一种电磁式升弓弹簧的受电弓升降控制方法与流程

本发明属于轨道交通领域，具体涉及一种电磁式升弓弹簧的受电弓升降控制方法。

背景技术：

1、轨道交通列车主要通过受电弓与接触网线的滑动接触，实现受流取电，为列车牵引系统和辅助供电系统提供电能，因此良好的弓网耦合关系对列车运行安全有着重要影响。在评价弓网耦合质量的参数中，弓网接触力是重要指标，列车在运行过程中，弓网接触力会不可避免地出现波动，当波动过大时，弓网耦合关系会变得恶劣，造成列车牵引供电系统故障率上升。

2、传统的解决办法主要有2种，一是提高接触网刚度或增加接触线张力，二是增大弓网之间接触力，但是这两种方法弊端也很明显，第一种方法要对接触网进行改造，使得成本很高，第二种方法会加剧受电弓滑板的磨耗，严重时会导致接触网磨损。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种电磁式升弓弹簧的受电弓升降控制方法，以解决现有列车在运行过程中，弓网接触力会不可避免地出现波动，当波动过大时，弓网耦合关系会变得恶劣，造成列车牵引供电系统故障率上升的问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种电磁式升弓弹簧的受电弓升降控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1：在受电弓升弓运行的同时，获取列车运行过程中的受电弓弓头的压力信号和加速度信号；

5、步骤2：将获取的压力信号和加速度信号进行滤波处理，得到准确的压力值和加速度值；

6、步骤3：基于压力值和加速度值获取受电弓的弓网接触力fp；

7、所述步骤3具体包括以下步骤：

8、步骤3.1：获取步骤2得到的压力值fs和加速度值a；

9、步骤3.2：获取弓头弹簧以上弓头部分的质量m；

10、步骤3.3：基于步骤3.1和步骤3.2获得的fs、a以及m得到弓网接触力fp，如下式：

11、

12、式中，fs为压力传感器检测到的压力值；m为弓头弹簧以上弓头部分的质量；g为重力加速度；a为振动加速度传感器所检测到的振动加速度。

13、步骤4：基于获取的弓网接触力fp得到与线路运营里程相对应的弓网接触力变化曲线f(s)，并根据客流高峰期和平峰期，将接触力数据分别存储，通过不同时间段数据调用，区别载客量对接触力的影响；

14、步骤5：基于获取的变化曲线，在列车下次运行时，通过调整电磁式升弓弹簧的电磁力，来改变升弓弹簧的拉力，最终实现弓网接触力的实时调节。

15、所述步骤5具体包括以下步骤：

16、步骤5.1：将f(s)与接触力规定值fb求差值得到δf(s)，并将δf(s)作为下次车辆运行时弓网接触力的调整参量，如下式：

17、δf(s)＝f(s)-fb   (2)

18、步骤5.2：将δf(s)转化为电信号，将电信号按设定比列进行放大得到电流i(s)，并实时将电流传递给受电弓，以升高或者下降受电弓。

19、一种电磁式升弓弹簧的受电弓控制系统，包括：

20、受电弓信号获取模块：用以获取列车运行过程中的受电弓的压力信号和加速度信号；

21、信号处理模块：用以将获取的压力信号和加速度信号进行滤波处理，得到准确的压力值和加速度值；

22、弓网接触力获取模块：用以基于压力值和加速度值获取受电弓的弓网接触力fp；

23、变化曲线获取模块：用以基于获取的弓网接触力fp得到与线路运营里程相对应的弓网接触力变化曲线f(s)；

24、调整模块：用以基于获取的变化曲线，在列车下次运行时，对弓网接触力通过升降受电弓进行实时调整。

25、一种电磁式升弓弹簧的受电弓装置，包括支撑绝缘子，所述支撑绝缘子顶部设有底板，所述底板的上方通过框架结构连接有弓头组成,所述弓头组成通过与导电轨接触实现受流取电，所述底板的顶部还设有用以升降弓头组成的升降装置、以及控制升降装置进行升降的电磁式升弓弹簧，所述电磁式升弓弹簧与外部控制器连接；

26、所述弓头组成包括连接板，所述连接板的顶部与导电轨连接，所述升降装置顶部设有套筒，所述套筒内滑动嵌设有活动杆，所述活动杆通过缓冲弹簧与套筒内部弹性连接，所述活动杆的顶部设有压力传感器，所述连接板的底部设有插筒，所述活动杆的顶部滑动插入插筒内，所述套筒通过连接螺栓与升降装置顶部连接；所述连接板上还装有两个加速度传感器。

27、该技术方案中，需要说明的是，升降装置包括下臂、支撑杆、上臂、平衡杆，其中下臂和上臂相互铰接，支撑杆一端铰接于底板，另一端与上臂铰接，平衡杆两端分别与支撑杆和弓头进行铰接；本方案中，通过设置的弓头弹簧能对弓头起到缓冲作用，同时，通过弓头弹簧连接板挤压内部的压力传感器，可采集到滑板所受的压力信号值。而设在弓头上的振动加速度传感器用以获取加速度；控制器对获取的加速度以及压力值进行分析，列车下次运行时，控制器则根据分析结果控制电磁式升弓弹簧，通过产的电磁力来调节升弓弹簧的拉力，最终实现弓网接触力的实时调整。

28、优选的，所述电磁式升弓弹簧弹簧包括钢圆弹簧，所述钢圆弹簧内部设有电磁绕组和弹簧嵌件，所述电磁绕组外壁缠绕有铜导线，所述铜导线与外部控制器电连接，所述电磁绕组的两端还设有弹簧螺杆，所述弹簧螺杆的一端设有螺杆端头。

29、该技术方案中，需要说明的是，弹簧螺杆一端与螺杆端头通过焊接固定连接，另一端与电磁绕组通过螺纹连接，电磁绕组与弹簧嵌件通过螺纹配合相互连接，铜导线通过弹簧嵌件所开一侧圆孔进入并缠绕在电磁绕组上，再从弹簧嵌件另一侧圆孔引出铜导线，其次，在弹簧嵌件端部还设有锁紧螺母和调节螺母；本方案中，电磁式升弓弹簧的主要工作原理是：首先在试验台上根据受电弓结构参数，拉伸钢圆弹簧，通过调节锁紧螺母和调整螺母的位置来改变钢圆弹簧的拉力，保证受电弓静态接触力为规定值；当铜导线通过电流时，两组电磁绕组之间会产生磁场，继而产生电磁力，通过电磁力与钢圆弹簧拉力的共同作用，就可实现弓网动态接触力的调整。电磁力的大小可根据公式(3)来计算。

30、

31、式中，μ为导磁率；n为线圈匝数；a为磁极面积；i(s)为线圈电流；t(s)为磁极间隙。因此，通过改变线圈电流i(t)，就可以改变电磁力f，进而改变升弓弹簧的弹力，最终实现受电弓弓网接触压力的实时调整。

32、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

33、1.本发明采用现代控制理论，能够在不改变接触网刚度或张力的情况，实现弓网接触力的实时调节，降低了弓网接触力的波动范围，提高了弓网耦合质量，能够有效地减小列车牵引系统的故障率，保障了列车的运行安全；

34、2.本发明提出一种电磁式升弓弹簧的受电弓装置，采用内嵌有压力传感器的弓头弹簧，在实现弓头减振的同时，可实时采集弓头所受压力信号。

技术特征：

1.一种电磁式升弓弹簧的受电弓升降控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电磁式升弓弹簧的受电弓升降控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种电磁式升弓弹簧的受电弓升降控制方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种电磁式升弓弹簧的受电弓升降控制方法，其特征在于，所述步骤4具体包括以下步骤：

5.一种电磁式升弓弹簧的受电弓升降控制方法，其特征在于，用以实现权利要求1-4所述的基于电磁式升弓弹簧的受电弓主动控制方法，包括：

6.一种电磁式升弓弹簧的受电弓装置，其特征在于，包括支撑绝缘子(1)，所述支撑绝缘子(1)顶部设有底板(2)，所述底板(2)的上方通过框架结构连接有弓头组成(7),所述弓头组成(7)通过与导电轨(8)接触实现受流取电，所述底板(2)的顶部还设有用以升降弓头组成(7)的升降装置、以及控制升降装置进行升降的电磁式升弓弹簧(9)，所述电磁式升弓弹簧(9)与外部控制器连接；

7.根据权利要求6所述的一种电磁式升弓弹簧的受电弓装置，其特征在于，所述电磁式升弓弹簧(9)包括钢圆弹簧(17)，所述钢圆弹簧(17)内部设有电磁绕组(18)和弹簧嵌件(16)，所述电磁绕组(18)外壁缠绕有铜导线(19)，所述铜导线(19)与外部控制器连接，所述电磁绕组(18)的两端还设有弹簧螺杆(13)，所述弹簧螺杆(13)的一端设有螺杆端头(12)。

技术总结
本发明提出一种电磁式升弓弹簧的受电弓升降控制方法，属于轨道交通领域，以解决现有列车在运行过程中，弓网接触力会不可避免地出现波动，造成列车牵引供电系统故障率上升的问题；包括步骤1：受电弓升弓取电并获取列车运行过程中的受电弓的压力信号和加速度信号；步骤2：将获取的压力信号和加速度信号进行滤波处理；步骤3：基于压力值和加速度值获取弓网接触力F<subgt;p</subgt;；步骤4：基于获取的弓网接触力F<subgt;p</subgt;得到与线路运营里程相对应的弓网接触力变化曲线F(s)；步骤5：基于获取的变化曲线，在列车下次运行时，调整弓网接触力。本发明能够在不改变接触网刚度或张力的情况，实现弓网接触力的实时调节，降低了弓网接触力的波动范围，提高了弓网耦合质量。

技术研发人员：刘建,谷翠军,汪洋,李明刚,陈奎,袁力,李虎,徐先伟,张仁川,朱瑞
受保护的技术使用者：重庆中车四方所智能装备技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17