨勢(shì)，建 立列車時(shí)速與接觸線最大水平偏移量之間的關(guān)系，如下公式所示：
其中，/ = /￡#//，P _為弓網(wǎng)摩擦系數(shù)，#"為弓網(wǎng)接觸壓力（N)，f "為環(huán)境 系數(shù)，I為吊弦間距（m)，j 為跨距（m)，為接觸線張力（kN); 第六，電化學(xué)腐蝕檢測(cè)：推導(dǎo)陰陽(yáng)極電化學(xué)極化方程為依據(jù)，建立電化學(xué)極化控制條件 下空氣中接觸網(wǎng)腐蝕速率的理論模型；基于不同環(huán)境下減小誤差的目的，添加環(huán)境因素系 數(shù)加以修正；最終得到產(chǎn)物離子濃度、溫度及線索應(yīng)力與腐蝕速度的關(guān)系，電化學(xué)腐蝕模型 如下公式所示 ：
其中，f為環(huán)境系數(shù)，W為金屬價(jià)位，/?為材料密度（kg/m)，^為材料摩爾質(zhì)量 (mol/L)，7為絕對(duì)溫度（K)，w為常系數(shù)，cViH-J 為產(chǎn)物離子濃度（mol/L)， σ為線索應(yīng)力（MPa)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高鐵接觸網(wǎng)線索空間幾何狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)方法，其特征在 于：上述檢測(cè)步驟的第三、第四、第五、第六無(wú)先后順序。
【專利摘要】本發(fā)明涉及高鐵接觸網(wǎng)線索空間幾何狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)方法，屬于電氣化鉄道接觸網(wǎng)故障檢測(cè)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是提出高鐵接觸網(wǎng)線索空間幾何狀態(tài)參數(shù)綜合評(píng)估方法。本發(fā)明使用激光測(cè)距儀來(lái)測(cè)量接觸網(wǎng)線索及重點(diǎn)設(shè)備機(jī)械幾何參數(shù)數(shù)值；分別從溫度變化導(dǎo)致線索變化量，接觸線偏移隨風(fēng)速變化情況，不同時(shí)速列車通過(guò)時(shí)接觸線摩擦偏移，掌握各種外界條件下接觸網(wǎng)幾何參數(shù)變化規(guī)律；建立電化學(xué)極化控制條件下空氣中接觸網(wǎng)腐蝕速率的理論模型，對(duì)其耐久性進(jìn)行研究，形成綜合評(píng)估系統(tǒng)。本發(fā)明可以依據(jù)接觸網(wǎng)線索空間幾何參數(shù)變化趨勢(shì)指導(dǎo)維修工區(qū)作業(yè)，提高接觸網(wǎng)維護(hù)工作效率。
【IPC分類】G01B11-00
【公開號(hào)】CN104534989
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510001019
【發(fā)明人】金立軍, 曹培, 姜浩然
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2015年1月4日