一种非接触式弓网接触力测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及轨道交通弓网关系检测领域，特别是一种非接触式弓网接触力测量方法及装置。本发明专利技术方法包括：获取包含设置于碳滑板侧面的第一靶标和设置于上框架顶管侧面的第二靶标的目标图像；从目标图像中提取第一靶标对应的第一光条像素和第二靶标对应的第二光条像素，根据所述第一光条像素与第二光条像素的距离差计算第一位置的第一弹性力；根据杠杆原理由所述第一弹性力计算与第一位置同边的第二位置的第二弹性力；将第一弹性力和第二弹性力的求和，加上惯性力和空气动力作为弓网接触力。本发明专利技术相比传统的接触式压力和计算和多套靶标非接触式压力和计算显著降低了设备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式弓网接触力测量方法及装置
本专利技术涉及轨道交通弓网关系检测领域，特别是一种非接触式弓网接触力测量方法及装置。
技术介绍
电力机车是通过受电弓滑板与接触网导线间的滑动接触而获取电能的，当运动的受电弓通过相对静止的接触网时，接触网受到外力干扰，于是在受电弓和接触网两个系统间产生动态的相互作用，弓网系统产生特定形态的振动。当振动剧烈时，可以造成受电弓滑板与接触导线脱离接触，形成离线，产生电弧和火花，加速电器的绝缘损伤，对通信产生电磁干扰，更严重的是直接影响受流，甚至会造成供电瞬时中断，使列车丧失牵引力和制动力。而弓网之间接触力过大时，虽可大大降低离线率，但接触导线与受电弓滑板磨耗增大，使用寿命缩短。因此，良好的弓网关系是确保列车稳定可靠地受流的基本前提。目前的弓网接触力检测多采用安装接触式压力传感器，接触式的压力传感器会改变受电弓的整体结构，使得受电弓姿态发生变化，带来较大的安全隐患，且对高压侧隔离带来极为严格的安全保障要求，在运营车上很难满足此类安装要求。另外，JP2020034499A号日本专利文献公开了一种非接触式接触力测量装置，其通过对前后碳滑板两端的内部弹簧上下分别设置1个条形靶标，共计4对条形靶标，再采用4组线阵拍摄装置测量4个位置的弹性力，进而得到弓网接触力。然而，该方式需要4组靶标及测量设备才能完成弓网接触力测量，不利于节约成本，并且其成对的靶标分别位于弓头内部弹簧的上下端，所测弹性力未完全反映弓头纵向弹簧所产生的弹性力。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的问题和不足，本申请旨在于提供一种非接触式弓网接触力测量方法及装置，通过一组靶标和线阵拍摄设备实现弓网接触力的有效测量。为实现上述专利技术目的，本申请的具体技术方案如下：一种非接触式弓网接触力测量方法，包括：步骤S1，获取由设置于列车顶棚的竖向线阵相机拍摄的包含设置于碳滑板侧面的第一靶标和设置于上框架顶管侧面的第二靶标的目标图像；所述第一靶标和第二靶标均靠近弓头一侧纵向弹簧处所在竖直面设置；步骤S2，从所述目标图像中提取所述第一靶标对应的第一光条像素和所述第二靶标对应的第二光条像素，根据所述第一光条像素与第二光条像素的距离差计算第一位置的第一弹性力；步骤S3，将第一碳滑板等效为以弓网接触点为支点的杠杆，根据杠杆原理由所述第一弹性力计算与所述第一位置同边的第二位置的第二弹性力；步骤S4，将所述第一弹性力和第二弹性力的求和值作为弹性力和；步骤S5，将所述弹性力和加上垂向惯性力和空气动力垂向分力作为弓网接触力结果输出。弓网接触力主要有弹簧力、惯性力和空气动力组成，本专利技术采用分设于碳滑板侧面和上框架顶管侧面的一组靶标实现对单滑板弓头弹簧力的测量。本领域人员应当理解，可规定弓网接触力向下的方向为正，则弹簧力、惯性力和空气动力取向下为正，向上未负，求和值为力向量的求和。优选地，步骤S3还包括根据所述第一光条像素偏离标准位置的距离差计算第三位置的第三弹性力与所述第一弹性力的前后差值，根据所述前后差值由所述第一弹性力得到第三弹性力，所述第三位置位于与所述第一位置同侧的第二碳滑板；本专利技术将弓头单侧两纵向弹簧的受力等效为整体弹簧受力，若该侧顶管受到的抬升力为F0，前后滑板高度存在略微倾斜，若前滑板略低于于后滑板，则前滑板受到的弹性力可表示为F1＝F0+Δx2×k2，后滑板受到的的弹性力可表示为F3＝F0-Δx3×k3，由于第一位置与所述第三位置可近似以上臂杆顶管为支点的等臂杠杆，Δx2×k2＝Δx3×k3则F3-F1＝-2Δx2×k2,F3＝F1-2×Δx2×k2，其中k2为标定得到的第一位置处内部弹簧弹性系数，k3为第三位置处内部弹簧弹性系数。对于双滑板弓头，前后碳滑板分别通过左右两端的支撑装置连接至纵向弹簧的4个弹性支撑点，即本专利技术的第一位置至第四位置分别对应碳滑板的所述4个弹性支撑点以上的弓网接触位置，所述4个弹性支撑点分别通过对应的第一纵向弹簧至第四纵向弹簧向前或者向后连接至上臂杆的顶管。将第二碳滑板等效为以弓网接触点为支点的杠杆，根据杠杆原理由所述第三弹性力计算与所述第三位置同边的第四位置的第四弹性力；步骤S4，将所述第一弹性力至第四弹性力的求和值作为弹性力和。进一步地，步骤S2中，第一弹性力F1＝Δx×k，其中Δx为所述第一光条像素与第二光条像素的距离差，k为标定得到的当前拉出值位置的第一纵向弹簧弹性系数；第一纵向弹簧弹性系数k的标定过程为：静态模拟接触线在拉出值方向变化，测量每个拉出值位置不同压力情况下的所述第一光条像素与第二光条像素的距离差，得到弹性系数与拉出值的关系。由于在拉出值较大的接触点时，受电弓弓头会发生偏移，对应的纵向弹簧将呈现一定的扭力弹簧特性，因此，纵向弹簧的弹性系数随拉出值变化，通过标定确定出纵向弹簧弹性系数与拉出值的关系，即可综合纵向弹簧的扭力特性，提高测量精度。进一步地，步骤S3中，第二弹性力其中L为受电弓第一碳滑板的第一纵向弹簧和第二纵向弹簧两个纵向弹簧之间的距离，L’为当前时刻的拉出值。接触线定位点处保证接触线与电力机车受电弓滑板中心有一定偏移量，称为拉出值。本专利技术通过测量碳滑板一侧的整个支撑纵向弹簧的形变量，而不是将整个支撑弹簧仅等效为一个内部弹簧进行弹性力测量，保证了弓头的弹性力测量精度。由于在弓网动态运行过程中，受电弓可视为刚体，本专利技术将单滑板等效为以弓网接触点为支点的杠杆，实现了在准确测量第一位置点的弹性力的基础上，等效计算出同滑板另一端的弹性力。进一步地，计算第二弹性力和第四弹性力还包括限位校正过程，具体为：在弹性系数k的标定过程中识别弹簧限位点，记录弹簧到达限位点临界状态下的临界压力；当根据杠杆原理计算出的所述第二弹簧力或第四弹簧力大于所述临界压力时，输出所述临界压力值为第二弹簧力或第四弹簧力。由于弹簧限位点的存在，在弹簧形变量达到限位点之后，弹性复位力的一部分分解到限位点，弓网接触点的实际弹性力受限。因此，当拉出值较大时，直接通过等效杠杆模型计算的第二弹簧力或者第四弹簧力将不适用，需要进行限位点识别，并输出达到限位点时的临界压力值作为第二弹性力或第四弹性力。进一步地，由于计算前滑板的第二弹性力采用当前拉出值位置作为支点，而后滑板与前滑板由于拉出值变化支点位置存在偏移。计算第四弹簧力还包括拉出值校正过程，具体为根据当前时刻的拉出值变化趋势做一定量的拉出值偏移得到后碳滑板的拉出值L”，则当前进一步地，所述惯性力Fin＝ma，其中垂向加速度a由对所述第一光条像素在时间域求二阶差分得到，m为标定得到的等效质量。本专利技术的另一方面提供一种非接触式弓网接触力计算装置，包括：目标图像获取模块，用于获取由设置于列车顶棚的竖向线阵相机拍摄的包含设置于第一碳滑板侧面的第一靶标和设置于上框架顶管侧面的第二靶标的目标图像；所述第一靶标和第二靶标均靠近弓头一侧纵向弹簧处所在竖直面设置；光条像素提取模块，用于从所述目标图像中提取所述第一靶标对应的第一光条像素和所述第二靶标对应的第二光条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非接触式弓网接触力测量方法，其特征在于，包括：/n步骤S1，获取由设置于列车顶棚的竖向线阵相机拍摄的包含设置于碳滑板侧面的第一靶标和设置于上框架顶管侧面的第二靶标的目标图像；所述第一靶标和第二靶标均靠近弓头一侧纵向弹簧处所在竖直面设置；/n步骤S2，从所述目标图像中提取所述第一靶标对应的第一光条像素和所述第二靶标对应的第二光条像素，根据所述第一光条像素与第二光条像素的距离差计算第一位置的第一弹性力；/n步骤S3，将第一碳滑板等效为以弓网接触点为支点的杠杆，根据杠杆原理由所述第一弹性力计算与所述第一位置同边的第二位置的第二弹性力；/n步骤S4，将所述第一弹性力和第二弹性力的求和值作为弹性力和；/n步骤S5，将所述弹性力和加上垂向惯性力和空气动力垂向分力作为弓网接触力结果输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种非接触式弓网接触力测量方法，其特征在于，包括：
步骤S1，获取由设置于列车顶棚的竖向线阵相机拍摄的包含设置于碳滑板侧面的第一靶标和设置于上框架顶管侧面的第二靶标的目标图像；所述第一靶标和第二靶标均靠近弓头一侧纵向弹簧处所在竖直面设置；
步骤S2，从所述目标图像中提取所述第一靶标对应的第一光条像素和所述第二靶标对应的第二光条像素，根据所述第一光条像素与第二光条像素的距离差计算第一位置的第一弹性力；
步骤S3，将第一碳滑板等效为以弓网接触点为支点的杠杆，根据杠杆原理由所述第一弹性力计算与所述第一位置同边的第二位置的第二弹性力；
步骤S4，将所述第一弹性力和第二弹性力的求和值作为弹性力和；
步骤S5，将所述弹性力和加上垂向惯性力和空气动力垂向分力作为弓网接触力结果输出。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3还包括根据所述第一光条像素偏离标准位置的距离差计算第三位置的第三弹性力与所述第一弹性力的前后差值，根据所述前后差值由所述第一弹性力得到第三弹性力，所述第三位置位于与所述第一位置同侧的第二碳滑板；
将第二碳滑板等效为以弓网接触点为支点的杠杆，根据杠杆原理由所述第三弹性力计算与所述第三位置同边的第四位置的第四弹性力；
步骤S4，将所述第一弹性力至第四弹性力的求和值作为弹性力和。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S2中，第一弹性力F1＝Δx×k，其中Δx为所述第一光条像素与第二光条像素的距离差，k为标定得到的当前拉出值位置的第一纵向弹簧弹性系数；
弹性系数k的标定过程为：静态模拟接触线在拉出值方向变化，测量每个拉出值位置不同压力情况下的所述第一光条像素与第二光条像素的距离差，得到弹性系数与拉出值的关系。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤S3中，第二弹性力其中L为受电弓两个纵向弹簧之间的距离，L’为当前时刻的拉出值。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：计算第二弹性力和第四弹性力还包括限位校正过程，具体为：在弹性系数k的标定过程中识别弹簧限位点，记录弹簧到达限位点临界状态下的临界压力；当根据杠杆原理计算出的所述第二弹簧力或第四弹簧力大于所述临...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金鑫，李想，熊昊睿，敬斌，黄鹏，秦朋，
申请(专利权)人：成都唐源电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51