CN105740539A - 基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法。接触网施工周期短但其施工要求精细、高效。本发明分类整理腕臂安装类型形成腕臂预配工况；建立腕臂的几何约束模型、腕臂模型数据类型库并分类编号；建立腕臂预配零部件数据库和工况数据库；建立输入数据模板，输入数据；读取数据，调用对应的几何约束模型和工况数据库记录，查找对应的零部件尺寸数据，将现场测量数据以及查找到的零部件尺寸数据加载到几何约束模型中，驱动几何约束模型生成腕臂预配的结果模型，核查并生成腕臂预配图表。本发明可实现各种工况腕臂的精细化、流水化、高效化预配计算，简化接触网腕臂安装施工的工期、提高了安装精度、降低了施工成本。

Description

基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法

技术领域

本发明属于电气化铁路接触网技术领域，具体涉及一种基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法。

背景技术

腕臂是电气化铁路接触网系统中的核心部件，对列车安全运行、机车正常授流起着至关重要的作用。随着高铁及城际铁路在我国的不断建设，接触网施工周期越来越短，而对接触网施工的精细化、流水化、高效化要求却越来越高。由于腕臂预配可快速批量指导接触网腕臂的安装，其成为保障电气化铁路接触网施工的重要手段。因此，实现腕臂预配的精细化、流水化、高效化则成为了需要解决的首要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法，满足接触网施工过程中短时、大批量、高精度的腕臂预配计算及出图需求。

本发明所采用的技术方案是：

基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

第一步：收集接触网腕臂安装图，对其中的腕臂安装类型进行分类整理，形成腕臂预配工况；

第二步：建立腕臂的几何约束模型；

第三步：根据几何约束模型中的尺寸约束关系建立腕臂模型数据类型库，并对其中的数据依序进行分类编号；

第四步：建立腕臂预配零部件数据库；

第五步：根据腕臂预配工况及腕臂模型数据类型库建立工况数据库；

第六步：建立输入数据模板；

第七步：现场测量输入数据模板所需的数据，并导入输入数据模板；

第八步：读取输入数据模板中的数据，根据其中的腕臂安装类型调用对应的几何约束模型，并在工况数据库中调用对应的工况数据库记录，根据工况数据库记录中的零部件尺寸索引编码在零部件数据库中查找对应的零部件尺寸数据；

第九步：将现场测量数据以及查找到的零部件尺寸数据加载到几何约束模型中，驱动几何约束模型生成腕臂预配的结果模型；

第十步：对腕臂预配的结果模型进行核查并生成腕臂预配图表。如结果模型有误，则重新检查并计算。

第一步中，腕臂安装类型分为：

直线中间柱正定位、反定位；

曲线内侧及外侧中间柱正定位、反定位；

直线非绝缘转换柱；

曲线内侧非绝缘转换柱；

曲线外侧非绝缘转换柱；

直线绝缘转换柱；

曲线内侧绝缘转换柱；

曲线外侧绝缘转换柱；

电分相转换柱；

其中：

、所述腕臂安装类型为单腕臂结构；

～所述腕臂安装类型为双腕臂结构；双腕臂结构分为工作支与非工作支，工作支为腕臂所悬挂的接触线与受电弓直接接触的单腕臂结构，非工作支为腕臂所悬挂的接触线不与受电弓接触的单腕臂结构。

第一步中，腕臂预配工况为由下述分类组合而成的腕臂预配对象：

根据腕臂安装类型，分为如第一步所述的九种类型；

根据腕臂系统类型，分为绝缘旋转平腕臂结构和整体钢腕臂结构；

根据腕臂在支柱上的安装方式，分为预留孔安装方式和外抱安装方式。

第二步中，几何约束模型由几何模型和约束关系组成，其具有唯一的几何约束模型编码；

几何模型为根据腕臂预配工况使用几何元素建立的模型；

约束关系为在满足接触线及承力索空间工作位置要求的前提下，对已建立的几何模型中的几何元素施加几何约束关系和尺寸约束关系；

施加约束关系时，以轨面连线中心为坐标原点，由接触线及承力索空间工作位置开始向支柱方向依次施加约束关系。施加约束关系后的几何约束模型状态应为完备约束状态。

第三步中，腕臂模型数据类型库中的数据包括：

接触网测量数据，如轨面宽度、外轨超高、侧面限界、跨距；

接触网零部件数据，如腕臂底座宽度、绝缘子长度、定位环宽度、定位器长度；

接触网零部件安装位置数据，如定位环安装位置、定位器安装位置；

接触网系统数据，如导线高度、结构高度、拉出值、受电弓包络线最大抬升高度；

腕臂预配输出结果数据，如平腕臂长度、斜腕臂长度、腕臂支撑长度。

第四步中，腕臂预配零部件数据库的建立由以下步骤组成：

在接触网腕臂安装图中查找所有类型的零部件；

在零部件图中查找步骤中零部件的零部件尺寸数据；

创建零部件数据库并在其中建立零部件尺寸数据的记录。

第五步中，工况数据库中的每一条记录对应一种腕臂预配工况，工况数据库中每条记录的建立由以下步骤组成：

根据腕臂预配工况，建立腕臂预配工况索引编码；

建立几何约束模型编码与腕臂预配工况索引编码之间的对应关系；

根据腕臂预配工况引用对应的零部件尺寸索引编码；

建立每种工况下的接触网零部件安装位置数据；

建立每种工况下的接触网系统数据；

第六步中，输入数据模板由腕臂模型数据类型库中的接触网测量数据及部分接触网系统数据构成。

本发明具有以下优点：

本方法可实现车站、区间内接触网各种工况的腕臂的精细化、流水化、高效化的预配计算；应用预配计算数据可指导施工单位批量化完成腕臂各管件的加工和一次安装到位，无需二次调整，大大简化了接触网腕臂安装施工的工期、提高了安装精度、降低了施工成本，具体具备以下技术优势：

1、按照统一的预配输入数据模板进行数据输入，大幅度减少了输入错误；

2、建立了完整的腕臂预配零部件库和工况库，保证了零部件参数和工况数据的完整、可靠；

3、总结接触网腕臂安装图的各种工况，建立了参数化几何约束模型计算预配数据，严格保证了腕臂各节点及管件的相互位置关系和约束关系的正确性；

4、实现了腕臂预配的精细化、流水化作业模式；

5、满足接触网施工过程中短时、大批量、高精度的腕臂预配计算及出图需求。

附图说明

图1是系统流程图；

图2是系统结构简图；

图3是腕臂预配几何模型示意图；

图4是腕臂预配约束模型示意图；

图5是输入数据模板示意图；

图6是腕臂预配计算结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法，是一种集成化、流水化、精细化、高效化的腕臂预配方法，具体由以下步骤实现：

第一步：收集所采用的接触网腕臂安装图，对其中的腕臂安装类型进行分类整理，形成腕臂预配工况。

接触网腕臂安装图是电气化铁路接触网专业用于指导腕臂安装的通用图纸。其中的腕臂安装类型是根据接触网腕臂不同特征进行的分类。

腕臂安装类型分为：

直线中间柱正定位、反定位；

曲线内侧及外侧中间柱正定位、反定位；

直线非绝缘转换柱ZF1、ZF2、ZF3、ZF4；

曲线内侧非绝缘转换柱QNF1、QNF2、QNF3、QNF4；

曲线外侧非绝缘转换柱QWF1、QWF2、QWF3、QWF4；

直线绝缘转换柱ZJ1、ZJ2、ZJ3、ZJ4；

曲线内侧绝缘转换柱QNJ1、QNJ2、QNJ3、QNJ4；

曲线外侧绝缘转换柱QWJ1、QWJ2、QWJ3、QWJ4；

电分相转换柱FXZA、FXZB、FXZC、FXQWA、FXQWB、FXQWC、FXQNA、FXQNB、FXQNC。

其中、所述腕臂安装类型为单腕臂结构；～所述腕臂安装类型为双腕臂结构。双腕臂结构又分为工作支与非工作支，工作支指腕臂所悬挂的接触线与受电弓直接接触的单腕臂结构，非工作支指腕臂所悬挂的接触线不与受电弓接触的单腕臂结构。

其中腕臂预配工况是指由下述分类组合而成的腕臂预配对象：

根据腕臂安装类型，可分为如第一步所述的九种类型；

根据腕臂系统类型，可分为绝缘旋转平腕臂结构和整体钢腕臂结构；

根据腕臂在支柱上的安装方式，可分为预留孔安装方式和外抱安装方式。

第二步：建立腕臂的几何约束模型。

几何约束模型由几何模型和约束关系组成，其具有唯一的几何约束模型编码，比如：正定位支撑_短定位管_直线_曲外、反定位拉线_直线_曲外、正定位支撑_短定位管_直线_曲外、反定位拉线_直线_曲外等。

所述几何模型是指根据腕臂预配工况，使用几何元素建立的模型。

几何元素是指直线段、曲线段、圆等。

所述约束关系是指在满足接触线及承力索空间工作位置要求的前提下，对已建立的几何模型中的几何元素施加几何约束关系和尺寸约束关系。几何约束关系是指几何元素节点间的连接方式、几何元素间的相对位置关系、几何元素的绝对位置关系等约束条件；尺寸约束关系是指几何元素长度、几何元素角度、几何元素半径等约束条件。

施加约束关系时，以轨面连线中心为坐标原点，由接触线及承力索空间工作位置开始向支柱方向依次施加约束关系。施加约束关系后的几何约束模型状态应为完备约束状态。

完备约束状态是指一组输入数据有且仅有一组结果模型与之对应，并且该结果模型始终满足接触线及承力索空间工作位置要求。

几何约束模型中的部分尺寸可以作为输入数据进行修改，输入数据包括现场测量参数及零部件尺寸数据；而另一部分尺寸作为腕臂预配结果数据由尺寸约束关系唯一确定。

第三步：根据几何约束模型中的尺寸约束关系建立腕臂模型数据类型库并对其中的数据依序进行分类编号。

腕臂模型数据类型库中的数据分为以下几类：

接触网测量数据，如轨面宽度、外轨超高、侧面限界、跨距等。编号为D101～D199。

接触网零部件数据，如腕臂底座宽度、绝缘子长度、定位环宽度、定位器长度等。编号为D201～D299。

接触网零部件安装位置数据，如定位环安装位置、定位器安装位置等。编号为D301～D399。

接触网系统数据，如导线高度、结构高度、拉出值、受电弓包络线最大抬升高度等。编号为D401～D499。

腕臂预配输出结果数据，如平腕臂长度、斜腕臂长度、腕臂支撑长度等。编号为O101～O399。

第四步：建立腕臂预配零部件数据库。

腕臂预配零部件数据库的建立由以下步骤组成：

在接触网腕臂安装图中查找所有类型的零部件；

在零部件图中查找步骤中零部件的零部件尺寸数据；

创建零部件数据库并在其中建立零部件尺寸数据的记录。

每条记录由零部件尺寸数据、零部件尺寸索引编码、零部件名称、接触网系统、零部件类别、零部件重量、所属规范代码、厂商名称及备注等组成。零部件尺寸数据与零部件尺寸索引编码一一对应。

接触网系统分为：适用于风区的350km/h高速铁路的接触网整体钢腕臂系统及旋转铝合金腕臂系统、适用于风区的250km/h高速铁路的接触网整体钢腕臂系统及旋转钢腕臂系统、适用于非风区的350km/h高速铁路的接触网整体钢腕臂系统及旋转铝合金腕臂系统、适用于非风区的250km/h高速铁路的接触网整体钢腕臂系统及旋转钢腕臂系统。

零部件类别分为：平腕臂底座、斜腕臂底座、平腕臂绝缘子、斜腕臂绝缘子、腕臂支撑管卡子、套管双耳、承力索座、定位环、定位管支撑管卡子、矩形定位器、特型定位器、定位支座、定位管卡子、锚支定位卡子、定位线夹、接触线、整体吊弦、承力索吊弦线夹、接触线吊弦线夹、弹性吊弦以及弹性吊索线夹。

第五步：根据腕臂预配工况及腕臂模型数据类型库建立工况数据库。

工况数据库中的每一条记录对应一种腕臂预配工况，其中包含腕臂安装类型、接触网零部件数据、接触网零部件安装位置数据及接触网系统数据等。

工况数据库中每条记录的建立由以下步骤组成：

根据腕臂预配工况，建立腕臂预配工况索引编码。

建立几何约束模型编码与腕臂预配工况索引编码之间的对应关系。

根据腕臂预配工况引用对应的零部件尺寸索引编码。

建立每种工况下的接触网零部件安装位置数据。此数据用于确定腕臂上各种零部件的相对位置关系，比如平腕臂支撑管卡子与承力索底座的距离、平腕臂露头长度、定位支撑管卡子位置、定位器拉线固定钩位置等。

建立每种工况下的接触网系统数据。接触网系统数据用来描述接触网设计的相关参数，如导线高度、结构高度、上下腕臂底座间距在支柱上投影距离、拉出值、定位器初始角度、受电弓包络线最大抬升高度等。

第六步：建立输入数据模板。

输入数据模板由腕臂模型数据类型库中的接触网测量数据及部分接触网系统数据构成，包括：支柱编号、支柱里程、腕臂安装类型、曲线半径、轨面宽度、外轨超高、侧面限界、支柱倾斜率、下底座高度、上底座高度、小里程侧跨距、大里程侧跨距及支柱安装类型。

支柱安装类型由支柱类型及腕臂底座安装形式两部分组合而成。其中支柱类型包含H型钢柱、混凝土圆柱、吊柱、排架、横腹杆支柱、格构式钢柱、钢管柱，分别简称为H、C、D、P、T、G、S。腕臂底座安装形式分为预留孔安装及外抱安装两种，分别简称为K、W。比如H型钢柱预留孔安装即为一种支柱安装类型，代号为HK。

第七步：现场测量输入数据模板所需的数据并导入输入数据模板。

第八步：读取输入数据模板中的数据，根据其中的“腕臂安装类型”调用对应的几何约束模型，并在工况数据库中调用对应的工况数据库记录，根据工况数据库记录中的零部件尺寸索引编码在零部件数据库中查找对应的零部件尺寸数据。

第九步：将现场测量数据以及查找到的零部件尺寸数据加载到几何约束模型中，驱动几何约束模型生成腕臂预配的结果模型。

第十步：对腕臂预配的结果模型进行核查并生成腕臂预配图表。如结果模型有误，则重新检查并计算。

以下内容以兰新第二双线乐都至平安区间第49锚段第1011号支柱的腕臂预配为例，具体说明上述腕臂预配方法的运行过程。

步骤一，收集兰新第二双线的接触网腕臂安装图，对其中的腕臂安装类型进行分类。乐都至平安区间第49锚段第1011号支柱的腕臂安装类型为“曲线内侧中间柱反定位”，即为此支柱的工况。

步骤二，建立曲线内侧中间柱反定位的几何约束模型“反定位_直线_曲内”，如图3及图4。

步骤三，根据几何约束模型（反定位_直线_曲内）中的尺寸约束关系建立腕臂模型数据库并对其中的数据依序编号为：D101～D407，O101～O304。

步骤四，在兰新第二双线的接触网腕臂安装图中查找所有类型的零部件，据此查找零部件尺寸数据并建立腕臂预配零部件数据库及零部件尺寸数据记录。

步骤五，根据曲线内侧中间柱反定位的工况及腕臂模型数据库建立工况数据库及工况记录：工况索引为“-250QN”、几何约束模型为“反定位_直线_曲内”、D201～D407。

步骤六，建立输入数据模板，如图5。

步骤七，现场测量输入数据模板所需的数据并导入输入数据模板。乐都至平安区间第49锚段第1011号支柱的现场测量参数包括：支柱编号“1011”，支柱里程“160323.81”，腕臂安装类型“-250”，曲线半径“8000”，轨面宽度D101为“1505”，外轨超高D102为“60”，侧面限界D103为“3142”，支柱倾斜率D104为“4.83”，下底座高度D105为“4920”，上底座高度D106为“6220”，小里程侧跨距D108为“50.00”，大里程侧跨距D109为“50.00”，支柱安装类型“HK”。

步骤八，读取输入数据模板中的数据，根据其中的腕臂安装类型“-250”，调用对应的几何约束模型“反定位_直线_曲内”，并在工况数据库中调出对应工况“-250QN”的数据，根据工况数据在零部件数据库中查找对应的零部件尺寸数据。工况库中需要调用的数据包括：1）零部件尺寸数据：D201和D202为40131，D203和D204为40311，D205和D206为40312，D207和D208为40511，D209为40611，D210为40711，D211为空，D212为40811，D213和D214为41011，D215为41012，D216为41013，D217为41111，D218为41112，D219为41211，D220为41212，D221为41213，D222为41214，D223为41215，D224为41216，D225为41217，D226为41218，D227至D233为空，D234为41581，D235和D236为41681；2）零部件安装配合尺寸：D301为150，D302为500，D303为50，D304为250，D305为0，D306为110，D307为150；3）接触网系统数据：D401为5300，D402为1100，D403为1300，D404为300，D405为225，D406为500，D407为200。

根据工况数据在零部件数据库中查找对应的零部件尺寸数据，其结果为：40131为106，40311为700，40312为90,40511为75,40611为100,40711为100,40811为76,41011为50,41012为90,41013为90,41111为50,41112为1000,41211为450,41212为500,41213为250,41214为1200,41215为25,41216为35,41217为800,41218为19.9,41581为14.4,41681为62。

第九步：将第七、八步中读取到的现场测量数据以及查找到的零部件尺寸数据加载到几何约束模型中，驱动几何约束模型生成腕臂预配的结果模型。

第十步：对腕臂预配的结果模型及数据进行核查无误并生成腕臂预配图表，如图6。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

第一步：收集接触网腕臂安装图，对其中的腕臂安装类型进行分类整理，形成腕臂预配工况；

第二步：建立腕臂的几何约束模型；

第三步：根据几何约束模型中的尺寸约束关系建立腕臂模型数据类型库，并对其中的数据依序进行分类编号；

第四步：建立腕臂预配零部件数据库；

第五步：根据腕臂预配工况及腕臂模型数据类型库建立工况数据库；

第六步：建立输入数据模板；

第七步：现场测量输入数据模板所需的数据，并导入输入数据模板；

第八步：读取输入数据模板中的数据，根据其中的腕臂安装类型调用对应的几何约束模型，并在工况数据库中调用对应的工况数据库记录，根据工况数据库记录中的零部件尺寸索引编码在零部件数据库中查找对应的零部件尺寸数据；

第九步：将现场测量数据以及查找到的零部件尺寸数据加载到几何约束模型中，驱动几何约束模型生成腕臂预配的结果模型；

第十步：对腕臂预配的结果模型进行核查并生成腕臂预配图表；

如结果模型有误，则重新检查并计算。

2.根据权利要求1所述的基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法，其特征在于：

第一步中，腕臂安装类型分为：

直线中间柱正定位、反定位；

曲线内侧及外侧中间柱正定位、反定位；

直线非绝缘转换柱；

曲线内侧非绝缘转换柱；

曲线外侧非绝缘转换柱；

直线绝缘转换柱；

曲线内侧绝缘转换柱；

曲线外侧绝缘转换柱；

电分相转换柱；

其中：

、所述腕臂安装类型为单腕臂结构；

～所述腕臂安装类型为双腕臂结构；双腕臂结构分为工作支与非工作支，工作支为腕臂所悬挂的接触线与受电弓直接接触的单腕臂结构，非工作支为腕臂所悬挂的接触线不与受电弓接触的单腕臂结构。

3.根据权利要求1所述的基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法，其特征在于：

第一步中，腕臂预配工况为由下述分类组合而成的腕臂预配对象：

根据腕臂安装类型，分为如第一步所述的九种类型；

根据腕臂系统类型，分为绝缘旋转平腕臂结构和整体钢腕臂结构；

根据腕臂在支柱上的安装方式，分为预留孔安装方式和外抱安装方式。

4.根据权利要求1所述的基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法，其特征在于：

第二步中，几何约束模型由几何模型和约束关系组成，其具有唯一的几何约束模型编码；

几何模型为根据腕臂预配工况使用几何元素建立的模型；

约束关系为在满足接触线及承力索空间工作位置要求的前提下，对已建立的几何模型中的几何元素施加几何约束关系和尺寸约束关系；

施加约束关系时，以轨面连线中心为坐标原点，由接触线及承力索空间工作位置开始向支柱方向依次施加约束关系；

施加约束关系后的几何约束模型状态应为完备约束状态。

5.根据权利要求1所述的基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法，其特征在于：

第三步中，腕臂模型数据类型库中的数据包括：

接触网测量数据，如轨面宽度、外轨超高、侧面限界、跨距；

接触网零部件数据，如腕臂底座宽度、绝缘子长度、定位环宽度、定位器长度；

接触网零部件安装位置数据，如定位环安装位置、定位器安装位置；

接触网系统数据，如导线高度、结构高度、拉出值、受电弓包络线最大抬升高度；

腕臂预配输出结果数据，如平腕臂长度、斜腕臂长度、腕臂支撑长度。

6.根据权利要求1所述的基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法，其特征在于：

第四步中，腕臂预配零部件数据库的建立由以下步骤组成：

在接触网腕臂安装图中查找所有类型的零部件；

在零部件图中查找步骤中零部件的零部件尺寸数据；

创建零部件数据库并在其中建立零部件尺寸数据的记录。

7.根据权利要求1所述的基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法，其特征在于：

第五步中，工况数据库中的每一条记录对应一种腕臂预配工况，工况数据库中每条记录的建立由以下步骤组成：

根据腕臂预配工况，建立腕臂预配工况索引编码；

建立几何约束模型编码与腕臂预配工况索引编码之间的对应关系；

根据腕臂预配工况引用对应的零部件尺寸索引编码；

建立每种工况下的接触网零部件安装位置数据；

建立每种工况下的接触网系统数据。

8.根据权利要求1所述的基于参数化几何约束模型的腕臂预配方法，其特征在于：

第六步中，输入数据模板由腕臂模型数据类型库中的接触网测量数据及部分接触网系统数据构成。