简统化接触网腕臂及定位装置仿真检验技术研究.pdf

文章编号:()收稿日期:网络首发日期:基金项目:中国铁建电气化局集团有限公司科技研发项目()作者简介:连进()女甘肃庄浪人高级工程师主要从事铁路电气化接触网专业科技研发工作:.引文格式:连进秦俊非董建林.简统化接触网腕臂及定位装置仿真检验技术研究.铁道建筑技术():.简统化接触网腕臂及定位装置仿真检验技术研究连 进 秦俊非 董建林(中国铁建电气化局集团有限公司 北京)摘 要:简统化接触网是中国标准的接触网零部件装备本文针对简统化接触网腕臂及定位装置的预配成品的仿真检验技术进行了研究提出了仿真检验的理论算法并且依托算法设计了自动化监测装备实现真实模拟接触网弓网关系的自动化装备技术 通过腕臂预配工厂试挂进行预配数据的检验为简统化接触网的工程应用提供了装备基础该成果在盐通高铁进行了应用通过静态、动态检测及试运行验证了该技术的可靠性随着简统化接触网的逐步普及具有较大的推广应用价值关键词:简统化 接触网 腕臂 定位装置 检验中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言我国的高铁技术通过吸收消化如法国、德国、日本等多个国家的技术形成存在着不同线路上接触网系统参数不统一、接触网安装结构多样以及零部件规格样式多样等问题为了有效地解决这些问题满足我国建设智能铁路的发展需要我国研发了拥有自主知识产权的简统化腕臂系统 目前简统化腕臂系统已在高速铁路建设上完成示范性应用能够实现接触网装备统一型式、统一参数提高零部件服役性能的目标显著提升接触网装备水平和服役性能提高了运营安全可靠性简统化接触网零部件装备是中国高速铁路装备技术的重大创新目前已经在国内多条线路进行了应用 由于简统化接触网腕臂及定位装置零部件对安装精度要求高且可调余量较小需要对预配完成的腕臂及定位装置的各项参数进行检验仿真其安装后的状态满足腕臂及定位装置安装指标确保接触网系统的性能 零部件结构特点及仿真检验的必要性如图 所示的简统化腕臂及定位装置优势突出:腕臂结构采用正三角结构相对于梯形、矩形、双梯形结构安全稳定可靠局部和整体变形最小连接件采用铰链抱箍、销轴铰接、无损压接、精密锻造结构简单、采用组合式零件铰链结构连接件少紧固件少锻造工艺稳定定位底座上下定位空间安全裕度大定位铁道建筑技术 ()连进 等:简统化接触网腕臂及定位装置仿真检验技术研究管采用十字铆接单耳取代套筒双耳结构连接可靠图 简统化接触网腕臂及定位装置结构示意现场安装后的施工调整根据结构特点可以调整的部位主要有:()支柱侧调整采用上下调整腕臂底座的位置调整腕臂结构的承力索高度但是在高速铁路以及客专线路均为钢柱腹板开孔的方式安装底座位置此方式不适用()组合承力索座位置调整通过左右微调整组合承力索座位置改变承力索高度和拉出值的变化向左调整会导致平腕臂抬头度数过高向右调整会导致腕臂低头腕臂低头不符合要求()定位底座调整通过上下调整定位底座的位置调整接触线导高 用于导高调整在保证结构高度满足要求的情况下可行()定位立柱调整通过左右调整定位立柱的位置调整接触线拉出值 承力索和接触线共面误差范围 之内适用通过以上分析可见本结构形式安装到现场后接触线导高调整范围比较充裕接触线拉出值调整范围在 调整范围较小 承力索导高、拉出值预制安装后就不能再调整 为此需要将现场因素进行分析按照弓网关系对结构数据的技术要求进行腕臂及定位装置安装后的状态仿真检验确保预配数据的有效性和预配精度保证到现场安装后精度满足要求 仿真检验技术的理论算法腕臂上线仿真的最核心技术在于设计值的计算即通过受电弓的姿态调整算法计算根据曲内/曲外、正定位/反定位、外轨超高各个参数的变化需要不同的算法 准确的计算方法和精密的受电弓调整机构相互配合才能是使受电弓达到实际的工作位置腕臂主要参数的测量和模拟才具有实际意义简统化腕臂的主要形式是正定位和反定位且曲内和曲外的姿态也不同计算公式的变量较多计算十分繁琐 以左支柱/曲内/正定位弓时的弓网位置关系为例制作出如图 所示的几何分析图该图同样适用于右支柱/曲外/正定位弓形式图 正定位等效平面几何位置关系在图 中线段 表示支柱点 表示上底座安装位置点 表示下底座安装位置线段 表示轨面连线线段 表示外轨超高点 表示两轨中心虚线 表示侧面限界点 表示连接器与受电弓的接触点点 表示受电弓中心虚线 表示接触线导高线段 表示受电弓上表面连线从图 可以直观看出影响腕臂的结构尺寸的主要参数有:()线路侧面限界()结构高度()接触线导高及拉出值()承力索高度和拉出值()立柱倾斜斜率()腕臂上、下底座高度()腕臂正定位或反定位状态()轨道外轨超高()定位器的动态弹升量余量()棒式绝缘子的结构长度腕臂数据检验的技术方法:()通过输入腕臂原始制造数据仿真平台自动调整受电弓姿态到理论位置()悬挂腕臂到仿真平台上并将定位器头部放入定位凹槽内()软件通过数据计算得出接触线在受电弓上的理论位置()激光测距仪移动到理论位置的范围内进行连续测量自动记录距离波动筛选距离最小的位置为接触线的垂直距离同时记录接触线在水平 轴的坐标()仿真计算坐标系中将接触线的 轴、轴位置坐标引入()通过软件计算获取接触线的实际拉出值并与腕臂的理论拉出值数据进行比对判断是否符合技术要求.左支柱/曲内/正定位弓根据左支柱/曲内/正定位弓时的弓网位置关系制铁道建筑技术 ()连进 等:简统化接触网腕臂及定位装置仿真检验技术研究作出等效平面几何位置关系的几何分析草图(见图)该图同样适用于右支柱/曲外/正定位弓形式初始状态时受电弓距离平台支柱内侧面 距离平台水平面 旋转角度为下底座安装中心点距离平台水平面 激光测距仪距离平台支柱内侧面 高铁轨距默认采用 受电弓旋转轴以 为旋转中心的其数值仅与外轨超高相关 因此旋转轴调整角度 计算公式为:(/)()由于支柱斜率单位为/为计算使用方便转换为支柱倾角 计算公式为:(支柱斜率/)()因此受电弓水平轴调整量 可通过如下公式计算:()()受电弓升降轴调整量 的计算公式为:/()激光测距仪需找到此时导线接触点的位置因此其水平轴调整量 移动量为:导线设计拉出值 ().左支柱/曲内/反定位弓根据左支柱/曲内/反定位弓时的弓网位置关系制作出如图 所示的几何分析草图该图同样适用于右支柱/曲外/反定位弓形式图 等效平面几何位置关系 通过推理此时仅有激光测距仪的水平轴调整量 计算修改为:导线设计拉出值 ()其余量的计算方法同.节.左支柱/曲外/正定位弓根据左支柱/曲外/正定位弓时的弓网位置关系制作出如图 所示的几何分析草图该图同样适用于右支柱/曲内/正定位弓形式图 等效平面几何位置关系 通过推理此时受电弓旋转轴 修改为:(/)()受电弓水平轴调整量 修改为:()()其余量的计算方法同.节.左支柱/曲外/反定位弓根据左支柱/曲外/反定位弓时的弓网位置关系制作出如图 所示的几何分析草图该图同样适用于右支柱/曲内/反定位弓形式图 等效平面几何位置关系 通过推理此时受电弓旋转轴 可用式()计算受电弓水平轴调整量 可用式()计算受电弓升降轴调整量 可用式()计算激光测距仪的水平轴调整量 可用式()计算.实测拉出值算法通过以上的理论算法驱动电机轴按计算结果移动将受电弓和激光测距仪姿态调整到位 此时测距铁道建筑技术 ()连进 等:简统化接触网腕臂及定位装置仿真检验技术研究仪发出的激光将正好打在接触线上通过软件进行蓝牙连接实现对测距仪的控制获得当前接触线到平台水平面的高度值记作 驱动测距仪水平移动轴使得其激光能正好打在受电弓中心轴上获得当前受电弓中心到平台水平面的高度值记作 实际拉出值 可通过下式计算所得:()/()对比拉出值的设计值和实测计算值若差值在误差允许范围内说明腕臂预配合格可正常施工使用若差值超出误差允许范围则说明腕臂预配失败不建议直接使用 仿真检验系统的工程设计及验证应用.系统设计仿真系统如图 所示直接把腕臂和受电弓的相对姿态按照现场应用情况调整到位模拟高铁运行到这个腕臂时的弓网关系对比实际测量的值和设计值看 图 简统化腕臂仿真平台在不在误差范围里 该系统根据几何关系得到受电弓调姿方法将受电弓调整到位再对受电弓施加负载最后测量拉出值与设计拉出值比较得到质量是否合格的检验结果影响腕臂结构尺寸主要参数有:()线路侧面限界()结构高度()接触线导高及拉出值()承力索高度和拉出值()立柱倾斜斜率()腕臂上、下底座高度()腕臂正定位或反定位状态()轨道外轨超高()定位器的动态弹升量余量()棒式绝缘子的结构长度 由于以上所述参数与腕臂实际安装现场的情况息息相关所以在整条线路的安装过程中几乎不会出现相同尺寸参数的腕臂腕臂上线仿真的最核心技术在于受电弓的姿态调整算法根据曲内/曲外、正定位/反定位、外轨超高各个参数的变化需要不同的算法 准确的计算方法和精密的受电弓调整机构相互配合才能是使受电弓达到实际的工作位置腕臂主要参数的测量和模拟才具有实际意义机械机构主要为动作执行机构将软件计算后给出的数据能够准确地执行到位 主要机械结构模块如表 所示软件输入获得腕臂的相关设计参数通过模拟调姿计算先将受电弓姿态调整到位仿真高铁运行至该腕臂时的静态弓网位置关系 再启动激光测距装置测量出从平台到接触点的高度计算获得实际拉出值通过与设计值对比可检验数据是否有偏差并分析偏差原因表 机械结构模块清单序号主要构成模块数量功能说明操作系统 套对比仿真测量后的腕臂参数与设计尺寸的偏差激光测量系统 套测量重要部位的尺寸位置仿真平台底台 套模型仿真的参考水平面受电弓移动系统 套模拟各种线路状态的受电弓位置受电弓俯仰升降系统 套升降/旋转模拟各状态受电弓姿态仿真立柱 套模拟线路支柱及结构高度腕臂外力加载系统 套模拟腕臂在线路上的实际负载.试验验证及工程应用选用盐通高速铁路某区间支柱编号为 的腕臂进行实验 把 安装到上线仿真平台支柱上并将设计数据输入到测算软件中腕臂 设计参数:跨距.导高.接触线拉出值 承力索拉出值 侧面限界 支柱倾斜 /上腕臂底座位置.下底座位置.超高 里程.支柱位置 姿态调整量计算结果如表 所示表 姿态调整量计算参数仿真计算线路类型区内水平轴/.支柱位置左支柱旋转轴/().定位形式反定位弓升降轴/.侧面限界/测量轴/.外轨超高/测量支柱倾斜/(/)激光测距/上腕臂底座高度/对比下腕臂底座高度/理论值/接触线高度/实测值/接触线拉出值/偏差值/结论合格 测算到的导线接触点至仿真平台水平面高度为 最终计算接触线拉出值并对比偏差值为 合格 结束语本项目针对当前简统化腕臂预配环节会不可避免产生误差的问题研制了一套装配质量检测的软硬件系统研究出接触网静态受电弓状态算法首次研制了适用于简统化接触网系统腕臂及定位装置预制后的检测试验平台对弓网关系进行仿真模拟和数据检测实现提前预判和调整避免电气施工时才发现腕臂制造不(下转第 页)铁道建筑技术 ()李刚:泥水压力试验平台结构及密封研究.耐水压试验整体密封区填满水整体施压.保压 通过流量计记录当达到.后 整体通过流量计的水量(这部分为泄漏的水)实测总量为.折算每分钟为 百分表架设在最容易变形的中心 个方向见表 表 理论计算与实测试验结果序号位移方向计算数据实测数据 方向(侧壁拉力方向).方向(垂直方向).方向.试验工艺如下:()试验准备()开盖(通过电机带动 个电动缸)()装填底层实验土(天车把料土通过料斗冲上而下倒入试验区域)()传感器预埋(压力、温度、湿度)()填满试验土石()人工夯实()合盖(锁销锁紧上盖螺栓链接夹紧)()上盖油缸压实(通过上盖液压缸施压力使土石压实这个过程需要反复几次以达到满足实际要求为准)()两侧施压、水压施加(保压 )()开前后门()开挖试验统计数据分析结果 结语此试验平台经过多次试验能够满足设计要求实验数据接近实际工况在国内属于首例并且是国内最大的泥水盾构试验平台尤其密封效果达到国际先进水平整体平台获得省部级科技一等奖 试验平台的成功应用获得的试验数据可以作为指导深层泥水盾构的理论依据参考文献 陈德国.盾构近距离下穿河底大直径承压管道施工关键技术.铁道建筑技术():.袁邦民.盾构法水下隧道安全风险控制.铁道建筑技术():.赵海峰刘岩岩李福宝等.盾构机密封系统水压加载检测装置的研制.机械设计与制造():.陈驰杨平.高水压大直径过江隧道盾尾渗漏防治研究.林业工程学报():.周文锋廖少明门燕青.盾构隧道“字缝”接触应力与防水性能研究.岩土工程学报():.袁大军吴俊沈翔等.超高水压越江海长大盾构隧道工程安全.中国公路学报():.史世波李波拓勇飞.海外高水压大直径盾构法隧道防水设计.隧道与轨道交通():.龚琛杰丁文其.大直径水下盾构隧道接缝弹性密封垫防水性能研究:设计方法与工程指导.隧道建设(中英文)():.郑丽芳.空气轴承压力试验台.磨床与磨削():.张寒星刘希鹏阳艳等.接地装置弹簧压力试验台.铁道车辆():.吴礼朋黄皓.基于泓格 可编程控制器的交变压力试验台测控设计.国内外机电一体化技术():.槐庆林朱进礼李晓慧等.多功能井口液压试验台的研制与应用.石油机械():.(上接第 页)合格而返工 该装置技术先进稳定可靠有效降低了腕臂施工风险保障了简统化高铁接触网系统的正常运行为后续腕臂数据分析、腕臂生产、腕臂检验提供技术保障具有重要的应用价值参考文献 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