高速铁路接触网补偿用智能在线监测系统的制作方法

本发明涉及电气化铁路接触网和城市轨道交通的技术领域，尤其是一种高速铁路接触网补偿用智能在线监测系统。

背景技术：

近年来，随着高速铁路和城市轨道交通的大规模投入运营，对牵引供电接触网系统安全和运营维护提出了更高要求。接触网系统的工作特点为露天运行，环境恶劣，无备用，一旦故障，轻则停电影响行车，严重会造成安全事故。棘轮补偿装置作为接触网系统的主要补偿方式，在高速铁路和城市轨道交通中得到大规模运用，但在运行中亦暴露出很多问题，如钢丝绳偏磨、部件腐蚀严重、卡滞等问题，有施工安装不到位的原因，也有环境和产品设计方面的问题。

现有运营维护体系主要是采取检测车巡检和人工巡检，检测车主要是在高铁夜晚停电期间采用视频图像识别技术进行检测，存在检测盲区且在故障前期无法对其进行有效识别，而人工巡检则因人员配置紧张，无法做到每天对关键接触网部件全覆盖检测，其中棘轮补偿装置按规定为一年巡检一次，无法满足高速铁路和城市轨道交通对安全日益增长的需求。棘轮补偿装置作为接触网系统中的关键零部件，目前尚无具备故障智能在线监测功能的相关产品。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种高速铁路接触网补偿用智能在线监测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高速铁路接触网补偿用智能在线监测系统，具有棘轮补偿装置和通过卡具固定在棘轮补偿装置辐条之间的故障在线监测装置，所述的故障在线监测装置上设置有用于测量棘轮补偿装置所处环境温度及湿度的温湿度传感器、用于测量棘轮补偿装置旋转角度及安装垂直度的角度传感器、用于存储并计算温湿度传感器及角度传感器测量数据的单片机和用于向后台服务器发送告警信息的无线通信模块。

进一步具体地说，所述的故障在线监测装置上还设置有用于给故障在线监测装置供电的锂电池。

进一步具体地说，所述的故障在线监测装置上还设置有蓝牙接口，外部便携设备与蓝牙接口对接后对故障在线监测装置的相关参数进行设置及读取相关数据。

进一步具体地说，所述的故障在线监测装置上还设置有与单片机有线连接的通信接口。

进一步具体地说，所述的故障在线监测装置上还设置与单片机有线连接的充电控制模块。

进一步具体地说，所述的故障在线监测装置上还设置有便于卡具将故障在线监测装置固定在棘轮补偿装置辐条之间的安装固定单耳。

进一步具体地说，所述的故障在线监测装置上还设置有用于控制故障在线监测装置开启或关闭的开关。

进一步具体地说，所述的故障在线监测装置上还设置有用于对锂电池进行不间断充电的太阳能电池板。

进一步具体地说，所述的故障在线监测装置上还设置有与单片机及锂电池有线连接的电源充电插头。

进一步具体地说，所述的太阳能电池板上设置有临时充电插口。

本发明的有益效果是：本发明提供的高速铁路接触网补偿用智能在线监测系统为接触网零部件的运营维护开辟了一条崭新的思路，对棘轮补偿装置故障进行及时告警，减少运营维护工作量，并进一步保障高速铁路和城市轨道交通的运营安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的正视图；

图3是本发明的工作原理图；

图4是故障在线监测装置的结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是图4的侧视图；

图7是角度传感器的结构示意图；

图8是导通单元的结构示意图；

图9是角度传感器的原理图；

图10是图8中c处的局部放大图；

图11是本发明应用在高速铁路或城市轨道交通上的示意图。

图中的标号为：1、棘轮补偿装置；2、故障在线监测装置；3、温湿度传感器；4、角度传感器；5、单片机；6、无线通信模块；7、锂电池；8、蓝牙接口；9、通信接口；10、充电控制模块；11、安装固定单耳；12、开关；13、太阳能电池板；14、电源充电插头；15、平衡轮；16、支架螺栓组合；17、双头螺杆组合；18、注油式棘轮连接架；19、双耳楔形线夹；20、线头卡子。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

见图1～6，本发明的高速铁路接触网补偿用智能在线监测系统，具有棘轮补偿装置1和通过卡具固定在棘轮补偿装置1辐条之间的故障在线监测装置2，棘轮补偿装置1采用防护等级ip65的复合材料制成。

故障在线监测装置2上设置有用于测量棘轮补偿装置1所处环境温度及湿度的温湿度传感器3、用于测量棘轮补偿装置1旋转角度及安装垂直度的角度传感器4、用于存储并计算温湿度传感器3及角度传感器4测量数据的单片机5和用于向后台服务器发送告警信息的无线通信模块6。

无线通信模块6自带天线，提高了数据发送的可靠性。

故障在线监测装置2上还设置有用于给故障在线监测装置2供电的大容量高性能锂电池7、蓝牙接口8、与单片机5有线连接的通信接口9、与单片机5有线连接的充电控制模块10、便于卡具将故障在线监测装置2固定在棘轮补偿装置1辐条之间的安装固定单耳11、用于控制故障在线监测装置2开启或关闭的开关12、用于对锂电池7进行不间断充电的太阳能电池板13和与单片机5及锂电池7有线连接的电源充电插头14。

外部便携设备与蓝牙接口8对接后对故障在线监测装置2的相关参数进行设置及读取相关数据。

太阳能电池板13上设置有临时充电插口，临时充电插口具有快充功能，可选择在故障在线监测装置2低电量告警时进行快速充电，或者对充电控制模块10进行更换。

该智能在线监测系统的工作原理是：

温湿度传感器3和角度传感器4可测量棘轮补偿装置1所处环境温湿度、棘轮补偿装置1在导线因温升而引起伸缩时的旋转角度及安装垂直度，通过单片机5存储相关数据并结合环境温度进行计算比对处理，在监测到棘轮补偿装置1出现异常时，启动故障在线监测装置2本身的无线通信模块6并通过gprs网络向后台服务器发送告警信息，故障在线监测装置2同时具有数据定时发送上传功能，可在后台服务器形成大数据，供铁路局供电维管单位分析使用。故障在线监测装置2的软件包含pc客户端和网络端服务器及便携设备端操作软件，可实时记录反馈故障在线监测装置2运行状态并对故障在线监测装置2参数进行读取设定，便携设备端操作软件可通过手持设备(含手机)通过蓝牙接口8与故障在线监测装置2连接，对相关参数进行设置以及读取相关数据。

pc客户端可显示棘轮补偿装置1安装支柱号、工作状态(如现场环境温湿度、不同时间段旋转角度、电池电量)等信息，同时可对上传数据进行大数据分析。

便携设备端操作软件采用安卓系统，可与设备近距离通信并显示设备运行参数和状态，并可对支柱编号、半锚段长度、数据采样方式等进行设定，便携设备可为定制类手持机或安卓系统手机。

后台服务器可以接受装置通过gprs上传的数据，并以大数据模式显示设备运行状态等参数，在故障时系统会有显示，同时向供电维管人员发送短信。故障在线监测装置2能够定时监测棘轮补偿装置1的运行状态，并将其数据上传至后台服务器，在发生卡滞时及时发送告警信息至供电维管单位。

该智能在线监测系统的的体积小，结构紧凑，故障在线监测装置2与棘轮补偿装置1较好的固定贴合，安装便捷对棘轮补偿装置1本身运行无任何干扰和影响。角度传感器4可以对棘轮补偿装置垂直度和棘轮补偿装置旋转角度进行精密测量。蓝牙接口8和无线通信模块6可与便携设备及后台服务器进行通信，上传数据、发送告警信息。采用大容量高性能锂电池7进行供电，太阳能电池板13补充充电，同时备有临时充电插口，可以保证连续供电以及延长故障在线监测装置2的使用时限。

角度传感器4采用的是抗干扰重力角度传感器，该抗干扰重力角度传感器由72个重力金属球导通单元(以下简称单元)组成。每个单元间隔5度，所有单元an相连，即见图7中的a线；所有单元bn相连，即见图7中的b线。这样就形成了72个并联电路，其中每个单元都一个电阻rn，并且每个rn的阻值都是不同的。

根据并联电阻公式1/rab＝1/r1+1/r2+1/r3……+1/rn。当传感器角度改变后，见图8和图9，黑色的单元金属球在单元的底部使得an和bn两端连接导通，而白色的单元an和bn是断开的。这样转动角度不同导通的单元就不同，并联后的电阻就不同，根据不同的阻值经过计算对表。通过测量ab端的电阻就能知道转动的角度，因此实现角度的测量。

由于利用了金属球的重力完成角度测量，因此不受外界的电磁干扰。单元可以根据角度精度需求进行增减，方便实用。见图10，为了避免震动导致的角度测量误差，在单元的内部金属球腔壁做了锯齿形处理。

见图11，该智能在线监测系统可以应用在高速铁路或者城市轨道交通(地上段)上，棘轮补偿装置1转动灵活，无卡滞偏斜现象。工作时，棘轮支架与补偿绳之间无相互摩擦、偏斜、摆动等问题。补偿绳捻制均匀，无扭曲、松弛、错乱交叉及断丝现象。棘轮补偿装置1的最大工作载荷不小于31kn，最大破坏载荷不小于93kn。棘轮补偿装置1在1.5倍工作载荷的作用下，保荷5min后，棘轮轮体转动灵活，无变形及卡滞现象。补偿绳的材质为不锈钢，整绳破断拉力不小于75.4kn。棘轮补偿装置1的传动效率为97％，相邻两个测量点之间传动效率之差不大于1％。疲劳试验后棘轮补偿装置1传动效率与规定值相比下降不大于2％；补偿绳整绳破断拉力与规定值相比下降不大于10％；棘轮补偿装置1破坏荷重与规定值相比下降不大于5％；棘轮轮槽磨损深度不大于0.5mm。断线时，制动时间不大于200ms，坠砣下落距离不大于200mm。总体组装后必须进行试挂，试挂加力(悬挂坠砣端)5kn，轮槽中心面与受力面得平行度5mm。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。