CN108556634A - 一种空压转角受电弓和监测系统及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种空压转角受电弓和监测系统及其监测方法，发明提供的空压转角受电弓，弓体横截面为扇形，在弓体的弧度面上有至少两道凹状导轨，通过将导向柱的直线移动转化为弓体的转动，实现受电弓碳滑条的转向，通过受电弓托架两侧的光纤窥视镜，分段采集碳滑条的边际图像，再匹配融合成整体的碳滑条边际图像，供驾驶员判断受电弓磨损情况，进行旋转碳滑板或降弓操作。
Description
技术领域
本发明涉及电力机车与动车组受电弓的技术领域，具体来说，涉及一种空压转角受电弓，和一种空压转角受电弓监测系统，还涉及一种空压转角受电弓监测方法。
背景技术
机车或动车组在运行过程中，受电弓滑板不断受接触网的冲击和频繁振动。当滑板破裂时，在不断地受接触网的冲击和振动的条件下，破裂处的强度大幅下降，边缘极易碎裂脱落形成一个槽。当机车或动车组转弯时接触网容易被卡住造成弓、网的损坏，甚至严重的安全事故。为了避免弓网事故的发生，必须经常对受电弓的滑板进行检查，一旦磨损过度，及时进行降弓，启用备用受电弓。目前，主要采用固定于高架上的激光测量系统发送激光扫描光束，对低速通过的受电弓碳滑板进行扫描或照相，然后通过图像处理可自动检查出滑板超限及阶梯状磨、缺口、翘曲等异常现象；或固定于高架上的照相机、摄像系统，对低速通过的受电弓碳滑板进行照相、摄像，然后通过图像处理可自动检查出滑板超限及阶梯状磨、缺口、翘曲等异常现象。以上测量装置安装在固定高架上，由于受电弓磨损主要与车速、接触网的光滑度等因素有关有关，在机车运行的各里程路段，磨损情况也不近相同，若要能得知对机车运行的每个里程中受电弓的磨损情况来维护保养接触网，需要设置的检测点数量多投资大，为此需开发了一种便于随车检测磨损量的受电弓及其监测系统，使其在碳滑板磨损异常时能快速降弓。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种空压转角受电弓，便于被检测磨损量，在碳滑板磨损异常时能快速降弓，本发明的次要目的在于提供一种空压转角受电弓监测系统，便于随车检测磨损量，本发明的目的还在于提供的一种空压转角受电弓监测方法，用于准确分析受电弓表面碳滑板磨损异常的情况。
为达到上述目的，本发明提供了一种空压转角受电弓，在固定在托架上的两段受电弓弧度段间安装作用段，弧度段下部固定设置有弯曲的端板，碳滑板贴附于端板和作用段上表面，作用段下部固定设置有弓体，所述作用段通过两端中心位置延伸出的转轴与所述弧度段转动连接；
所述弓体为扇形柱状结构，在弓体的弧形面上设有至少两段凹状导轨，弧度面边缘延伸出与碳滑板配合的卡槽，卡槽内设置有在弓体各个矩形面长轴方向延伸的两个气道，气道凸出于卡槽底面，碳滑板与卡槽底面的接触位置分别设置有气道膜；
所述托架上固定有与作用段平行的一对气缸及其活塞杆，活塞杆上固定有的导向柱，导向柱止抵于对应的凹状导轨中与凹状导轨滑动连接，用于驱动所述弓体相对端板转动；
沿托架长度方向两侧等距安装有等量的光纤窥视镜，光纤窥视镜法线互相平行且垂直于作用段边缘，用于采集旋转后平行于光纤窥视镜法线的碳滑板边际图像。
为使所述受电弓便于随车检测碳滑板的磨损程度且不中断受电弓与接触线的接触，优选地，所述碳滑板分为相互垂直的左右碳滑条，左右碳滑条贴附于所述卡槽底面的气道膜上。
为使所述碳滑板达到磨损极限或受电弓受到较大冲击能自动降弓，优选地，所述弓体两端弧形面还设有气嘴接头和导电接头，所述弓体两端位置气道端部固定安装有堵头。
进一步地，所述弧度段端部设有与转轴对应的盲孔。
由于受电弓上可供安装监视设备的空间有限，摄像类单子模块在受电弓上安装时较难获得供电或通信条件，优选地，所述光纤窥视镜包括目镜，CCD耦合镜，连接于CCD耦合镜和目镜之间的纤接头、像素光纤，以及位于图像分析主板上用于插接CCD耦合镜的成像模块。
一种受电弓的监测系统，包括监视所述活塞杆运动位置的涡流接近开关，用于监测固定于活塞杆上的导向柱在弓体表面凹形导轨内的位置；控制所述气缸伸缩的电磁换向阀，用于切断和开通气缸的供气通道，保持活塞杆相对气缸的位置，便于光纤窥视镜监视碳滑条的侧面图像；根据所述活塞杆运动位置控制图像分析主板采集碳滑条边际图像的服务控制端。
一种受电弓的监测方法，包括步骤：
S01.控制电磁换向阀动作使一对所述气缸中的一个充气，另一个泄气，驱动导向柱从凹形导轨的一端移动至另一端；
S02.当监视到所述活塞杆对应于弓体顺时针或逆时针旋转90度的运动位置后，控制图像分析主板采集碳滑板的侧面图像；
S03.对采集的侧面图像进行灰度二阶导数处理，得到该光纤窥视镜视场范围内的碳滑板侧面的边际图像，以碳滑板的厚度方向为Y轴，长度方向为X轴建立坐标系，拟合各个边际图像中碳滑板的边际线，碳滑板边际线任一点的坐标为Fj(x，d)或Fi(x，d)，j分别取1，2，3，…M，i分别取1，2，3，…N，d为碳滑板外表面某一处沿碳滑板厚度方向到图像X轴边缘的距离，x为碳滑板外表面某一处沿碳滑板长度方向到图像Y轴边缘的距离；
S04.以同时采集的边际图像边际线的d值的重叠区域作为参考，将同时采集边际线进行无缝无重叠的匹配融合，得碳滑板的完整边际图像；
S05.统计边际线d值低于阀值的x轴坐标点，获得磨损超范围的碳滑板区域，以及磨损程度。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
1.本发明提供的空压转角受电弓，弓体横截面为扇形，在弓体的弧度面上有至少两道凹状导轨，通过将导向柱的直线移动转化为弓体的转动，实现受电弓碳滑条的转向，利于从侧面监视碳滑条的磨损程度，两道凹状导轨有利于转动后弓体的稳定；
2.驱动弓体转动的机构，只有气缸、活塞杆、导向柱，结构简单，占用空间小，由压缩空气驱动，在碳滑板磨损严重与接触网接触不良，无电的情况下也可转动碳滑板重新受电；
3.在使受电弓碳滑板能够转向的同时，受电弓可与气动降弓装置连接，当碳滑板达到磨损极限或受电弓受到较大冲击发生漏气时，会启动受电弓降弓装置，使碳滑板快速脱离接触网，从而避免事故发生；
4.通过在托架上安装互相平行的一列光纤窥视镜，分段采集碳滑条的边际图像，再匹配融合成整体的碳滑条边际图像，可防止仅设置单一摄像设备时，图像应拍摄角度失真影响碳滑板厚度监视精度，又应设置多个摄像设备占用空间和难以统一维护的问题，本发明的光纤窥视镜无需获得供电，无外部电子元件，结构简单，占用空间小，由图像分析主板统一控制采集碳滑条边际图像，控制方法简单，图像处理过程仅涉及灰度二阶导数和图像融合过程，不存在激光三角测距等其他监视技术中：有采集盲区，测量物体表面反光影响精度，测量物体表面形貌复杂有遮挡影响精度的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明提供的一种空压转角受电弓的主视结构图；
图2为本发明提供的一种空压转角受电弓图1中B-B方向的局部侧视视图；
图3为本发明提供的一种空压转角受电弓图1中C-C方向的局部侧视视图；
图4为本发明提供的一种空压转角受电弓图1中D-D方向的局部侧视视图；
图5为本发明提供的一种空压转角受电弓图1中E-E方向的局部侧视视图；
图6为本发明提供的一种空压转角受电弓监视系统的结构框图；
图7为本发明提供的一种空压转角受电弓监视系统光纤窥视镜的结构框图；
图8为本发明提供的一种空压转角受电弓监视方法中某个光纤窥视镜采集的碳滑板侧视图；
图9为本发明提供的一种空压转角受电弓监视方法中一侧光纤窥视镜采集的碳滑板侧视融合图。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种空压转角受电弓及其监测系统，如图1为受电弓1一种工作状态的俯视图，包括位于中间的受电弓1作用段2和两侧的弧度段3，弧度段3安装在托架31上，作用段2通过两端中心处延伸出的转轴21与弧度段3转动连接，作用段2上部固定设置有碳滑板4，作用段2下部固定设置有弓体22，弓体22与碳滑板4的非接触面为弧形面，弧形面上设有凹状导轨11，托架31上固定有与作用段2平行的一对气缸91/90及其活塞杆92，活塞杆92上固定有导向柱93，导向柱93端部向上延伸止抵在凹状导轨11中，所述气缸91/90上相应设有进气孔和排气孔，当导向柱93在气缸91/90的驱动下往复运动时，导向柱93端部沿凹状导轨11滑动，驱动弓体22转动，弓体两端弧形面还设有气嘴接头101和导电接头8，气嘴接头101与气管或堵头连接，导电接头8用于将接触线0的电流引至机车，所述弧度段3下部固定设置有弯曲的端板5，碳滑板4贴附于端板5上表面。
如图2为图1所示受电弓B-B方向的局部主视视图，在托架31左右侧分别排列有N个左侧光纤窥视镜13和M个右侧光纤窥视镜12，N＝M，作用段2上部固定设置的碳滑板4分为左右碳滑条42/41，作用段2的下部的弓体22为扇形柱状结构，弓体22弧度面朝外，弧度面上设置有至少两段凹状导轨11，弓体22弧度面边缘延伸出与左右碳滑条42/41配合的卡槽6，卡槽内设置有分别在弓体两个矩形面长轴方向延伸的气道7，气道凸出于卡槽底面，左右碳滑条与卡槽底面的接触位置分别设置有气道膜8；弓体22两端中心各与转轴21连接，弧度段3端部设有与转轴21对应的盲孔，弓体22通过转轴21套接在两侧的弧度段3间，弓体22在导向柱93的驱动下旋转一定转角，使受电弓一起绕旋转一定转角。
如图3为图1中受电弓C-C方向的侧视图，导电接头8固定在弓体22的弧度面，位于弓体22两端，作用段2两端位置气道端部固定安装有堵头14。
如图4为图1中受电弓D-D方向的侧视图，嘴接头101固定在弓体22的弧度面，位于弓体22两端。相应的气管通过气嘴接头向气道供气保持气道内的气压；所述气道通过气嘴接头和受电弓自动降弓装置的气道相连接。作用是当碳滑板达到磨损极限或受电弓受到较大冲击发生漏气时，会启动受电弓降弓装置，使碳滑板快速脱离接触网，从而避免事故发生。
图5为图1中受电弓E-E方向的侧视图，端板5上部粘接有碳滑板4，端板端部设有与转轴对应的盲孔51。
其中，所述受电弓工作段2与所述端板5均为铝材，所述碳滑板为石墨；所述受电弓工作段2与所述端板5及所述碳滑板4均通过导电胶相粘结，这可以保证碳滑板和工作段2之间连接的紧密性和牢固性，托架31和导向柱93为绝缘材料制成。
图2中受电弓工作段顺时针旋转一定角度后，例如90度，使工段2的左碳滑条42与接触线0接触，而右碳滑条41垂直向下，使位于受电弓工作段2下方的右侧光纤窥视镜12采集受电弓工作段右碳滑条41的侧面图像，右侧光纤窥视镜12法线垂直于受电弓工作段右碳滑条41侧面；在所述受电弓工作段在图2位置时，位于受电弓工作段2下方的左侧光纤窥视镜13采集，受电弓工作段左碳滑条42的侧面图像，左侧光纤窥视镜13法线垂直于受电弓工作段左碳滑条42侧面；采集的左右碳滑条42/41侧面图像可直接用于判断碳滑板的磨损情况。
如图6-7所述左侧光纤窥视镜13和右侧光纤窥视镜12包括目镜101、光纤接头102、像素光纤103、CCD耦合镜104，通过目镜101采集左右碳滑条42/41的侧视图像，经像素光纤传输，光钎接头耦合进CCD耦合镜中，对应于左侧光纤窥视镜13和右侧光纤窥视镜12的N+M个CCD耦合镜插接在位于同一个图像分析主板15上的N+M个成像模块16内，同时将左右碳滑条42/41的侧视图像信息统一传递给服务控制端17。
为随车监测所述受电弓的磨损情况，空压转角受电弓监测方法包括步骤：
S01.参见图1-2，在受电弓1沿接触线0相对运动一站路程L后，控制气缸91充气，气缸90排气泄压，或控制气缸90充气，气缸91排气泄压，使导向柱93左移或右移；
S02.当弓体22顺时针或逆时针旋转90度，控制图像分析主板采集碳滑板的侧面图像，即使右碳滑条42或左碳滑条41表面平行于光纤窥视镜法线时，便于右侧光纤窥视镜12或左侧光纤窥视镜13采集，右碳滑条42或左碳滑条41的侧视图像；
S03.如图8，对第j个右侧光纤窥视镜(共M个右侧光纤窥视镜)或第i个左侧光纤窥视镜(共N个左侧光纤窥视镜)采集的侧面图像进行灰度二阶导数处理，得到该光纤窥视镜视场范围内的右或左碳滑条的边际图像，以碳滑条的厚度方向为Y轴，长度方向为X轴建立坐标系，碳滑条边际线任一点的坐标为Fj(x，d)或Fi(x，d)，(j分别取1，2，3，…M)，(i分别取1，2，3，…N)，d为碳滑条外表面某一处沿碳滑条厚度方向到图像X轴边缘的距离，x为碳滑条外表面某一处沿碳滑条长度方向到图像Y轴边缘的距离，N或M个光纤窥视镜可以得到N或M个碳滑条的边际图像，N或M个边际图像视场互有重叠区域，在光纤窥视镜下的未经磨损的碳滑条图形为矩形；
S04.以N或M个边际图像边际线的d值的重叠区域作为参考，将N或M个Fj(x,d)或Fi(x,d)边际线进行无缝无重叠的匹配融合，得受电弓工作段右或左碳滑条的完整边际图像，如9；
S05.统计边际线d值低于阀值的x轴坐标点，获得磨损范围的碳滑板区域，以及磨损程度。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，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和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种空压转角受电弓，在固定在托架上的两段受电弓弧度段间安装作用段，弧度段下部固定设置有弯曲的端板，碳滑板贴附于端板和作用段上表面，作用段下部固定设置有弓体，其特征在于：
所述作用段通过两端中心位置延伸出的转轴与所述弧度段转动连接；
所述弓体为扇形柱状结构，在弓体的弧形面上设有至少两段凹状导轨，弧度面边缘延伸出与碳滑板配合的卡槽，卡槽内设置有在弓体各个矩形面长轴方向延伸的两个气道，气道凸出于卡槽底面，碳滑板与卡槽底面的接触位置分别设置有气道膜；
所述托架上固定有与作用段平行的一对气缸及其活塞杆，活塞杆上固定有的导向柱，导向柱止抵于对应的凹状导轨中与凹状导轨滑动连接，用于驱动所述弓体相对端板转动；
沿托架长度方向两侧等距安装有等量的光纤窥视镜，光纤窥视镜法线互相平行且垂直于作用段边缘，用于采集旋转后平行于光纤窥视镜法线的碳滑板边际图像。
2.如权利要求1所述空压转角受电弓，其特征在于：所述碳滑板分为相互垂直的左右碳滑条，左右碳滑条贴附于所述卡槽底面的气道膜上。
3.如权利要求1所述空压转角受电弓，其特征在于：所述弓体两端弧形面还设有气嘴接头和导电接头，所述弓体两端位置气道端部固定安装有堵头。
4.如权利要求1所述空压转角受电弓，其特征在于：所述弧度段端部设有与转轴对应的盲孔。
5.如权利要求1所述空压转角受电弓，其特征在于：所述光纤窥视镜包括目镜，CCD耦合镜，连接于CCD耦合镜和目镜之间的纤接头、像素光纤，以及位于图像分析主板上用于插接CCD耦合镜的成像模块。
6.一种基于权利要求1所述受电弓的监测系统，其特征在于，包括监视所述活塞杆运动位置的涡流接近开关，用于监测固定于活塞杆上的导向柱在弓体表面凹形导轨内的位置；控制所述气缸伸缩的电磁换向阀，用于切断和开通气缸的供气通道，保持活塞杆相对气缸的位置，便于光纤窥视镜监视碳滑条的侧面图像；根据所述活塞杆运动位置控制图像分析主板采集碳滑条边际图像的服务控制端。
7.一种基于权利要求1或6所述受电弓的监测方法，其特征在于，包括步骤：
S01.控制电磁换向阀动作使一对所述气缸中的一个充气，另一个泄气，驱动导向柱从凹形导轨的一端移动至另一端；
S02.当监视到所述活塞杆对应于弓体顺时针或逆时针旋转90度的运动位置后，控制图像分析主板采集碳滑板的侧面图像；
S03.对采集的侧面图像进行灰度二阶导数处理，得到该光纤窥视镜视场范围内的碳滑板侧面的边际图像，以碳滑板的厚度方向为Y轴，长度方向为X轴建立坐标系，拟合各个边际图像中碳滑板的边际线，碳滑板边际线任一点的坐标为Fj（x，d）或Fi（x，d），j分别取1 ，2 ，3，…M，i分别取1 ，2 ，3，…N，d为碳滑板外表面某一处沿碳滑板厚度方向到图像X轴边缘的距离，x为碳滑板外表面某一处沿碳滑条长度方向到图像Y轴边缘的距离；
S04.以同时采集的边际图像边际线的d值的重叠区域作为参考，将同时采集边际线进行无缝无重叠的匹配融合，得碳滑板的完整边际图像；
S05.统计边际线d值低于阀值的x轴坐标点，获得磨损超范围的碳滑板区域，以及磨损程度。
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