基于棘輪補(bǔ)償器參數(shù)檢測(cè)的接觸網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究.pdf

1、隨著列車運(yùn)行速度的提高，鐵路運(yùn)行密度的逐步加大，對(duì)牽引供電系統(tǒng)安全可靠性的要求也越來(lái)越高。接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，因此提高接觸網(wǎng)的可靠性對(duì)于電氣化鐵路運(yùn)輸?shù)目煽窟\(yùn)行具有重大意義。由于接觸網(wǎng)是露天架設(shè)的，沒(méi)有備用，一旦發(fā)生故障將中斷行車，擾亂電氣化鐵路的運(yùn)輸秩序，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)是提高接觸網(wǎng)可靠性的重要方法之一，因此有必要對(duì)接觸網(wǎng)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究。
　　基于棘輪補(bǔ)償器參數(shù)檢測(cè)的接觸網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢

2、測(cè)的內(nèi)容包括棘輪補(bǔ)償器的相關(guān)參數(shù)（包括墜砣位移和搖桿傾角）以及環(huán)境參數(shù)（包括風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度和降雨量）。狀態(tài)評(píng)估是在線監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)的在線監(jiān)測(cè)的前提是對(duì)接觸網(wǎng)狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估。根據(jù)棘輪補(bǔ)償器墜砣的位移和搖桿的傾角的變化，可以推斷出接觸網(wǎng)的工作狀態(tài)。在實(shí)際運(yùn)行中，自然界一直存在的風(fēng)荷載會(huì)導(dǎo)致棘輪補(bǔ)償器的墜砣的位移的變化，為了準(zhǔn)確地提取接觸網(wǎng)的細(xì)微的故障狀態(tài)以及預(yù)測(cè)故障趨勢(shì)，必須對(duì)風(fēng)荷載作用導(dǎo)致的墜砣位移分量進(jìn)行去除。

3、　　本文首先對(duì)棘輪補(bǔ)償器的運(yùn)動(dòng)特性和接觸網(wǎng)的風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，得到了風(fēng)荷載作用導(dǎo)致的墜砣位移分量。然后提出了去除風(fēng)荷載作用導(dǎo)致的墜砣位移分量的方法。最后研究了接觸網(wǎng)覆冰的在線監(jiān)測(cè)方法。本文主要的研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性分析，結(jié)果表明牽引供電系統(tǒng)的可靠性很大程度上取決于接觸網(wǎng)的可靠性。歸納了接觸網(wǎng)的常見(jiàn)的故障類型，分析了各類接觸網(wǎng)故障發(fā)生的原因。闡述了對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的必要性。
　　2.為了

4、得到影響棘輪補(bǔ)償器的傳動(dòng)效率的因素，分別通過(guò)理論分析和仿真計(jì)算的方法對(duì)棘輪補(bǔ)償器進(jìn)行了分析。改變補(bǔ)償繩和棘輪之間摩擦系數(shù)對(duì)棘輪補(bǔ)償器進(jìn)行靜態(tài)仿真，得到了摩擦系數(shù)對(duì)補(bǔ)償張力的影響，可以為棘輪的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。仿真分析了動(dòng)態(tài)荷載作用下棘輪補(bǔ)償器的傳動(dòng)效率的變化規(guī)律，對(duì)比理論分析結(jié)果顯示兩者較為符合，同時(shí)得到了利用接觸線或承力索下錨處的位移計(jì)算墜砣位移的方法。通過(guò)監(jiān)測(cè)棘輪補(bǔ)償器搖桿的傾角可以評(píng)估其運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)棘輪補(bǔ)償器性能的在線監(jiān)測(cè)。<

5、br>　　3.為了減小模擬時(shí)間，引入基于按時(shí)間抽取快速傅立葉變換(DIT-FFT)優(yōu)化的諧波合成法(WAWS)對(duì)接觸網(wǎng)的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行模擬。考慮接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)的空間特性，建立了接觸網(wǎng)的三維有限元模型，對(duì)比仿真計(jì)算和實(shí)際的吊弦的長(zhǎng)度驗(yàn)證了有限元模型的有效性。在不同角度的風(fēng)荷載作用下，對(duì)單跨接觸網(wǎng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了仿真，得到了接觸線和承力索下錨處的位移的變化規(guī)律。為了減小評(píng)估時(shí)間，推導(dǎo)了下錨處的位移的近似計(jì)算公式。對(duì)風(fēng)荷載作用下多跨接觸網(wǎng)相鄰跨的作用

6、進(jìn)行分析，得到了多跨接觸網(wǎng)的棘輪補(bǔ)償器的墜砣位移的近似計(jì)算方法。
　　4.為了驗(yàn)證風(fēng)荷載作用下墜砣位移的近似計(jì)算方法的正確性，在天津-秦皇島客運(yùn)專線上進(jìn)行了接觸網(wǎng)風(fēng)振響應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。引入基于虛擬觀測(cè)的FastICA信號(hào)分離方法，提出SS-MDP法消除分離信號(hào)的不確定性。利用該方法實(shí)現(xiàn)了搖桿傾角信號(hào)的去噪，根據(jù)搖桿傾角信號(hào)計(jì)算得到補(bǔ)償張力以及棘輪補(bǔ)償器的傳動(dòng)效率，分析了棘輪補(bǔ)償器的運(yùn)行狀態(tài)。利用提出的信號(hào)分離方法提取出了墜砣位移的風(fēng)

7、荷載作用的分量，和近似計(jì)算方法得到的風(fēng)荷載作用的分量進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了近似計(jì)算方法的可用性。在實(shí)際的在線監(jiān)測(cè)中，以墜砣位移信號(hào)中溫度變化導(dǎo)致的分量和風(fēng)荷載作用的分量作為虛擬觀測(cè)，利用提出的信號(hào)分離方法可以實(shí)現(xiàn)墜砣位移信號(hào)中這兩個(gè)分量的去除。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)異物倒入接觸網(wǎng)進(jìn)行了模擬，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證了本文提出的在線監(jiān)測(cè)方法的可行性。
　　5.提出了接觸網(wǎng)覆冰的在線監(jiān)測(cè)方法。為了實(shí)現(xiàn)覆冰接觸網(wǎng)的狀態(tài)評(píng)估，對(duì)不同覆冰厚度時(shí)的接觸網(wǎng)的靜態(tài)響應(yīng)進(jìn)

8、行仿真分析，得到了接觸線和承力索下錨處的位移的變化規(guī)律。根據(jù)相似理論設(shè)計(jì)了6跨接觸網(wǎng)的1/50的小比例模型，對(duì)小比例模型進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證了小比例模型的可用性。利用小比例模型進(jìn)行了接觸網(wǎng)覆冰的模型試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果驗(yàn)證了小比例模型的正確性。為了減小估算的時(shí)間，考慮多跨接觸網(wǎng)的相互作用，推導(dǎo)了覆冰接觸網(wǎng)的棘輪補(bǔ)償器的墜砣的位移的近似計(jì)算方法。對(duì)小比例模型進(jìn)行近似計(jì)算，將得到的結(jié)果和模型試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了近似計(jì)算方法的