CN116164871B - 一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统及方法 - Google Patents

一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统及方法，属于轨道交通车辆在线式自动检测技术领域，该系统包括测试轨与若干压力测试单元；所述压力测试单元可检测测试轨在受流器施力方向上的压力变化，从而计算受流器压力。系统采在垂直方向布置多个拉压力传感器，避免因作用力方向改变造成测量误差；系统在接触轨供电和测量单元间设有绝缘结构，列车在检测区可正常取电，且不对监测单元造成干扰；系统检测效率高，单次过车即可测量列车上所有受流器和接触轨的接触压力。

Description

一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统及方法
技术领域
本发明属于轨道交通车辆在线式自动检测技术，尤其涉及一种轨道车辆受流器接触压力的在线检测系统和方法。
背景技术
轨道交通牵引供电系统除采用弓网方式受电外，还可采用第三轨式受电，又称接触轨式受电。接触轨式受电系统具有寿命长、可靠性高、维护成本低等优点，在城轨领域应用广泛。接触轨式受电系统通过转向架上的受流器（集电靴）与接触轨相互接触取电。受流器与接触轨间压力较小时，会产生离线电弧（又称打火），灼蚀碳滑板或接触轨；压力较大则会加大碳滑板和接触轨的摩擦力，加速碳滑板磨损，缩短受流器使用寿命。
城轨车辆根据检修规程须定期对受流器压力进行测量，确认受流器碳滑板与接触轨压力是否在120N±24。以B型地铁车辆为例，传统检修方法采用弹簧测力计对列车两侧共20个受流器压力进行人工测量，测量过程非常耗时(2人约40分钟)，且人工测量数据不准确，数据重复性差，且在读数和记录均易出错。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统及方法，能够对轨道车辆受流器的压力进行高效率的在线监测。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，包括测试轨与若干压力测试单元；所述压力测试单元可检测测试轨在受流器施力方向上的压力变化，从而计算受流器压力。
作为一种改进，所述压力测试单元包括调节支架，所述调节支架上固定有拉力传感器；所述测试轨悬挂在拉力传感器上；还包括可沿调节支架上的上下滑动的连接件，所述测试轨利用连接件与调节支架连接。
作为一种改进，所述拉力传感器与测试轨之间硬连接有绝缘子。
作为一种进一步的改进，所述压力测试单元包括并排设置的两个拉力传感器，所述两个拉力传感器利用转接件与绝缘子连接。
作为另一种更进一步的改进，所述调节支架上水平设置有安装板，所述安装板上开有安装螺孔；所述拉力传感器利用与安装螺孔螺纹配合的传感器支座固定在安装板上。
作为一种改进，所述安装板竖直方向的位置可调节。
作为一种改进， 所述传感器支座的顶端设置有直径大于安装螺孔的端头。
作为一种改进，所述调节支架上设置有沿竖直方向延伸的轨道，所述卡爪可沿轨道滑动；所述轨道上设置有限位块。
作为一种改进，所述测试轨两端设置有斜向的切口。
作为一种改进，所述压力测试单元利用壳体进行遮蔽。
作为一种改进，每段测试轨上的压力测试单元为两个，分设于测试轨两端；还包括用于采集压力数据的采集箱。
作为一种改进，所述测试轨为两段，分设于轨道车辆两侧；并且两段测试轨前后错开。
本发明还提供一种轨道车辆受流器接触压力在线监测方法，应用于上述轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，包括：
对拉力传感器进行标定，获得拉力传感器的压力转换参数；
将测试轨两端调平，使得测试轨两端位于同一水平面上；
将拉力传感器调平，使得所有拉力传感器位于同一水平面上，并使得拉力传感器受力一致；
记录轨道车辆未经过时传感器的初始压力；
测试所有拉力传感器的总偏差；
驱使轨道车辆通过测试轨，采集受流器经过测试轨中部时拉力传感器的电信号；
通过压力转换参数将电信号转换为测试压力值；
利用初始压力值和测试压力值计算受流器接触压力，并利用偏差进行修正。
作为一种改进，所述对拉力传感器进行标定的方法包括：
将拉力传感器上端固定，下端分别悬挂不同重量的砝码；
记录砝码重量以及对应的拉力传感器输出的电压值；
利用公式
Fj= K×Vi+ b
进行线性拟合，求取压力转换参数；其中，Vi为传感器输出的电压值，Fj为第j个砝码的重量，K及b为压力转换参数。
作为一种改进，所述砝码的重量为拉力传感器在监测中承受的总重量G的1/n±10%范围内，其中n为拉力传感器的数量。
作为一种改进，测试所有拉力传感器的总偏差的方法包括：
利用标准拉力计对测试轨进行向上的牵引；
当标准拉力计读数达到受流器额定压力值时，记录各拉力传感器测量值；
利用公式
计算拉力传感器偏差；其中ΔF为传感器偏差，G为传感器监测中承受的总重量，Fi为i个拉力传感器测试的拉力值,Fd为受流器额定压力值。
作为一种改进，所述利用初始压力值和测试压力值计算受流器接触压力，并利用偏差进行修正的方法包括：
利用公式
计算受流器压力并进行修正，其中F为受流器压力，G为拉力传感器在监测中承受的总重量，Fi为第i个传感器测试的拉力值，ΔF为传感器偏差。
本发明的有益之处在于：
1、系统采在垂直方向布置多个拉压力传感器，避免因作用力方向改变造成测量误差；
2、系统在接触轨供电和测量单元间设有绝缘结构，列车在检测区可正常取电，且不对监测单元造成干扰；
3、系统检测效率高，单次过车即可测量列车上所有受流器和接触轨的接触压力；
4、系统可自动对采集的压力数据进行处理分析，并将处理结果上传到报表；
5、系统可适应复杂环境，可在正线或入库线上使用，具备防尘、防水功能.
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中压力检测单元的结构示意图。
图3为本发明布置方式的示意图。
图中标记：1压力采集单元、2测试轨、3采集箱；11传感器支座、12拉力传感器、13转接件、14调节支架、15安装板、16背板、17绝缘子、18卡爪、19切口、100接触轨、101卡爪。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
现有技术中国专利申请CN113405714A公开了一种基于应变测量的列车受流器压力检测方法，所述主要方法是在通过在列车接触轨的预设位置设置应变检测区域，当列车受流器从应变检测区域滑过时，基于应变检测区域检测的数据确定列车受流器的碳滑板对接触轨的压力值。
尽管该方法也可以进行在线检测受流器压力，但也具有以下缺点：
1、应变片输出压力信号响应速度较慢；
2、应变片的安装精度对监测数据结果影响较大；
3、应变片式测量方法受环境温度影响较大，影响检测精度。
为了解决上述技术问题，提高精度和响应速度，如图1、图2所示，本发明提供一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，包括测试轨2与若干压力测试单元1；所述压力测试单元1可检测测试轨2在受流器施力方向上的压力变化，从而计算受流器压力。另外还包括用于采集压力数据的采集箱3。
测试轨2在轨道车流经过时，受流器会对测试轨2产生一定的压力，该压力会导致测试轨2在该方向压力的一个变化，本发明的原理就是通过该压力变化来计算受流器压力。
受流器根据与接触轨100的安装方式，分为接触轨100下部受流、上部受流或侧面受流。针对不同的受流方式，压力测试单元1的测试形式做相应的针对性改变即可，其检测的原理不变。
现有的国内的轨道车辆受流器与接触轨100接触的位置在接触轨100底部，即下部受流方式。因此受流器对接触轨100的压力是由下往上的。
因此作为其中一个实施例，应用于国内下部受流的方式，所述压力测试单元1包括调节支架14，所述调节支架14上固定有拉力传感器12；所述测试轨2悬挂在拉力传感器12上；还包括可沿调节支架14上的上下滑动的连接件，所述测试轨2利用连接件与调节支架14连接。利用连接件连接测试轨2的目的是导向，使得测试轨2只能上下方向运动，避免产生其他方向的分力从而使得监测结果不准确。
本实施例中，连接件优选为卡爪18，即测试轨2通过卡接的方式与卡爪18连接，方便装卸。
另外，所述拉力传感器12与测试轨2之间硬连接有绝缘子17。其目的在于防止受流器上的电流对压力测试单元1产生影响。本实施例中，压力测试单元1包括并排设置的两个拉力传感器12，所述两个拉力传感器12利用转接件13与绝缘子17连接，使得拉力能够均匀的分布在两个拉力传感器12上。
拉力传感器12在本实施例中安装形式具体为：
所述调节支架14上水平设置有安装板15，所述安装板15上开有安装螺孔；所述拉力传感器12利用与安装螺孔螺纹配合的传感器支座11固定在安装板15上。通过螺纹拼合，可以微调拉力传感器12的高度，从而便于将所有拉力传感器12调平到同一个水平面上，使得测量更加的精准。本实施例中安装板15在竖直方向上的位置也可以调整。安装板15上固定有竖直的背板16，背板16用于与调节支架14连接。而调节支架14上开有竖向的长孔，通过螺栓贯穿上孔固定背板，使得安装板15位置可调。
所述传感器支座11的顶端设置有直径大于安装螺孔的端头，类似螺栓，使得传感器支座11不从安装板15上掉落。
为了便于卡爪18的位置调节，所述调节支架14上设置有沿竖直方向延伸的轨道，所述卡爪15可沿轨道滑动；所述轨道上设置有限位块，避免卡爪从轨道上滑脱。
由于本发明为在线检测，因此测试轨2要作为一段接触轨与普通的接触轨100相连。为了消除端头部分的影响，本发明中测试轨2两端设置有斜向45°的切口19，普通接触轨100端头也具有相应的斜向45°的切口，使得过渡更加的平滑。接触轨100同样利用固定的卡爪101进行支撑。
本发明中为了确保测试轨的平衡，所述每段测试轨2压力测试单元1为两个，分设于测试轨2两端。当然也可以设置多个压力测试单元1，可根据测试轨2的长度进行选择。
由于轨道车辆两侧都设置有受流器，因此需要对两侧的受流器都进行检测。为了提高效率，如图3所示，所述测试轨2为两段，分设于轨道车辆两侧；并且两段测试轨2前后错开。这样就可以一次性对左右两侧的所有受流器都进行压力检测。而将两段测试轨2前后错开的目的在于由于测试轨不带电，因此需要至少一侧能让受流器取电。
为了防水防尘，压力测试单元1可以利用壳体进行遮蔽。
另外，本发明还提供一种轨道车辆受流器接触压力在线监测方法，应用于上述轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，尤其是针对下部受流的情况。其具体包括：
S1对拉力传感器进行标定，获得拉力传感器的压力转换参数K和b。
由于拉力传感器并不能直接检测拉力，而是输出电压值，因此需要对其进行标定。本发明中标定的具体步骤包括：
S11将拉力传感器上端固定，下端分别悬挂不同重量的砝码；所述砝码的重量为拉力传感器在监测中承受的总重量G的1/n±10%范围内，其中n为拉力传感器的数量。
S12记录砝码重量以及对应的拉力传感器输出的电压值；
S13利用公式
Fj= K×Vi+ b
进行线性拟合回归，求取压力转换参数；其中，Vi为传感器输出的电压值，Fj为第j个砝码的重量，K及b为压力转换参数。
S2将测试轨两端调平，使得测试轨两端位于同一水平面上。
具体地，由于测试轨是悬挂在拉力传感器上的，因此通过调节安装板的高度即可对测试轨的高度进行调节。
S3将拉力传感器调平，使得所有拉力传感器位于同一水平面上，并使得拉力传感器受力一致。
具体地，通过旋动传感器支架可以调节其高度，从而将所有的所有拉力传感器位于同一水平面上，并使得拉力传感器受力一致。本实施例中，一共有两个压力检测单元，每个压力检测单元包括2个拉力传感器，即共有4个拉力传感器。静态条件下检测单元上的4个拉压力传感器受力一致，约为传感器监测中承受的总重量G的四分之一。
S4记录轨道车辆未经过时传感器的初始压力，此时的初始压力即传感器监测中承受的总重量G。
S5测试所有拉力传感器的总偏差，具体步骤包括：
S51利用标准拉力计对测试轨进行向上的牵引；
S52当标准拉力计读数达到受流器额定压力值时，记录各拉力传感器测量值；本实施例中，受流器的额定压力为120N±24。
S53利用公式
计算拉力传感器偏差；其中ΔF为传感器偏差，G为传感器监测中承受的总重量，Fi为i个拉力传感器测试的拉力值,Fd为受流器额定压力值。
S6驱使轨道车辆通过测试轨，采集受流器经过测试轨中部时拉力传感器的电信号。
S7通过压力转换参数将电信号转换为测试压力值，即通过公式
Fj= K×Vi+ b
分别计算4个拉力传感器测试的压力值，其中，Vi为传感器输出的电压值，Fj为第j个砝码的重量，K及b为压力转换参数。
S8利用初始压力值和测试压力值计算受流器接触压力，并利用偏差进行修正，具体为：
利用公式
计算受流器压力并进行修正，其中F为受流器压力，G为拉力传感器在监测中承受的总重量，Fi为第i个传感器测试的拉力值，ΔF为传感器偏差。
最后，可以将结果保存并形成报表，根据受流器和接触轨压力要求警告或报警。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，其特征在于：包括测试轨与若干压力测试单元；所述压力测试单元可检测测试轨在受流器施力方向上的压力变化，从而计算受流器压力；所述压力测试单元包括调节支架，所述调节支架上固定有拉力传感器；所述测试轨悬挂在拉力传感器上；还包括可沿调节支架上的上下滑动的连接件，所述测试轨利用连接件与调节支架连接；
所述拉力传感器与测试轨之间硬连接有绝缘子；所述压力测试单元包括并排设置的两个拉力传感器，所述两个拉力传感器利用转接件与绝缘子连接；
所述调节支架上设置有沿竖直方向延伸的轨道，所述连接件可沿轨道滑动；所述轨道上设置有限位块。
2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，其特征在于：所述调节支架上水平设置有安装板，所述安装板上开有安装螺孔；所述拉力传感器利用与安装螺孔螺纹配合的传感器支座固定在安装板上。
3.根据权利要求2所述的一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，其特征在于：所述安装板竖直方向的位置可调节。
4.根据权利要求2所述的一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，其特征在于：所述传感器支座的顶端设置有直径大于安装螺孔的端头。
5.根据权利要求1所述的一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，其特征在于：所述测试轨两端设置有斜向的切口。
6.根据权利要求1所述的一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，其特征在于：所述压力测试单元利用壳体进行遮蔽。
7.根据权利要求1所述的一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，其特征在于：每段测试轨上的压力测试单元为两个，分设于测试轨两端；还包括用于采集压力数据的采集箱。
8.根据权利要求1所述的一种轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，其特征在于：所述测试轨为两段，分设于轨道车辆两侧；并且两段测试轨前后错开。
9.一种轨道车辆受流器接触压力在线监测方法，应用于权利要求1～8中任意一项所述的轨道车辆受流器接触压力在线监测系统，其特征在于包括：
对拉力传感器进行标定，获得拉力传感器的压力转换参数，包括：
将拉力传感器上端固定，下端分别悬挂不同重量的砝码；
记录砝码重量以及对应的拉力传感器输出的电压值；
利用公式
Fj＝K×Vi+b
进行线性拟合，求取压力转换参数；其中，Vi为传感器输出的电压值，Fj为第j个砝码的重量，K及b为压力转换参数；
将测试轨两端调平，使得测试轨两端位于同一水平面上；
将拉力传感器调平，使得所有拉力传感器位于同一水平面上，并使得拉力传感器受力一致；
记录轨道车辆未经过时传感器的初始压力；
测试所有拉力传感器的总偏差，包括：
利用标准拉力计对测试轨进行向上的牵引；
当标准拉力计读数达到受流器额定压力值时，记录各拉力传感器测量值；
利用公式
计算拉力传感器偏差；其中ΔF为传感器偏差，G为传感器监测中承受的总重量，Fi为i个拉力传感器测试的拉力值,Fd为受流器额定压力值；
驱使轨道车辆通过测试轨，采集受流器经过测试轨中部时拉力传感器的电信号；
通过压力转换参数将电信号转换为测试压力值；
利用初始压力值和测试压力值计算受流器接触压力，并利用偏差进行修正，包括：
利用公式
计算受流器压力并进行修正，其中F为受流器压力，G为拉力传感器在监测中承受的总重量，Fi为第i个传感器测试的拉力值，ΔF为传感器偏差。
10.根据权利要求9所述的一种轨道车辆受流器接触压力在线监测方法，其特征在于：所述砝码的重量为拉力传感器在监测中承受的总重量G的1/n±10％范围内，其中n为拉力传感器的数量。
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