地铁接触轨综合检测系统研究

地铁接触轨综合检测系统研究

刘仲儒苏大鹏邱群峰

青岛地铁运营有限公司，266599

摘要：基于无接触光学检测原理，利用接触轨道的静态参数，实现对轨道的定标，但是传统的定标方法不能随时随地进行标定；办理线路标定程序复杂，时间长；对人力、物力、财力的消耗较大；由于其工作效率低下，存在着安全隐患，所以必须根据实际情况，根据接触轨道的几何尺寸，合理地开发出一套行之有效的工装，从而很好地解决了接触轨的标定问题。

关键词：地铁；接触轨；综合检测

随着我国城市化进程的加快，地面交通的拥挤问题越来越突出，地铁在缓解城市交通压力方面起到了很大的作用。截止到2020年末，中国大陆已经有45个城市开通了地铁，包括北京和广州，它们的总里程为7978.19公里，上海的运行里程为834.20公里，位居全球首位。现有的电气化列车主要采用架空接触网与接触网，接触式接触网具有如下优势：（1）结构简单，施工费用低廉；（2）低的故障发生率；（3）维修保养费用低廉；（4）具有较好的抗灾能力；（5）高强度的粘接性，不会对城市的美观产生任何的影响，也不会对周围的环境产生任何的影响。

随着城市建设的不断扩张，人们的交通距离也在逐渐增加，交通网络也在不断地向郊区扩展，车站间距也在逐渐增大，4公里以上的长大区之间已经成为了家常便饭。为了保证电力列车的稳定运行，许多市郊线都在使用接触式电流（也叫“三线”），例如上海地铁16、17线、武汉地铁一期、深圳地铁3号线、北京空港线等，都是由接触式电流驱动的。目前，接触轨的维修大多是手工进行，需要工作人员携带专用的测量尺、反光目镜和辅助照明设备，并在施工中进行相应的测量。同时，由于使用中的接触轨与集电靴的长期摩擦，极易造成轨面擦伤、腐蚀、疤痕等表面缺陷，从而对电力系统的稳定造成很大的影响，因此，如何及时、准确地发现接触轨的表面缺陷，是目前急需解决的问题。人工维修主要是获取接触轨道的几何参数，而接触轨道表面的损伤检测难以全面覆盖。

1.系统设计

本系统以机器视觉技术为核心，利用视觉传感器模块（2D数字激光传感器）、高清CCD、倾角传感器、光电编码器、工业控制计算机组成检测系统的硬件平台，由检测臂和巡检小车组成，其中2D数字激光传感器采用Gocator2130传感器，该传感器采用三角测距原理获取接触轨轮廓参数及距离参数，为接触轨空间形位参数检测提供数据；由倾角传感器和位移传感器等构成的车身位移检测设备，实时地对车身的侧向位移进行补偿，从而获得轨道的空间形状（拉出、导高值）；采用数码高清晰度CCD摄像机和辅助照明光源，实现了对轨道表面高分辨率图像的实时采集，并利用人工智能技术实现了对接触轨道表面损伤的实时监测，并由工业触摸屏显示，便于维修人员对设备状况进行实时监测。同时，为了保证数据的一致性，采用了空间取样技术，避免了因测量车的速度变化而造成的二维数字激光传感器的取样时间间隔发生变化。该增量式光电编码器安装在一辆巡检车辆的轮径为D的轮径上，该编码器每旋转一圈产生N个脉冲，当检测车移动一个位置l时，该编码器所产生的脉冲的总数量可以由以下公式来计算：

在探测系统中，N=10000,D=30厘米，探测距离l=25厘米，可以计算出n≈266。通过利用光电子编码器产生A、B相脉冲的时间，判断列车的运动方向与基准方向是否一致，在单片机中对脉冲数进行计数，在脉冲数目为266时，由单片机高电平触发信号。

2.接触轨检测系统的测量工作原理

网轨综合检测车的接触轨道探测系统，采用非接触式光学测量技术，对道床两侧的接触轨道进行测量，并采用激光设备和专业的高速照相机，实现对道路两侧的接触轨道的相关参数进行测量。该系统的工作原理是：通过将激光装置发射的光束，投影到道床的两侧的接触轨上，形成一个光亮的接触轨，然后用高速照相机把它的影像记录下来，然后用三角法的原理把它的影像传送到检测车上的电脑里，然后通过计算机获取接触轨的中心点、最低点等重要信息，从而计算出接触轨的拉出值和导高。此外，通过接触轨监测系统所获得的数据，可以有效地补偿接触轨的振动、爬行等动力学参数对接触轨道的导高和拉出值的影响。

3.常规的接触轨道探测系统的问题

为保证测量结果的准确，必须对接触轨道测量系统中的接触轨道设置值进行校正，并对其进行定期校正。但是，在实际的校验工作中，存在着许多问题：第一，部分网轨综合检测器的仪器、仪器、仪器不齐全；第二，部分地铁项目车辆段的库房区间采用接触网供电，不设接触式供电，不能在出站之前对检测系统进行校验；第三，一般在校准之前的两个星期内，要对接触线或导线的特定工作地点提出要求，同时要多次进行线路协调，而且每次只能进行一次接触轨道的检查和校正。由于试验线和主接线都是单向安装的，所以要同时办理两个工位，这就导致了手续烦琐、时间长；第四，当采用综合检测车对试验线路或主线进行标定时，必须有两名人员负责检测、

两名司机驾驶、两名接触网专业人员负责断电、同时还要有人员钻入车底进行实地测量，全程耗时两个多小时，既耗费人力物力，又不能保证作业的效率，同时也存在着安全问题。

4.接触轨标定工装的研制

在使用网轨综合检测器进行系统标定之前，往往要耗费大量的人力、时间，才能将检测车移到主干或试车线上，经过多年的使用，有关作业人员迫切需要一种标准工装，对真实现场接触轨环境进行模拟，从而实现对检测系统的标定。该系统的基本原理是寻找被测轨道的底部中点和最低点，无需考虑是否要用电，只要制作一台同样大小的接触轨道仿真器，就能取代实际的接触轨道，在无接触轨道环境下进行检测和校准。该标定工具是由两个T形框架组成，一端固定在轨道的一侧，一端用来拖拉与轨道，T形框架的顶端靠近轨道，以确定两个轨道的顶面，由此决定了接触轨道底部与轨道的顶面的高度。在此基础上，对T形框架的长度进行了计算，并利用该方法确定了接触轨段与轨道中心的间距。外挡板是用来对接触部分进行定位的。起初，为了减轻T型架的重量和重量，采用了铝合金制造，但实践证明，将U型钢板放在接触轨道上后，很容易发生变形，最终的测量值会出现1厘米的误差，后来又换了一种更坚固的U型钢板，但使用后发现，U型钢板制造出来的T型架很难达到要求，经过反复的摸索和研究，最终得出结论，在导轨安装过程中，在导轨部分安装时，可以进行微调。

通过对模具的不断研究和分析，认为模具的适用性和准确性需要满足如下要求：首先，模具必须具备一定的刚度，这样可以保证接触轨段不会造成模具的变形，从而影响到测量的准确性；第二，模具的大小要能调整，在安装在接触轨道部分后，调整至约200mm的导高，约1510mm，保证以后的尺寸可以调整；第三，可以将刀具的根部固定在轨道的一边，这样，刀具就可以与轨道的夹角保持一定的垂直，同时，工件的底部也不能脱离轨道而向上弯曲；第四，要确保两台机床可以顺利的将接触轨道部分抬起，这样激光设备和高速摄像机就可以在工作台之间的接触轨道上进行拍摄。

参考文献

[1]杨波,刘耕,冯坷欣.青岛地铁R1线综合检测车电气系统设计[J].技术与市场,2017,24(11):30-32+34.

[2]钮海彦.无锡地铁综合检测车研制[J].现代城市轨道交通,2015,(03):25-29.