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一种刚性接触网设计模型对应的滑板磨耗形状计算方法

阅读：1067发布：2021-03-01

IPRDB可以提供一种刚性接触网设计模型对应的滑板磨耗形状计算方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提出一种刚性接触网设计模型对应的滑板磨耗形状计算方法，其具体方法为：将架空刚性接触网汇流排与接触线的布置模型看作是拉出值对位移里程的周期函数。研究一个周期内的函数特性，得出其对应的受电弓滑板磨耗形状。研究发现呈正弦波形态布置的汇流排模型在拉出值最大的地方对应滑板磨耗最大，关节集中在某一个小范围内布置也会对滑板形成集中磨耗。呈直线形态布置的汇流排模型对应的滑板磨耗均匀，且关节处的拉出值应以一定规律交错布置。本发明方法准确的计算出刚性接触网设计模型对应的滑板磨耗形状，对已经建成的刚性接触网系统有校验其受电弓滑板磨耗形状的作用；对新建刚性接触网系统的设计有指导意义。，下面是一种刚性接触网设计模型对应的滑板磨耗形状计算方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种刚性接触网设计模型对应的滑板磨耗形状计算方法，其具体方法为：首先将架空刚性接触网汇流排与接触线的布置模型看作是拉出值对位移里程的周期函数，以国内常用的“正弦波”模型为例，架空刚性接触网汇流排及接触线在一个锚段内的走势如图1，研究一个周期OF区间内的函数特性，可表示为求式(1)反函数的导数；

由于式(1)在区间[O,F]内不具有单调性，也不具有连续性，故只能对分段函数的每一段分别求其反函数的导函数，绘出函数波形图象，再对每一段图像叠加得出一个周期内拉出值的积累波形；

在区间y∈[O,A]上，有

在区间y∈[A,B]上，有

在区间y∈[B,C]上，有

在区间y∈[C,D]上，有

在区间y∈[D,E]上，有

在区间y∈[E,F]上，有

一个周期内拉出值积累波形叠加后如图3，拉出值在两端-h和h附近积累最多，其次是锚段关节附近，而因为原函数式(1)的值在[B，D]区间有间断，拉出值在此范围内积累较少；

以刚性接触网锚段长度200m、受电弓滑板有效工作范围±400mm为例，拉出值的变化趋势是+100mm→+200mm→0mm→-200mm→-100mm，关节处考虑顺汇流排走势布置，以此模型给各参数赋值，可得图2中的h＝200mm，将其图象镜像后嵌入受电弓，可得滑板磨耗图形，如图3，受电弓滑板上拉出值最大的位置磨耗最严重，其次是关节处磨耗严重，中部磨耗较少，整个滑板磨耗成“凸”字形；根据计算可以考虑受电弓晃动以及施工误差等造成函数波形离散，可近似绘出受电弓滑板磨耗波形如图4，与实际磨耗情况吻合。

说明书全文

一种刚性接触网设计模型对应的滑板磨耗形状计算方法

技术领域

[0001] 本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种刚性接触网设计模型对应的滑板磨耗形状计算方法。

背景技术

[0002] 接触网是指电气化铁路接触网，是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。刚性接触网是接触网的一种，是轨道交通领域不可或缺的一部分，迄今，对于架空刚性接触网的研究、使用都已积累了很多经验，技术上一直在不断深入和拓展，但其受电弓滑板磨耗不均匀的问题却一直没得到有效解决。具体表现为运营一段时间后，滑板凹凸不平，两端磨耗较大呈凹槽状，中间磨耗较少呈凸起状，其间还分布着一些起伏。

[0003] 现阶段滑板磨耗形状一般是用人工测量、传感器测量、图像测量等方法，人工测量是机车停车断电后，工作人员登上车顶，用专用量具测量滑板磨耗，这种方法工作量大，且一般只在机车入库时采用而不能实现机车运行中的检测；传感器测量通常是在车顶安装传感器直接测量滑板磨耗或者通过参数间接计算出滑板磨耗，这种方法必须给每辆机车配备一套测量设备，安装、维护成本较高；图像测量是在道旁安装图像采集设备，当机车通过时抓拍受电弓图像，通过对图像的分析和处理测量滑板磨耗，该方法最先由西日本铁路公司提出，属于非接触测量，由于设备安装在地面，不必对受电弓作任何改装，因为比传感器测量方法更有效，利用图像处理技术可提高图像质量、提高测量精度以及提高自动化程度,，但是这种方法需要安装多个图像采集装置，且成本高昂。

发明内容

[0004] 根据以上技术问题，本发明提出一种刚性接触网设计模型对应的滑板磨耗形状计算方法，其具体方法为：

[0005] 首先将架空刚性接触网汇流排与接触线的布置模型看作是拉出值对位移里程的周期函数，以国内常用的“正弦波”模型为例，架空刚性接触网汇流排及接触线在一个锚段内的走势如图1，研究一个周期OF区间内的函数特性，可表示为

[0006]

[0007] 受电弓滑板的磨耗形状与拉出值在滑板上的积累速度是对应的，在线路上拉出值积累速度越快的位置对应了滑板上此处的磨耗越严重；

[0008] 然后以拉出值为研究对象，在[-h，h]内取任意的拉出值范围Δx，在此范围内滑过的位移Δy的大小对应拉出值在Δx内积累的多少，Δy越大，拉出值积累越多，磨耗越严重。Δy与Δx的比值是拉出值在Δx内的平均积累速度，Δy/Δx的值越大，表明拉出值积累速度越快，对应此范围内的拉出值积累越多，这样求得式(1)反函数的导数就是拉出值积累的函数；

[0009] 由于式(1)在区间[O,F]内不具有单调性，也不具有连续性，故只能对分段函数的每一段分别求其反函数的导函数，绘出函数波形图象，再对每一段图像叠加得出一个周期内拉出值的积累波形；

[0010] 在区间y∈[O,A]上，有

[0011] 在区间y∈[A,B]上，有

[0012] 在区间y∈[B,C]上，有

[0013] 在区间y∈[C,D]上，有

[0014] 在区间y∈[D,E]上，有

[0015] 在区间y∈[E,F]上，有

[0016] 一个周期内拉出值积累波形叠加后如图3，拉出值在两端-h和h附近积累最多，其次是锚段关节附近，而因为原函数式(1)的值在[B，D]区间有间断，拉出值在此范围内积累较少；

[0017] 以刚性接触网锚段长度200m、受电弓滑板有效工作范围±400mm为例，拉出值的变化趋势是+100mm→+200mm→0mm→-200mm→-100mm，关节处考虑顺汇流排走势布置，以此模型给各参数赋值，可得图2中的h＝200mm。将其图象镜像后嵌入受电弓，可得滑板磨耗图形，如图3，受电弓滑板上拉出值最大的位置磨耗最严重，其次是关节处磨耗严重，中部磨耗较少，整个滑板磨耗成“凸”字形；根据计算可以考虑受电弓晃动以及施工误差等造成函数波形离散，可近似绘出受电弓滑板磨耗波形如图4，与实际磨耗情况吻合。

[0018] 本发明的有益效果为：本发明对汇流排及接触线布置函数的反函数求导得出的波形镜像后可以得到对应的受电弓滑板磨耗形状。研究发现呈正弦波形态布置的汇流排模型在拉出值最大的地方对应滑板磨耗最大，关节集中在某一个小范围内布置也会对滑板形成集中磨耗。呈直线形态布置的汇流排模型对应的滑板磨耗均匀，且关节处的拉出值应以一定规律交错布置。本发明方法准确的计算出刚性接触网设计模型对应的滑板磨耗形状，对已经建成的刚性接触网系统有校验其受电弓滑板磨耗形状的作用；对新建刚性接触网系统的设计有指导意义。

附图说明

[0019] 图1为正弦波形态布置的汇流排走势；

[0020] 图2为正弦模型接触网拉出值积累速度波形；

[0021] 图3为正弦模型接触网受电弓磨耗波形；

[0022] 图4为正弦模型接触网考虑受电弓晃动的磨耗波形；

[0023] 图5为折线形态布置的汇流排走势；

[0024] 图6为折线模型接触网的拉出值积累速度波形；

[0025] 图7为折线模型接触网的滑板磨耗波形。

具体实施方式

[0026] 根据图1-图7所示，对本发明进行进一步说明：

[0027] 实施例1

[0028] 将架空刚性接触网汇流排与接触线的布置模型看作是拉出值对位移里程的周期函数。以国内常用的“正弦波”模型为例，架空刚性接触网汇流排及接触线在一个锚段内的走势如图1，研究一个周期OF区间内的函数特性，可表示为

[0029]

[0030] 受电弓滑板的磨耗形状与拉出值在滑板上的积累速度是对应的，在线路上拉出值积累速度越快的位置对应了滑板上此处的磨耗越严重；

[0031] 然后以拉出值为研究对象，在[-h，h]内取任意的拉出值范围Δx，在此范围内滑过的位移Δy的大小对应拉出值在Δx内积累的多少，Δy越大，拉出值积累越多，磨耗越严重。Δy与Δx的比值是拉出值在Δx内的平均积累速度，Δy/Δx的值越大，表明拉出值积累速度越快，对应此范围内的拉出值积累越多，这样求得式(1)反函数的导数就是拉出值积累的函数；

[0032] 由于式(1)在区间[O,F]内不具有单调性，也不具有连续性，故只能对分段函数的每一段分别求其反函数的导函数，绘出函数波形图象，再对每一段图像叠加得出一个周期内拉出值的积累波形；

[0033] 在区间y∈[O,A]上，有

[0034] 在区间y∈[A,B]上，有

[0035] 在区间y∈[B,C]上，有

[0036] 在区间y∈[C,D]上，有

[0037] 在区间y∈[D,E]上，有

[0038] 在区间y∈[E,F]上，有

[0039] 一个周期内拉出值积累波形叠加后如图2，拉出值在两端-h和h附近积累最多，其次是锚段关节附近，而因为原函数式(1)的值在[B，D]区间有间断，拉出值在此范围内积累较少；

[0040] 以刚性接触网锚段长度200m、受电弓滑板有效工作范围±400mm为例，拉出值的变化趋势是+100mm→+200mm→0mm→-200mm→-100mm，关节处考虑顺汇流排走势布置，以此模型给各参数赋值，可得图3中的h＝200mm。将其图象镜像后嵌入受电弓，可得滑板磨耗图形，如图3，受电弓滑板上拉出值最大的位置磨耗最严重，其次是关节处磨耗严重，中部磨耗较少，整个滑板磨耗成“凸”字形；根据计算可以考虑受电弓晃动以及施工误差等造成函数波形离散，可近似绘出受电弓滑板磨耗波形如图5，与实际磨耗情况吻合。

[0041] 通过以上分析可知，由式(4)绘出的图形越平直且两端呈递减，这样的线路上运行的滑板磨耗后才能越平滑且两端呈递增，以形如月牙为宜。故式(4)以常数为宜，原函数式(1)在任意定义域内都为线性函数；锚段关节会使拉出值在小范围内集中，对受电弓滑板形成集中磨耗，将锚段关节以一定规律在拉出值中间循环布置，可分散这种集中效应，达到受电弓滑板均与磨耗的目的。

[0042] 实施例2

[0043] 将架空刚性接触网汇流排与接触线的布置模型看作是拉出值对位移里程的周期函数。以上述分析求解后得出的“折线”模型为例，架空刚性接触网汇流排及接触线在一个锚段内的走势如图5，研究一个周期OF区间内的函数特性，运用反函数导数法求解如图5布置的刚性接触网对应的拉出值积累速度波形，如图6，对图6镜像并考虑波形离散等得到滑板磨耗情况，如图7。对应的滑板磨耗相对更加圆滑、均匀。

[0044] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

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