环境温度对地铁刚性接触网弹性与弓网受流质量影响研究

近年来全国地铁大面积发生弓网异常磨耗事件,特别是冬季异常磨耗已然成为常态,2022年全国有30余条地铁线路出现此现象,经济损失达数亿元。为了研究环境温度对弓网关系的影响,文章首先建立了某地铁线路刚性接触网有限元模型,计算得到环境温度-20~20℃下接触网刚度曲线,并分析了环境温度对接触网刚度影响规律;然后,构建地铁变刚度弓网耦合动力学模型,依据EN 50119等标准验证了其准确性,并计算了环境温度(-20~20℃)、列车运行速度(40~90 km/h)、受电弓静抬升力(70~160 N)、定位线夹卡滞工况下的弓网接触力,着重分析了环境温度对弓网接触力、弓网受流质量的影响规律。结果表明:环境温度与弓网接触力、受流质量具有强正相关性,当环境温度低于0℃时,弓网受流指标将严重恶化;线夹卡滞会对弓网接触力、受流质量带来恶劣影响,而且行车速度越高影响越大。

基于空间域尺度自适应小波能量的接触网不规则识别

针对高速铁路受电弓−接触网系统中出现的接触网垂向和横向结构不规则问题,在研究接触网不规则对受电弓振动响应影响的基础上,提出一种基于弓头加速度的空间域尺度自适应小波能量识别接触网结构不规则的方法,并开展仿真和现场实测验证。首先,建立受电弓刚柔耦合动力学模型,对不同接触位置下的弓头振动响应进行分析,并建立弓网刚柔耦合动力学模型获取弓头加速度信号,根据标准和实验结果验证模型的准确性;其次,利用连续小波变换对信号时频分析并进行空间域转换,基于空间域中的能量分布特征自适应提取表征接触网不规则的尺度参数;最后,提取尺度参数下的平均小波能量作为特征分量进行融合,实现接触网不规则识别。研究结果表明:本文所提方法能够有效地从弓头振动信号中同时检测出接触网垂向幅值大于0.5 mm的不平顺以及横向定位器偏离故障。

高速铁路大跨度钢桁架桥接触网腕臂安装技术研究

高速铁路大跨度钢桁架桥纵向伸缩量大且变位复杂,是影响接触网腕臂偏移等系统能否正常、安全运行的重要因素,如何解决接触网腕臂安装、偏移调整与钢梁伸缩之间的协同配合,目前国内在此方面鲜有研究。通过阐述受导线伸缩影响的腕臂偏移机理和大跨度钢桁架桥梁体纵向伸缩机理,分析在不同接触网锚段布置方式下大跨度钢桁架桥梁体伸缩对腕臂偏移的影响,并采用逐工点分析法总结不同工况下钢梁伸缩与导线伸缩对腕臂偏移影响的相互关系,揭示了接触网腕臂安装曲线在导线伸缩及钢梁伸缩共同作用下的计算方法。结合典型案例计算分析,建议采用不同钢梁跨度下的推荐锚段布置方式能有效降低腕臂偏移量,并提出应重点关注伸缩缝两侧锚段腕臂偏移问题、腕臂偏移为叠加关系时缩小半锚长度、钢梁跨度大于720 m时应重点计算伸缩缝两侧双腕臂间距等优化事项。研究内容及计算公式可为系统性解决高速铁路大跨度钢桁架桥接触网腕臂偏移设计、施工及运营维护等技术难题提供理论支持。

刚性接触网磨耗动态检测系统视觉标定方法研究

接触线磨耗是综合反映接触网服役性能的重要指标。针对接触线空间布置范围大,磨耗检测精度要求高,人工检测效率低的难题,提出综合运用激光三角和沙姆成像原理,研究构建基于线结构光测量技术的车载接触线磨耗主动视觉检测方法。提出采用高斯-牛顿非线性最小二乘优化方法,对像平面与光平面单应性矩阵、镜头畸变参数进行交叉迭代求解,建立面向接触线磨耗动态检测的大视场、高精度视觉模型及其参数标定方法,解决接触线磨耗检测系统视觉建模及参数标定难题。立足现场实际需求,研制接触线磨耗车载检测装置,分步开展室内静态标定实验和现场动态检测试验。结果表明,实验室标定重投影误差控制在0.083 mm以内,与传统模型相比提高53.1%。接触线磨损宽度、磨损深度及磨损面积动态检测数据与人工静态测量数据相比,RMS误差分别控制在0.119 mm, 0.115 mm, 0.788 mm2以内。

电气化铁路接触网地震作用与抗震性能分析

研究目的:高地震烈度区域电气化铁路沿线途经多条地震断裂带,接触网系统在地震作用下易出现损坏,影响列车的正常运行。本文结合高地震烈度区电气化铁路,基于接触网系统服役特性,开展了4柱3跨原型足尺振动台试验,建立并验证地震响应下的接触网系统有限元模型,开展地震作用下接触网系统的地震响应仿真计算,对比分析接触网导线、腕臂、定位器、支柱等关键装备的抗震性能,并比较分析不同的接触网导线工作张力、跨距以及锚段长度对接触网系统抗震性能的影响,提出高地震烈度区接触网系统的抗震设计原则及措施,全面分析与研究地震作用下接触网系统响应规律和抗震性能。本文提出的关于接触网系统抗震性能分析数据及研究结论,能有效补充和完善接触网抗震设计规范及标准,有力支撑铁路工程建设,提升电气化铁路防灾抗灾能力。研究结论:(1)地震激励对接触网腕臂装置的影响较小,定位器出现受压,导致钩环结构易脱落;(2)地震激励对接触网支柱、接触线具有十分明显的影响,可造成支柱柱底应力增大和接触线跨中位移增大;(3)锚段长度对抗震性能无明显影响,适当增大接触线工作张力、减小跨距可有效降低接触网系统的地震响应;(4)本研究成果可为轨道交通领域防灾减灾设计提供指导。

基于MFDC-SSD网络的接触网定位线夹缺陷识别

针对接触网应用环境复杂,定位线夹体积小、安装方向特殊、不易识别,传统的目标检测算法效果较差等问题,基于多尺度特征融合密集连接网络模型,提出了一种接触网定位线夹缺陷检测新方法。首先结合DenseNet与Inception模块对SSD模型的特征提取网络进行改进,在特定的特征层间共享上下文信息,提升特征提取能力。然后从网络深层到浅层,逐级采用FPN融合SSD检测的多尺度特征图,设计多特征融合的密集连接网络模型,最后将f GIoU作为边框损失函数,在训练中优化真实框和预测框的重合度。对采集的某段接触网定位线夹图像数据集进行检测识别。结果表明:该定位线夹缺陷检测方法可在复杂接触网背景下,对定位线夹脱落和松动进行检测,且在不同角度、亮度的图像中均具有较强的鲁棒性。

基于孪生多注意力网络的接触网侵限轻飘物跟踪

针对接触网侵限轻飘物尺度变化大、遮挡干扰和铁路限界背景杂乱,易导致跟踪失败的问题,提出一种基于孪生多注意力网络的接触网轻飘物侵限跟踪新方法。引入三种注意力机制从更深层次提取轻飘物特征,通过空间注意力消除局部感受野限制,通过通道注意力突出轻飘物类别的通道特征,将交叉注意力聚焦于目标模板与搜索图像信息,采用空间正则化滤波器抑制背景干扰,融合各部分特征实现对侵限轻飘物的跟踪。采用OTB100数据集进行精度与准度实验,以国家重点实验室试验线采集的数据为算例进行实验,通过消融实验验证了新方法的有效性。结果表明:相比于相关滤波类SRDCF算法和深度学习类SiamRPN++、DaSiamRPN算法,新方法可获得更好的鲁棒性和准确性。

深度学习的接触网小目标缺陷识别研究

吊弦线夹螺栓是铁路接触网供电线路的重要器件,其状态会影响电力机车受流质量,于是对SSD算法进行改进:首先引入一种轻量级神经网络MobileNetV3用于前端特征提取,降低模型复杂度,以提高检测速度;其次采用CA注意力机制替换反向残差结构线性瓶颈层的SE模块,使位置信息沿空间两个方向聚合,调整后的特征层能够捕获全局远程特征信息;最后设计了特征融合模块以重构特征层,优化小目标检测层以提高对小目标的识别效果。还用CycleGAN等方法扩充训练样本,解决数据集不足的问题。实验结果表明,改进算法的模型复杂度下降,mAP@0.5和FPS分别达到95.5%和81 fps,该研究有助于接触网检测仪器向小型移动嵌入式设备转变。

稀疏可变形卷积与高分辨率融合的接触网螺栓病害检测

列车长期运行产生的震动易导致接触网螺栓处于松动、脱落等不良状态,接触网取流异常会严重影响行车安全。针对高速铁路接触网螺栓病害检测时,易受复杂背景干扰及螺栓松动病害难以检测等问题,提出一种稀疏可变形卷积与高分辨率融合的接触网螺栓病害检测方法。首先,构建稀疏动态可变形卷积构成的特征提取网络,通过增大感受野范围,来捕捉不同尺度下螺栓的形状特征,加强模型对螺栓小尺寸对象特征的提取能力。然后,设计高分辨率特征金字塔融合模块,将螺栓深层特征和浅层特征的高分辨率特征图进行充分融合,提高多尺度特征图的利用率。其次,提出基于连通域统计的螺栓松动判别方法,通过统计被截断螺栓的连通域个数,完成螺栓松动病害状态检测。最后,由高速铁路接触网螺栓检测试验得出:所提方法可以准确检测螺栓的缺失和松动病害,且具有较高的检测精度,相比改进前Mask R-CNN检测方法准确率增加了41.4个百分点、召回率增加了27.3个百分点、像素精确度提升28.11个百分点、F1-score达83.4%。同时,对接触网螺栓网络模型的检测效率进行试验,较Mask R-CNN的浮点计算效率提升了36.23%。对不同场景下接触网螺栓检测对比试验表明,所提方法具有良好的适应性和精确度,对于螺栓松动和缺失病害检测提供了更为准确的方法,对后期接触网智能化检测具有一定的参考意义。

不同防风设施过渡段接触网风场特性分析

研究目的:大风经不同防风设施过渡段后形成涡流区,在接触网及承力索附近形成大风增速区,加大接触网的风偏和振动,对接触网的安全性、稳定性及抗疲劳性产生更大影响。为研究不同防风设施过渡段接触网处的风场特性,根据兰新高铁明洞与路基挡风墙防风过渡段的典型结构,基于数值计算及风洞试验,对列车在隧道、明洞、挡风屏和挡风墙等不同防风设施运行时的接触网处风场特性进行研究。研究结论:(1)不同线路结构风速变化规律基本一致,来流风速经过车身绕流作用,风速先急剧增大,随着列车逐渐远离监测点,风速减小并最后趋于稳定;(2)防风设施过渡段承力索处风速较接触线处大;(3)不同防风设施过渡段隧道口及隧道与路基挡风墙过渡段风速峰值较大,运行时应给予重点关注,建议采用弹性定位器等措施,改善弓网的运行状态;(4)本研究成果可为防风设施过渡段的接触网设计提供依据。

一种接触网停电检修接地线接地可靠性检测方法

挂接地线是接触网停电检修作业的关键环节,为电力检修提供有效保障。为进一步加强电力检修作业的安全风险管控,针对在接触网停电检修作业时现有检测装置无法检测接地线是否可靠接地的问题,提出一种利用接触线上的残余电荷和感应电压来检测接地线是否可靠接地的方法。建立单线区段和复线区段停电检修挂接地线时的等效电路模型,并将接触线的残余电荷和“V”形天窗检修的感应电压作为等效激励源,对接地线电流进行理论计算;研制基于该文方法的接地线接地状态检测装置,用以判断接地线是否良好接地;通过所搭建的电流发生平台进行实验,并通过LoRa自组网与原有系统通信,在后台远程监测接地线的状态信息。实验结果验证了所提方法的可行性。

基于移动激光点云的非接触式接触网参数检测方法

针对目前接触网参数检测存在精度低、效率低等问题,提出一种基于移动激光点云的非接触式接触网参数检测方法:基于预处理后的接触网点云实现接触线和接触网支柱要素的分类;基于连通性分析,实现接触网支柱单体化分割,并通过建立kd-tree数据结构提取定位点;最后根据定位点与轨面关系计算接触网导高、拉出值。结果显示,基于本文方法得到的接触网参数检测精度符合《接触网悬挂状态检测监测装置(4C)暂行技术条件》要求,验证了方法的有效性和准确性。

刚性架空接触网弓网动态检测探讨

刚性架空接触网设备安装精度要求高,且基本设置在环境相对复杂的隧道内。为确保设备良好工作状态,本文通过对刚性架空接触网检测依据、项目进行分析,对实际检测数据进行对比,提出了有效的刚性架空接触网检测方法,为后期隧道内刚性架空接触网相关设计提供参考。

电气化铁路接触网腕臂预配模拟计算技术应用研究

【目的】在电气化铁路线路速度等级和接触网安装精度的要求下,接触网腕臂多采用现场安装后再进行人工调整的方式。为了提高接触网腕臂的施工效率,需要对接触网腕臂进行模拟计算。【方法】通过建立模拟计算几何和约束模型,搭建接触网腕臂模拟计算平台,利用平台对现场采集到的数据进行模拟计算。【结果】对模拟计算的结果进行核查无误后生成模拟计算图表。【结论】通过对接触网腕臂进行模拟计算,能够实现接触网在各种工况下腕臂管件的精细化、高效化加工和一次性预配安装,有效地降低了施工工期和成本,提高了安装精度。

浩吉铁路接触网防雷系统改造方案

接触网是电气化铁路的主要组成部分,均为露天架设、无备用,面临各种恶劣的气候条件,特别是雷击影响尤为突出,轻则引起绝缘子闪络跳闸,影响列车正常行驶;重则引起接触网断线事故,造成列车停止运行。因此,接触网防雷是接触网建设、运营需要重点考虑的因素。文章从既有铁路现状、防雷措施、防雷改造、避雷线安装注意事项等方面提出了既有线路接触网防雷改造方案,并通过方案实施,判断方案的可行性,供相关人员参考。

接触网支柱对风速计测量的影响及对策

一直以来,铁路交通系统都是我国交通基础设施建设事业当中不可或缺的重要部分,为社会经济建设以及广大人民群众的外出出行创造了极为理想的基础条件,这让我国铁路工程项目建设事业得到了持续的发展。结合相关数据能够发现,在进入到2020年以来,我国铁路工程项目总建设里程达到了14万公里,其中高速铁路总建设里程达到了3.5万公里。为保障铁路行驶车辆的安全性,相关部门要对高速铁路自然灾害以及异物侵扰进行有效监测,相关技术人员可将其称作为灾害监测系统,借此来进一步完善铁路行车系统的完整性和功能性。技术人员借助这一系统,便能够对铁路周围恶劣气象事件、自然地质灾害以及异物侵扰状况作出全面了解,提前启动应急防范措施,有效避免多种不良因素对于高速铁路列车行驶安全性的不良影响,维护路面行驶车辆的安全稳定性。

高速铁路隧道内接触网预埋槽道缺陷整治研究

高速铁路隧道内一般采用预埋槽道固定接触网,在高铁建设中大量存在因接口管理及施工不规范等原因导致的预埋位置错误、施工误差过大等缺陷问题。为确保高速铁路隧道及接触网的整体工程质量,文章结合近年来高铁项目中出现的各种槽道缺陷问题,按照尽量避免废弃工程、最大限度利用已预埋槽道的原则,研究并制订了针对性的整治方案,如吊柱法兰适应性整治方案、外置槽道整治方案等,旨在为工程设计和施工人员提供参考。

基于移动三维激光扫描技术的地铁隧道接触网导高检测新方法

[目的]地铁隧道内接触网导高是保证列车正常受电的重要参数,需定期进行检测。针对其他导高检测方式存在的误差大、精度低的问题,需提出基于移动三维激光扫描技术的地铁隧道接触网导高检测新方法。[方法]基于移动三维激光扫描技术提出了导高检测的新方法,分析了误差来源;提出通过在移动式三维激光扫描仪上增设刚性倾斜组件来改变扫描仪激光线入射角度,进而减少隧道断面点云模型的毛刺数量,并采用等角兰勃特投影来获取隧道真实点云模型。与导高仪检测结果进行对比,以验证其导高检测精度是否满足相关要求。[结果及结论]基于移动式三维激光扫描技术建立的隧道断面点云模型存在毛刺,是因激光脚点垂直入射接触网发生散射和漫反射导致的。增加倾斜组件,可有效减少隧道断面点云模型的毛刺数量。移动式三维激光扫描仪与导高仪的导高检测数据对比结果表明,基于移动式三维激光扫描技术的导高检测精度基本在±3 mm以内,能够满足相关规范对导高检测的精度要求。

行波测距在高速铁路接触网中的应用研究

从现阶段常规的接触网故障测距入手,分析了现阶段常规接触网故障测距存在的问题,引入了接触网行波故障测距,设计了一套行波故障测距系统。将该系统投入到接触网现场试用,现场实验表明行波故障测距比传统的接触网故障测距具有更高的适应性,是未来接触网故障测距的主要趋势。

基于光纤复合接触网线的智能监测方案与应用

接触网是铁路供电系统薄弱环节之一,通过对光纤复合接触网线和光纤分布式监测技术的研究,开发了光纤复合避雷线、光纤复合保护线、光纤复合承力索、光纤复合接触线及安装使用方案,通过光纤复合接触网产品及光纤分布式监测系统在实际线路的应用,说明了该套技术方案对实现铁路接触网智能化、数字化具有一定意义及参考价值。