轨道交通接触网导线偏磨通用检测方法与流程

本发明轨道交通接触网导线偏磨通用检测方法，创造性地应用带有物联网zigbee短距无线传输模块的数字直线位移传感器测量头、气动阀岛、plc程序电控组件组成的硬件部分，通过操作手提电脑已设置的电动、气动控制操作系统来完成的，这是集机械、电动、气动、无线信号传输的综合技术方法于一体的高空导线检测方法。应用于电气化高速铁路的架空高压输电接触线(27.5千伏交流)以及城市轨道交通及电气机车的架空中压输电接触线(常用0.75千伏、1.5千伏直流)的检测,在线带电随机检测上述接触线在机车运行时与机车受电弓相对摩擦所产生的使用临界点前的偏磨值，消除接触网导线严重断线隐患，为轨道交通正常运行护航。

背景技术：

轨道交通的机车在运行时,受电弓与输电接触线之间有高达60-100米/每秒的干摩擦相对运动,自然会产生偏磨损耗。当偏磨逐渐增加,导线电阻、电流密度、温升及电功率随之上升,由此引发偏磨损耗进一步增加,形成恶性循环。运维中及时检测和处理将会避免输电接触线断线严重事故的发生,从而避免了机车运行时的严重事故。

现阶段，我国接触线偏磨的测量,依旧应用停电、停车、云梯上升、人工手持游标卡尺测量的几十年的传统方法,这种陈旧传统的直径测量法,不仅工作量大,而且高空检测精度差。尤其是在弯道上接触线的偏磨,基于接触线上半圆和卡线槽,所以较难作精确的测量,但环观全球电气化铁路技术发达国家,半个世纪来,投入大量人力、物力所研发的非接触式激光扫描测量仪以及ccd摄影机图像采集测量仪,它们的精度和可靠性,还都远不及传统的手工直径测量法来得精确和可靠，所以我国高速铁路牵引供电部门至今仍用人工卡尺直径法测量接触线的偏磨。

我国电气化铁路机车,时速有的已超过300公里,且运行率逐年上升,机车运行密度越来越大,能留给供电部门的停电检测接触线的时间也越来越少。于是接触线运行与检测检修之间的矛盾越来越突出。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术方法中存在的问题，创造性的结合精密机械制造、物联网zigbee无线传输、气动阀岛、plc程序电控系统和bluetooth的综合技术，通过一系列软、硬件操作，实现接触线残高的最小值和方位检测。

为解决上述技术问题，本发明采用的方案如下：

上述技术方案中，进一步地，所述轨道交通接触网导线偏磨通用检测方法，应用带有物联网zigbee短距无线传输模块的数字直线位移传感器测量头、气动阀岛、plc程序电控组件组成的硬件部分，通过操作手提电脑已设置的电动、气动控制操作系统来完成的，这是集机械、电动、气动、无线信号传输的综合技术方法于一体的高空检测成套设备。

上述技术方案中，所述通用于轨道交通的接触网导线检测方法，包括电气化高速铁路的架空高压输电接触线(27.5千伏交流)以及城市轨道交通及电气机车的架空中压输电接触线(常用0.75千伏、1.5千伏直流)的检测,在线带电随机检测上述接触线在机车运行时与机车受电弓相对摩擦所产生的使用临界点前的偏磨值。

上述技术方案中，所述轨道交通接触网导线偏磨通用检测方法，测量头上带有物联网zigbee短距无线传输模块的数字直线位移传感器，与无线信号传输系统信号相连，无线信号传输系统的主要功能是：将使用2.4ghz无线频段工作的数字直线位移传感器在高空测量的数据进行无线传输，从而实现地面接收，采用装有2.4ghz无线频段工作的bluetooth模块手提电脑对检测的接触磨耗数据进行显示、记录、统计，得出待测接触线最小留存高度及其方位，能显示偏磨全貌，并以一定格式内存于电脑中，也可直接进行打印出所测接触线磨耗报表。

上述技术方案中，所述轨道交通接触网导线偏磨通用检测方法，特别是气动阀岛的主要操作过程如下：程序逻辑控制器(plc)启动工作，依照编排好的程序输出指令，让各微型电磁方向阀按照测量工作的要求依次进行工作，从而使高空悬挂的微型气动测量头的定位微型气缸5、旋动气缸6和微型探头气缸9依次执行工作。

上述技术方案中，所述根据权利1要求所述轨道交通接触网导线偏磨通用检测方法，其特征在于，本发明对于接触网导线偏磨通用检测方法,原则上适用于所有两侧带三角形槽的圆形接触导线，具体型号如下:中国铁道部标准:tb/2810～2821-1997，ctha系列圆形有槽接触线，代号:ctha-85、100、120、150；欧洲标准:en50149，ac系列圆形有槽接触线，代号:ac-80、100、107、120、150；德国标准:与欧洲标准近似,有dn43138标准，代号为ri-80、100、107、120、150；国际上尚有使用截面积为161mm2以及170mm2的圆形有槽接触线,对于上述国内、外正在使用中的圆形有槽接触线,本方法都适用。。

本发明所具有的有益效果：

本发明优于国内、外同类方法的是，不存在测量数据的离散性，对测量环境(气候、光照度等)的严格要求，也不受接触线震荡和存在绕度的影响；它能在地面任何部位随机检测又能在机修车云梯上进行检测；在弯道上检测偏磨，如同在直道上检测一样。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本专利的接触导线检测设备中的气动测量头的局部主视图；

图2为图1的左视示意图，是测量头在图1的b-b方向的局部剖面图；

图3为图1中c-c剖的局部示意图；

图4为图1的a-a方向的剖视图；

图5为图2的d-d方向的剖视图；

图6为本专利的检测设备中气动阀岛的控制原理图。

具体实施工艺

结合图1-图6所示，轨道交通接触网导线偏磨通用检测方法实施如下：

一、微型气动测量头包括壳体1，在壳体的左侧设置定位微型气缸5，定位微型气缸与仪器壳体1固定相连；在定位微型气缸的下方设置两个左右对称平移钳口副13，平移钳口副13与定位微型气缸5的活塞固定相连；在定位微型气缸5的活塞作用下，平移钳口副13能向着中心平面y-y'作等量的平移，夹住待测接触线14的三角形装配槽，作为测量定位和基准；反之向外平移，脱离待测接触线14。

在壳体1的中部有一个圆弧形腔体15，该圆弧形腔体15的横截面约是3/4的圆形。圆柱形的旋转体2套装于圆弧形腔体15内，旋转体2与圆弧形腔体15精密转动配合。

在仪器壳体1的右侧设有一个旋动气缸6，旋动气缸6中的活塞3上设有齿条16；在旋转体2的外圆上设有外齿轮17，齿条16与外齿轮17相互啮合；从而实现了下述运动：当旋动气缸6的上腔进入压缩空气时，活塞3向下运动，通过啮合着的齿轮副带动旋转体2作逆时针方向旋转110°。在活塞3和旋动气缸6的部之间设置复位弹簧4，具体为：在活塞3的内腔设有复位弹簧4，该复位弹簧4的上下两端分别抵活塞3和旋动气缸6的底部。在活塞3向下运行时复位弹簧4受压缩；当旋动气缸6的上腔排气时，依靠复位弹簧4的储能，使活塞3复位上行至原始位置。由此通过啮合的外齿轮17和齿条16，迫使旋转体2顺时针方向复位旋转110°在旋转体2左端的外圆上固定设置旋转板8，在旋转板8的正面设有数字直线位移传感器11，该数字直线位移传感器11的头部设有圆珠形探头111，数字直线位移传感器11的尾部设有手控杆112。在旋转板8的背面设有微型探头气缸9，在微型探头气缸9的活塞杆上装有一弹性拨叉10，该弹性拨叉10的另一端与数字直线位移传感器11的手控杆112相联，即，弹性拨叉10的两端分别与数字直线位移传感器11和微型探头气缸9柔性相连。在微型探头气缸9的活塞与微型探头气缸9的顶部之间设有复位弹簧。微型探头气缸9的作用是：当微型探头气缸9的活塞杆伸出时，通过弹性拨叉10——数字直线位移传感器11上的手控杆112——将数字直线位移传感器11上的圆珠形探头111从中心点(直角坐标原点，也即是待测接触线14横断面的中心点141)拉出，让出空间，从而使整个微型气动测量头挂上待测接触线14。待挂上后，微型探头气缸9的活塞杆缩回(复位)，于是让数字直线位移传感器11的圆珠形探头111轻轻地靠上待测接触线14的外径上，完成检测前的技术准备工作。该数字直线位移传感器11，分辨率应达到为0.01毫米。

微型气动测量探头总成还包括中心线相重合的拱形活动导向副12和拱形导向板7；具体为：在仪器壳体1的左端(如作为主视图的图1所示，即微型气动测量探头总成的前端)设置由2个左右对称的活动导向板所形成的拱形活动导向副12，该拱形活动导向副12对应的固定在平移钳口副13的前端，随着平移钳口副13的外移，拱形活动导向副12开扩了导向空间，使微型气动测量探头总成挂网时空间大，即能使待测接触线14容易导入；在平钳口副13向内运行时，则缩小了过剩空间，使微型气动测量探头总成迫近正确位置，完成概略定位，便于平移钳口副13正确钳住待测接触线14的三角形安装槽，从而完成正确的定位工作。在仪器壳体1的右端(如作为主视图的图1所示，即微型气动测量探头总成的后端)设置拱形导向板7，拱形导向板7与仪器壳体1固定相连；拱形导向板7起到定位的作用，其作用与拱形活动导向副12类似。

在拱形活动导向副12和拱形导向板7的共同作用下，微型气动测量探头总成在挂线时搁在待测接触线14的圆顶，能使旋转体2的轴向中心线迫近待测接触线14的轴向中心线，起导向、托住、概略照准和定位作用。

二、气控阀岛系统：

如图6所示，其包括气源200、手拉阀201、气处理单元202、四个微型电磁方向阀(即微型电磁方向阀203、微型电磁方向阀204、微型电磁方向阀205、微型电磁方向阀206)、五个单向节流阀(即单向节流阀207、单向节流阀208、单向节流阀209、单向节流阀210和单向节流阀211)。

气源200通过手拉阀201后与气处理单元202相连。

气源200为整个气控阀岛系统提供气源。

手拉阀201作为整个手提式微型化气控系统的进气开关，控制系统的进气或关断。

气处理单元202将空气过滤纯化和去除水分；提供系统恒定气压和气压显示，气压在0.2-1mpa范围内连续可调；在空气中混入润滑油，使在气动系统工作时，润滑系统中的所有气动元件。

微型电磁方向阀203用于控制微型探头气缸9的活塞杆伸出或复位；相应地使数字直线位移传感器11的圆珠形探头111离开待测接触线14或靠上待测接触线14。

微型电磁方向阀204控制定位微型气缸5的平移钳口副13轧紧和松开，相应地使平移钳口副13钳住待测接触线14的三角形装配槽或松开。

微型电磁方向阀205在定位微型气缸5发生故障，从而导致不能使在其(定位微型气缸5)上的平移钳口副13从待测接触线14的三角槽中松开时，微型电磁方向阀205接气原200，应急强行打开定位微型气缸5上的定位钳口13。

微型电磁方向阀206控制旋动气缸6，使带齿条16的活塞3向下运动或向上复位，依靠齿条16与外齿轮17的相互啮合，旋转体2产生110°范围的旋转运动(如图2所述)，而带动旋转板8和在旋转板8上的数字直线位移传感器11的圆珠形探头111靠在待测接触14的下半圆，作110°范围内的检测或复位。

气源200选用携带式高压小容量储气罐，该携带式高压小容量储气罐的技术数据为：使用压力2mpa，容积1.5升。

三、plc电控系统

plc系统，包括携带式24伏直流电池电源、程序逻辑控制器、控制开关、控制按钮等。作为核心部件的程序逻辑控制器为六门输入，四门输出。微型电方向阀203、微型电磁方向阀204、微型电磁方向阀205和微型电磁方向阀206分别与plc电控系统中的程序逻辑控制器信号相连。

plc电控系统来控制微型电磁方向阀203、微型电磁方向阀204、微型电磁方向阀205、微型电磁方向阀206，从而使微型探头气缸9、定位微型气缸5和旋动气缸6按设计程序和节奏作出检测所需的动作。

四、zigbee无线信号传输系统

无线信号传输系统中，数字直线位移传感器11与无线信号传输系统信号相连。

轨道交通接触网导线偏磨通用检测方法实施如下：无线信号传输系统的主要功能是：将数字直线位移传感器11在高空测量的数据进行无线传输，从而实现地面手提电脑bluetooth接收并进行相应处理。

无线信号传输系统包括zigbee技术无线传输模块，在12m半径范围内无线传输信息，采用2.4ghz无线频段，从数字直线位移传感器11检测出的据通过zigbee技术无线传输模块，传输信息给地面，用带有2.4ghz频段的bluetooth模块的手提电脑设计专用软件，对检测的接触磨耗数据进行显示、记录、统计，得出待测接触线14最小留存高度及其方位，显示出偏磨全貌，并以一定格式内存于电脑中，也可直接进行打印出所测接触线偏磨报表。

轨道交通接触网导线偏磨通用检测方法实施如下：

1.电源接通后，微型电磁方向阀203得电打开，气源200内的压缩空气经气处理单202处理后，再经单向节流阀207进入微型探头气缸9的下腔，从而使微型探头气缸9的活塞杆向外运动，活塞杆上的弹性拨叉10拉动数字直线位移传感器11上的圆珠形探头111离开直角坐标原点。数字直线位移传感器11自带的屏幕显示从0→10，在笔记本电脑的屏幕上也作出同样显示，此直角坐标原点也即是待测接触线14横断面的中心点141。

2.整个微型气动测量头用绝缘杆托起挂上待测接触线14的被测段，此时拱形活动导向副12及拱形导向板7，一前一后搁置在待测接触线14上：此时旋转体2的轴向中心线(即旋转体2的横向中心平面x-x'与纵向中心平面y-y'的垂直正交线0-0')正好对应于待测接触线14被测段的轴向中心线，实施了自动概略照准(即粗调准)。

3.按动plc电控系统的工作“开始”按钮，启动工作，依照编排好的程序输出指令，让各微型电磁方向阀按照测量工作的要求依次进行工作。从而使高空悬挂的微型气动测量头上的定位微型气缸5、旋动气缸6和微型探头气缸9依次执行工作。具体过程如下：

一、来自气源200(选用手提式储气罐)的压缩空气，经过开通的手拉阀201，继而通过气处理单元202，使压缩空气纯化、去潮、稳压和充入润滑油。此时微型电磁方向阀204通电后工作，通过单向节流阀208的调速，使定位微型气缸5动作，定位微型气缸5上的平移钳口副13向内平移，从而钳住位于待测接触线14上半圆的左右对称的三角形安装槽。上述钳口定位，在设计上使待测接触线14的轴向中心线，与旋转体2的轴向中心线相一致(即与旋转体2横向中心平面x-x'及纵向中心平面y-y'的正交中心线0-0’相一致)。安装在旋转板8上的数字直线位移传感器11上的圆珠形探头111的零位，也即是待测接触线14横截面的中心点141。如此钳住待测接触线14的三角形安装槽，作为待测接触线14的磨耗测量及计算基准。

二、微型电磁方向阀203断电，在复位弹簧4作用下，微型探头气缸9活塞杆回程，通过弹性拨叉10，使数字直线位移传感器11上的圆珠形探头111轻轻靠上待测接触线14的下半圆外径上，给出待测接触线14的半径值。

三、微型电磁方向阀206通电，压缩空气经过单向节流阀210的调速，进入旋动气缸6的上腔，旋动气缸6中的活塞3下行，活塞3上的齿条16通过与其啮合的外齿轮17带动旋转体2作逆时针旋转。旋转体2带动安装在其上的旋转板8以及靠在待测接触线14外径上的数字直线位移传感器11上的圆珠形探头111在110°范围内作逆时针旋转(第四象限55°，第三象限55°)；数字直线位移传感器11上的圆珠形探头111在旋动中始终贴在被测接触线14下半圆外径上(依靠数字直线位移传感器11自身的复位弹簧和微型探头气缸9的复位弹簧的联合作用)，根据待测接触线14的磨损情况，在贴身旋动的运动中，数字直线位移传感器11上的圆珠形探头111作出相应的伸或缩，如此测出待测接触线14在下半圆110°范围内磨损曲线及磨损全貌。

四、微型电磁方向阀203通电，微型探头气缸9的活塞杆伸出，通过弹性拨叉10，使数字直线位移传感器11上的圆珠形探头111与待测接触线14的外径脱离接触，让出空间，给数字直线位移传感器11回程，作好前期工作，此时数字直线位移传感器11屏幕上和笔记本电脑屏幕上，应同时显示量纲的最大值10毫米。

五、微型电磁方向阀206断电，旋动气缸6中的活塞3在复位弹簧4的作用下，迫使活塞3上行复位。由于活塞3上的齿条16与旋转体2外径上的外齿轮17相啮合，因此带动旋转体2——旋转板8——数字直线位移传感器11，向顺时针方向旋转110°，实施了数字直线位移传感器11复位到原始位置。在活塞3上行复位的同时，旋动气缸6上腔中的压缩空气必需排出，此时压缩空气通过单向节流阀211节流，控制数字直线位移传感器11的回程速度，然后此压缩空气从微型电磁方向阀206的排气口排出。

最后，微型电磁方向阀204断电，微型定位气缸5在其自身回程弹簧作用下，迫使其复位，因此在其上的平移钳口副13向外平移，从而从待测接触线14的上半圆三角形安装槽中脱离，让出空间，此时微型气动测量头一次检测的程序结束。

以上仅是发明的一个具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。