模型試驗(yàn)法在城市軌道交通牽引接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整中的應(yīng)用*

陳明忠

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程學(xué)院，210031，南京∥副教授）

模型試驗(yàn)法在城市軌道交通牽引接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整中的應(yīng)用*

陳明忠

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程學(xué)院，210031，南京∥副教授）

摘 要為解決城市軌道交通困難地段的牽引接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整與施工檢修的難題，提出了一種基于實(shí)物模型試驗(yàn)的模型試驗(yàn)法。該方法以現(xiàn)場真實(shí)的牽引接觸網(wǎng)設(shè)備為依據(jù)，搭建等比例實(shí)物模型進(jìn)行參數(shù)調(diào)整試驗(yàn)，優(yōu)化選擇牽引接觸網(wǎng)施工及參數(shù)調(diào)整的技術(shù)方案和技術(shù)工藝路線。應(yīng)用該方法對(duì)南京地鐵1號(hào)線困難地段的牽引接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)進(jìn)行了施工改造，取得了良好的應(yīng)用效果，也為基于計(jì)算機(jī)軟件的模型試驗(yàn)法的開發(fā)和完善積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞城市軌道交通；牽引接觸網(wǎng)；參數(shù)調(diào)整；模型試驗(yàn)

*江蘇省“青藍(lán)工程”資助項(xiàng)目（RL13002）

Author＇s address Nanjing Railway Vocational and Technical College，210031，Nanjing，China

錨段關(guān)節(jié)接觸網(wǎng)是城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，主要用于實(shí)現(xiàn)牽引接觸網(wǎng)機(jī)械分段和同相分段。其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，技術(shù)要求高。特別是在困難地段，如長距離小半徑曲線區(qū)間，由于曲線外軌超高等原因，容易引起弓網(wǎng)事故。一旦發(fā)生弓網(wǎng)事故，不僅造成錨段關(guān)節(jié)處接觸網(wǎng)設(shè)備損壞，同時(shí)會(huì)造成兩相鄰錨段接觸網(wǎng)設(shè)備故障和損壞，其恢復(fù)的工作量及難度極大。

南京地鐵1號(hào)線紅山動(dòng)物園站4跨絕緣錨段關(guān)節(jié)位于紅山站列車的起動(dòng)位置，由5根支柱組成，其中中心支柱尤其重要。此次的直接問題設(shè)備是絕緣錨段關(guān)節(jié)的15-8﹟桿這根中心柱（即缺陷轉(zhuǎn)換柱），如圖1所示。由于施工和設(shè)計(jì)遺留問題，使得中心柱上兩組懸掛所安裝部件間的定位間距s僅為70 mm（見圖2），這不符合直流1 500 V技術(shù)規(guī)定的s 為300 mm的要求。

圖1　困難區(qū)段的缺陷轉(zhuǎn)換柱

該s值的差異對(duì)牽引接觸網(wǎng)安全運(yùn)行的影響是不可忽視的。潛在的安全隱患主要有2個(gè)：一是當(dāng)絕緣錨段關(guān)節(jié)一端停電接地，而另一端有電時(shí)，兩組懸掛間由于電氣間距不夠，受外界因素如刮風(fēng)、雨雪等影響，容易造成空氣間隙擊穿現(xiàn)象，可能導(dǎo)致人身傷害事故；二是該絕緣錨段關(guān)節(jié)所處位置位于列車出站起動(dòng)位置，列車瞬間取流為起動(dòng)電流，電流值達(dá)到3 000 A以上，相鄰錨段之間間隙過小會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象，或因外界因素使得導(dǎo)線與腕臂處于非可靠接觸，由于存在電位差而造成接觸間隙放電，有燒斷接觸導(dǎo)線和承力索的可能。

圖2　缺陷轉(zhuǎn)換柱處的結(jié)構(gòu)

1　問題分析與解決

為處理這個(gè)難題，通常的整改方案需要重新安裝2套腕臂，才能達(dá)到調(diào)整電氣間距的目的。對(duì)該方案進(jìn)行了施工設(shè)計(jì)，其工作量如表1所示。

表1　直接施工法的工藝方案與工作量

由于施工點(diǎn)位于高架橋上，支柱安裝位置不合理，使得接觸懸掛復(fù)雜，如開展施工改造，必會(huì)導(dǎo)致接觸線產(chǎn)生很多硬點(diǎn)，進(jìn)而影響列車取流。由表1可知，施工過程波及到接觸網(wǎng)導(dǎo)高、拉出值，以及工作支、非工作支抬高量等技術(shù)參數(shù)的調(diào)整，改造的工作量及難度較大。經(jīng)過反復(fù)比較和論證，最終放棄了傳統(tǒng)的整改方案，決定采用模型試驗(yàn)法確定施工改造的具體工藝和方法。

2　模型試驗(yàn)法的關(guān)鍵技術(shù)

模型試驗(yàn)法的基本思路是搭建一個(gè)比擬真實(shí)設(shè)備的軟件模型［1-4］或?qū)嵨锬Ｐ停撃Ｐ团c待處理解決的錨段關(guān)節(jié)在布置參數(shù)、空間結(jié)構(gòu)、零件配合等方面相一致，從而可以用試驗(yàn)的辦法進(jìn)行多次施工，直至找到簡單、成熟、可靠的施工技術(shù)路線和工藝步驟。該方法不受停電時(shí)間和設(shè)備運(yùn)行的條件制約，能夠反復(fù)多次探索找到最優(yōu)的施工方案，是解決困難地段接觸網(wǎng)參數(shù)調(diào)整的有效方法。從目前的情況看，由計(jì)算機(jī)軟件模擬的方法最為簡便，但軟件開發(fā)還不完備。最終利用料庫備品和培訓(xùn)基地的試驗(yàn)設(shè)備搭建真實(shí)的設(shè)備模型成為選擇［5］。為最大限度地接近運(yùn)行中的真實(shí)設(shè)備，需要對(duì)原錨段關(guān)節(jié)進(jìn)行全方位的測繪，同時(shí)保證空間結(jié)構(gòu)與故障特征的一致性。結(jié)合牽引接觸網(wǎng)專業(yè)技術(shù)規(guī)范和施工設(shè)計(jì)圖紙，用激光導(dǎo)高測量儀、水平尺、線墜等工具對(duì)原設(shè)備進(jìn)行靜態(tài)檢測。夜間利用牽引接觸網(wǎng)綜合檢測車對(duì)牽引接觸網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，以掌握此處錨段關(guān)節(jié)的接觸網(wǎng)參數(shù)，包括導(dǎo)高值、拉出值、振動(dòng)、沖擊、接觸壓力、線索張力等。

施工人員對(duì)檢測參數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場情況，設(shè)計(jì)了建立模型的方案［6-9］。經(jīng)過不斷試驗(yàn)，最終得到經(jīng)過優(yōu)選后的目標(biāo)技術(shù)參數(shù)，如表2所示。

除了表2中的主要控制參數(shù)外，錨段關(guān)節(jié)各單元組的腕臂抬升量、承力索抬高距離、T型定位器與軟定位器間絕緣距離、腕臂及定位器的偏移量等符合相應(yīng)規(guī)范的技術(shù)要求，故沒有進(jìn)行采集。為保證模型的相似性和一致性，搭建時(shí)也對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行了控制。

在模型試驗(yàn)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換柱（Z單元組）處的兩定位間距s不能調(diào)整到300 mm的規(guī)定值上。如果采用DTL 0163定位器，調(diào)到極限位置時(shí)s= 170 mm，仍然不符合技術(shù)要求。此時(shí)，W1單元組定位管的斜撐與非支承力索的電氣距離只有50 mm。因此在現(xiàn)有的模型試驗(yàn)現(xiàn)場，采用目前的通用定位器解決不了該問題。

由模型試驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)單元組的定位器進(jìn)行受力分析后，決定設(shè)計(jì)研發(fā)符合本試驗(yàn)要求的特殊結(jié)構(gòu)的定位器與定位管支撐。依據(jù)試驗(yàn)要求，定位器及斜撐的零件平面圖如圖3、圖4所示。

表2　模型試驗(yàn)法的控制參數(shù)與優(yōu)化

圖3　定位器零件圖

圖4　定位斜撐零件圖

根據(jù)圖紙和技術(shù)要求，接觸網(wǎng)零件和設(shè)備制造商提供了該定位器和定位管支撐。在試驗(yàn)?zāi)Ｐ同F(xiàn)場，施工作業(yè)組很快將定位器和斜撐安裝到位，經(jīng)過不斷調(diào)試，最終將各單元組的控制參數(shù)全部調(diào)整到位。

在熟練掌握模型試驗(yàn)施工方法后，項(xiàng)目組重點(diǎn)解決試驗(yàn)成果成功移植問題。按照試驗(yàn)確定的工藝和方法，作業(yè)組利用地鐵夜間停運(yùn)“天窗”時(shí)間，僅用127 min完成了定位器的安裝與更換，并最終將s值調(diào)整到了規(guī)范規(guī)定的300 mm。由于使用了特制的定位器，M1單元組非支承力索與工作支定位器的距離也滿足技術(shù)要求。采用模型試驗(yàn)法確定的結(jié)構(gòu)與參數(shù)特殊的定位器，使得該處困難地段接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)的缺陷施工改造順利完成，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

3　結(jié)語

城市軌道交通牽引接觸網(wǎng)設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械與電氣的耦合系統(tǒng)，如果由于設(shè)計(jì)上的缺陷或由于施工安裝形成的隱患造成不良狀態(tài)，都會(huì)給后期運(yùn)營單位的接觸網(wǎng)檢修與維護(hù)工作帶來相當(dāng)大的困難。尤其是當(dāng)接觸網(wǎng)布置在一些困難區(qū)段時(shí)，線叉或錨段關(guān)節(jié)等單元零部件之間相互聯(lián)系、相互制約，在不影響供電安全和列車運(yùn)行秩序下進(jìn)行施工整改、檢修與調(diào)整，往往面臨著不可預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)和困難。利用計(jì)算機(jī)軟件仿真或基于真實(shí)接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)相似試驗(yàn)的模型試驗(yàn)法則可有效解決這類問題。此方法已成功應(yīng)用于南京地鐵1號(hào)線困難地段（高架橋牽引接觸網(wǎng)支柱位置特殊且淺埋）錨段關(guān)節(jié)處的缺陷整改施工項(xiàng)目中，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著軟件信息技術(shù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，牽引接觸網(wǎng)的檢修與調(diào)整可以借助大數(shù)據(jù)分析、動(dòng)態(tài)建模和實(shí)時(shí)仿真等技術(shù)，此時(shí)模型試驗(yàn)法將是牽引接觸網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)維修、檢修與調(diào)整的重要手段，對(duì)于保障牽引接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要意義。

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Application of Model Test for Pull Contact Network Parameter Adjustment in Urban Rail Transit

Chen Mingzhong

AbstractTo solve the parameter adjustment in pull contact network structure，the construction and maintenance of contact network in difficult locations of urban rail transit，a model test based on a real physical model is proposed.This method takes the real scene of contact network equipment as the basis，conducts an equal scaled model test and adjustment，so as to improve the selection of technical scheme for contact network construction，parameter adjustment and technical route.The method is applied to the pull contact network construction on some difficult areas on Nanjing metro Line 1，and proves to have good effect.It also accumulates experiences for the development and improvement of＂model test method＂based on the computer software.

Key wordsurban rail transit；pull contact network；parameter adjustment；model test

中圖分類號(hào)U 225.1

DOI：10.16037∕j.1007-869x.2016.01.020

收稿日期：（2014-03-09）