地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法及寿命预测方法

摘要

本发明提供了一种地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法及寿命预测方法，用于解决现有技术中无法对碳滑板磨耗进行准确估算的问题。所述磨耗估算方法及寿命预测方法，结合碳滑板磨耗率曲线和接触线的布置方式，计算出碳滑板在一定的运行里程内不同位置的磨耗量，得到沿碳滑板横向分布的磨耗轮廓，将碳滑板磨耗外形分布计算出来并可视化，并进一步对碳滑板的使用寿命进行预测。本发明对碳滑板的磨耗程度做出预判，为维修部门提供有针对性的碳滑板打磨或更换建议，降低了时间、经济成本，同时得到碳滑板磨耗较严重的区域，通过致因分析来进行相应的技术调整，避免在碳滑板上形成凹槽，从而提升弓网运行的安全性，具有一定的经济效益和社会效益。

权利要求

1.一种地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述估算方法包括如下步骤：步骤S1，建立受电弓碳滑板磨耗率计算简化模型；

步骤S2，计算当前接触线布设方式下碳滑板横向不同位置的磨耗距离占整个磨耗距离的比重；

步骤S3，估算碳滑板磨耗轮廓；

所述步骤S1进一步包括：

步骤S101，获得熔化磨耗机制下的磨耗率计算原始模型为：

式(1)中，Peq、v(l)、T分别为总的接触力、相对滑动速度以及环境温度，fm为热能量带走的材料体积系数，ρs为碳滑板材料密度，单位为kg/m3，αs为热量传递给碳滑板的热传递系数，μ为材料间的摩擦系数，Lm为单位质量材料的熔化潜热，单位为J/kg，An为名义接触面积，单位为m2，Km为材料的导热系数，单位为W/(m·K)，Tm为材料的熔化温度，单位为K，lb为宏观接触面的线性等效热扩散距离，单位为m；

且，式(1)中各变量间具有以下关系：

式(2)中，Nasp为接触表面微观接触峰的个数，H0为材料的布式硬度，单位为N/mm2， 表示无量纲的标准化压力，P为实际压力值，Ar为实际接触面积，单位为mm2，r0为宏观接触面的等效半径，单位为m，ra为微观接触峰的等效半径，单位为m，为10-6m～10-5m；

步骤S102，将弓网间电流等效为压力，与实际接触力共同构成总接触力；

步骤S103，将总接触力、材料属性系数、压力影响因子、电流影响因子、速度影响因子引入所述计算原始模型中，得到磨耗率计算简化模型；

步骤S104，在碳滑板的横向上取一个小区间，小区间内磨耗是均匀的，将所述磨耗率计算简化模型转换为在所述小区间内弓线相对滑动每公里磨耗的深度磨耗率计算简化模型；

所述步骤S2进一步包括：

步骤S201，根据接触线布置形式确定拉出值的表达式；

步骤S202，分别计算一个周期内不同拉出值区间所对应的接触线长度；

步骤S203，统计不同拉出值区间接触线长度占整个周期长度的比例；

所述步骤S3进一步包括：

步骤S301，在碳滑板的横向上取一个小区间；

步骤S302，根据所述磨耗率计算简化模型，及车辆的行车速度和电流曲线，确定碳滑板在小区间内的磨耗率随里程变化曲线；

步骤S303，取拉出值与所述小区间值相同的一个间隔区间，根据所述不同位置的磨耗距离占整个磨耗距离的比重，计算不同拉出值区间内对应的接触线所处里程；

步骤S304，对不同里程段内对应的所述磨耗率随里程变化曲线进行积分，得到当前计算的碳滑板所述小区间内的平均磨耗深度；

步骤S305，在碳滑板的横向上取下一个相邻的小区间，并重复步骤S302至步骤S304，直至取完碳滑板的横向长度；将每个小区间所计算的平均磨耗深度用平滑曲线连接，得到磨耗后的碳滑板轮廓曲线。

2.根据权利要求1所述的碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述深度磨耗率计算简化模型为：式(4)中，Cm为材料属性系数；P为受电弓单块碳滑板与接触线之间的平均接触压力，单位为N；KP为压力影响因子；KI为电流影响因子；KV为速度影响因子；T为环境温度，Tm为材料的熔化温度，单位为K；v(l)为相对滑动速度；式(5)中，D为碳滑板的宽度，δ(l)为所选取小区间的宽度，所述深度磨耗率ws单位为μm/Km。

3.根据权利要求1所述的碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述接触线的布置方式为混合布置方式。

4.根据权利要求1所述的碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述小区间为碳滑板横向上20mm的一个小区间，所述小区间内磨耗是均匀的。

5.根据权利要求2所述的碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述对不同里程段内对应的所述磨耗率随里程变化曲线进行积分，进一步为，采用梯形面积近似代替，并通过下式进行曲线积分：

6.一种地铁车辆受电弓碳滑板寿命预测方法，其特征在于，所述寿命预测方法包括如权利要求1至5任一项所述的磨耗估算方法，在对所述碳滑板磨耗进行估算的基础上，还包括：估算受电弓碳滑板在两站间行驶一次所形成的磨耗轮廓，根据车辆所行驶的整条线路的里程以及行车速度曲线、电流曲线，估算车辆受电弓碳滑板在整条线路上行驶一次所形成的磨耗轮廓，对磨耗轮廓累计叠加，计算碳滑板最大磨耗处达到更换要求时所行驶的里程，将达到更换要求时所行驶的里程作为所述碳滑板的预测寿命。

说明书

地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法及寿命预测方法

技术领域

[0001] 本发明属于城市轨道交通领域，具体涉及一种地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法及寿命预测方法。

背景技术

[0002] 随着城市的不断发展，轨道交通在城市的正常运转中发挥着越来越重要的作用，而安全问题是轨道交通的一个重要方面。地铁是一种重要的城市轨道交通工具，地铁的牵引系统为地铁车辆的运行提供动力和制动力。地铁运行时，电流从受电弓进入电机，然后从与地网接在一起的轨道流出，从而牵引车辆运行，而受电弓碳滑板是地铁车辆取流的关键部件。随着城市的膨胀，地铁的运行环境越来越复杂，受电弓碳滑板的磨耗问题也日益突出。磨耗过度或磨耗不均匀都会缩短碳滑板的使用寿命，甚至带来极其严重的后果。

[0003] 受电弓碳滑板一方面沿着列车前进的方向与接触线纵向磨损，另一方面由于接触线的拉出值布置，在碳滑板上横向移动，碳滑板上不同位置对应的磨耗率不同，与接触线的相对滑动距离也不同，因而造成了碳滑板上的磨耗不均匀。对碳滑板的磨耗情况进行提前预估，能极大地方便运营及维修部门对受电弓碳滑板的合理使用，减少不必要的过度磨耗，提升弓网接触受流的安全性和稳定性。

[0004] 现有技术中，预估地铁车辆受电弓碳滑板的磨耗问题，通常包括以下方法：基于载流摩擦实验来研究碳滑板的磨耗率影响规律，通过图像等检测磨耗深度和外形。但是，尚没有结合地铁实际运营条件的可预测性碳滑板磨耗研究方法，也没有通过机理分析的碳滑板磨耗率计算模型，无法对地铁受电弓碳滑板的磨耗进行准确判断，存在一定的安全隐患。

发明内容

[0005] 为了提高地铁车辆运行的安全性和稳定性，克服现有技术中无法对地铁车辆受电弓碳滑板的磨耗进行准确判断的问题，本发明提供了一种地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法及寿命预测方法，结合接触线布设形式，对磨耗一定距离的碳滑板不同位置的磨耗量进行计算，得到沿碳滑板横向分布的磨耗轮廓，从而为受电弓碳滑板的使用和维保策略制定提供参考，提高地铁运行的经济效益，保障地铁车辆的安全可靠运行。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

[0007] 本发明提供了一种地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法，所述估算方法包括如下步骤：

[0008] 步骤S1，建立受电弓碳滑板磨耗率计算简化模型；

[0009] 步骤S2，计算当前接触线布设方式下碳滑板横向不同位置的磨耗距离占整个磨耗距离的比重；

[0010] 步骤S3，估算碳滑板磨耗轮廓。

[0011] 进一步地，所述步骤S1进一步包括：

[0012] 步骤S101，获得熔化磨耗机制下的磨耗率计算原始模型；

[0013] 步骤S102，将弓网间电流等效为压力，与实际接触力共同构成总接触力；

[0014] 步骤S103，将所述总接触力、材料属性系数、压力影响因子、电流影响因子、速度影响因子引入所述计算原始模型中，得到磨耗率计算简化模型；

[0015] 步骤S104，在碳滑板的横向上取一个小区间，小区间内磨耗是均匀的，将所述磨耗率计算简化模型转换为在所述小区间内弓线相对滑动每公里磨耗的深度磨耗率计算简化模型。

[0016] 进一步地，所述深度磨耗率计算简化模型为：

[0017]

[0018]

[0019] 式(4)中，Cm为材料属性系数；P为受电弓单块碳滑板与接触线之间的平均接触压力，单位为N；KP为压力影响因子；KI为电流影响因子；KV为速度影响因子；T为环境温度，Tm为材料的熔化温度，单位为K；v(l)为相对滑动速度；式(5)中，D为碳滑板的宽度，δ(l)为所选取小区间的宽度，所述深度磨耗率ws单位为μm/Km。

[0020] 进一步地，所述步骤S2进一步包括：

[0021] 步骤S201，根据接触线布置形式确定拉出值的表达式；

[0022] 步骤S202，分别计算一个周期内不同拉出值区间所对应的接触线长度；

[0023] 步骤S203，统计不同拉出值区间接触线长度占整个周期长度的比例。

[0024] 进一步地，所述接触线的布置方式为混合布置方式。

[0025] 进一步地，所述步骤S3进一步包括：

[0026] 步骤S301，在碳滑板的横向上取一个小区间；

[0027] 步骤S302，根据所述磨耗率计算简化模型，及车辆的行车速度和电流曲线，确定碳滑板在小区间内的磨耗率随里程变化曲线；

[0028] 步骤S303，取拉出值与所述小区间值相同的一个间隔区间，根据所述不同位置的磨耗距离占整个磨耗距离的比重，计算不同拉出值区间内对应的接触线所处里程；

[0029] 步骤S304，对不同里程段内对应的所述磨耗率随里程变化曲线进行积分，得到当前计算的碳滑板所述小区间内的平均磨耗深度；

[0030] 步骤S305，在碳滑板的横向上取下一个相邻的小区间，并重复步骤S302至步骤S304，直至取完碳滑板的横向长度；将每个小区间所计算的平均磨耗深度用平滑曲线连接，得到磨耗后的碳滑板轮廓曲线。

[0031] 进一步地，所述小区间为碳滑板横向上20mm的一个小区间，所述小区间内磨耗是均匀的。

[0032] 进一步地，所述对不同里程段内对应的所述磨耗率随里程变化曲线进行积分，进一步为，采用梯形面积近似代替，并通过下式进行曲线积分：

[0033]

[0034] 本发明还提供了一种地铁车辆受电弓碳滑板寿命预测方法，所述寿命预测方法包括所述的磨耗估算方法，在对所述碳滑板磨耗进行估算的基础上，还包括：

[0035] 估算受电弓碳滑板在两站间行驶一次所形成的磨耗轮廓，根据车辆所行驶的整条线路的里程以及行车速度曲线、电流曲线等，估算车辆受电弓碳滑板在整条线路上行驶一次所形成的磨耗轮廓，对磨耗轮廓累计叠加，计算碳滑板最大磨耗处达到更换要求时所行驶的里程，将达到更换要求时所行驶的里程作为所述碳滑板的预测寿命。

[0036] 由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明的地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法及寿命预测方法，结合碳滑板磨耗率曲线和接触线的布置方式，对地铁车辆受电弓碳滑板在一定的运行里程内的磨耗外形进行计算，计算出碳滑板不同位置的磨耗量，得到沿碳滑板横向分布的磨耗轮廓，将运行一定距离后的碳滑板磨耗外形分布计算出来并可视化，并进一步对碳滑板的使用寿命进行预测，不仅能对碳滑板的磨耗程度作出预判，为维修部门提供有针对性的碳滑板打磨或更换建议，同时降低了时间、经济成本，而且能得到碳滑板磨耗较严重的区域，通过致因分析来进行相应的技术调整，避免在碳滑板上形成对弓网运行极为不利的凹槽，从而提升弓网运行的安全性，具有一定的经济效益和社会效益。

[0037] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0039] 图1为本发明实施例碳滑板磨耗估算方法流程示意图；

[0040] 图2为现有技术中接触线半波布置方式示意图；

[0041] 图3为现有技术中接触线全波布置方式示意图；

[0042] 图4为现有技术中接触线之字形布置方式示意图；

[0043] 图5为本发明实施例中接触线混合布置方式示意图；

[0044] 图6为本发明实施例中两站间列车速度和受流电流随里程变化示意图；

[0045] 图7为本发明实施例中碳滑板以20mm区间作为基本单元时在两站间的磨耗率分布示意图；

[0046] 图8为本发明实施例中半波布置下在一个周期中不同拉出值区间对应的接触线分布示意图；

[0047] 图9为本发明应用实例中半波布置下不同拉出值区间对应的接触线长度所占百分比柱状图；

[0048] 图10为本发明应用实例中全波布置下不同拉出值区间对应的接触线长度所占百分比柱状图；

[0049] 图11为本发明应用实例中之字形布置下不同拉出值区间对应的接触线长度所占百分比柱状图；

[0050] 图12为本发明应用实例中混合布置下不同拉出值区间对应的接触线长度所占百分比柱状图；

[0051] 图13为本发明应用实例中碳滑板20mm区间上在两站间的磨耗累加计算结果示意图；

[0052] 图14为本发明应用实例中单个碳滑板在两站间行驶一次的磨耗深度示意图。

具体实施方式

[0053] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

[0054] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

[0055] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0056] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

[0057] 本发明针对现有技术中地铁车辆受电弓碳滑板的磨耗问题提出了一种受电弓碳滑板磨耗估算方法及寿命预测方法。现有技术中，地铁车辆受电弓碳滑板的磨耗不均匀问题较为严重，并由此带来了如刮弓、拉弧等问题，严重影响了弓网的可靠运行，因此，需要得到碳滑板的磨耗分布情况及演变规律，从而进行有依据性的碳滑板打磨或更换，或者对运行环境如拉出值、行车速度曲线等进行调整，以提高受电弓碳滑板的运行安全性和可靠性。本发明结合碳滑板磨耗率曲线和接触线的布置方式，对地铁车辆受电弓碳滑板在一定的运行里程内的磨耗外形进行计算，计算出碳滑板不同位置的磨耗量，对碳滑板的磨耗进行估算，得到沿碳滑板横向分布的磨耗轮廓，并进一步对碳滑板的寿命进行预测，为受电弓碳滑板的使用和维保策略制定提供参考，对提高经济效益和保障地铁车辆的安全可靠运行具有重要的意义。

[0058] 下面通过具体的实施例，结合附图，对本发明的地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法及寿命预测方法进行详细说明。

[0059] 第一实施例

[0060] 本实施例提供了一种地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法，图1所示为所述碳滑板磨耗估算方法流程示意图。如图1所示，所述方法包括如下步骤：

[0061] 步骤S1，建立受电弓碳滑板磨耗率计算简化模型。

[0062] 本实施例中的受电弓碳滑板，为现有技术中使用的受电弓浸金属碳滑板。相比于铜银合金接触线，地铁车辆受电弓浸金属碳滑板硬度较小，熔点更低，其磨耗特性与脆性材料相似，因此根据Ashby等的磨耗研究理论基础，碳滑板的磨耗以熔化磨耗为主。所述磨耗率，指碳滑板在深度方向的磨耗程度。

[0063] 本步骤中，根据Lim-Ashby磨耗机制图和相关理论模型，在地铁弓网接触的工况下，地铁车辆受电弓浸金属碳滑板的磨耗以熔化磨耗为主，基于熔化磨耗的磨耗率计算模型，将电流等效为接触压力，考虑接触力P、弓网间电流大小I、滑动速度v和环境温度T为碳滑板磨耗率的主要影响因素，取碳滑板上横向预设值的一个小区间，每个小区间的磨耗量累加起来就等于整块碳滑板的磨耗量，得到受电弓碳滑板在所述小区间内的深度磨耗率计算简化模型。

[0064] 由于磨耗在碳滑板表面分布不均匀，因此不可采用整个横断面的磨耗深度来分析，在此处采取20mm区间为一个单元，可假设在这个小区间内磨耗深度是均匀的。区间划分越小，计算结果越准确。这里的小区间，可根据实际情况选取，取的越小计算结果越精确，以刚性接触网200mm的拉出值为例，受电弓碳滑板横向磨耗范围约为-200mm～+200mm，为计算方便，在大致估算的前提下，在此取20mm为一个间隔，即总共20个间隔。也可取10mm为一个间隔，总共40个间隔。

[0065] 进一步地，本步骤具体包括如下过程：

[0066] 步骤S101，获得熔化磨耗机制下的磨耗率计算原始模型。

[0067] 根据Lim-Ashby磨耗机制图和相关理论模型，获得所述熔化磨耗机制下的磨耗率计算原始模型为：

[0068]

[0069] 式(1)中，Peq、v(l)、T分别为总的接触力、相对滑动速度以及环境温度，fm为热能量带走的材料体积系数，ρs为碳滑板材料密度(kg/m3)，αs为热量传递给碳滑板的热传递系数，2
μ为材料间的摩擦系数，Lm为单位质量材料的熔化潜热(J/kg)，An为名义接触面积(m)，Km为材料的导热系数(W/(m·K))，Tm为材料的熔化温度(K)，lb为宏观接触面的线性等效热扩散距离(m)，Npsa为接触表面微观接触峰的个数，H0为材料的布式硬度(N/mm2)。

[0070] 且，式(1)中各变量间具有以下关系：

[0071]

[0072] 式(2)中，表示无量纲的标准化压力，P为实际压力值，Ar为实际接触面积(mm2)，-6 -5r0为宏观接触面的等效半径(m)，ra为微观接触峰的等效半径(m)，一般为10 m～10 m。

[0073] 步骤S102，将弓网间电流等效为压力，与实际接触力共同构成总接触力。

[0074] 进一步地，所述总接触力为Peq：

[0075]

[0076] 式(3)中，ρel为两接触材料的电阻率之和(Ω·mm)，d为两接触表面的平均间隙距离(mm)。

[0077] 步骤S103，将所述总接触力、材料属性系数、压力影响因子、电流影响因子、速度影响因子引入所述计算原始模型中，得到磨耗率计算简化模型。

[0078] 进一步地，引入所述总接触力，具体为将式(2)、(3)代入(1)中推导并合并系数；

[0079] 进一步地，所述材料属性系数为 压力影响因子为KP＝αsμ，电流影响因子为KI＝αsρelH0d，速度影响因子为 将上所述三个影响因子带入式(1)中，得到碳滑板磨耗率计算简化模型为：

[0080]

[0081] 式(4)中，磨耗率表示受电弓单块碳滑板与接触线相对滑动一公里，单个碳滑板磨耗所损失的体积。

[0082] 步骤S104，在碳滑板的横向上取一个小区间，小区间内磨耗是均匀的，将所述磨耗率计算简化模型转换为在所述小区间内弓线相对滑动每公里磨耗的深度磨耗率计算简化模型。

[0083] 进一步地，将式(4)中的磨耗率转换为在这个小区间内弓线相对滑动每公里磨耗的深度，所述深度磨耗率计算简化模型为：

[0084]

[0085] 式(5)中，D为碳滑板的宽度，δ(l)为所选取小区间的宽度，所述深度磨耗率ws单位为μm/Km。

[0086] 针对地铁运营实际情况，由于碳滑板上的磨耗深度沿横向分布并不均匀，甚至有比较大的差异，优选地，取碳滑板横向20mm为一个小区间。在这里进行小区间选取时，要保证小区间内磨耗是均匀的，或通过假设所选取的小区间内磨耗均匀，来实现模型的构建及简化。

[0087] 每个小区间的磨耗量累加起来就等于整块碳滑板的磨耗量。碳滑板宽度设为35mm，将式(5)中的磨耗率转换为在这个20mm小区间内弓线相对滑动每公里磨耗的深度为：

[0088]

[0089] 式(5)即为碳滑板20mm小区间内的深度磨耗率计算简化模型。

[0090] 在实际环境中，通过实际受电弓碳滑板材料属性的获取与相关摩擦磨损研究经验的结合，将各参数代入式(4)、(5)中，得到参数化表示的接触线磨耗率计算简化模型为：

[0091]

[0092] 式(6)中，P表示受电弓单块碳滑板与接触线之间的平均接触压力(N)，I表示受电弓单块碳滑板与接触线间的电流大小(A)，v为弓网相对滑动速度，即行车速度(m/s)，T表示环境温度(K)，碳滑板20mm小区间内的平均深度磨耗率单位为μm/Km，即碳滑板20mm区间与接触线相对滑动一公里所磨耗的深度。

[0093] 步骤S2，计算当前接触线布设方式下碳滑板横向不同位置的磨耗距离占整个磨耗距离的比重。

[0094] 本步骤通过计算不同位置的磨耗距离占比，分析接触线布置形式对碳滑板磨耗的影响。

[0095] 由于接触线拉出值的存在，使得受电弓碳滑板的磨耗在沿着其横向分布，且磨耗程度与碳滑板所处位置的磨耗率和不同拉出值区间内的弓网滑动距离有关，本步骤主要分析接触线不同布置形式与不同拉出值区间内弓网相对滑动距离的关系。

[0096] 进一步地，本步骤包括如下过程：

[0097] 步骤S201，根据接触线布置形式确定拉出值的表达式。

[0098] 所述表达式为：

[0099]

[0100] 式(7)中，a为最大拉出值，优选地，取为200mm；λ为半波的波长(m)，x为距离拉出值为0的悬挂点的距离(m)，y为x点处的拉出值(mm)。

[0101] 步骤S202，分别计算一个周期内不同拉出值区间所对应的接触线长度。

[0102] 所述接触线长度，即弓网相对滑动距离，为：

[0103]

[0104] 式(8)中，y＝0,20,40,...180。

[0105] 将y值代入式(8)中计算求解，得到半波区间(0-200mm)内每20mm拉出值区间所对应的接触线长度。

[0106] 步骤S203，统计不同拉出值区间接触线长度占整个周期长度的比例。

[0107] 本步骤所计算的所述比例，即为当前接触线布设方式下碳滑板横向不同位置的磨耗距离占整个磨耗距离的比重。

[0108] 步骤S3，碳滑板磨耗轮廓估算。

[0109] 进一步地，本步骤包括如下步骤：

[0110] 步骤S301，在碳滑板的横向上取一个小区间。

[0111] 本步骤中，所述小区间，为在碳滑板的横向上取的一个小区间，小区间内磨耗是均匀的，优选地，取碳滑板横向20mm为一个小区间。

[0112] 步骤S302，根据所述磨耗率计算简化模型，及车辆的行车速度和电流曲线，确定碳滑板在小区间内的磨耗率随里程变化曲线。

[0113] 步骤S303，取拉出值与所述小区间值相同的一个间隔区间，根据所述不同位置的磨耗距离占整个磨耗距离的比重，计算不同拉出值区间内对应的接触线所处里程。

[0114] 本步骤中，所述接触线所处里程即为对应碳滑板的所述小区间上与接触线相对滑动的距离。

[0115] 步骤S304，对不同里程段内对应的所述磨耗率随里程变化曲线进行积分，得到当前计算的碳滑板所述小区间内的平均磨耗深度。

[0116] 步骤S305，在碳滑板的横向上取下一个相邻的小区间，并重复步骤S302至步骤S304，直至取完碳滑板的横向长度；将每个小区间所计算的平均磨耗深度用平滑曲线连接，得到磨耗后的碳滑板轮廓曲线。

[0117] 下面以一段实际地铁运行线路上站间距为833米的两车站间的弓网磨耗为应用实例，对所述碳滑板磨耗估算方法作具体说明。接触线有多种布置方式，图2至4所示为常用的三种布置方式。其中，图2为接触线半波布置方式示意图；图3为接触线全波布置方式示意图；图4为接触线之字形布置方式示意图。本应用实例中，接触线为半波和开口全波混合布置形式，如图5接触线混合布置方式示意图所示。行车速度曲线和电流曲线从实际运营中获得，如图6两站间列车速度和受流电流随里程变化示意图所示。在不同的里程位置，有着不同的速度值和电流值。由于接触力和环境温度在正常情况下变化不大且其对磨耗率的影响远小于速度和电流的影响，因此可将接触力和环境温度取为一个定值。本应用实例中对当次行驶过程中碳滑板磨耗估算方法如下：

[0118] 步骤S401，将碳滑板横长度分为20mm的数个小区间。

[0119] 步骤S402，建立受电弓碳滑板磨耗率计算简化模型

[0120]

[0121] 步骤S403，根据所述磨耗率计算简化模型，及车辆的行车速度和电流曲线，确定碳滑板在20mm小区间内的磨耗率随里程变化曲线。

[0122] 结合碳滑板20mm区间的深度磨耗率计算公式(6)，可得到碳滑板磨耗率在该两站区间内随里程的分布，如图7碳滑板以20mm区间作为基本单元时在两站间的磨耗率分布示意图所示。

[0123] 步骤S404，计算当前接触线布设方式下碳滑板横向不同位置的磨耗距离占整个磨耗距离的比重。

[0124] 所述一个周期内不同拉出值区间所对应的接触线长度计算公式为：

[0125]

[0126] 式(8)中，y＝0,20,40,...180。

[0127] 将y值代入式(8)中计算求解，得到半波区间(0-200mm)内每20mm拉出值区间所对应的接触线长度。

[0128] 碳滑板的磨耗一方面与磨耗率有关，另一方面与碳滑板和接触线的滑动距离有关，因此本步骤分析接触线布置形式对弓网磨耗距离的影响。以半波布置方式为例，由于在一个周期内拉出值在0-100mm所截得的接触线对应有4段，拉出值在100mm-200mm间对应有2段，同理，在0-(-100mm)对应4段，在(-100mm)-(-200mm)对应有2段，如图8半波布置下在一个周期中不同拉出值区间对应的接触线分布示意图所示。因此，在通过式(8)所求的Δl基础上乘以相应的倍数即得到对应20mm区间的接触线在一个周期内的长度，计算结果如表1和图9所示。

[0129] 表1半波布置下不同拉出值区间对应的接触线距离及所占百分比

[0130]

[0131] 同理，图3所示的全波布置和图4所示的之字形布置下，对应的不同拉出值区间的接触线长度(等于弓网磨耗距离)所占比例如图10、11所示。图12所示为本应用实例中混合布置下不同拉出值区间对应的接触线长度所占百分比柱状图。

[0132] 步骤S405，取拉出值同样为20mm的一个间隔区间，根据所述不同位置的磨耗距离占整个磨耗距离的比重，计算不同拉出值区间内对应的接触线所处里程，该距离即为对应碳滑板的20mm区间上与接触线相对滑动的距离。

[0133] 在本应用实例中，在一个周期内的拉出值表示为：

[0134]

[0135] 步骤S406，对不同里程段内对应的磨耗率曲线进行积分，得到当前计算的碳滑板20mm区间内在本次行驶中的磨耗量，即20mm小区间在该次行驶中的磨耗深度，如图13碳滑板20mm区间上在两站间的磨耗累加计算结果示意图所示。

[0136] 本步骤中，所述对磨耗率曲线进行积分，可采用梯形面积近似代替。通过下式进行曲线积分计算：

[0137]

[0138] 同样对其它20mm区间进行计算，并将结果用平滑曲线连接，得到本次磨耗后的碳滑板轮廓曲线，便可得到两站区间的碳滑板磨耗量，对不同的20mm区间依次计算其对应的磨耗深度，例如200mm-180mm、180mm-160mm...(-180mm)-(-200mm)，直到将分割的所有的小区间计算完毕，选取每个小区间的中点作为磨耗深度的横坐标，磨耗深度作为纵坐标，绘制成图，图14为单个碳滑板在两站间行驶一次的磨耗深度示意图。如图14所示，此图形轮廓即为通过本实施例的估算方法计算的本次磨耗中碳滑板的磨耗深度轮廓。

[0139] 当列车继续行驶时，则重新开始新一轮的计算，且计算方法相同，如此反复迭代，则得到碳滑板在使用一定的里程后的磨耗外形。

[0140] 第二实施例

[0141] 本实施例提供了一种地铁车辆受电弓碳滑板使用寿合预测方法，所述使用寿命预测方法以第一实施例中的碳滑板磨耗估算方法为基础，继续计算出从当前站行驶到下一站的磨耗深度，同理可得到受电弓碳滑板在整条线路上行驶一次所形成的磨耗轮廓，即根据车辆所行驶的整条线路的里程以及行车速度曲线、电流曲线等，估算车辆受电弓碳滑板在整条线路上行驶一次所形成的磨耗轮廓，对磨耗轮廓累计叠加，计算碳滑板最大磨耗处达到更换要求时所行驶的里程(即重复行驶整条线路的次数乘以线路的总里程)，即碳滑板的使用寿命。

[0142] 由上述技术方案可以看出，本发明实施例通过地铁车辆受电弓碳滑板的磨耗估算方法及寿命预测方法，将运行一定距离后的碳滑板磨耗外形分布计算出来并可视化，从而能对碳滑板的使用寿命作出预估，不仅能对碳滑板的磨耗程度作出预判，为维修部门提供有针对性的碳滑板打磨或更换建议，从而降低时间、经济成本，而且能得到碳滑板磨耗较严重的区域，通过致因分析来进行相应的技术调整，避免在碳滑板上形成对弓网运行极为不利的凹槽，从而提升弓网运行的安全性，具有一定的经济效益和社会效益。

[0143] 本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

[0144] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

[0145] 本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

[0146] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。