弓网接触力检测关键技术

弓网接触力是评估弓网受流质量和接触网动态运行状态、验证仿真模型、优化设计及诊断接触网局部缺陷的关键参数。近年来,随着我国高速铁路运营里程的增加,弓网接触力检测在接触网动态验收和运营安全方面发挥着越来越重要的作用。高速弓网接触力检测技术随着传感器、高低压信号隔离、供电隔离、电磁屏蔽等技术的发展而趋于成熟,已实现在动车组最高试验速度400km/h的受流状态下进行检测。     

弓网接触力检测方法介绍

通过检测弓网之间的接触力可以获得接触网与受电弓之间接触状况及其存在缺陷的数据信息,从而指导接触网的维修作业,以保证电气化铁路运输生产安全。介绍目前各国常用几种弓网接触力检测技术及方法,并对其进行综合对比分析,以供我国电气化铁路弓网检测技术研究和应用参考。     

刚性和柔性接触网悬挂弓网动态检测参数特征分析

采用自主研发的高速综合检测列车接触网检测系统,实测某高铁弓网接触力和接触线高度等动态检测参数,运用时域统计和频域谱分析,研究刚性接触网悬挂系统和柔性接触网悬挂系统的弓网动态运行特性和结构特征。结果表明:柔性悬挂的弓网接触力离散性小,弓网系统运行更为平稳;柔性和刚性悬挂弓网接触力谱和接触线高度谱均存在周期成分,分别与相应悬挂类型的跨距结构、悬挂点间距、吊弦位置相吻合;两种悬挂类型,波长3m以上弓网接触力谱峰和接触线高度谱峰均一一对应,弓网接触力和接触线高度存在较高的相关性。并对两种悬挂共存的接触网线路提出养护维修建议。     

关于日本铁道机车车辆与其周边界面关系几个问题的研究(2)

3　弓网关系〔5〕(1)弓网接触力接触网和受电弓的良好接触状态是一个整体概念 ,一般认为 ,弓网接触力的变化愈小愈好 ,即“接触力最小值”要最大 ,而“接触力最大值”要最小 ,综合指标就是“均方根值”要最小。一般弓网平均接触力约为 5 0～ 70N (我国和欧洲一般为 70～ 90N)。     

高速刚性悬挂接触网弓网动态仿真模型优化研究

随着刚性接触网线路上列车的运行速度逐步提高，对弓网动态性能的要求也更高，良好的弓网接触力能保证电力机车持续取流。利用弓网仿真技术可以方便高效获取弓网接触力，因此有必要对弓网仿真模型建模方法进行研究，建立高精度弓网仿真模型，获取精确的弓网接触力。本文基于力学理论与有限元理论建立汇流排、悬挂装置、锚段关节等仿真模型，依托北京地铁大兴机场线开展实测对比验证，为探究更高速度等级的受电弓与刚性接触网系统提供理论支撑。     

基于数据特征的接触网补偿装置卡滞识别方法研究

对于铁路接触网中心锚结及下锚补偿装置出现异常,根据6C检测系统中高速铁路弓网综合检测装置（1C）采集的波形数据总结出数据特征并提出相应算法。选取弓网接触力和接触线高度作为判断此类缺陷的2个特征变量,经过数据预处理后,计算弓网接触力一跨内标准差,接触线高度通过移动滑动窗,采取相应规则形成上界线,结合波形数据特征确定阈值并进行逻辑判断,得出异常锚段公里标。通过对典型线路进行计算分析,结果表明该方法可以识别出接触网中心锚结及下锚补偿装置缺陷,可为快速寻找此类缺陷及相关分析提供数据支撑。     

客运专线弓网关系及武广客运专线弓网受流分析

高速弓网关系是客运专线关键技术之一,通过介绍影响高速弓网关系的几个因素及世界各国对弓网相互作用的评价标准,运用欧盟标准中以动态弓网接触力及标准偏差为主要评判指标的评价体系,对武广客运专线联调联试中弓网检测结果进行了全面分析,认为武广客运专线弓网关系能够保证最高速度350 km/h安全运行,以动态弓网接触力及标准偏差为主要评判指标的弓网评价体系对弓网关系的评判是合适的,并建议以此为基础优化我国弓网评价体系以及提出了保证弓网关系的几项措施。     

弓网接触力和硬点数据的分析与评价方法

通过分析国内外标准中弓网受流检测的主要内容,重点研究了标准中接触力、硬点检测数据的处理和评价方法。针对整车型式试验和联调联试中评价对象的不同,分析了试验数据的特性,提出了不同试验场景中弓网接触力、硬点检测数据的分析方法和评价方法;研究了我国机车车辆整车型式试验和新建线路联调联试中弓网接触力、硬点检测数据分析和评价方法的差异及原因;针对我国现有弓网检测标准体系的不足,提出了后续研究方向和修订建议。     

基于传递函数模型的弓网系统动力学分析

引入系统动力学的传递函数关系,分别将受电弓、接触网线索的动力学方程转化为对应的传递函数模型,受电弓为单输入单输出模型,接触网线索单元为多输入输出模型。利用符号判断,处理弓网系统的非线性因素——吊弦力和接触力。将移动的弓网接触力等效为不同时间序列作用于不同质点的载荷序列,并用罚函数法建立弓网接触模型。最后编程实现以上方法,建立2种自由度数量弓网模型进行相同工况计算,发现增加接触网自由度更能逼近接触网的静态平衡形状,得到更稳定的接触力、受电弓运行轨迹波形。利用有限元法建模得到相同自由度下的弓网动力性能参数与传递函数模型比较,验证本计算方法的有效性。     

北京地铁14号线弓网动态相互作用性能研究

对北京地铁14号线弓网性能进行了分析研究。介绍了弓网测量系统的工作原理,结合测试数据,对接触力分布、接触力最值、弓头振动加速度、受电弓与接触网燃弧现象、定位点处接触网的高度和拉出值等测试结果分别进行了分析。研究表明:列车在加速区段和通过锚段关节、线岔、分段绝缘器及刚柔过渡区域时,弓头振动加速度变大,接触力突变,局部线路弓头振动加速度有突变现象。     

基于LSSVM的地铁弓网系统广义动态建模与仿真

提出基于最小二乘支持向量机(LSSVM)的弓网系统广义动态建模方法,并对弓网模型进行辨识及仿真研究。首先对离散化后的弓网系统动力学模型的线性部分和非线性部分进行分析,构建ARX Hammerstein弓网系统模型,然后根据LSSVM的方法对模型参数进行辨识,最后利用弓网实际检测数据对该弓网模型进行弓网接触力的建模预报试验。试验结果表明,LSSVM-ARX Hammerstein弓网模型可以有效地逼近弓网系统接触力的动态行为,具有较高的预报精度,从而验证了所提方法用于弓网系统广义动态建模的有效性。     

国外AC 25 kV高速刚性接触网系统弓网动态测试分析

目前国内刚性接触网系统最高运行时速160 km,暂无时速160 km以上的工程案例或试验线测试记录.本文基于英国Stanton隧道刚性悬挂接触网系统,介绍其接触网系统布置,阐述弓网测试中评价弓网受流质量的相关指标和标准;说明了在弓网测试中列车编组形式、受电弓布置以及相关测试设备,展示了弓网测试接触力波形图、接触力指标特征值及相应的可视化统计曲线,并对弓网测试数据进行了分析;最后对弓网受流稳定性的影响因素和刚性接触网系统适应性进行论述.     

弓网动态检测三类参数缺陷分析探讨

本文针对弓网动态检测中出现的硬点、燃弧和接触力超限缺陷，从扰动因素和扰动波形入手，通过排除常见错误、重复对比和综合判定分析，对上述三类缺陷提供了基础分析方法，以提高分析效率和质量。     

基于数据建模的铁路弓网接触力辨识

在对载荷辨识技术应用情况进行分析的基础上,基于铁路弓网综合检测数据,先结合数据特征进行时域分析、频域分析、趋势项消除及区段融合等预处理,后分别采用机器学习中的BP,ELM和LSTM神经网络3种数据建模方法,分别以4个受电弓振动加速度和2个硬点振动加速度为输入,对弓网接触力进行数据建模载荷辨识,并与试验结果进行对比。结果表明:采用3种神经网络建立的数值模型均可通过受电弓和硬点振动加速度数据辨识出弓网接触力的区段大值;采用4个振动加速度建立的数值模型较采用2个硬点加速度有更好的辨识效果;采用LSTM神经网络建立的数值模型避免了训练过程中的梯度爆炸和梯度消失等问题,具有较高的辨识相关性。     

吊弦故障时弓网受流质量评估

基于有限单元法建立弓网系统有限元模型，利用罚函数法实现弓网系统的耦合，采用Newmark积分法求解弓网系统动力学方程，研究单根吊弦断裂和脱落两种情况对弓网受流质量的影响。结果表明：吊弦断裂和脱落对弓网间动态接触力影响基本相同；单根吊弦断裂或脱落对故障吊弦所在跨的动态接触力影响均不显著；相较于其他吊弦故障，2#吊弦断裂或脱落对弓网受流质量影响最大；单个吊弦断裂或脱落时，列车以300km/h速度运行时弓网受流质量仍然符合规范要求。     

基于虚拟样机技术的刚性接触网故障的研究

随着各地铁线路长时间的运营,刚性接触网出现了各种类型的故障,并给地铁的实际运营造成了很大的困扰[3-4]。针对刚性接触网常见的接触线脱槽和支撑倾斜两类故障,利用虚拟样机技术,建立弓网故障模型,分析了它们对弓网接触力的影响。基于希尔伯特-黄变换,提取并分析了接触力的故障频率特征。     

城市轨道交通弓网系统的受流性能评估

城市轨道交通弓网系统的受流性能是影响城市轨道交通列车供电可靠性和供电质量的关键因素。以欧洲标准体系作为参考,认为评估弓网受流性能最直接的方法是弓网接触力均值、标准差及定位点或两支接触悬挂交叉点处的接触线抬升量,其相关评估可通过弓网仿真或弓网测量得到,城市轨道交通弓网燃弧率测量可作为一种辅助手段,间接反映弓网受流性能。     

地铁车辆弓网静态电接触的多场耦合模型及温升分析

当地铁到站或在线路上因故临时停车时，接触网仍需为列车提供电流，此时弓网接触部件因处于静止状态而存在局部过热的情况，严重时可能导致滑板热损伤甚至造成接触线断线事故。因此，地铁停车期间弓网电接触的温升研究具有重要意义。地铁列车弓网接触是热、力、电多物理场耦合的复杂行为，而弓网接触力、滑板热导率和接触线截面形状对弓网电接触有重要影响。本文针对受电弓滑板与接触线静态取流的工况，研究了接触电阻和接触热导的变化规律与建模方法，建立了热-力-电耦合的三维有限元分析模型，分析弓网接触力、滑板材料热传导率以及接触线磨耗对接触温升的影响。结果显示，增大弓网接触力、选用高热导率的滑板材料和改良接触线截面轮廓均可降低弓网接触温升。研究结果对接触线结构优化、滑板材料的选取及保障列车安全运行有重要参考价值。     

深圳地铁5号线车辆受电弓裂纹故障分析

根据正线弓网振动测试及实验室测试数据,文章对深圳地铁5号线车辆受电弓接触力分布、弓头振动加速度、弓网燃弧现象、拉出值等进行了研究分析,明确了受电弓裂纹的原因,为受电弓的维修提供依据。     

基于改进NARX神经网络的接触线表面不平顺与弓网接触力关联分析方法

建立弓网耦合动力学模型,采用软件MATLAB的Simulink模块对该模型进行动态仿真,获取接触线表面不平顺和弓网接触力数据;对接触线表面不平顺和弓网接触力数据进行归—化处理后,分别作为非线性自回归(NARX)神经网络的输入和输出;对传统的贝叶斯正则化算法进行改进,并采用改进的贝叶斯正则化算法进行NARX神经网络权值修正,得到改进的NARX(NARX-IR)神经网络方法;利用NARX-IR神经网络方法进行接触线表面不平顺与弓网接触力的关联分析.采用根均方误差和相关系数,对基于LM算法的BP(BP-LM)神经网络方法、基于传统贝叶斯正则化算法的NARX(NARX-BR)神经网络方法和NARX-IR神经网络方法进行性能评价.结果表明:BP-LM神经网络方法难以描述接触线表面不平顺与弓网接触力的复杂关联关系;不论在训练还是预测中,NARXIR神经网络方法的根均方误差均小于NARX-BR神经网络方法,而相关系数则大于NARX-BR神经网络方法.由此可推断:NARX-IR神经网络方法更适合于分析接触线表面不平顺与弓网接触力的关联关系.