高铁接触网线索空间几何状态参数检测方法
【技术领域】
[0001] 本专利属于电气化鉄道接触网故障检测领域，涉及接触网线索的参数状态变化规 律研究，特别涉及在不同外界条件下接触网线索间导致发生碰撞、磨损的空间几何参数变 化规律的检测与评估。
【背景技术】
[0002] 高速铁路接触网线索空间几何参数规范是保证接触网运营性能良好的基石，根据 对于上海特定高速铁路段的管理追踪经验，发现外界气温、风速变化，车速不断提升以及投 运时间等因素引起的接触网线索空间几何关系变化十分明显。当机械变化达到一定程度 时，将会影响电气性能，轻则引发跳闸，重则引起设备大面积损坏。近年来，由于接触网线 索故障而引起的铁路运输中断事故时有发生。因此，对影响接触网空间几何参数变化的因 素及规律进行探究，及时发现线索空间几何间距不足、线索老化等隐患，对保证接触网安 全运行极为重要。
[0003] 长期以来，高速铁路接触网限速的维护检修大量依赖重复频率较高的人工检测， 如使用激光测距仪对接触网线索空间几何参数进行较短间隔的定期测量，强制性定期更换 接触网线索。这种维护方法工作量和劳动强度都很大，盲目性强。
[0004] 目前，相关研究主要集中于弓网耦合模型的建立与分析，对接触线的抬升及磨损 进行研究，尚未有对接触网线索空间几何间距变化影响因素及规律的系统研究。本评估系 统从温偏、风偏、振偏和电化学腐蚀4个方面综合考虑线索几何参数变化规律，据此对其变 化趋势进行预测，从而预防和避免线索或线管间距过小引起的磨损，避免接触网跳闸事故 的发生。
【发明内容】
[0005] 结合上述的【背景技术】介绍，利用检测得到的线索空间几何参数分析其变化规律并 预测其趋势，可有选择性的进行目标性较强的检测，降低检测频率，且避免接触网中时常出 现的因几何间距不足、线索老化而导致的线索或线管相磨现象，具有重要的经济价值和社 会意义。
[0006] 本发明的目的是提出高速铁路接触网线索空间几何参数的测试方法，以及在各种 外界条件下其变化规律的综合评估系统。本发明针对接触网线索研究目标点，综合其在各 因素作用下的影响变化规律，希望得到线索、线管间距综合变化。
[0007] 本发明的原理和技术方案是：通过定点测量得到线索几何参数，分别从温偏、风 偏、振偏及腐蚀4个方面对线索间距变化趋势和规律进行评估，有效确定检测周期，并给出 检修意见。
[0008] 本发明的具体内容为： (1)检测现场选点：在平路、桥梁、隧道等各类型路段均选取测量点，以使用激光测距等 精密仪器的方式，来测量接触网线索及重点设备机械几何参数数值，如：非支接触线与工支 定位管、工支承力索与非支斜腕臂空间几何间距等； (2) 接触网线索基本信息获取：采用激光测距的方法，获取线索与定位管、承力索与腕 臂间距参数，线索种类、自身及环境温度、风速参数，因线索种类不同自身参数也不相同； (3) 温偏：依据接触线膨胀系数，得到温度变化与接触线伸缩量之间的关系，积累和分 析一年四季温差变化导致腕臂位移的变化情况，建立腕臂偏移与接触线偏移的空间几何关 系。依据此空间几何关系，最终得到温差与接触线偏移量的关系，如式（1)所示：
【主权项】
1. 一种高铁接触网线索空间几何状态参数检测方法，其特征在于：本检测方式根据 一年四季温差特性，分析接触网线索伸缩导致的间距变化，从温偏、风偏、振偏和电化学腐 蚀四个角度对高铁接触网线索空间几何状态参数进行检测，对其耐久性进行研究，最终形 成检测结论，为接触网设备维护提供技术支持，具体检测方法为： 第一，检测现场选点：在平路、桥梁、隧道等各类型路段均选取测量点，以使用激光测距 等精密仪器的方式，来测量接触网线索及重点设备机械几何参数数值； 第二，接触网线索基本信息获取：采用激光测距的方法，获取线索与定位管、承力索与 腕臂间距参数； 第三，温偏检测：依据接触线膨胀系数，得到温度变化与接触线伸缩量之间的关系，积 累和分析一年四季温差变化导致腕臂位移的变化情况，建立腕臂偏移与接触线偏移的空间 几何关系，最终得到温差与接触线偏移量的关系，如下公式所示：
其中：￡7为接触线偏移量（mm)，D为旋转腕臂的回转半径（mm)，X为调整距离 (m)，〇?导'为线索伸缩系数，#为温度变化范围（Of )，T^1为张力（KN)，弹性系数E (知/ )，/^为接触线初时截面积), 为线索磨损率； 第四，风偏检测：针对简单悬挂类型下任一点在风速作用下的受力分析，得到线索弛度 引起的纯风偏；结合直线区段和曲线区段接触线任一点与受电弓中心的位置关系，可以得 到风速与接触线任一点处线索总偏移量的关系；在简单悬挂的理论基础上，结合链型悬挂 的当量系数和支柱挠度，依据现场实测参数，进行系数校正，建立风速与线索偏移量之间的 关系，为预测线索间距变化趋势，建立风速与线索最大偏移量之间的关系，其中： 直线段风速与线索最大偏移量之间的关系如下式所示：
其中，
，ji:为风速不均匀系数，f为体型系数，为接触线直径 (m)，v为风速（m/s)，^^为当量系数，I为跨距（m); 4 ·为接触线张力（kN); 为第|_ 根支柱的之字值（臟）；4+1为第纟· +1根支柱的之字值（臟）；^为支柱扰度（臟）； 另有，曲线段风速与线索最大偏移量之间的关系如下公式所示：
其中，
j为风速不均匀系数，为体型系数，为接触线 直径（m)，V为风速（m/s)，M_为当量系数，J2为接触线张力（kN); &为曲线段半径 (m); 为跨距（m);^为接触线拉出值（謹）；y为支柱扰度（謹）； 第五，振偏检测：对受电弓和接触网的动力学模型进行建模，依据弓网耦合模型，求解 得到不同时速下的弓网接触压力；列车在侧滚振动时，受电弓会产生横向偏移，依据受电弓 与接触线之间的受力关系，得到不同时速对应的单位摩擦负载，借助于纯风偏的求解思路， 得到摩擦力作用下不同列车时速对应的接触线水平偏移量；为预测线索间距变化趋势，建 立列车时速与接触线最大水平偏移量之间的关系，如下公式所示：
其中，/ = /￡#//，P _为弓网摩擦系数，#"为弓网接触压力（N)，f "为环境 系数，I为吊弦间距（m)，j 为跨距（m)，为接触线张力（kN); 第六，电化学腐蚀检测：推导阴阳极电化学极化方程为依据，建立电化学极化控制条件 下空气中接触网腐蚀速率的理论模型；基于不同环境下减小误差的目的，添加环境因素系 数加以修正；最终得到产物离子浓度、温度及线索应力与腐蚀速度的关系，电化学腐蚀模型 如下公式所示 ：
其中，f为环境系数，W为金属价位，/?为材料密度（kg/m)，^为材料摩尔质量 (mol/L)，7为绝对温度（K)，w为常系数，cViH-J 为产物离子浓度（mol/L)， σ为线索应力（MPa)。
2.如权利要求1所述的一种高铁接触网线索空间几何状态参数检测方法，其特征在 于：上述检测步骤的第三、第四、第五、第六无先后顺序。
【专利摘要】本发明涉及高铁接触网线索空间几何状态参数检测方法，属于电气化鉄道接触网故障检测领域。本发明的目的是提出高铁接触网线索空间几何状态参数综合评估方法。本发明使用激光测距仪来测量接触网线索及重点设备机械几何参数数值；分别从温度变化导致线索变化量，接触线偏移随风速变化情况，不同时速列车通过时接触线摩擦偏移，掌握各种外界条件下接触网几何参数变化规律；建立电化学极化控制条件下空气中接触网腐蚀速率的理论模型，对其耐久性进行研究，形成综合评估系统。本发明可以依据接触网线索空间几何参数变化趋势指导维修工区作业，提高接触网维护工作效率。
【IPC分类】G01B11-00
【公开号】CN104534989
【申请号】CN201510001019
【发明人】金立军, 曹培, 姜浩然
【申请人】同济大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月4日