当前位置:首页 > 工业控制 > 《机电信息》
[导读]受电弓是地铁列车高压受流装置 , 为地铁列车核心部件 ,其状态好坏直接影响运营安全 ,针对受电弓传统维保模式检查效率低 、周期长问题 , 结合东莞2号线的实际应用情况 ,介绍了一种适用于120 km/h地铁快线的受电弓轨旁在线检测系统 ,详细阐述了系统的组成 、功能 、工作原理 、工作流程及实际应用效果 , 对该系统在120 km/h地铁快线上的推广应用具有重要意义。

1研究背景

受电弓为实时运动部件,为保持良好的跟随性,列车运行过程中,受电弓随着接触网的高低起伏、横向偏移通过自身的转动机构、弹簧或气囊等部件进行上下、左右调整,受力较为复杂。基于其结构特性及故障后的影响,行业内普遍比较重视受电弓的日常检查,但因受电弓安装在车顶,日常检查维护保养需高压断送电,风险较高,无法做到每天检查,一般结合双周检、月检、半年检、年检等修程开展,主要靠人工检查实现,传统维护保养模式效率低[1],一般一列车需2人2 h,且检查周期长,一般两周检查1次,导致不能及时发现故障。120km/h地铁快线较传统80 km/h线路速度提高50%,运行环境更加复杂,受电弓出现故障的概率升高,为确保运营安全,120 km/h地铁快线有必要应用受电弓智能检测系统—受电弓轨旁在线检测系统,加强对受电弓的实时检测。

2 受电弓轨旁在线检测系统组成

系统由基本检测单元、现场控制处理单元、远程控制中心三部分组成[2],如图1所示。基本检测单元为系统的神经末梢,负责采集原始数据,是整个系统的基础;现场控制处理单元是整个系统的“大脑”,负责数据的收集、处理及结果输出;远程控制中心是整个系统的终端,负责最终分析结果的呈现[3]。

受电弓轨旁在线检测系统在120km/h地铁快线的应用研究

2.1基本检测单元

基本检测单元由受电弓检测模块、车顶异物监测模块、车号识别模块、系统启动传感器和离车传感器组成,各模块采用高精度相机获取受电弓、车顶及车号图片,通过非接触式图像测量、识别技术,分析受电弓碳滑板磨耗及缺口、中心线偏移、上下偏移、羊角变形、车顶异物、车号等参数,系统启动传感器和离车传感器通过电磁感应原理判断来车和离车,控制各系统的启停。

受电弓检测模块由4个面阵相机和4个闪光灯、4个红外触发装置组成,安装于车辆侧上方的隧道上,所有设备在一个平面上;车顶异物监测模块由2个异物监测模组组成,安装于车辆正上方的隧道上;车号识别模块由1个面阵相机、1个补偿光源、1个触发传感器组成,相机和补偿光源安装于车辆侧方的隧道上,触发传感器安装于轨道上;系统启动传感器和离车传感器安装于轨道上。设备安装布置如图2所示。

受电弓轨旁在线检测系统在120km/h地铁快线的应用研究

2.2 现场控制处理单元

现场控制处理单元由工控机、服务器、电气控制箱、UPS组成,具备对数据实时采集、处理、存储、传输及设备自动控制功能。通过实时采集、处理基本检测单元的图片数据,形成检测结果,并以一定的格式,通过远程传输通道与远程控制中心通信,接收远程控制中心控制命令,向远程控制中心发送状态信息和检测结果。

2.3远程控制中心

远程控制中心能控制系统的运行,由服务器、操作控制台、打印机组成,具备数据综合分析、数据输入/输出接口、数据联网管理、结果打印等功能,一般设置在车辆段控制中心(简称DCC)。通过控制检测系统的启停,监控设备的运行状况,管理最终的检测结果,提供用户访问界面、数据输入/输出接口、数据联网管理。软件易于扩展,并预留网络化端口,具备接入车辆检修作业管理系统、车辆段物联网云平台的条件。

3 受电弓轨旁在线检测系统功能原理

3.1 系统功能

系统功能包括受电弓碳滑板磨耗及缺块检测、中心线偏移检测、上下偏移检测、羊角变形检测及车顶异物监测、车号识别。受电弓检测模块负责受电弓碳滑板磨耗及缺块检测、中心线偏移检测、上下偏移检测、羊角变形检测,车顶异物监测模块负责车顶异物监测,车号识别模块负责车号识别。

3.2 工作原理

3.2.1受电弓碳滑板磨耗及缺口检测

系统采集碳滑板金属底座下边沿连续点坐标形成一条直线,定义为基准线,采集碳滑板上边沿连续点坐标形成一条曲线,定义为磨耗曲线,计算出磨耗曲线每个点到基准线的垂直距离,找出最小值Dm,n ,减去金属底座固定厚度D1,即碳滑板的最小剩余厚度Dm,n—D1。全新的受电弓碳滑板厚度为固定值D,则该碳滑板的磨耗为D—(Dm,n—D1),计算值与预设阈值(可根据实际需要调整,下同)对比,若超过预设阈值则自动触发报警。工作原理如图3所示。

受电弓轨旁在线检测系统在120km/h地铁快线的应用研究


按上述原理,系统计算出磨耗曲线所有点到基准线的垂直距离,然后对相邻点计算值做减法运算,计算结果与预设阈值比较,若超过预设阈值则认为碳滑板存在缺口并自动触发报警。

3.2.2受电弓中心线偏移检测

受电弓碳滑板与安装支架左右连接处有比较明显的特征,将这两个特征点分别定义为左、右特征点,连接左、右特征点做直线,取该直线的中间点作为碳滑板的中心点,坐标为(X1,Y1),两条轨道中线点为基准点(标定时确定),坐标固定为(X2,Y2),则该碳滑板中心偏移值D=X1—X2,按此原理分别计算出前碳滑板中心线偏移值D前和后碳滑板中心线偏移值D后,则MP1车受电弓中心线偏移值为(D后—D前)/2,MP2车受电弓中心线偏移值为(D前—D后)/2,计算结果与预设阈值对比,若超过预设阈值则 自动触发报警。工作原理如图4所示。

受电弓轨旁在线检测系统在120km/h地铁快线的应用研究


3.2.3受电弓上下偏移检测

与中心线偏移检测原理相同,取左、右特征点,坐标分别为(X1,Y1)(X2,Y2),则碳滑板的上下偏移值D=Y1—Y2,按此原理分别计算出前碳滑板上下偏移值D前和后碳滑板上下偏移值D后,则MP1车受电弓上下偏移值为(D后—D前)/2,MP2车受电弓上下偏移值为(D前—D后)/2,计算结果与预设阈值对比,若超过预设阈值则自动触发报警。

3.2.4羊角变形检测

将羊角的末端定义为羊角点,坐标为(X1,Y1),将受电弓碳滑板与安装支架连接处位置定义为特征点,坐标为(X2,Y2),计算羊角点与特征点之间的水平距离(X1—X2)和垂直距离(Y1—Y2),计算值与预设阈值对比,高于预设阈值即判定为羊角变形并报警。工作原理如图5所示(以左羊角为例)。

受电弓轨旁在线检测系统在120km/h地铁快线的应用研究

3.2.5车顶异物监测

车顶异物监测采用基于神经网络深度学习算法的图像识别技术,神经网络是一种模拟人脑的人工智能机器学习技术,按照“学习—记忆—识别”模型进行异物识别。列车经过监测区时,首先由一个神经网络对整车进行识别,输出整车模型,并根据部件特征划分为若干小模型(如受电弓模型、空调模型等),然后使用不同的神经网络对各个小模型进行异物监测,发现异物后计算异物尺寸并与预设阈值对比,若超过预设阈值即判定为存在异物并自动触发报警。检测效果如图6所示(以右侧模组为例)。

受电弓轨旁在线检测系统在120km/h地铁快线的应用研究

3.2.6车号识别

车号信息是系统最基本的信息源,是系统实现按车号对检测数据进行跟踪、统计、分析的基础。车号识别采用智能图像识别方式,当列车轮对经过车号触发传感器时,车号识别模块采集车号相关图片,然后通过光纤通信传输至现场控制处理单元进行分析,分析出车号后将车号数据上传到服务器,供统计、分析使用。

4 受电弓轨旁在线检测系统工作流程

1)列车驶向检测区域,当列车第一个轮对经过系统启动传感器时,启动传感器向系统发出开启信号。

2)系统收到开启信号后,进入接车检测模式,所有检测设备及软件进入接车工作模式。

3)列车进入检测区,检测区内设备开始采集列车原始图像和数据,并通过光纤通信将图片及数据传输至现场控制处理单元。

4)列车最后一个轮对经过离车传感器时,系统进入离车数据处理状态,现场控制处理单元分析处理原始数据和图像并输出相关结果,通过光纤通信传输至远程控制中心,由web展示数据和告警通知。

5)数据处理完成后系统进入待机接车状态。

具体工作流程如图7所示。

受电弓轨旁在线检测系统在120km/h地铁快线的应用研究

5 东莞2号线应用情况

5.1 系统安装及技术参数

东莞2号线为120 km/h地铁快线,列车受电弓为单臂式气囊受电弓,2020年检修时曾发现受电弓羊角断裂故障。基于受电弓的重要性及历史故障情况,东莞2号线于2023年加装了受电弓轨旁在线检测系统,为提高检测频次,将系统前端设备(基本检测单元及现场控制处理单元)安装于正线,为方便控制系统运行及查看检测结果,将终端设备(远程控制中心)安装于DCC。系统主要技术参数如表1所示。

受电弓轨旁在线检测系统在120km/h地铁快线的应用研究

5.2 应用效果

东莞2号线受电弓轨旁在线检测系统投入运用以来,发现多起碳滑板磨耗到限问题,应用效果良好,有效保障了正线运营安全。系统终端检测结果显示界面示意图如图8所示。

受电弓轨旁在线检测系统在120km/h地铁快线的应用研究

6结论

受电弓轨旁在线检测系统采用非接触式图像采集和识别测量技术[2]实现对受电弓关键参数的快速检测,一列车检查用时由传统模式2人2 h缩短为数秒内完成,极大地提高了检查效率;将检测设备安装在正线,列车通过即检测,每天多次检查,相较传统模式两周检查1次,极大地缩短了检查周期,确保了列车运行安全。东莞2号线的成功应用,充分表明系统适用于120 km/h地铁快线,效果良好,可为受电弓修程修制优化提供技术支撑,实现降本增效。


[参考文献]


[1]杨旭生,江现昌,敖斌,等.基于yolov5的轨旁受电弓缺陷在线检测方法研究[J].中国设备工程,2022(22):164—166. 作者简介:宋伟杰(1988—),男,河南太康人,交通运输工

[2]江伟,张宝林.列车受电弓在线自动检测系统的应用研究[J].城市轨道交通研究,2021,24(3):200—202.


[3]朱均,黄丹丹,郑晓飞.列车受电弓轨旁检测系统的应用研究[J].科技与创新,2021(23):170—171.

[1]杨旭生,江现昌,敖斌,等.基于yolov5的轨旁受电弓缺陷 收稿日期:2025—08—26

《机电信息》2025年第23期第3篇


本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除( 邮箱:macysun@21ic.com )。
换一批
延伸阅读

特朗普集团近日取消了其新推出的T1智能手机“将在美国制造”的宣传标语,此举源于外界对这款手机能否以当前定价在美国本土生产的质疑。

关键字: 特朗普 苹果 AI

美国总统特朗普在公开场合表示,他已要求苹果公司CEO蒂姆·库克停止在印度建厂,矛头直指该公司生产多元化的计划。

关键字: 特朗普 苹果 AI

4月10日消息,据媒体报道,美国总统特朗普宣布,美国对部分贸易伙伴暂停90天执行新关税政策,同时对中国的关税提高到125%,该消息公布后苹果股价飙升了15%。这次反弹使苹果市值增加了4000多亿美元,目前苹果市值接近3万...

关键字: 特朗普 AI 人工智能 特斯拉

3月25日消息,据报道,当地时间3月20日,美国总统特朗普在社交媒体平台“真实社交”上发文写道:“那些被抓到破坏特斯拉的人,将有很大可能被判入狱长达20年,这包括资助(破坏特斯拉汽车)者,我们正在寻找你。”

关键字: 特朗普 AI 人工智能 特斯拉

1月22日消息,刚刚,新任美国总统特朗普放出重磅消息,将全力支持美国AI发展。

关键字: 特朗普 AI 人工智能

特朗普先生有两件事一定会载入史册,一个是筑墙,一个是挖坑。在美墨边境筑墙的口号确保边境安全,降低因非法移民引起的犯罪率过高问题;在中美科技产业之间挖坑的口号也是安全,美国企业不得使用对美国国家安全构成威胁的电信设备,总统...

关键字: 特朗普 孤立主义 科技产业

据路透社1月17日消息显示,知情人士透露,特朗普已通知英特尔、铠侠在内的几家华为供应商,将要撤销其对华为的出货的部分许可证,同时将拒绝其他数十个向华为供货的申请。据透露,共有4家公司的8份许可被撤销。另外,相关公司收到撤...

关键字: 华为 芯片 特朗普

曾在2018年时被美国总统特朗普称作“世界第八奇迹”的富士康集团在美国威斯康星州投资建设的LCD显示屏工厂项目,如今却因为富士康将项目大幅缩水并拒绝签订新的合同而陷入了僵局。这也导致富士康无法从当地政府那里获得约40亿美...

关键字: 特朗普 富士康

今年5月,因自己发布的推文被贴上“无确凿依据”标签而与推特发生激烈争执后,美国总统特朗普签署了一项行政令,下令要求重审《通信规范法》第230条。

关键字: 谷歌 facebook 特朗普

众所周知,寄往白宫的所有邮件在到达白宫之前都会在他地进行分类和筛选。9月19日,根据美国相关执法官员的通报,本周早些时候,执法人员截获了一个寄给特朗普总统的包裹,该包裹内包含蓖麻毒蛋白。

关键字: 美国 白宫 特朗普
关闭