地鐵剛性接觸網(wǎng)錨段健康評價模型研究

摘要 為彌補地鐵剛性接觸網(wǎng)錨段質(zhì)量評價的空白，根據(jù)行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求，文章介紹了適合地鐵剛性接觸網(wǎng)錨段健康評價模型，可為接觸網(wǎng)質(zhì)量鑒定提供依據(jù)，為接觸網(wǎng)維保提供指導(dǎo)。通過應(yīng)用地鐵接觸網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)，驗證了該模型的有效性和科學(xué)性，該模型可以有效識別出接觸網(wǎng)參數(shù)缺陷，提高維保效率和降低勞動成本。

關(guān)鍵詞 接觸網(wǎng)；質(zhì)量評價；健康評價

中圖分類號 U226.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）04-0015-03

0 引言

接觸網(wǎng)的初期研究主要集中在接觸網(wǎng)的參數(shù)檢測方法研究^[1-3]及檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)研究上^[4-5]，近年來，接觸網(wǎng)可靠性模型研究不斷深化^[6]，學(xué)者張衛(wèi)東首先提出了牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠性模型，確定了接觸網(wǎng)系統(tǒng)分析模型指標(biāo)^[7]；孫樹光為接觸網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)確定了等級，在不同等級不同分值的基礎(chǔ)上再進(jìn)行加權(quán)平均^[8]；王婧通過分析各項檢測參數(shù)的數(shù)據(jù)特征及評價指數(shù)的應(yīng)用目的，提出選用層次分析法對影響接觸網(wǎng)運行質(zhì)量指數(shù)的各因素進(jìn)行賦權(quán)，從而使評價結(jié)果更加客觀合理^[9-10]。

但上述研究主要針對的是柔性接觸網(wǎng)，對地鐵剛性接觸網(wǎng)的健康評價目前仍處于探索階段。所以需要建立一個剛性接觸網(wǎng)質(zhì)量評價體系，對剛性接觸網(wǎng)錨段的健康狀態(tài)進(jìn)行一個量化的評估，為質(zhì)量鑒定和維護(hù)保養(yǎng)提供參考和意見。

1 評價函數(shù)選擇

接觸網(wǎng)檢測參數(shù)量綱不同。所以，要對各個參評參數(shù)進(jìn)行無量綱化處理。選用了函數(shù)作為功效函數(shù)，見式（1），該函數(shù)通過調(diào)整a、b、c、d參數(shù)，可以靈活地改變自變量范圍及曲線形狀。

通過設(shè)定的關(guān)系構(gòu)建logsig評價函數(shù)，當(dāng)?shù)梅郑?.9分時，表示該參數(shù)處于標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)?shù)梅郑?.6分時，表示該參數(shù)處于警示值；當(dāng)?shù)梅郑?.1分時，表示該參數(shù)處于限界值；當(dāng)?shù)梅帧?.1分時，表示該參數(shù)處于超限值。不同的評價得分對應(yīng)關(guān)系見表1。

2 參數(shù)評價函數(shù)的建立

根據(jù)接觸網(wǎng)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的閾值界限及現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)分布規(guī)律，逐一建立導(dǎo)高超限、導(dǎo)高坡度、拉出值超限、拉出值斜率、弓網(wǎng)壓力、燃弧、硬點、磨耗等評價函數(shù)。

2.1 導(dǎo)高超限

導(dǎo)高偏差超限時，可能造成弓網(wǎng)打火或弓網(wǎng)故障。接觸線導(dǎo)高設(shè)計值為4 050 mm，標(biāo)準(zhǔn)值偏差±5 mm；警示值偏差±10 mm；限界值偏差±20 mm；偏差≥20 mm時，得出擬合函數(shù)，見式（2）。

2.2 導(dǎo)高坡度

導(dǎo)高坡度超限時，可能造成弓網(wǎng)打火或弓網(wǎng)故障。根據(jù)行業(yè)規(guī)范及現(xiàn)場分布規(guī)律，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值＜0.5‰，警示值＜1‰，限界值＜2‰，極限值≥2‰，得出擬合函數(shù)，見式（3）。

2.3 拉出值超限

拉出值超限時，可能造成受電弓脫弓，引發(fā)弓網(wǎng)故障。目前，受電弓有效工作長度為1 050 mm，剛性接觸網(wǎng)拉出值設(shè)計最大值為±300 mm以內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)值偏差±10 mm；警示值偏差±30 mm；限界值偏差±50 mm；偏差≥50 mm時，視為超限值，得出擬合函數(shù)，見式（4）。

2.4 拉出值斜率

拉出值斜率超限，容易引發(fā)受電弓碳滑板磨耗不均勻。根據(jù)行業(yè)規(guī)范及現(xiàn)場分布規(guī)律，設(shè)計值為5 mm/m，標(biāo)準(zhǔn)值偏差為1 mm/m；警示值偏差為2 mm/m；限界值偏差為3 mm/m；偏差≥3 mm/m時，則視為超限值，得出擬合函數(shù)，見式（5）。

2.5 弓網(wǎng)壓力

弓網(wǎng)壓力超限時，可能造成弓網(wǎng)打火或弓網(wǎng)故障。對于直流1 500 V制式，弓網(wǎng)壓力應(yīng)符合以下評判標(biāo)準(zhǔn)：

（1）接觸力的最大值（N）：F_m，max<0.000 97v²+140

（2）接觸力的最小值（N）：F_m，min>0.001 12v²+70

動態(tài)檢測車運行時速最低為40 km/h，最高為80 km/h，根據(jù)行業(yè)規(guī)范及現(xiàn)場分布規(guī)律，得出擬合函數(shù)，見式（6）。

2.6 燃弧

燃弧超限時，可能造成接觸線和碳滑板異常磨耗，甚至燒蝕接觸線。根據(jù)行業(yè)規(guī)范及現(xiàn)場分布規(guī)律，設(shè)定燃弧時間≥100 ms為超限值；燃弧時間≥80 ms為限界值；燃弧時間≥60 ms為警示值；燃弧時間＜60 ms為標(biāo)準(zhǔn)值，得出擬合函數(shù)，見式（7）。

2.7 磨耗

磨耗超限時，可能會損傷匯流排鉗口。根據(jù)行業(yè)規(guī)范及現(xiàn)場分布規(guī)律，設(shè)定接觸線磨耗高度＜5.3 mm為標(biāo)準(zhǔn)值；接觸線磨耗高度＜6.3 mm為警示值；接觸線磨耗高度＜7.3 mm為限界值；接觸線磨耗高度≥7.3 mm為超限值，得出擬合函數(shù)，見式（8）。

2.8 硬點

硬點超限時，可能引發(fā)弓網(wǎng)打火或弓網(wǎng)故障。根據(jù)行業(yè)規(guī)范及現(xiàn)場分布規(guī)律，設(shè)定受電弓垂向加速度≥50 g即為超限值；受電弓垂向加速度≥40 g為限界值；受電弓垂向加速度≥30 g為警示值；受電弓垂向加速度＜30 g為標(biāo)準(zhǔn)值，得出擬合函數(shù)，見式（9）。

3 綜合評價函數(shù)的建立

3.1 組合賦值法

在接觸網(wǎng)系統(tǒng)中，每個參數(shù)對系統(tǒng)的影響程度各不相同，因此需要對不同的參數(shù)進(jìn)行權(quán)重賦值^[10]。

3.2 參數(shù)權(quán)重的確定

邀請專家通過層次分析法對各個參數(shù)的致險可能性及后果嚴(yán)重性進(jìn)行評分，得出各參數(shù)判斷矩陣M，見式（10）。

平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI=1.41，最大特征根λ_max=8.40，求得CI=0.06，CR=0.04，小于 0.1，通過一致性檢驗。重復(fù)以上步驟，平均多位專家的評分后，得出權(quán)重系數(shù)見表2。

為了增強公式的科學(xué)性，避免部分參數(shù)權(quán)重較小，當(dāng)影響行車安全的參數(shù)出現(xiàn)超限值后，錨段健康評價得分仍然較高。擬再乘以各影響行車安全的參數(shù)得分最小值，錨段健康評價函數(shù)如式（11）所示：

y_{錨段健康度}=100×（0.21×y_{拉出值超限}+0.07×y_{拉出值斜率}+0.22×y_{導(dǎo)高超限}+0.09×y_{導(dǎo)高坡度}+0.06×y_{弓網(wǎng)壓力}+0.18×y_硬點+0.11×y_燃弧+0.06×y_磨耗）×MIN（y_{拉出值超限}， y_{導(dǎo)高超限}， y_{弓網(wǎng)壓力}， y_燃弧， y_硬點）（11）

由式（11）得出的2號線下行剛性接觸網(wǎng)錨段健康評價結(jié)果（如圖1所示），該評價結(jié)果相對合理，能快速找出現(xiàn)場影響行車安全的超限問題，滿足管理需求。

4 數(shù)據(jù)可視化

目前廈門地鐵已建立接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)分析平臺（如圖2所示）。該平臺具備檢修記錄錄入、檢測數(shù)據(jù)上傳及智能計算與分析、錨段健康評價展示、健康評價缺陷匯總、維保優(yōu)化建議等功能。

5 結(jié)束語

該文介紹的剛性接觸網(wǎng)錨段健康評價體系可快速識別質(zhì)量狀態(tài)不佳的問題，找出問題錨段、問題定位點及問題參數(shù)。目前已發(fā)現(xiàn)導(dǎo)高、拉出值、弓網(wǎng)壓力、硬點、燃弧、磨耗等問題181項，評價結(jié)果客觀合理，可以更好地評價剛性接觸網(wǎng)動態(tài)參數(shù)性能。

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收稿日期：2023-11-20

作者簡介：肖文龍（1989—），男，本科，工程師，研究方向：接觸網(wǎng)技術(shù)研究及應(yīng)用、健康模型研究、數(shù)字化研究、材料研究等。