一種機(jī)車弓網(wǎng)硬點(diǎn)光電振動(dòng)綜合檢測(cè)與gps定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)車弓網(wǎng)硬點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種機(jī)車弓網(wǎng)硬點(diǎn)光電振動(dòng)綜 合檢測(cè)與GI^定位方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速鐵路大規(guī)模的發(fā)展，使得具有功率大、過載能力強(qiáng)和速度快等優(yōu)勢(shì)的電力牽 引機(jī)車成為了發(fā)展的必然趨勢(shì)，運(yùn)對(duì)列車的弓網(wǎng)特性提出了更高的要求，而硬點(diǎn)是影響弓 網(wǎng)關(guān)系的主要因素之一，它的發(fā)生會(huì)對(duì)受電弓、接觸網(wǎng)、機(jī)車電器、牽引電機(jī)、牽引變壓器W 及整個(gè)機(jī)車供電系統(tǒng)都造成傷害。在鐵運(yùn)〔2007) 69號(hào)文件《接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程》的通 知附錄中規(guī)定了接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)項(xiàng)目暫行評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)程中明確對(duì)160km/h等級(jí)線路和 200km/h等級(jí)線路的硬點(diǎn)做了等級(jí)劃分，250km/h等級(jí)線路的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)暫比照200km/h等級(jí) 線路，具體如表1-1所示：表1-1硬點(diǎn)類別劃分
[0003]
[0004] 為全國(guó)鐵路第6次提速及動(dòng)車組的試運(yùn)行做準(zhǔn)備，2007年初鐵道部對(duì)京廣線安 陽-孟廟、晚海線虞城-太要間1828km接觸網(wǎng)線路進(jìn)行了檢測(cè)，一共發(fā)現(xiàn)50g及50gW上 的硬點(diǎn)多達(dá)2941處，平均每公里1.609處。W上大量硬點(diǎn)的存在直接暴露出現(xiàn)有的接觸 網(wǎng)質(zhì)量遠(yuǎn)不能滿足開行200km/h及W上動(dòng)車組的要求，鐵道部當(dāng)即在要提速線路范圍內(nèi)廣 泛開展了接觸網(wǎng)硬點(diǎn)大治理工作。同年4月18日，全國(guó)鐵路大范圍的進(jìn)行了第6次提速， 事后總結(jié)鐵路第6次成功提速的經(jīng)驗(yàn)表明，準(zhǔn)確檢測(cè)并治理硬點(diǎn)W及加強(qiáng)高速電氣化鐵路 弓網(wǎng)施工及日常檢修工作，是列車能夠安全、高速運(yùn)行的重要保障。
[0005]弓網(wǎng)硬點(diǎn)造成的嚴(yán)重?fù)p傷后果是電力機(jī)車受電弓翻弓使得弓頭羊角鉆網(wǎng)、刮斷接 觸網(wǎng)吊弦、嚴(yán)重破壞接觸網(wǎng)固定件及幾何尺寸、甚至造成接觸網(wǎng)接地或機(jī)車受電弓接地?zé)?斷接觸網(wǎng)，最嚴(yán)重的損害結(jié)果將影響到鐵路干線的行車安全和運(yùn)輸秩序，不能簡(jiǎn)單用損失 金額來衡量。電氣化鐵路列車質(zhì)量大、速度快，一旦弓網(wǎng)事故發(fā)生，不可能立即停車，因而事 故對(duì)接觸網(wǎng)和受電弓的破壞都比較大，維修、恢復(fù)供電需要較長(zhǎng)時(shí)間，造成的直接和間接損 失都是非常嚴(yán)重的，而誘發(fā)弓網(wǎng)事故的原因又比較多，既可能由受電弓引起，又可能由接觸 網(wǎng)引起，還可能是其他原因引起（線路、自然災(zāi)害等）。W往對(duì)鐵路接觸網(wǎng)弓網(wǎng)系統(tǒng)的弓網(wǎng) 參數(shù)檢測(cè)主要是由接觸網(wǎng)檢測(cè)車定期檢測(cè)完成的，但隨著鐵路的提速，運(yùn)營(yíng)線路的增長(zhǎng)W 及行車密度的越大，使用檢測(cè)車檢測(cè)硬點(diǎn)的不便更加凸顯，但由于其成本高，一個(gè)路局只有 一臺(tái)或幾臺(tái)，檢測(cè)時(shí)可能會(huì)占道影響其他機(jī)車運(yùn)行，接觸網(wǎng)檢測(cè)車雖檢測(cè)全面，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確但 對(duì)于硬點(diǎn)的檢測(cè)只有數(shù)據(jù)而不能很好區(qū)分是受電弓的原因還是接觸網(wǎng)的原因。由接觸網(wǎng) 弓I、受電弓引起的事故占到整個(gè)弓網(wǎng)事故總數(shù)的絕大部分（90%左右）。由于機(jī)車和接觸網(wǎng) 歸屬路局不同部口管理，機(jī)車歸機(jī)務(wù)部口而接觸網(wǎng)歸供電部n，w往出現(xiàn)弓網(wǎng)事故后，它們 又都無法提供各自設(shè)備狀態(tài)的證據(jù)，所W在事故的責(zé)任劃分存在困難。
[0006] 目前我國(guó)正在研究時(shí)速到多達(dá)600公里的列車，被命名為更高速度的試驗(yàn)列車， 輪軌技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)性能和弓網(wǎng)關(guān)系是更高速列車Ξ大核屯、技術(shù)。南車四方機(jī)車技術(shù)中 屯、設(shè)計(jì)主審梁建英在指揮試驗(yàn)更高速列車現(xiàn)場(chǎng)說："一直W來"雙弓受流"技術(shù)是困擾工程 師的技術(shù)難題，因?yàn)檐囕v在高速運(yùn)行時(shí)，前弓在取流滑過接觸網(wǎng)時(shí)，會(huì)形成一個(gè)激擾波，導(dǎo) 致后弓的離線可能性加大，影響車輛的牽引性能。"機(jī)車的運(yùn)行速度越快，硬點(diǎn)對(duì)機(jī)車的安 全運(yùn)行影響就越大，由此我們可W推斷，硬點(diǎn)也必將成為今后制約機(jī)車高速安全運(yùn)行的難 題而長(zhǎng)期存在。
[0007]
[0008] 接觸網(wǎng)硬點(diǎn)是在弓網(wǎng)施工、檢修中經(jīng)常碰到的問題，可W說是弓網(wǎng)接觸的固有屬 性，我們無法完全杜絕它的發(fā)生，只能減少其發(fā)生的次數(shù)和減少其發(fā)生帶來的危害。接觸網(wǎng) 硬點(diǎn)產(chǎn)生的原因復(fù)雜，有設(shè)計(jì)、施工、檢修、弓網(wǎng)材質(zhì)、線路質(zhì)量等原因，最常用的檢測(cè)方式 是從產(chǎn)生硬點(diǎn)的機(jī)械機(jī)理研究出發(fā)，通過檢測(cè)機(jī)車受電弓與接觸線的接觸力W及接觸力的 突然變化（即加速度）來檢測(cè)硬點(diǎn)。其原理是：a= (P+G-T-N)/m，式中a為受電弓滑板質(zhì) 屯、垂向加速度；m為受電弓滑板歸算質(zhì)量；P為弓網(wǎng)接觸壓力；G為受電弓滑板重力；T為受 電弓滑板受到的彈黃支撐力；N為受電弓滑板受到的空氣抬升力。在忽略不考慮G、T、N的 影響下，可W看出加速度a與接觸壓力P呈線性正比關(guān)系，由此檢測(cè)硬點(diǎn)。但運(yùn)種方法在現(xiàn) 場(chǎng)中仍有不少漏檢誤檢現(xiàn)象出現(xiàn)，弓網(wǎng)故障時(shí)有發(fā)生，尤其在機(jī)車大幅度提速后提出的"分 檔量化測(cè)量加速度思路"，運(yùn)種方法的弊端更加明顯。
[0009] 意大利，日本，德國(guó)等國(guó)家作為世界上高速鐵路比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，很早就開始對(duì)接 觸網(wǎng)硬點(diǎn)進(jìn)行研究和檢測(cè)，但多數(shù)檢測(cè)裝置并不單純檢測(cè)硬點(diǎn)，同時(shí)還檢測(cè)拉出值（接觸 線偏離受電弓中屯、位置）、接觸線高度（導(dǎo)線距離軌面的距離）、離線（受電弓和接觸網(wǎng)的 脫離）等參數(shù)，用來評(píng)價(jià)弓網(wǎng)受流性能和線路質(zhì)量。檢測(cè)裝置從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為非接觸式 和接觸式，意大利和奧地利的檢測(cè)設(shè)備主要強(qiáng)調(diào)接觸網(wǎng)檢測(cè)幾何參數(shù)，稱為非接觸檢測(cè)， 而日本、德國(guó)、法國(guó)的接觸網(wǎng)檢測(cè)設(shè)備相近，主要用來測(cè)試弓網(wǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，稱為接觸式檢 測(cè)。
[0010] 意大利TECNocRAMM公司開發(fā)的接觸網(wǎng)檢測(cè)設(shè)備，主要采用激光照射，伺服跟蹤和 圖像處理技術(shù)，該檢測(cè)裝置的攝像機(jī)由直線馬達(dá)拉動(dòng)，依靠直線馬達(dá)的速度和攝像機(jī)本生 的定位精度來保證攝像機(jī)與接觸線的對(duì)中，該設(shè)備對(duì)拉出值和導(dǎo)線高度測(cè)量較準(zhǔn)，對(duì)硬點(diǎn)、 接觸壓力等參數(shù)的分析需要更高圖像技術(shù)，且計(jì)算復(fù)雜而且精度也不高。
[0011] 德國(guó)的接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)是使用了?？诘臋z測(cè)受電弓，分別在距離兩滑塊中屯、 500mm處水平方向和垂直線路方向裝有兩個(gè)接觸壓力傳感器W及一個(gè)垂直方向沖擊加速度 傳感器，該受電弓弓頭上還裝有坡度傳感器、導(dǎo)線接近傳感器，受電弓底座上裝有測(cè)量接觸 線高度的傳感器W及測(cè)量機(jī)車速度的光電傳感器，主要用于檢測(cè)弓網(wǎng)間的接觸壓力、導(dǎo)線 高度、沖擊加速度（硬點(diǎn)）、車體振動(dòng)等信息，系統(tǒng)提供兩套數(shù)據(jù)自動(dòng)分析方案：一套能自 動(dòng)分析接觸壓力和線岔缺陷，另一套需要人工輸入檢測(cè)參數(shù)（拉出值、沖擊加速度、導(dǎo)線高 度、網(wǎng)壓等）的閥口值，系統(tǒng)會(huì)對(duì)超出閥口值的上、下限的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析，W找出故障， 能夠?qū)崟r(shí)顯示或打印接觸網(wǎng)參數(shù)曲線圖，根據(jù)顯示的接觸壓力、拉出值、沖擊加速度等曲 線，能夠分析判斷出錯(cuò)段關(guān)節(jié)、分相、吊弦、線岔、定位點(diǎn)等處的缺陷，并且W線路公里標(biāo)的 形式顯示缺陷的位置，該檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù)的準(zhǔn)確性、合理性被很多國(guó)家的接觸網(wǎng)專家所 認(rèn)同。
[0012] 德國(guó)BB公司研制的接觸網(wǎng)非接觸式檢測(cè)裝置，主要采用了伺服跟蹤和圖像處理 技術(shù)。具體做法是在車頂并排安裝4個(gè)CCD攝像機(jī)和3個(gè)聚光燈，通過伺服跟蹤移動(dòng)，使接 觸線在CCD攝像機(jī)中成像，然后通過實(shí)時(shí)圖像處理，計(jì)算出接觸線高度和拉出值。該裝置不 具有直接檢測(cè)硬點(diǎn)的功能，但通過觀察圖像中出現(xiàn)弧光，可W發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)硬點(diǎn)存在的位置， 但此方法不具有定量分析硬點(diǎn)的能力。
[0013]日本研制的接觸力檢測(cè)裝備，需要在弓頭的滑板和基板之間安裝3個(gè)力傳感器， 導(dǎo)線和受電弓間接觸力的改變會(huì)使電阻應(yīng)變片變形，從而引起電橋的平衡發(fā)生變化，測(cè)出 接觸力，接觸力大的地方作為硬點(diǎn)檢出，又由于滑板、基板的質(zhì)量大，使的檢出有誤差，并且 使用的力傳感器頻率響應(yīng)也跟不上接觸力的變化，該裝備有待改進(jìn)。其研制的時(shí)速275km East-i高速檢測(cè)列車在檢測(cè)硬點(diǎn)、受電弓沖擊使用的是加速度儀。
[0014] 隨著超聲波、激光等技術(shù)的發(fā)展，非接觸式檢測(cè)方法在弓網(wǎng)系統(tǒng)檢測(cè)方面的應(yīng)用 也越來越多，主要用于測(cè)量拉出值、導(dǎo)高W及接觸線磨損，能夠檢測(cè)硬點(diǎn)的較少，將光電二 極管放置在透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)處，透鏡系統(tǒng)中裝有能夠獨(dú)立輸出的光接收器，將離線電火花 轉(zhuǎn)換為放大的電信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)弓網(wǎng)離線電火花最基本的檢測(cè)。但該系統(tǒng)不穩(wěn)定，易 受周圍環(huán)境的影響。
[0015] 傳統(tǒng)的弓網(wǎng)硬點(diǎn)檢測(cè)方法是在受電弓頭上安裝加速度傳感器，通過檢測(cè)受電弓和 接觸網(wǎng)在機(jī)車運(yùn)行過程中禪合受流時(shí)的撞擊加速度來檢測(cè)硬點(diǎn)，但分析和檢測(cè)結(jié)果都表明 只測(cè)試了受電弓滑板的垂向加速度，不考慮滑板自重、受電弓支架的支撐力和空氣氣動(dòng)應(yīng) 力來分析硬點(diǎn)的方法，的確可W消除了不少弓網(wǎng)故障隱患，但也容易誤報(bào)和漏報(bào)。國(guó)際上先 進(jìn)的檢測(cè)硬點(diǎn)的方法是通過檢測(cè)弓網(wǎng)的接觸壓力計(jì)算得到的，因?yàn)榻佑|壓力的突然變化才 是導(dǎo)致硬點(diǎn)產(chǎn)生的根本原因。接觸壓力不但可W反映接觸網(wǎng)硬點(diǎn)撞擊的程度，還可W從接 觸力的波形變化W及頻域特性深入研究弓網(wǎng)問題；上世紀(jì)60年代，我國(guó)才開始對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng) 安全的研究，那時(shí)候機(jī)車運(yùn)行速度較低（均速40km/h)，研究和檢測(cè)的主要對(duì)象是接觸網(wǎng)靜 態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)，如拉出值、線岔、接觸線高度等，因?yàn)檫\(yùn)些參數(shù)不達(dá)標(biāo)是造成機(jī)車運(yùn)行故障的 主要原因，上世紀(jì)80年代，我國(guó)自行研究的接觸網(wǎng)檢測(cè)車，主要檢測(cè)運(yùn)營(yíng)的80km/h接觸網(wǎng) 的離線、高度、偏移值。
[0016] 隨著機(jī)車性能的不斷提升，速度的顯著提高，開始更多關(guān)注反應(yīng)接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)質(zhì) 量問題的主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)：接觸壓力、導(dǎo)線高度、硬點(diǎn)等，如西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院在 1998年研制成功的JJC-1型接觸網(wǎng)檢測(cè)裝置，利用滑板上安裝有檢測(cè)接觸壓力、加速度、拉 出值等多種傳感器的受電弓，在機(jī)車運(yùn)行過程中對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)，該裝置能夠滿足時(shí)速 160km/h線路對(duì)接觸網(wǎng)要求的檢測(cè)，時(shí)至今日我國(guó)在弓網(wǎng)系統(tǒng)安全W及硬點(diǎn)的治理都有了 不菲的成就。
[0017] 周忠良等人設(shè)計(jì)的弓網(wǎng)硬點(diǎn)檢測(cè)裝置原理為：在受電弓弓頭的兩側(cè)各安裝一個(gè)雙 向加速度傳感器，分別檢測(cè)受電弓沿線路方向和垂向方向上受到的沖擊情況。在高電壓端， 傳感器信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理、多路A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過微處理器編碼和校驗(yàn)處理， 由無線發(fā)射模塊發(fā)送。在低壓端，無線接收模塊接收到數(shù)據(jù)，并通過串口把數(shù)據(jù)送往PC機(jī) 進(jìn)行數(shù)據(jù)保存、顯示和報(bào)警等，進(jìn)行進(jìn)一步處理。經(jīng)過在SS4型機(jī)車上進(jìn)行的多次試驗(yàn)結(jié)果 表明，上述機(jī)車受電弓硬點(diǎn)沖擊檢測(cè)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨盖袑?shí)可行。
[0018] 高曉蓉等人設(shè)計(jì)的檢測(cè)弓網(wǎng)硬點(diǎn)的裝置同樣是在弓頭上安裝2個(gè)應(yīng)變式加速度 傳感器，不同于周忠良等人設(shè)計(jì)的硬點(diǎn)檢測(cè)裝置的地方在于信號(hào)的高低電壓隔離傳輸方 式，傳感器信號(hào)首先通過編碼，然后由光發(fā)射機(jī)將其轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外光信號(hào)，接著發(fā)送出去，最 后由安裝在機(jī)車車頂?shù)碗妷簜?cè)的光接收機(jī)接收并將其還原為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)高低