[發(fā)明專(zhuān)利]一種列車(chē)剛性弓網(wǎng)接觸力全光纖測(cè)量方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111105298.9
• 申請(qǐng)日: 2021-09-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113820054B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃國(guó)君;程桂軍;楊國(guó)偉;張玲芳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/10
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/10
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 焦海峰

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種列車(chē)剛性弓網(wǎng)接觸力全光纖測(cè)量方法及系統(tǒng)，包括：本申請(qǐng)技術(shù)基于接觸網(wǎng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的光纖測(cè)量和優(yōu)化反演計(jì)算實(shí)現(xiàn)弓網(wǎng)接觸力的反演測(cè)量，是一種新穎的弓網(wǎng)接觸力測(cè)量技術(shù)，較傳統(tǒng)的基于受電弓動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的間接測(cè)量技術(shù)具有所測(cè)結(jié)構(gòu)及其受力簡(jiǎn)單(無(wú)氣動(dòng)力作用)、所需傳感器種類(lèi)單一、傳感系統(tǒng)抗電磁干擾并對(duì)所測(cè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性影響小、軌道振動(dòng)對(duì)測(cè)量的噪聲干擾小等優(yōu)點(diǎn)，因而可提高弓網(wǎng)接觸力的間接測(cè)量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種列車(chē)剛性弓網(wǎng)接觸力全光纖測(cè)量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

列車(chē)受電弓網(wǎng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)從變電所向列車(chē)輸送電能而驅(qū)動(dòng)列車(chē)運(yùn)行的裝置，包括架空接觸網(wǎng)和安裝在車(chē)頂上的受電弓，其安全性和可靠性是決定列車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障。接觸網(wǎng)分為柔性接觸網(wǎng)和剛性接觸網(wǎng)。柔性接觸網(wǎng)主要用于高鐵等快速軌道交通；剛性接觸網(wǎng)是架空梁結(jié)構(gòu)，相比柔性接觸網(wǎng)剛性大，它由周期性布置的固定懸掛機(jī)構(gòu)支撐，具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、抗風(fēng)、建設(shè)和維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合城軌線(xiàn)路包括地鐵和城際軌道交通，也適于隧道占比較高的干線(xiàn)鐵路。

目前剛性接觸網(wǎng)的列車(chē)車(chē)速受到制約，其關(guān)鍵影響因素是弓網(wǎng)接觸力的波動(dòng)，它是弓網(wǎng)耦合振動(dòng)的體現(xiàn)。隨著列車(chē)速度的提高弓網(wǎng)接觸力的波動(dòng)也增加，導(dǎo)致列車(chē)的受流脈動(dòng)增加降低受流質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)弓網(wǎng)脫離并產(chǎn)生拉弧放電現(xiàn)象，導(dǎo)致受電弓碳滑板和接觸網(wǎng)局部燒蝕，進(jìn)一步降低受流品質(zhì)。因此，弓網(wǎng)接觸力的波動(dòng)(方差及最大、最小值)是剛性弓網(wǎng)系統(tǒng)的一個(gè)主要性能指標(biāo)。

弓網(wǎng)接觸力的準(zhǔn)確測(cè)量是對(duì)其控制的前提技術(shù)條件。傳統(tǒng)的弓網(wǎng)接觸力測(cè)量都是通過(guò)列車(chē)車(chē)頂上的受電弓碳滑板的支撐力和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)測(cè)量來(lái)間接獲得，通過(guò)附加安裝在碳滑板兩端的的測(cè)力傳感器和其中的加速度或應(yīng)變傳感器測(cè)量碳滑板的受力和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)信號(hào)，由碳滑板的所受的支撐力、氣動(dòng)力、慣性力、弓網(wǎng)接觸力之間的平衡關(guān)系間接測(cè)得弓網(wǎng)接觸力。一般將碳滑板視為剛體或彈性體，需同步測(cè)量碳滑板上接觸點(diǎn)位置的變化，所以需測(cè)量的力學(xué)量及其傳感系統(tǒng)種類(lèi)較多。同時(shí)碳滑板受到的氣動(dòng)力為分布力難于直接測(cè)量需采用經(jīng)驗(yàn)公式估算，所以弓網(wǎng)接觸力的測(cè)量存在一定的力學(xué)近似。此外，軌道振動(dòng)通過(guò)車(chē)頂傳導(dǎo)到受電弓，使得弓網(wǎng)接觸力的測(cè)量受到較為顯著的軌道振動(dòng)噪聲干擾。并且所用傳感器一般采用電學(xué)傳感器，易于受到受電弓網(wǎng)高壓電磁工作環(huán)境的影響，所以這些傳感器需要屏蔽封裝才能在受電弓上正常工作，這勢(shì)必對(duì)碳滑板及受電弓附加了額外的質(zhì)量，從而導(dǎo)致其動(dòng)力學(xué)特性改變、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)失真。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述傳統(tǒng)弓網(wǎng)接觸力測(cè)量方法存在的力學(xué)、傳感器、軌道振動(dòng)干擾的問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N列車(chē)剛性弓網(wǎng)接觸力全光纖測(cè)量方法及系統(tǒng)，可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶋H線(xiàn)路檢測(cè)段的剛性弓網(wǎng)系統(tǒng)接觸力的測(cè)量。

根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的一個(gè)方面，提供了一種列車(chē)剛性弓網(wǎng)接觸力全光纖測(cè)量方法，包括：

應(yīng)用光纖傳感器串測(cè)量接觸網(wǎng)離散點(diǎn)的彎曲應(yīng)變動(dòng)力學(xué)響應(yīng)；

確定當(dāng)前列車(chē)弓網(wǎng)的預(yù)設(shè)接觸力參數(shù)；

依據(jù)所建立的列車(chē)弓網(wǎng)系統(tǒng)中接觸力激勵(lì)下接觸網(wǎng)的動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算所述預(yù)設(shè)接觸力參數(shù)對(duì)應(yīng)的接觸網(wǎng)的撓度動(dòng)力學(xué)響應(yīng)；

基于所述計(jì)算所得接觸網(wǎng)撓度動(dòng)力學(xué)響應(yīng)計(jì)算接觸網(wǎng)測(cè)點(diǎn)處的彎曲應(yīng)變，并與光纖應(yīng)變傳感器所測(cè)到的測(cè)點(diǎn)彎曲應(yīng)變動(dòng)力學(xué)響應(yīng)比較，計(jì)算弓網(wǎng)接觸力反演誤差；

根據(jù)優(yōu)化算法從上述弓網(wǎng)接觸力反演誤差對(duì)弓網(wǎng)接觸力參數(shù)進(jìn)行修正，得到當(dāng)前列車(chē)弓網(wǎng)的候選接觸力參數(shù)，將當(dāng)前候選接觸力參數(shù)作為新的預(yù)設(shè)接觸力參數(shù)重復(fù)上述反演計(jì)算。在所述候選接觸力參數(shù)滿(mǎn)足弓網(wǎng)接觸力反演的預(yù)設(shè)誤差條件的情況下，將所述候選接觸力參數(shù)確定為目標(biāo)接觸力參數(shù)。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)光纖傳感器串測(cè)量接觸網(wǎng)離散點(diǎn)的彎曲應(yīng)變動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，包括：

應(yīng)用多只布拉格光纖光柵(FBG)傳感器串測(cè)量接觸網(wǎng)上多個(gè)離散測(cè)點(diǎn)處的梁彎曲應(yīng)變，將所述梁彎曲應(yīng)變確定為所述彎曲應(yīng)變動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的測(cè)量值。