跨座式單軌靴軌關系監測裝置研究

秦建偉 李乾 崔敬軒

摘 要：論述跨座式單軌靴軌關系監測系統的必要性。研究磨耗異常原因，進行分析并結合跨座式單軌交通具體情況，構思一種靴軌關系監測系統，最后總結跨座式單軌靴軌關系監測裝置的發展方向及前景。

關鍵詞：跨座式單軌;靴軌監測;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、轉彎半徑小、爬坡能力強等優點，在國內得到廣泛推廣，近幾年在蕪湖、桂林、柳州等多個城市開始建設。國內在建跨座式單軌牽引網主要采用接觸軌授流方式，接觸軌是在軌道梁兩側敷設，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取流，滿足列車電力需求的供能裝置。靴軌在工作狀態，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，其狀態直接影響電客車受流質量。

目前，跨坐單軌采用鋼鋁復合軌受流在國內應用時間短，還未有成熟的適合跨座式單軌靴軌監測系統投入使用。本文根據影響靴軌系統功能異常的因素，結合現有的檢測監測技術，設計一種功能較為全面的跨座式單軌靴軌監測系統，最后對監測系統的發展做了進一步的展望。

1 靴軌監測概述

1.1 靴軌狀態

集電靴安裝在跨座式單軌車輛轉向架上保證其工作高度，通過持續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生離線現象，瞬間會產生拉弧降低集電靴、接觸軌使用壽命。

1.2 靴軌系統性能指標

靴軌相互作用動態參數是靴軌系統運行性能的直接體現，反映了電客車動態受流的質量。靴軌相互作用動態參數主要有靴軌接觸壓力、集電靴硬點以及靴軌燃弧等。當出現靴軌系統振蕩、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 靴軌監測功能及參數

2.1 主要監測功能

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

（2）設置壓力監測裝置，動態監測靴軌之間壓力。

（3）設置硬點監測裝置，動態監測靴軌之間狀態。

（4）設置燃弧監測裝置，動態實時監測集電靴處。

（5）根據檢測系統實時檢測數據，設置接觸軌檢測值，一旦超限自動觸發實現工況自動高清錄像并保存。

2.2 檢測主要參數

靴軌關系主要前端監測設備包括狀態高清成像裝置、靴軌燃弧檢測裝置、靴軌硬點檢測裝置、靴軌動態接觸壓力檢測及電流監測裝置5個部分組成。

3.1 狀態高清成像裝置

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

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，監控集電靴與接觸軌在運行過程中的靴軌運行接觸狀態。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據，視頻圖像能實時存儲，具備指定里程范圍內的指定時間或空間間隔圖像導出功能。監控效果如下所示：

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、受電區限界外和單跨座軌道導向輪、穩定輪限界外。系統主要由測量模塊、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生的燃弧以及指在檢測區段內，以規定的速度運行時，受流器與接觸軌間不少于5 ms持續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參數，包括：燃弧次數、燃弧時間和燃弧率，監測效果如下圖所示：

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、調制解調儀組成。靴軌硬點檢測技術主要采用寬頻高精度光纖加速度傳感器，實現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現場集電靴碳滑板結構進行定制化設計方案），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。測量數據通過傳輸至主機，采集信號如下圖所示。

3.4 靴軌接觸壓力檢測裝置

靴軌動態接觸壓力檢測模塊主要由光纖光柵應變計、光纖應變溫度計、調制解調儀組成，調制解調儀可和靴軌硬點共用一臺設備。

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

3.5 本系統特點

本系統采用非接觸式監測方式，不影響電客車的運行，安全性能高;本系統采用模塊化設計，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警和快速維修提出了需求。本文在既有軌道交通檢測基礎上結合跨座式單軌線路、車輛特點，構思了一種靴軌檢測系統，全面監測靴軌動態關系。維修人員可對燃弧、硬點異常部位進行接觸軌的校核，從而指導現場人員進行針對性地維修。此系統對城市軌道交通接觸網在線監測系統的發展具有一定的參考作用。

參考文獻：

[1]韓曉峰，薛磊.地鐵接觸軌檢測裝置的研究及應用[J].電氣化鐵道，2019（4）：42-45.

[2]劉正，劉東亮，桑林晨.上海浦江線靴軌平順性測試及靴軌視頻監測系統研究[J].城市軌道交通研究，2019（10）：107-110.

[3]馬德強，馮超，靳守杰，等.城市軌道交通接觸軌質量指數評價方法研究[J].城市軌道交通研究，2019（6）：118-121.