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接觸網(wǎng)檢測技術(shù)最新研究成果及應(yīng)用

發(fā)布時間:2013-07-23 14:56:55 編輯:wwxianlong
本文摘要:北京鐵科英邁科技有限公司博士陳瑞  首先,請允許我簡單的介紹一下我們公司的基本情況。北京鐵科英邁技術(shù)有限公司創(chuàng)立于2004年9月,由中...
 


北京鐵科英邁科技有限公司博士陳瑞


 
  首先,請允許我簡單的介紹一下我們公司的基本情況。北京鐵科英邁技術(shù)有限公司創(chuàng)立于2004年9月,由中國鐵道科學(xué)研究院獨資注冊,主要開發(fā)生產(chǎn)銷售鐵路和城市軌道交通領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施,大型檢測設(shè)備和信息系統(tǒng),為基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)提供相關(guān)檢測設(shè)備技術(shù)服務(wù)和整體的解決方案。
 
  經(jīng)過我們長期的研究,尤其是依托我們完成的863課題,我們在接觸網(wǎng)檢測方面取得了一些成果。主要包括弓網(wǎng)動態(tài)作用參數(shù)檢測系統(tǒng),接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測系統(tǒng),定位器坡度檢測系統(tǒng)等三套測量系統(tǒng),以及與之相配套的對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理的系統(tǒng)。
 
  這三套系統(tǒng)和分析系統(tǒng),比較全面精確的評估接觸網(wǎng)的幾何狀態(tài),動態(tài)特性和供電參數(shù)。我們這三套系統(tǒng)可以測量包括接觸線高度、拉出值、硬點和沖擊,離線燃弧,可以滿足我們對接觸網(wǎng)檢測的基本需要,可以達(dá)到比較高的精度和比較高的可靠和成熟性。
 
  弓網(wǎng)動態(tài)作用參數(shù)檢測系統(tǒng)
 
  我們的弓網(wǎng)動態(tài)作用參數(shù)檢測系統(tǒng),主要用來評價和分析弓網(wǎng)的動態(tài)作用特性,這套系統(tǒng)中對這個動態(tài)壓力的測量,主要是在受電弓弓頭部經(jīng)過改造安裝壓力傳感器,以及加速器器的組件。在動態(tài)下對加速度引起的空氣動力進(jìn)行修正,得到真實反映弓網(wǎng)動態(tài)作用的接觸力參數(shù)。在進(jìn)行動態(tài)壓力測量,我們前期對弓網(wǎng)的動力學(xué)特性進(jìn)行了仿真研究,以及利用我們所搭建的這個弓網(wǎng)實驗臺進(jìn)行了一些實際的實驗分析研究,建立了相應(yīng)的動力學(xué)模型,以及彈性模型,可以保證我們最后所計算出的這個動態(tài)接觸力真實可靠。
 
  在對動態(tài)壓力實際測量的過程中,由于所處的環(huán)境是高壓強(qiáng)電環(huán)境,我們這套系統(tǒng)突破了三項關(guān)鍵的技術(shù),可以在這種高電壓強(qiáng)電干擾環(huán)境下,給檢測設(shè)備提供可靠電,防止接地短路,抑制強(qiáng)電磁干擾。同時可以有效的實現(xiàn)高低壓信號的隔離,保證使用的安全。我們對硬點進(jìn)行測量時,主要是通過在滑板底部與支持機(jī)構(gòu)加裝加速度傳感器測量,而這個測量難點就在于能有效的得知弓網(wǎng)高速轉(zhuǎn)動的頻率。只有比較準(zhǔn)確的知道這個頻率范圍,才能保證所測的這個反應(yīng)硬點的垂直加速度值真實可靠。為此,我們前期也對受電弓的頻率,以及這種高速振動狀態(tài)下的頻率特性進(jìn)行了系列的研究,得到了對不同的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu),得到了有效的頻率測量范圍。利用我們所建立的這些模型,能確保最后測量的垂直加速度,真實有效的反應(yīng)弓網(wǎng)的性能。
 
  動力壓力和硬點測量相對應(yīng)的,就是我們有專門的采集分析軟件,能對得到接觸壓力,以及硬點沖擊等檢測信號,進(jìn)行有效的數(shù)字濾波,去除包含的噪聲干擾,同時利用建立的相關(guān)數(shù)學(xué)模型,對信號進(jìn)行修正,保證能真實的反映弓網(wǎng)動態(tài)作用條件下的力加速度這些檢測的參量。同時,分析軟件還可以對速度里程進(jìn)行矯正,實時顯示各參數(shù)值,對測量的數(shù)據(jù)按照空間域要求進(jìn)行發(fā)送,同時這套系統(tǒng)具有自動的零點標(biāo)定和定點標(biāo)定的功能,能方便用戶使用。
 
  對網(wǎng)壓進(jìn)行測量,我們制作了合適頻帶的電阻式分壓器,在進(jìn)行變換后,設(shè)計出具有抗強(qiáng)電磁干擾的采集和條例電路測量電壓。在得到電壓信號以后,我們有專門的測量軟件能實時采集顯示電壓波形,以及速度里程等信息。同時,能使用有效的濾波,去除掉有效信號中包含的高頻干擾,最終得到準(zhǔn)確的反應(yīng)接觸網(wǎng)供電狀態(tài)的真實電壓值。這些測量結(jié)果,也可以根據(jù)用戶的需求,按照一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)接入其它的系統(tǒng),方便使用。
 
  這套系統(tǒng)包括了離線火花測量,我們對離線燃弧的測量,主要是使用一定波段的紫外傳感器,通過紫外光轉(zhuǎn)化成電信號,可以計算得到火花的持續(xù)時間和強(qiáng)度的參數(shù)。我們的采集程序,可以按照使用的需求設(shè)定不同的采集頻率,以及采集通道。能對采集到的火花信號進(jìn)行有效的數(shù)字濾波,得到比較真實的能反映這個燃弧的這個火花信號。以上主要介紹的就是在我們這個弓網(wǎng),動態(tài)作用操作系統(tǒng)中,所包含的相關(guān)各測量模塊。
 
  最近在神華集團(tuán)大準(zhǔn)鐵路線進(jìn)行測量中發(fā)現(xiàn)了一處接觸力超限,這個超限值是146N,超出了設(shè)定安全范圍。在得到這個超限值以后,我們?nèi)ガF(xiàn)場復(fù)核,發(fā)現(xiàn)接觸線與分相絕緣體線夾連接處,存在過度不平滑,由次導(dǎo)致了弓網(wǎng)沖擊劇烈,產(chǎn)生了弓網(wǎng)接觸壓力超限。可以看到我們測量的結(jié)果對動態(tài)壓力的結(jié)果是比較真實可靠的。同樣在這條線路上,我們使用這套系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)了硬點超限為例,存在一處超限為79g的硬點。經(jīng)現(xiàn)場復(fù)核,這處弓網(wǎng)硬點位于器件式分相絕緣器線夾與接觸線連接處,主要是由于這個接觸線與分相絕緣器線夾連接過渡不平滑產(chǎn)生了硬點,最終的復(fù)核結(jié)果說明了我們對硬點的測量是真實可靠。
 
  與動態(tài)接觸力以及硬點等指標(biāo)相對應(yīng),離線火花可以輔助評估我們整個接觸狀態(tài)的變化情況,從圖上可以看出來,我們在大準(zhǔn)鐵路線也發(fā)現(xiàn)了離線燃弧,經(jīng)過實際的線路復(fù)核勘探發(fā)現(xiàn),弓網(wǎng)接觸狀態(tài)處于不是特別良好的狀態(tài),也證明了我們捕捉到的這個火花也是比較真實有效的。
 
  接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)
 
  接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)主要用來反映接觸網(wǎng)的幾何狀態(tài),可以用來測量接觸線導(dǎo)高,拉出值,以及利用這些測量數(shù)據(jù)可以后續(xù)進(jìn)一步的分析,鋼位和吊弦的基礎(chǔ)信息。我們設(shè)計的這套系統(tǒng),主要是基于雙目機(jī)器視覺的三角形測量原理,通過分析線掃描攝像機(jī)捕捉到的圖像,建立相應(yīng)的空間幾何轉(zhuǎn)化模型,在補償車頂三個方向,車體的振動以后可以精確的計算出接觸線的幾何參數(shù)。
 
  這套系統(tǒng)整個的硬點架構(gòu)主要包括了車頂?shù)囊曈X測量模塊,車內(nèi)的數(shù)據(jù)采集以及處理模塊,車頂?shù)倪\動補償模塊這三部分組成。這套系統(tǒng)的分析處理軟件,我們可以對采集到的掃描圖像進(jìn)行分析處理,利用我們所建立的模型,可以計算出拉出值、導(dǎo)高等參數(shù)。利用軟件系統(tǒng)可以實時的檢測我們攝像機(jī)的工作狀態(tài),以及車頂補償位移計的工作狀態(tài)。
 
  目前這套系統(tǒng)已經(jīng)在多個路局的網(wǎng)點在使用,經(jīng)過大量的重復(fù)線路實驗,根據(jù)這個用戶的反饋結(jié)果,我們這套系統(tǒng)精度重復(fù)性,都比較好,可以滿足用戶的需求。
 
  大準(zhǔn)鐵路線利用這套系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一處超限值為558毫米的拉出值超限。位置是位于錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨,跨中,我們發(fā)現(xiàn)這一處支柱定位點拉出值調(diào)整不到位,最終導(dǎo)致了這個跨中拉出值超限。在線路的檢測過程中,我們以我們發(fā)現(xiàn)的一處高差超限為例,發(fā)現(xiàn)了一處超限值為369毫米的,經(jīng)過我們現(xiàn)場復(fù)核,發(fā)現(xiàn)了其中最大的接觸線高度可以達(dá)到5914毫米,最小的接觸網(wǎng)高度為5499毫米,導(dǎo)致了接觸線坡度比較大,形成了高差超限。
 
  定位器坡度檢測系統(tǒng)
 
  定位器坡度也是運行過程中很關(guān)鍵的一個參量。定位器坡度的設(shè)計和施工質(zhì)量直接影響到了列車的安全運行,目前所使用的測量手段主要是基于機(jī)關(guān)或者說接觸式的測量原理,我們這套系統(tǒng)是使用機(jī)器視覺的原理,在用二維攝像機(jī),獲取到符合質(zhì)量的圖像之后,對所采集的圖像進(jìn)行視頻分析,最終計算出定位器和定位管的坡度,來滿足我們對定位器坡度進(jìn)行高速,以及實時測量的需求。
 
  我們這套系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),主要是包括了高分辨率攝像機(jī)以及相應(yīng)的光源裝置,信號采集處理單元,主要包括了采集控制模塊,以及檢測分析和結(jié)果保存模塊,還有就是車體振動補償模塊,用來保證最終計算的坡度值真實有效的,這是我們這套坡度測量系統(tǒng)的軟件分析主界面,我們可以看到軟件可以實時的拍攝,并且分析出定位器,以及相關(guān)的裝置,同時計算出相應(yīng)的坡度。這套軟件可以對發(fā)現(xiàn)的缺陷等級進(jìn)行排列,并可以輸出相應(yīng)的報表,可以人工設(shè)定超限標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行自動的超限篩選,可以自動的導(dǎo)入結(jié)果,并對采集的視頻圖像進(jìn)行同步瀏覽。這兩個圖中所拍攝的,就是我們這套定位器坡度裝置實際的安裝效果圖,在車頂部分,目前這套裝置已經(jīng)實際應(yīng)用了,在京滬高鐵,哈大高鐵,滬寧城際鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試進(jìn)行了實際的使用和線路驗證。
 
  這是我們使用這套定位器坡度系統(tǒng)實際檢出超限的一個例子,是使用380B-002車在哈大高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間,在檢測速度109公里每小時條件下,檢測到的一個坡度為15.2度的一個超限值,這個超限值在復(fù)核當(dāng)中得到了驗證,可以說我們的這套系統(tǒng)是在實際的現(xiàn)場使用過程中,是比較有效可靠,可以滿足對定位器坡度安全檢測的需求。
 
  除了我們所研制的三套檢測系統(tǒng)之外,我們研制開發(fā)了一套對這個檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理的軟件系統(tǒng),對檢測系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)提供集中控制。這套軟件分析平臺,主要包括了接觸網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)同步與預(yù)處理系統(tǒng),這套系統(tǒng)主要用來對各檢測系統(tǒng)得到的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行同步預(yù)處理,保證時間或者是空間同步,便于后續(xù)輸出分析和統(tǒng)計等處理。我們這套系統(tǒng)實驗起來比較簡單方便,只要按照這個列車的實際運行情況,選定運行方向、線路等等,就可以啟動運行,對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步預(yù)處理。
 
  我們的第二套軟件系統(tǒng)是數(shù)據(jù)波形的分析系統(tǒng),這套系統(tǒng)主要是對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的分析顯示,可以根據(jù)這個用戶的需求設(shè)置不同的標(biāo)志,還可以自動的進(jìn)行定位跳轉(zhuǎn)到發(fā)現(xiàn)這超限的波形處,可以根據(jù)波形的輸出情況,實時的瀏覽所有采集的波形點上基礎(chǔ)信息,同時這個波形分析軟件,還可以同步的顯示支柱、吊弦、錨段等等這些基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)信息,便于我們對整個檢測情況和實際的線路情況進(jìn)行綜合的分析和評判。
 
  這套軟件系統(tǒng)的第三部分是數(shù)據(jù)集成與處理軟件,這套軟件主要是用來對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,主要是對一跨數(shù)據(jù),根據(jù)人工設(shè)定的超限數(shù)據(jù),可以自動的篩選各個超限值,并且能自動輸出不同類型的報表,方便用戶的使用。
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