地铁专用回流轨直流系统绝缘监测装置设计与实现

针对当前地铁专用轨回流系统接地保护不完善的问题,以平衡电桥原理为理论基础,以高性能的单片机和外围器件为硬件基础,设计了一型直流绝缘监测装置,开展样机的试验室验证。该装置作为当前接地故障保护的补充,能对直流供电系统进行绝缘在线和离线监测,为完善当前直流开关设备的健康状态模型提供数据支撑。

时速160km及以上接触轨工程关键方案研究

随着我国城轨建设规模逐渐增大,城市轨道交通线路设计速度达到160 km/h及以上是必然发展趋势,既有接触轨系统的使用速度限制在120 km/h以下,因此需要对速度160 km/h及以上接触轨系统进行研究,以满足长大区间城轨列车高速运行的需求。研究表明:优化集电靴结构参数,将集电靴等效刚度阻尼从1000 N·s/m增至2000 N·s/m,集电靴滑板质量从2.4 kg减至1 kg,可显著提升靴轨受流质量;采用优化后集电靴参数进行仿真分析,接触轨的跨距可以采用5 m;减小支撑结构刚度有利于提高靴轨动态性能,支撑结构的刚度建议为5k N/m;端部弯头采用1∶60的坡度,靴轨动态性能更好。

考虑接触轨轨缝的靴轨系统动态特性研究

在城市轨道交通中,列车供能除采用架空接触网系统外还常采用靴轨系统。在靴轨系统中,集电靴沿接触轨滑行,振动行为复杂,易受线路条件和结构本身的影响。当接触轨出现轨缝时,集电靴通过会产生较大冲击力,造成靴轨系统受流工况恶化。文章基于多体动力学和有限元理论,搭建靴轨耦合动力学模型,并与实测数据相对比,验证模型准确性。基于所搭建的模型,考虑在标准规定的最恶劣的接触轨轨缝条件,分析靴轨系统在不同速度和轨缝方向下的动态性能。结果表明,相对于前低后高轨缝的工况,集电靴通过前高后低轨缝时,车辆运行速度对靴轨系统受流质量的影响更加严重。

低碳钢导电轨线路扩能提升换轨技术方案浅析

本文提出了低碳钢导电轨扩能提升为钢铝复合导电轨的技术解决方案,对比了两种导电轨的性能及结构特点,分析了低碳钢导电轨更换为钢铝复合导电轨面临的问题。重点讨论了换轨过程中关键零部件绝缘支撑、膨胀接头及端部弯头的技术方案,并研究了两种导电轨对接、过渡技术方案,分别提出了具体可行的实施方案,指出了换轨工程实施中需要注意的问题及重点。

地铁标准中接触轨空间布置术语存在的问题及其对测量影响的分析

接触轨为刚性悬挂,安装在走行轨附近绝缘子上,通过与受流器接触为城轨列车提供电能。为了保障列车供电的可靠性,需确保接触轨空间布置满足标准规定。但在不同的地铁标准、规范或规程等标准化文件中,接触轨在水平方向和垂直方向的空间布置术语定义差异较大。分析接触轨在水平方向和垂直方向的空间布置术语存在的问题,以及这些术语定义对测量的影响。针对接触轨在水平方向和垂直方向的空间布置术语,以及接触轨检测尺,提出相应建议,以实现接触轨空间布置术语的统一和规范。

中低速磁浮列车集电方案比选研究

通过调研分析国内外磁浮列车集电方案的异同点,比较不同集电方案的技术经济性,研究不同集电载体的相互作用规律,得到结论如下:钢铝复合导电轨具有维护简单、耐磨和国产化率高等优势;汇流排加接触线具有实用速度较高、环境适应性较好等优势;120km/h运行速度及以下,可采用受电靴与钢铝复合导电轨和受电靴与汇流排加接触线集电方案;120km/h运行速度以上,受电靴与汇流排加接触线集电方案在靴轨接触质量上有一定优势。

地铁车辆段对埋地钢质管道的干扰及轨道对地过渡电阻的测试方法

以国内某地铁车辆及其临近的埋地长输管道为测试研究对象,开展了出入段单向导通装置和库内轨电位限制装置不同运行工况下,地铁与管道相关电参数的现场同步测试,通过对比分析明确了其对埋地管道的杂散电流干扰影响特征;同时选取了某在役地上轨道段,利用埋地管道防腐蚀层绝缘电阻的测试方法对目标轨道的对地过渡电阻进行了试验测试。结果表明:出入段单导双向截断后,可将正线、库外和库内轨道的轨电位正向平均值降低至5 V以下;车辆段内的杂散电流水平受单导特性和库内轨道接地方式影响,单纯将出入段单导双向截断并不能完全解决车辆段的杂散电流问题;本案例中车辆段内单导和库内接地对埋地管道的杂散电流干扰影响范围小于2.6 km;利用埋地管道防腐层绝缘电阻的测试方法测试在役轨道对地过渡电阻是可行的。

基于计算机视觉的接触轨检测车振动补偿方法及应用

以轨道为参考建立世界坐标系,以车体为参考建立摄像机坐标系。考虑摄像机镜头畸变,建立摄像机非线性模型,采用基于最小二乘法的共面标定方法标定摄像机,求解摄像机参数矩阵。根据车体振动特性,推导基于计算机视觉技术的车体振动偏移补偿计算方法,并将该补偿方法成功运用于接触轨检测车。通过广州地铁四号线区间运行数据,验证了该补偿方法能够有效提高系统检测精度。

刚性接触网的研究综述及展望

刚性接触网以其接触线无张力、零部件少、净空要求低、维修量小等特点,被广泛应用于地铁隧道内。通过调研国内外刚性接触网的结构形式,发现国内使用的刚性接触网结构较为单一,刚性接触网的系统性和完备性的标准体系有待进一步建立。刚性接触网在使用过程中出现多为与时间相关的故障,其动力仿真和测试得到的弓网动力性能数据尚需进一步确认其有效性。从结构、故障、标准、仿真和测试5个方面归纳和总结刚性接触网的研究现状,对刚性接触网的未来发展给出一些建议。

地铁钢铝复合式第三轨/受电靴载流摩擦磨损特性研究

通过对销-盘摩擦磨损试验机的夹具和控制部分进行改进,研制出载流摩擦磨损试验装置,并采用该装置研究了地铁钢铝复合式第三轨与受电靴摩擦副之间的载流摩擦磨损特性,采用激光三维共焦扫描显微镜和电子能谱仪等微观手段,结合电接触理论分析了摩擦副的载流摩擦磨损机制.结果表明:存在1个法向压应力阈值,当试验的法向压应力大于此阈值时,摩擦系数随着电流的增加而增大,此时电流增加了机械磨损;而当法向压应力小于此阈值时,摩擦系数随着电流的增加而减小,此时电弧烧蚀材料损失量较机械磨损大;钢铝复合式第三轨的主要磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损;钢铝复合式第三轨授流时,在一定的列车运行速度下法向压应力阈值是最佳的工作压应力,既能保证顺利授流,又使得摩擦副材料的磨损量较小,确保行车安全,降低维护频率,节约地铁运行成本.

有无电流工况下钢铝复合轨/受电靴的摩擦磨损特性

利用改进设计的销盘摩擦磨损试验机,研究了用于地铁供电的钢铝复合轨与受电靴在有无电工况下的滑动摩擦磨损性能,对比了磨损量与摩擦因数的变化,观察和分析了微观磨损形貌,分析了其摩擦磨损机制。试验表明:电流对摩擦副的干摩擦滑动行为具有显著的影响,随着电流的增加,钢铝复合轨和受电靴的磨损质量增加,摩擦因数减小,摩擦表面出现粘着磨损、电弧烧蚀、磨粒磨损、疲劳剥落特性。

集电靴与接触轨集电系统研究综述

阐述集电靴与接触轨的结构改进、运行现状和标准建设,以及集电靴、接触轨和靴轨接口的测试与仿真技术,并展望集电靴与接触轨集电系统的发展方向。现有集电靴种类较多,尚未形成通用的力学模型,需进一步构建集电靴动态性能试验台获取其关键力学参数。集电靴与接触轨的动态测量装置尚需进一步标定,以确保测试数据的准确性。集电靴与接触轨的动态仿真尚需实际测量数据验证其有效性。集电靴与接触轨系统接口的标准尚需进一步完善。

受电弓与刚性接触网动力耦合方程的数值解

良好的受电弓与刚性接触网动力相互作用是保证其可靠受流的前提,为研究其动力响应,有必要对两者的动力作用机理进行分析。根据弓网系统的特点,推导受电弓、刚性接触网、弓网接触的动力方程,其中刚性接触网动力方程为偏微分方程,利用Ritz法,转化为常微分方程,通过纽曼数值积分求解弓网系统动力方程组。计算案例结果表明:刚性接触网首跨弛度对弓网动力性能影响较大,刚性接触网跨距、定位点刚度是影响弓网动力性能的显著参数,与有限元法进行比较,发现计算结果比较接近,验证该方法的有效性。

基于焦耳热分析的单轨交通导电轨防覆冰方案

针对跨座式单轨交通系统的特点,提出一种大电流防融冰方案。基于焦耳热效应建立了单轨交通系统的T型专用导电轨的热平衡方程,计算其临界防冰电流,并分析温度、风速等环境因素对防冰电流的影响。为验证其可行性,在ANSYS中建立T型导电轨模型并对其进行热分析,结果显示计算得到的临界防冰电流满足实际所需。

磁浮列车受流器设计依据分析

由短定子线性电机驱动的磁浮列车的电能是通过受流器从供电轨上获取的。在分析磁浮列车运行姿态特点的基础上 ,提出了磁浮列车受流器主要设计依据。该依据已经在青城山磁浮列车示范工程磁浮车辆受流器设计中得到应用 ,同时 ,也可作为城市轻轨车受流器的设计依据。

基于图像处理的振动补偿方法在接触轨检测中的应用

分析了传统检测车车体振动补偿方式存在的缺陷,提出一种基于图像处理的接触轨检测车车体振动补偿方法。将激光摄像组件安装于与车体连接的补偿梁上,激光切面沿钢轨断面方向投射。高速摄像机获取钢轨断面图像。运用图像处理技术获取钢轨特征点,并计算车体在多体动力学下振动偏移量,将以车体作为参考系的接触轨检测数据归算至基准坐标系。该振动补偿方法已运用于广州地铁接触轨检测车中。通过广州地铁4号线新造至黄村区间接触轨检测数据,验证了该方法能有效提高接触轨检测数据精度。

复合轨不锈钢覆层/浸金属石墨受电靴摩擦磨损特性试验

采用销—盘摩擦磨损试验机,试验了地铁钢铝复合轨的不锈钢覆层与浸金属石墨受电靴之间的载流摩擦磨损特性;采用光学显微镜、显微硬度仪和表面轮廓仪等微观手段,分析了摩擦副的磨损机制。结果表明:在相同的电流、法向载荷和相对滑动时间的条件下,随着相对运动速度的增大,复合轨与受电靴之间的载流摩擦因数减小,受电靴销试样的磨损率增大,复合轨不锈钢盘试样的硬度也略有增大,其磨损深度随之增大,但不锈钢盘试样的磨损比受电靴销试样的磨损小;受电靴的石墨材料具有的自润滑功能,改善了导电轨和受电靴之间的摩擦特性,有利于减轻磨损。

基于有限元的靴轨系统动力学建模及参数影响规律研究

集电靴-接触轨系统是城市轨道交通的重要组成部分,而集电靴与接触轨产生的动力冲击,将直接威胁列车的稳定受流和运营安全。以靴轨系统为研究对象,利用虚位移原理,推导集电靴的质量块等效模型;根据应变能和动能相等,得到接触轨支撑结构的质量块等效模型;采用罚函数算法,考虑运动荷载的复杂边界条件,建立精确的靴轨耦合模型,将靴轨仿真计算结果与广州地铁的实测数据进行对比,验证了靴轨系统有限元模型的正确性和有效性。在此基础上,结合地铁实际运营技术需求,研究列车运行速度、接触轨跨距、滑靴质量、支撑刚度、接触刚度等参数对靴轨接触力的影响规律,为提高靴轨受流质量提供了理论支撑。

地铁车辆受电靴的下部限界计算研究

论述我国地铁钢轮钢轨系统车辆采用受电靴受电方式的情况,说明受电靴限界设计比上部受电弓限界设计要复杂得多。通过广州和深圳地铁的设计实践,介绍受电靴限界的计算方法,以及受电靴与导电轨保护罩、轨道结构高度、人防门之间的接口关系。

轨道交通架空刚性接触网强度匹配仿真研究

针对城市轨道交通160km/h架空刚性接触网强度匹配仿真计算尚未成熟,多因素匹配方案尚不明确等问题,需利用有限单元法,建立受电弓与架空刚性接触网的力学仿真模型,提出弓网系统动态耦合算法,分析不同速度等级下受电弓与架空刚性接触网动态强度匹配性能。得到受电弓固有特性、刚性接触网跨距、运行速度是影响弓网动态强度匹配性能的主要因素,避免因受电弓在某些速度范围内与跨距配合下的外部冲击频率与自身固有频率接近而发生共振。160km/h架空刚性接触网强度匹配仿真需关注全速度段的强度匹配性能,在某速度等级下接触力标准差出现拐点。DSA200型受电弓更适应160km/h及以下的刚性接触网运行,全部速度等级的弓网接触力均满足标准要求,并提出160km/h刚性接触网强度匹配方案。