跨座式單軌靴軌關(guān)系監(jiān)測裝置研究

秦建偉 李乾 崔敬軒

摘 要：論述跨座式單軌靴軌關(guān)系監(jiān)測系統(tǒng)的必要性。研究磨耗異常原因，進行分析并結(jié)合跨座式單軌交通具體情況，構(gòu)思一種靴軌關(guān)系監(jiān)測系統(tǒng)，最后總結(jié)跨座式單軌靴軌關(guān)系監(jiān)測裝置的發(fā)展方向及前景。

關(guān)鍵詞：跨座式單軌;靴軌監(jiān)測;接觸軌

中圖分類號：U231.8 文獻標識碼：A

0 引言

跨座式單軌交通具有造價低、噪音低、轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強等優(yōu)點，在國內(nèi)得到廣泛推廣，近幾年在蕪湖、桂林、柳州等多個城市開始建設(shè)。國內(nèi)在建跨座式單軌牽引網(wǎng)主要采用接觸軌授流方式，接觸軌是在軌道梁兩側(cè)敷設(shè)，做為跨座式單軌列車供電的特殊輸電裝置（如下圖所示）。列車上的集電靴從接觸軌上動態(tài)取流，滿足列車電力需求的供能裝置。靴軌在工作狀態(tài)，集電靴在接觸軌受流面上滑行，從而形成供電回路，為列車提供電能，其狀態(tài)直接影響電客車受流質(zhì)量。

目前，跨坐單軌采用鋼鋁復(fù)合軌受流在國內(nèi)應(yīng)用時間短，還未有成熟的適合跨座式單軌靴軌監(jiān)測系統(tǒng)投入使用。本文根據(jù)影響靴軌系統(tǒng)功能異常的因素，結(jié)合現(xiàn)有的檢測監(jiān)測技術(shù)，設(shè)計一種功能較為全面的跨座式單軌靴軌監(jiān)測系統(tǒng)，最后對監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展做了進一步的展望。

1 靴軌監(jiān)測概述

1.1 靴軌狀態(tài)

集電靴安裝在跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架上保證其工作高度，通過持續(xù)的工作壓力使碳滑板與接觸軌鋼帶在滑行中保持緊密接觸。在滑行過程中，由于碳滑板質(zhì)地較軟，因此滑板會磨耗較快。同時，由于高速運行、車體擺動、安裝精度等客觀因素，靴軌之間可能夠會產(chǎn)生離線現(xiàn)象，瞬間會產(chǎn)生拉弧降低集電靴、接觸軌使用壽命。

1.2 靴軌系統(tǒng)性能指標

靴軌相互作用動態(tài)參數(shù)是靴軌系統(tǒng)運行性能的直接體現(xiàn)，反映了電客車動態(tài)受流的質(zhì)量。靴軌相互作用動態(tài)參數(shù)主要有靴軌接觸壓力、集電靴硬點以及靴軌燃弧等。當出現(xiàn)靴軌系統(tǒng)振蕩、接觸軌硬點、靴軌接觸處異物等情況而造成不良接觸時，便會出現(xiàn)燃弧。其燃弧主要評價指標有燃弧率、最大燃弧時間、燃弧強度等。本文基于跨坐市單軌的安裝特性，提出一種靴軌檢測裝置。

2 靴軌監(jiān)測功能及參數(shù)

2.1 主要監(jiān)測功能

（1）采用高清攝像機實時監(jiān)測靴軌關(guān)系，全程錄像動態(tài)集電靴通過的各種工作狀態(tài)。

（2）設(shè)置壓力監(jiān)測裝置，動態(tài)監(jiān)測靴軌之間壓力。

（3）設(shè)置硬點監(jiān)測裝置，動態(tài)監(jiān)測靴軌之間狀態(tài)。

（4）設(shè)置燃弧監(jiān)測裝置，動態(tài)實時監(jiān)測集電靴處。

（5）根據(jù)檢測系統(tǒng)實時檢測數(shù)據(jù)，設(shè)置接觸軌檢測值，一旦超限自動觸發(fā)實現(xiàn)工況自動高清錄像并保存。

2.2 檢測主要參數(shù)

靴軌關(guān)系主要前端監(jiān)測設(shè)備包括狀態(tài)高清成像裝置、靴軌燃弧檢測裝置、靴軌硬點檢測裝置、靴軌動態(tài)接觸壓力檢測及電流監(jiān)測裝置5個部分組成。

3.1 狀態(tài)高清成像裝置

高清成像裝置在車底靠近接觸軌的兩側(cè)安裝兩套高清高分辨率相機及輔助光源設(shè)備（左右各一套）安裝位置如下圖所示，對車體兩側(cè)的接觸軌、絕緣支架、集電靴等關(guān)鍵設(shè)備進行拍攝。

采用兩臺分辨率不低于200萬像素的高清相機，拍攝接觸軌與集電靴接觸點，監(jiān)控集電靴與接觸軌在運行過程中的靴軌運行接觸狀態(tài)。該裝置與檢測裝置里程信息同步，能夠自動在圖像上疊加檢測數(shù)據(jù)，視頻圖像能實時存儲，具備指定里程范圍內(nèi)的指定時間或空間間隔圖像導(dǎo)出功能。監(jiān)控效果如下所示：

3.2 靴軌燃弧檢測裝置

靴軌燃弧檢測裝置檢測儀采用非接觸式圖像采樣、不介入供電一、二次回路;安裝于接觸軌、受電區(qū)限界外和單跨座軌道導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪限界外。系統(tǒng)主要由測量模塊、分析模塊等組成。

裝置采用紅外熱成像儀對受流器碳滑板機械脫離接觸軌而產(chǎn)生的燃弧以及指在檢測區(qū)段內(nèi)，以規(guī)定的速度運行時，受流器與接觸軌間不少于5 ms持續(xù)時間的電弧的時間總和與整個運行時間的比值。其測量受流器受流相關(guān)參數(shù)，包括：燃弧次數(shù)、燃弧時間和燃弧率，監(jiān)測效果如下圖所示：

3.3 靴軌硬點檢測裝置

靴軌硬點檢測主要由光纖硬點加速度傳感器、調(diào)制解調(diào)儀組成。靴軌硬點檢測技術(shù)主要采用寬頻高精度光纖加速度傳感器，實現(xiàn)對加速度信號的檢測。加速度傳感器一般安裝于集電靴碳滑板上（具體安裝方案需要根據(jù)現(xiàn)場集電靴碳滑板結(jié)構(gòu)進行定制化設(shè)計方案），用于測量軌靴沖擊加速度，采用光纖的傳輸方式進行高低壓隔離傳輸，光纖線纜采用高壓絕緣套管防護。加速度傳感器安裝借用集電靴上既有螺栓，通過增加連接件固定。測量數(shù)據(jù)通過傳輸至主機，采集信號如下圖所示。

3.4 靴軌接觸壓力檢測裝置

靴軌動態(tài)接觸壓力檢測模塊主要由光纖光柵應(yīng)變計、光纖應(yīng)變溫度計、調(diào)制解調(diào)儀組成，調(diào)制解調(diào)儀可和靴軌硬點共用一臺設(shè)備。

靴軌動態(tài)接觸壓力檢測技術(shù)主要采用基于光纖光柵原理制作的高靈敏、高精度光纖應(yīng)變傳感器實現(xiàn)應(yīng)力的精確檢測，即在靴軌擺臂上安裝光纖光柵應(yīng)變計和光纖光柵溫度計（用于補償光纖光柵應(yīng)變計由于溫度變化產(chǎn)生的誤差），測量集電靴的擺臂受到滑板傳遞的接觸壓力作用產(chǎn)生的應(yīng)變，通過應(yīng)變量計算接觸壓力。

3.5 本系統(tǒng)特點

本系統(tǒng)采用非接觸式監(jiān)測方式，不影響電客車的運行，安全性能高;本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，幾個模塊相對獨立，一個模塊損壞，不影響另一個模塊的使用，維修方便，可靠性高。

4 結(jié)語

為保障跨座式單軌列車的正常運行，對跨座式單軌交通接觸軌的故障及時預(yù)警和快速維修提出了需求。本文在既有軌道交通檢測基礎(chǔ)上結(jié)合跨座式單軌線路、車輛特點，構(gòu)思了一種靴軌檢測系統(tǒng)，全面監(jiān)測靴軌動態(tài)關(guān)系。維修人員可對燃弧、硬點異常部位進行接觸軌的校核，從而指導(dǎo)現(xiàn)場人員進行針對性地維修。此系統(tǒng)對城市軌道交通接觸網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展具有一定的參考作用。

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