跨座式单轨靴轨关系监测装置研究

秦建伟 李乾 崔敬轩

摘 要：论述跨座式单轨靴轨关系监测系统的必要性。研究磨耗异常原因，进行分析并结合跨座式单轨交通具体情况，构思一种靴轨关系监测系统，最后总结跨座式单轨靴轨关系监测装置的发展方向及前景。

关键词：跨座式单轨;靴轨监测;接触轨

中图分类号：U231.8 文献标识码：A

0 引言

跨座式單轨交通具有造价低、噪音低、转弯半径小、爬坡能力强等优点，在国内得到广泛推广，近几年在芜湖、桂林、柳州等多个城市开始建设。国内在建跨座式单轨牵引网主要采用接触轨授流方式，接触轨是在轨道梁两侧敷设，做为跨座式单轨列车供电的特殊输电装置（如下图所示）。列车上的集电靴从接触轨上动态取流，满足列车电力需求的供能装置。靴轨在工作状态，集电靴在接触轨受流面上滑行，从而形成供电回路，为列车提供电能，其状态直接影响电客车受流质量。

目前，跨坐单轨采用钢铝复合轨受流在国内应用时间短，还未有成熟的适合跨座式单轨靴轨监测系统投入使用。本文根据影响靴轨系统功能异常的因素，结合现有的检测监测技术，设计一种功能较为全面的跨座式单轨靴轨监测系统，最后对监测系统的发展做了进一步的展望。

1 靴轨监测概述

1.1 靴轨状态

集电靴安装在跨座式单轨车辆转向架上保证其工作高度，通过持续的工作压力使碳滑板与接触轨钢带在滑行中保持紧密接触。在滑行过程中，由于碳滑板质地较软，因此滑板会磨耗较快。同时，由于高速运行、车体摆动、安装精度等客观因素，靴轨之间可能够会产生离线现象，瞬间会产生拉弧降低集电靴、接触轨使用寿命。

1.2 靴轨系统性能指标

靴轨相互作用动态参数是靴轨系统运行性能的直接体现，反映了电客车动态受流的质量。靴轨相互作用动态参数主要有靴轨接触压力、集电靴硬点以及靴轨燃弧等。当出现靴轨系统振荡、接触轨硬点、靴轨接触处异物等情况而造成不良接触时，便会出现燃弧。其燃弧主要评价指标有燃弧率、最大燃弧时间、燃弧强度等。本文基于跨坐市单轨的安装特性，提出一种靴轨检测装置。

2 靴轨监测功能及参数

2.1 主要监测功能

（1）采用高清摄像机实时监测靴轨关系，全程录像动态集电靴通过的各种工作状态。

（2）设置压力监测装置，动态监测靴轨之间压力。

（3）设置硬点监测装置，动态监测靴轨之间状态。

（4）设置燃弧监测装置，动态实时监测集电靴处。

（5）根据检测系统实时检测数据，设置接触轨检测值，一旦超限自动触发实现工况自动高清录像并保存。

2.2 检测主要参数

靴轨关系主要前端监测设备包括状态高清成像装置、靴轨燃弧检测装置、靴轨硬点检测装置、靴轨动态接触压力检测及电流监测装置5个部分组成。

3.1 状态高清成像装置

高清成像装置在车底靠近接触轨的两侧安装两套高清高分辨率相机及辅助光源设备（左右各一套）安装位置如下图所示，对车体两侧的接触轨、绝缘支架、集电靴等关键设备进行拍摄。

采用两台分辨率不低于200万像素的高清相机，拍摄接触轨与集电靴接触点，监控集电靴与接触轨在运行过程中的靴轨运行接触状态。该装置与检测装置里程信息同步，能够自动在图像上叠加检测数据，视频图像能实时存储，具备指定里程范围内的指定时间或空间间隔图像导出功能。监控效果如下所示：

3.2 靴轨燃弧检测装置

靴轨燃弧检测装置检测仪采用非接触式图像采样、不介入供电一、二次回路;安装于接触轨、受电区限界外和单跨座轨道导向轮、稳定轮限界外。系统主要由测量模块、分析模块等组成。

装置采用红外热成像仪对受流器碳滑板机械脱离接触轨而产生的燃弧以及指在检测区段内，以规定的速度运行时，受流器与接触轨间不少于5 ms持续时间的电弧的时间总和与整个运行时间的比值。其测量受流器受流相关参数，包括：燃弧次数、燃弧时间和燃弧率，监测效果如下图所示：

3.3 靴轨硬点检测装置

靴轨硬点检测主要由光纤硬点加速度传感器、调制解调仪组成。靴轨硬点检测技术主要采用宽频高精度光纤加速度传感器，实现对加速度信号的检测。加速度传感器一般安装于集电靴碳滑板上（具体安装方案需要根据现场集电靴碳滑板结构进行定制化设计方案），用于测量轨靴冲击加速度，采用光纤的传输方式进行高低压隔离传输，光纤线缆采用高压绝缘套管防护。加速度传感器安装借用集电靴上既有螺栓，通过增加连接件固定。测量数据通过传输至主机，采集信号如下图所示。

3.4 靴轨接触压力检测装置

靴轨动态接触压力检测模块主要由光纤光栅应变计、光纤应变温度计、调制解调仪组成，调制解调仪可和靴轨硬点共用一台设备。

靴轨动态接触压力检测技术主要采用基于光纤光栅原理制作的高灵敏、高精度光纤应变传感器实现应力的精确检测，即在靴轨摆臂上安装光纤光栅应变计和光纤光栅温度计（用于补偿光纤光栅应变计由于温度变化产生的误差），测量集电靴的摆臂受到滑板传递的接触压力作用产生的应变，通过应变量计算接触压力。

3.5 本系统特点

本系统采用非接触式监测方式，不影响电客车的运行，安全性能高;本系统采用模块化设计，几个模块相对独立，一个模块损坏，不影响另一个模块的使用，维修方便，可靠性高。

4 结语

为保障跨座式单轨列车的正常运行，对跨座式单轨交通接触轨的故障及时预警和快速维修提出了需求。本文在既有轨道交通检测基础上结合跨座式单轨线路、车辆特点，构思了一种靴轨检测系统，全面监测靴轨动态关系。维修人员可对燃弧、硬点异常部位进行接触轨的校核，从而指导现场人员进行针对性地维修。此系统对城市轨道交通接触网在线监测系统的发展具有一定的参考作用。

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