CN107727521B - 一种接触网吊弦疲劳试验方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种接触网吊弦疲劳试验方法和装置，驱动吊弦下部抬升，并在一定高度释放，使吊弦的下部依靠重力自由下落，吊弦的上部可以是保持刚性固定，也可以采用被动弹性固定，也可以采用模拟承力索运动的方式主动配合吊弦下部运动。本发明能够使吊弦的疲劳试验中疲劳载荷加载过程不受机械驱动装置本身个别参数不易控制的影响；同时，能够模拟更真实的吊弦现场实际工况，提高吊弦疲劳试验结果的精准性。

Description

一种接触网吊弦疲劳试验方法和装置

技术领域

本发明属于接触网技术领域，特别是涉及一种接触网吊弦疲劳试验方法和装置。

背景技术

接触网是沿电气化铁路架设的，专门用于向电力机车或动车组提供电能的电能传输结构，主要由接触悬挂、定位与支持装置、支柱与基础构成，在电气化铁路上运行的电力机车或动车组靠安装在其车顶的受电弓与接触悬挂滑动接触，从而完成电能从电力系统向机车的传输，进而驱动列车前进。

其中，吊弦是用来连接承力索与接触线的关键部件，其作用是确定接触线在空间的位置，并使接触线在空中保持相对平直的状态，从而使受电弓在与接触线滑动接触过程中更为平顺，因此，在受电弓与接触网相互作用过程中，吊弦承受了复杂的载荷，包括静态载荷、吊弦松弛过程的弯曲载荷、吊弦绷直瞬间的冲击载荷以及后续振动过程中的交变载荷等。

接触网现场运营过程中已经发现了不同规模的吊弦疲劳失效事件，吊弦一旦发生失效，轻则损坏受电弓，重则导致弓网系统故障、变电所跳闸等导致列车停车等事件，尤其是高速铁路，列车意外停电的影响更恶劣。

因此，在关于吊弦疲劳的实验室研究过程中，需要开展定量的吊弦疲劳试验，现有的吊弦疲劳试验方法大多采用上部加载的方式。

而现有的吊弦疲劳试验方法主要存在如下缺点：

1.吊弦的驱动方式和运动过程与吊弦现场实际工况有明显区别；吊弦现场典型的实际工况是受电弓将接触线抬高，即吊弦下部抬高，在承力索上升速度小于接触线上升速度的情况下，吊弦发生松弛，在受电弓通过后，接触线快速向下运动，随之带动吊弦绷直，现有的吊弦疲劳试验方法中从上部提起的过程和吊弦现场实际工况不符。

2.吊弦疲劳试验结果与单个运动周期的执行频率有关；从理论分析来看，吊弦绷直瞬间，吊弦内部的受力是影响吊弦疲劳寿命的重要因素，而现有吊弦疲劳试验方法中吊弦绷直瞬间的受力除了取决于配重物的质量以外，还与冲击前吊弦上部的向上运行速度有关，速度越快，瞬间受力越大。现有吊弦上部的运行轨迹一般按照正弦运动设置，所以，每一个运动周期的执行频率如果越高，则吊弦上部经过同一点的运行速度越快。若吊弦疲劳试验结果与单个运动周期的执行频率有关的话，则需要精确计算应该采用的试验频率，而现有标准在这方面并没有规定，且计算困难，另外，在现有吊弦疲劳试验方法基础上盲目开展加速疲劳试验更是缺乏依据，若仍要执行加速试验，则直接影响了实验结果的说服力。而吊弦受到的瞬间力的作用时间会受试验装置的驱动能力影响，若驱动能力较差，吊弦上部在冲击瞬间可能发生短暂的减速再加速，再如果试验装置加工公差较大，可能在冲击瞬间受公差旷量的影响下，导致吊弦上部运动瞬间停止而在通过旷量后再次启动，导致吊弦冲击的瞬间受力很难控制或不可控。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种接触网吊弦疲劳试验方法，使吊弦的疲劳试验中疲劳载荷加载过程不受机械驱动装置本身个别参数不易控制的影响；同时，能够模拟更真实的吊弦现场实际工况，提高吊弦疲劳试验结果的精准性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种接触网吊弦疲劳试验方法，包括步骤：

S100将吊弦上端固定于刚体或固定于弹性体上，并将吊弦下端悬挂配重物，所述配重物在垂直方向自由运动；

S200进行吊弦载荷加载，进行多组试验测试吊弦疲劳；

所述吊弦载荷加载，包括步骤：

S201吊弦下端连接配重物，使吊弦处于受拉力并绷直状态；

S202由抬升装置驱动吊弦下端或驱动配重物垂直抬升；

S203当抬升至试验高度时，瞬间将吊弦下端或配重物释放，使配重物带动吊弦下端自由下落，直至吊弦再次绷直，配重物停止向下运动，完成一次试验周期。

进一步的是，所述配重物带动吊弦下端自由下落时，所述吊弦下端下落到的最低点由吊弦自然绷直后的最低点决定；提高了实验和实际过程的一致性。

进一步的是，所述吊弦下端设置有限位装置；实现在吊弦未完全绷直时，由限位装置决定吊弦下部可达的最低位置。

进一步的是，在进行测试吊弦疲劳时：

当所述吊弦下端自由下落的加速度等于当地的重力加速度，即为无任何摩擦力干扰的自由落体试验状态；

当所述吊弦下端自由下落的加速度大于当地的重力加速度，即在吊弦下端加入额外的向下力，以模拟接触线波动特性；

当所述吊弦下部自由下落的加速度小于当地的重力加速度，即在吊弦下端下落过程中加入定量的阻尼、摩擦力或直接主动控制，以模拟接触线的运动轨迹。

另一方面，本发明还提供了一种接触网吊弦疲劳试验装置，包括主体框架、吊弦固定件、抬升装置、配重物、动力传动轴和电动机，所述吊弦固定件设置在主体框架的顶部，所述抬升装置设置在主体框架的底部，所述抬升装置的下端连接配重物，所述电动机通过动力传动轴驱动抬升装置，抬升装置使配重物垂直运动。

进一步的是，在所述吊弦固定件上设置有高度调节机构；能够随意调节吊弦高度。

进一步的是，所述高度调节机构为伸缩杆，调节过程方便可靠。

进一步的是，所述抬升装置为旋转抬升件，所述旋转抬升件包括旋转圆柱体、爬升坡道和旋转轴，所述爬升坡道置于旋转圆柱体的外表面上，所述旋转轴置于所述旋转圆柱体的轴线上；抬升精度高，提高了实验结果的准确性。

进一步的是，在所述配重物上设置有运动导轨；便于配重物移动。

进一步的是，所述配重物包括砝码底座和砝码，所述运动导轨包括导向滚轮和滑动导向杆，所述砝码堆叠在砝码底座上，所述砝码底座的两端通过导向滚轮与滑动导向杆滑动配合；通过调节砝码能够调节不同的配重物质量。

采用本技术方案的有益效果：

1.本发明中通过使吊弦下部主动抬起再自由下落，实现吊弦上部被动运动，从而实现了整个吊弦的运动状态和真实现场工况一致；

2.利用本发明的实验方法和装置，使吊弦内部最大拉应力在其他条件一致的情况下，仅与配重物质量和吊弦下部抬升高度有关，使得实验过程完全可控；且吊弦内部最大拉应力不受抬升驱动结构零部件配合公差影响，使得吊弦冲击的瞬间受力可控；

3.本发明中的驱动装置能将吊弦下部抬升至设定最高点的前提下，电机或其他驱动方式的功率大小不会影响吊弦内部最大拉应力，即驱动装置转速不恒定不影响吊弦内部最大拉应力；

4.本发明中吊弦上部的固定方式可更改，在吊弦受冲击力瞬间与其固定的载体弹性可控，从而使吊弦绷直瞬间内部最大冲击力可控，同时可以模拟更复杂的吊弦现场工况；

5.本发明可以随意加快试验进程或减慢试验进程，即加快或减慢旋转抬升机构的转速不影响吊弦内部最大拉应力；因为吊弦内部最大拉应力仅与配重物质量、抬升高度和吊弦上部安装点刚度阻尼有关，只要吊弦可以自由下落至最低位置，就与整体驱动装置的运行速度无关，提高实验过程的可控性。

附图说明

图1为本发明的一种接触网吊弦疲劳试验方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中一种接触网吊弦疲劳试验装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中抬升装置的结构示意图；

图4为本发明实施例中配重物的结构示意图；

图5为本发明实施例中被试吊弦可变工况示意图；

图6为发明实施例中吊弦内部受拉力随时间变化曲线示意；

其中，1是主体框架，2是吊弦固定件，3是抬升装置，4是配重物，5是动力传动轴，6是高度调节机构；31是旋转圆柱体，32是爬升坡道，33是旋转轴；41是砝码底座，42是砝码，43是导向滚轮，44是滑动导向杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1所示，本发明提出了一种接触网吊弦疲劳试验方法，包括步骤：

S100将吊弦上端固定于刚体或固定于弹性体上，并将吊弦下端悬挂配重物4，所述配重物4在垂直方向自由运动；

S200进行吊弦载荷加载，进行多组试验测试吊弦疲劳；

所述吊弦载荷加载，包括步骤：

S201吊弦下端连接配重物4，使吊弦处于受拉力并绷直状态；

S202由抬升装置3驱动吊弦下端或驱动配重物4垂直抬升；

S203当抬升至试验高度时，瞬间将吊弦下端或配重物4释放，使配重物4带动吊弦下端自由下落，直至吊弦再次绷直，配重物4停止向下运动，完成一次试验周期。

其中，所述配重物4带动吊弦下端自由下落时，所述吊弦下端下落到的最低点由吊弦自然绷直后的最低点决定；提高了实验和实际过程的一致性。

所述吊弦下端设置有限位装置；实现在吊弦未完全绷直时，由限位装置决定吊弦下部可达的最低位置。

其中，在进行测试吊弦疲劳时：

当所述吊弦下端自由下落的加速度等于当地的重力加速度，即为无任何摩擦力干扰的自由落体试验状态；

当所述吊弦下端自由下落的加速度大于当地的重力加速度，即在吊弦下端加入额外的向下力，以模拟接触线波动特性；

当所述吊弦下部自由下落的加速度小于当地的重力加速度，即在吊弦下端下落过程中加入定量的阻尼、摩擦力或直接主动控制，以模拟接触线的运动轨迹。

为配合本发明方法的实现，基于相同的发明构思，如图2所示，本发明还提供了一种接触网吊弦疲劳试验装置，包括主体框架1、吊弦固定件2、抬升装置3、配重物4、动力传动轴5和电动机，所述吊弦固定件2设置在主体框架1的顶部，所述抬升装置3设置在主体框架1的底部，所述抬升装置3的下端连接配重物4，所述电动机通过动力传动轴5驱动抬升装置3，抬升装置3使配重物4垂直运动。

作为上述实施例的优化方案，在所述吊弦固定件2上设置有高度调节机构6；能够随意调节吊弦高度。

所述高度调节机构6为伸缩杆，调节过程方便可靠。

作为上述实施例的优化方案，如图3所示，所述抬升装置3为旋转抬升件，所述旋转抬升件包括旋转圆柱体31、爬升坡道32和旋转轴33，所述爬升坡道32置于旋转圆柱体31的外表面上，所述旋转轴33置于所述旋转圆柱体31的轴线上；抬升精度高，提高了实验结果的准确性。

作为上述实施例的优化方案，如图4所示，在所述配重物4上设置有运动导轨；便于配重物4移动。

所述配重物4包括砝码底座41和砝码42，所述运动导轨包括导向滚轮43和滑动导向杆44，所述砝码42堆叠在砝码底座41上，所述砝码底座41的两端通过导向滚轮43与滑动导向杆44滑动配合；通过调节砝码42能够调节不同的配重物4质量。

下面以4组吊弦的疲劳试验为例，具体实施过程如下：

实验准备过程：首先，将主体框架1固定于稳定的地面；然后，将吊弦上部安装于吊弦固定件2上，通过高度调整机构，根据吊弦在绷直状态的下部高度要求，调整吊弦的高度，调整好后锁紧固定；此时，吊弦在绷直状态的下部高度范围是能使配重物4导向滚轮43高度在爬升坡道32的高度范围内，且可以根据试验要求精确调整；最后，根据砝码42不同的组合的变化调整配重物4的质量。例如：在一组滑动导向杆44之间且与两根滑动导向杆44相连的可移动零部件的质量总和约等于配重质量。

开展吊弦疲劳试验时：电动机或其他驱动结构驱动动力驱动轴旋转，带动抬升装置3按照能使配重物4驱动滚轮在爬升坡道32上上升的方向旋转，此时吊弦处于绷直状态，配重物4驱动滚轮位置处于本组试验的最低位置；当抬升机构转动到与配重物4驱动滚轮接触并继续旋转时，配重物4驱动滚轮沿爬升坡道32逐渐上升，带动砝码底座41沿滑动导向杆44垂向向上移动；抬升机构继续旋转并带动配重物4驱动滚轮运行至爬升坡道32顶部后，配重物4驱动滚轮从爬升坡道32顶端的末端自由下落，并再次回到接触爬升坡道32前的高度，从而完成一次试验周期；然后，抬升机构不停地旋转，重复此过程，从而完成一组完整的吊弦疲劳试验。

在上述疲劳试验单个周期中，吊弦上部的吊弦固定件2可以为刚性固定，也可以加入带弹性或阻尼装置；吊弦下部在被动抬升过程中，吊弦可能发生松弛，当配重物4驱动滚轮运行至爬升坡道32顶部时，吊弦出现最大弯曲；随后，吊弦下部快速下降，直至再次绷直，这个过程和吊弦在现场的工况下的行为非常类似。

在本实施实例中，如图5所示，同一吊弦工况的调整方式可以是改变不同质量的配重物4，也可以通过调整吊弦上部安装点的高度来调整吊弦下部起始爬升点的位置，从而实现从不同的下落落差，也可以调整吊弦上部安装点的刚度和阻尼调整吊弦工况；并且，在不同的工况下实现吊弦在某次疲劳试验中实现如图6的某条拉力曲线，并不断重复相应曲线，达到疲劳试验的目的。

根据吊弦在接触网现场的工况，由理论分析可知，吊弦内部最大拉应力出现于吊弦忽然绷紧的瞬间；由疲劳理论可知，吊弦疲劳寿命与吊弦最大内部应力有关，即吊弦最大内部拉应力的大小很大程度上决定了吊弦的寿命。本发明除了通过改变配重物4质量控制吊弦载荷以外，还通过控制吊弦抬升高度和吊弦上部安装点刚度和阻尼的方式控制吊弦在绷紧瞬间吊弦下部运行峰值速度和吊弦绷直后的速度变化量，从而达到控制吊弦内部最大拉应力的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种接触网吊弦疲劳试验方法，其特征在于，

基于接触网吊弦疲劳试验装置，包括主体框架(1)、吊弦固定件(2)、抬升装置(3)、配重物(4)、动力传动轴(5)和电动机，所述吊弦固定件(2)设置在主体框架(1)的顶部，所述抬升装置(3)设置在主体框架(1)的底部，所述抬升装置(3)的下端连接配重物(4)，所述电动机通过动力传动轴(5)驱动抬升装置(3)，抬升装置(3)使配重物(4)垂直运动；所述抬升装置(3)为旋转抬升件，所述旋转抬升件包括旋转圆柱体(31)、爬升坡道(32)和旋转轴(33)，所述爬升坡道(32)置于旋转圆柱体(31)的外表面上，所述旋转轴(33)置于所述旋转圆柱体(31)的轴线上；

包括步骤：

S100将吊弦上端固定于刚体或固定于弹性体上，并将吊弦下端悬挂配重物(4)，所述配重物(4)在垂直方向自由运动；

S200进行吊弦载荷加载，进行多组试验测试吊弦疲劳；

所述吊弦载荷加载，包括步骤：

S201吊弦下端连接配重物(4)，使吊弦处于受拉力并绷直状态；

S202由抬升装置(3)驱动吊弦下端或驱动配重物(4)垂直抬升；

S203当抬升至试验高度时，瞬间将吊弦下端或配重物(4)释放，使配重物(4)带动吊弦下端自由下落，直至吊弦再次绷直，配重物(4)停止向下运动，完成一次试验周期。

2.根据权利要求1所述的一种接触网吊弦疲劳试验方法，其特征在于，所述配重物(4)带动吊弦下端自由下落时，所述吊弦下端下落到的最低点由吊弦自然绷直后的最低点决定。

3.根据权利要求2所述的一种接触网吊弦疲劳试验方法，其特征在于，所述吊弦下端设置有限位装置。

4.根据权利要求3所述的一种接触网吊弦疲劳试验方法，其特征在于，在进行测试吊弦疲劳时：

当所述吊弦下端自由下落的加速度等于当地的重力加速度，即为无任何摩擦力干扰的自由落体试验状态；

当所述吊弦下端自由下落的加速度大于当地的重力加速度，即在吊弦下端加入额外的向下力，模拟接触线波动特性；

当所述吊弦下部自由下落的加速度小于当地的重力加速度，即在吊弦下端下落过程中加入定量的阻尼、摩擦力或直接主动控制，模拟接触线的运动轨迹。

5.根据权利要求1所述的一种接触网吊弦疲劳试验方法，其特征在于，在所述吊弦固定件(2)上设置有高度调节机构(6)。

6.根据权利要求5所述的一种接触网吊弦疲劳试验方法，其特征在于，所述高度调节机构(6)为伸缩杆。

7.根据权利要求1所述的一种接触网吊弦疲劳试验方法，其特征在于，在所述配重物(4)上设置有运动导轨。

8.根据权利要求7所述的一种接触网吊弦疲劳试验方法，其特征在于，所述配重物(4)包括砝码底座(41)和砝码(42)，所述运动导轨包括导向滚轮(43)和滑动导向杆(44)，所述砝码(42)堆叠在砝码底座(41)上，所述砝码底座(41)的两端通过导向滚轮(43)与滑动导向杆(44)滑动配合。