高鐵接觸網線索空間幾何狀態參數檢測方法
【技術領域】
[0001] 本專利屬于電氣化鉄道接觸網故障檢測領域，涉及接觸網線索的參數狀態變化規 律研究，特別涉及在不同外界條件下接觸網線索間導致發生碰撞、磨損的空間幾何參數變 化規律的檢測與評估。
【背景技術】
[0002] 高速鐵路接觸網線索空間幾何參數規范是保證接觸網運營性能良好的基石，根據 對于上海特定高速鐵路段的管理追蹤經驗，發現外界氣溫、風速變化，車速不斷提升以及投 運時間等因素引起的接觸網線索空間幾何關系變化十分明顯。當機械變化達到一定程度 時，將會影響電氣性能，輕則引發跳閘，重則引起設備大面積損壞。近年來，由于接觸網線 索故障而引起的鐵路運輸中斷事故時有發生。因此，對影響接觸網空間幾何參數變化的因 素及規律進行探究，及時發現線索空間幾何間距不足、線索老化等隱患，對保證接觸網安 全運行極為重要。
[0003] 長期以來，高速鐵路接觸網限速的維護檢修大量依賴重復頻率較高的人工檢測， 如使用激光測距儀對接觸網線索空間幾何參數進行較短間隔的定期測量，強制性定期更換 接觸網線索。這種維護方法工作量和勞動強度都很大，盲目性強。
[0004] 目前，相關研究主要集中于弓網耦合模型的建立與分析，對接觸線的抬升及磨損 進行研究，尚未有對接觸網線索空間幾何間距變化影響因素及規律的系統研究。本評估系 統從溫偏、風偏、振偏和電化學腐蝕4個方面綜合考慮線索幾何參數變化規律，據此對其變 化趨勢進行預測，從而預防和避免線索或線管間距過小引起的磨損，避免接觸網跳閘事故 的發生。
【發明內容】
[0005] 結合上述的【背景技術】介紹，利用檢測得到的線索空間幾何參數分析其變化規律并 預測其趨勢，可有選擇性的進行目標性較強的檢測，降低檢測頻率，且避免接觸網中時常出 現的因幾何間距不足、線索老化而導致的線索或線管相磨現象，具有重要的經濟價值和社 會意義。
[0006] 本發明的目的是提出高速鐵路接觸網線索空間幾何參數的測試方法，以及在各種 外界條件下其變化規律的綜合評估系統。本發明針對接觸網線索研究目標點，綜合其在各 因素作用下的影響變化規律，希望得到線索、線管間距綜合變化。
[0007] 本發明的原理和技術方案是：通過定點測量得到線索幾何參數，分別從溫偏、風 偏、振偏及腐蝕4個方面對線索間距變化趨勢和規律進行評估，有效確定檢測周期，并給出 檢修意見。
[0008] 本發明的具體內容為： (1)檢測現場選點：在平路、橋梁、隧道等各類型路段均選取測量點，以使用激光測距等 精密儀器的方式，來測量接觸網線索及重點設備機械幾何參數數值，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) 接觸網線索基本信息獲取：采用激光測距的方法，獲取線索與定位管、承力索與腕 臂間距參數，線索種類、自身及環境溫度、風速參數，因線索種類不同自身參數也不相同； (3) 溫偏：依據接觸線膨脹系數，得到溫度變化與接觸線伸縮量之間的關系，積累和分 析一年四季溫差變化導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 系。依據此空間幾何關系，最終得到溫差與接觸線偏移量的關系，如式（1)所示：
【主權項】
1. 一種高鐵接觸網線索空間幾何狀態參數檢測方法，其特征在于：本檢測方式根據 一年四季溫差特性，分析接觸網線索伸縮導致的間距變化，從溫偏、風偏、振偏和電化學腐 蝕四個角度對高鐵接觸網線索空間幾何狀態參數進行檢測，對其耐久性進行研究，最終形 成檢測結論，為接觸網設備維護提供技術支持，具體檢測方法為： 第一，檢測現場選點：在平路、橋梁、隧道等各類型路段均選取測量點，以使用激光測距 等精密儀器的方式，來測量接觸網線索及重點設備機械幾何參數數值； 第二，接觸網線索基本信息獲取：采用激光測距的方法，獲取線索與定位管、承力索與 腕臂間距參數； 第三，溫偏檢測：依據接觸線膨脹系數，得到溫度變化與接觸線伸縮量之間的關系，積 累和分析一年四季溫差變化導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 幾何關系，最終得到溫差與接觸線偏移量的關系，如下公式所示：
其中：￡7為接觸線偏移量（mm)，D為旋轉腕臂的回轉半徑（mm)，X為調整距離 (m)，〇?導'為線索伸縮系數，#為溫度變化范圍（Of )，T^1為張力（KN)，彈性系數E (知/ )，/^為接觸線初時截面積), 為線索磨損率； 第四，風偏檢測：針對簡單懸掛類型下任一點在風速作用下的受力分析，得到線索弛度 引起的純風偏；結合直線區段和曲線區段接觸線任一點與受電弓中心的位置關系，可以得 到風速與接觸線任一點處線索總偏移量的關系；在簡單懸掛的理論基礎上，結合鏈型懸掛 的當量系數和支柱撓度，依據現場實測參數，進行系數校正，建立風速與線索偏移量之間的 關系，為預測線索間距變化趨勢，建立風速與線索最大偏移量之間的關系，其中： 直線段風速與線索最大偏移量之間的關系如下式所示：
其中，
，ji:為風速不均勻系數，f為體型系數，為接觸線直徑 (m)，v為風速（m/s)，^^為當量系數，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，曲線段風速與線索最大偏移量之間的關系如下公式所示：
其中，
j為風速不均勻系數，為體型系數，為接觸線 直徑（m)，V為風速（m/s)，M_為當量系數，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）；y為支柱擾度（謹）； 第五，振偏檢測：對受電弓和接觸網的動力學模型進行建模，依據弓網耦合模型，求解 得到不同時速下的弓網接觸壓力；列車在側滾振動時，受電弓會產生橫向偏移，依據受電弓 與接觸線之間的受力關系，得到不同時速對應的單位摩擦負載，借助于純風偏的求解思路， 得到摩擦力作用下不同列車時速對應的接觸線水平偏移量；為預測線索間距變化趨勢，建 立列車時速與接觸線最大水平偏移量之間的關系，如下公式所示：
其中，/ = /￡#//，P _為弓網摩擦系數，#"為弓網接觸壓力（N)，f "為環境 系數，I為吊弦間距（m)，j 為跨距（m)，為接觸線張力（kN); 第六，電化學腐蝕檢測：推導陰陽極電化學極化方程為依據，建立電化學極化控制條件 下空氣中接觸網腐蝕速率的理論模型；基于不同環境下減小誤差的目的，添加環境因素系 數加以修正；最終得到產物離子濃度、溫度及線索應力與腐蝕速度的關系，電化學腐蝕模型 如下公式所示 ：
其中，f為環境系數，W為金屬價位，/?為材料密度（kg/m)，^為材料摩爾質量 (mol/L)，7為絕對溫度（K)，w為常系數，cViH-J 為產物離子濃度（mol/L)， σ為線索應力（MPa)。
2.如權利要求1所述的一種高鐵接觸網線索空間幾何狀態參數檢測方法，其特征在 于：上述檢測步驟的第三、第四、第五、第六無先后順序。
【專利摘要】本發明涉及高鐵接觸網線索空間幾何狀態參數檢測方法，屬于電氣化鉄道接觸網故障檢測領域。本發明的目的是提出高鐵接觸網線索空間幾何狀態參數綜合評估方法。本發明使用激光測距儀來測量接觸網線索及重點設備機械幾何參數數值；分別從溫度變化導致線索變化量，接觸線偏移隨風速變化情況，不同時速列車通過時接觸線摩擦偏移，掌握各種外界條件下接觸網幾何參數變化規律；建立電化學極化控制條件下空氣中接觸網腐蝕速率的理論模型，對其耐久性進行研究，形成綜合評估系統。本發明可以依據接觸網線索空間幾何參數變化趨勢指導維修工區作業，提高接觸網維護工作效率。
【IPC分類】G01B11-00
【公開號】CN104534989
【申請號】CN201510001019
【發明人】金立軍, 曹培, 姜浩然
【申請人】同濟大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月4日