Safety Assessment Method of Collector Shoe-Rail Relationship in Urban Rail Transits
-
摘要: 为实现城市轨道交通初期运营前靴轨关系的安全评估,采用激光摄像、紫外光电传感、光纤光栅应变传感技术对接触轨动态几何参数、靴轨燃弧、靴轨动态接触力、集电靴硬点进行检测. 根据各项检测参数的特征分别确定各参数评定标准;选择接触轨工作高度、接触轨偏移值、靴轨燃弧率和靴轨动态接触力4项检测参数,采用Topsis评价方法构建接触轨质量指数评价函数;基于各参数评定标准和质量指数评价函数提出一套城市轨道交通初期运营前靴轨关系安全评估方法;利用运营车靴轨关系检测装置对广州地铁21号线镇龙西—员村段进行了全线数据检测. 研究结果表明:全线接触轨动态几何参数与设计值偏离均不超过 ± 5 mm,最大燃弧时间为53 ms,最大燃弧率为0.025%,区间平均接触力最大值和最小值分别为135.6 、119.8 N,集电靴硬点最大为29.8 g,全线质量指数评分 大于 92.89分.Abstract: In order to realize the safety assessment of the relationship between the collector shoe and contact rail before the initial operation of urban rail transits, the laser imaging, ultraviolet photoelectric sensing, and fiber bragg grating strain sensor are used to measure the dynamic geometric parameters of the contact rail, arcing and dynamic contact force of the collector shoe-rail, and hard spots of the collector shoe. According to the characteristics of each test parameter, their evaluation standards are determined. Four parameters, which are contact rail operation height, contact rail offset, arcing rate and dynamic contact of the collector shoe-rail, are selected to establishe the evaluation function of contact rail quality index through Topsis evaluation method; then based on the above-mentioned evaluation standards and evaluation functions, a set of safety evaluation methods are proposed for the collector shoe-rail relationship before the initial operation of urban rail transits. The inspect device for the collector shoe-rail relationship is used to collect the data of the Zhenlongxi−Yuancun section on Guangzhou Metro Line 21. The results reveal that for the entire line, the deviation between the dynamic geometric parameters and their design values does not exceed ± 5 mm, maximum arcing time lasts 53 ms, maximum arcing rate is 0.025%, maximum and minimum average contact force is 135.6 N and 119.8 N respectively, maximum hard spot is 29.8 g, and the quality index score is bigger than 92.89 points.
-
Key words:
- safety assessment /
- collector shoe-rail /
- geometric parameter /
- arcing /
- contact force /
- hard spot
-
表 1 靴轨关系各参数测试方法
Table 1. Test methods for each parameter about collector shoe-rail
测试参数 测试内容 测试原理 测试方式 接触轨动态
几何参数工作高度、偏移值 激光摄像 非接触式 靴轨燃弧 燃弧次数、燃弧持续时间、燃弧率 紫外光子 非接触式 靴轨动态
接触力接触力平均值、标准差 光纤光栅
应变传感接触式 集电靴硬点 集电靴垂向加速度(硬点) 光纤硬点
传感接触式 表 2 靴轨关系各参数评定标准
Table 2. Evaluation standard for each parameter about collector shoe-rail
测试参数 评定标准 接触轨动态几何参数 与设计值偏离不超过 ± 5 mm 靴轨燃弧 燃弧次数 < 1 次/160 m,含端部弯头区域;一次燃弧最大持续时间 < 100 ms;燃弧率 < 0.1% 靴轨动态
接触力/N${F_{{\rm{m}},\max }} < 0.000\;228{V^2} + 145,\;{F_{{\rm{m}},\min}}< $115;$\sigma \leqslant 0.3{F_{{\rm{m}},\max }}$. 集电靴硬点/
(m•s−2)< 294 表 3 全线接触轨的工作高度、偏移值各等级偏离点统计
Table 3. Deviation point quantity of different contact rail operation heights and different offsets for all sections
个 区间 下行区间/mm 上行区间/mm [0,3) [3,4) [4,5) [5,∞) [0,3) [3,4) [4,5) [5,∞) 1 1239 (1159) 115 (169) 63 (89) 0 (0) 174 (168) 59 (80) 53 (38) 0 (0) 2 1179 (1134) 138 (184) 89 (88) 0 (0) 547 (593) 140 (116) 118 (96) 0 (0) 3 581 (567) 53 (74) 35 (28) 0 (0) 384 (360) 55 (93) 73 (59) 0 (0) 4 384 (418) 84 (61) 46 (35) 0 (0) 208 (223) 44 (37) 31 (23) 0 (0) 5 484 (523) 71 (50) 40 (22) 0 (0) 393 (344) 77 (104) 43 (65) 0 (0) 6 341 (405) 68 (22) 26 (8) 0 (0) 612 (530) 123 (172) 58 (91) 0 (0) 7 676 (708) 78 (64) 36 (18) 0 (0) 314 (332) 79 (61) 38 (38) 0 (0) 8 373 (448) 79 (45) 55 (14) 0 (0) 452 (404) 89 (120) 49 (66) 0 (0) 9 201 (230) 46 (43) 37 (11) 0 (0) 421 (295) 52 (107) 42 (113) 0 (0) 10 375 (445) 62 (49) 68 (11) 0 (0) 558 (349) 80 (177) 36 (148) 0 (0) 11 545 (649) 133 (98) 121 (52) 0 (0) 1178 (679) 143 (360) 79 (361) 0 (0) 12 182 (238) 53 (31) 52 (18) 0 (0) 1159 (865) 147 (301) 80 (220) 0 (0) 注:括号内数值为接触轨偏移值各等级偏离点统计. 表 4 全线靴轨燃弧率与最大燃弧时间
Table 4. Arcing rate and maximum arcing time of collector shoe-rail for all sections
区间 下行区间 上行区间 燃弧率/
%最大燃弧
时间/ms燃弧率/
%最大燃弧
时间/ms1 0.022 53 0 0 2 0.008 26 0 0 3 0 0 0 0 4 0 0 0 0 5 0.005 10 0 0 6 0 0 0 0 7 0 0 0 0 8 0 0 0.025 46 9 0 0 0 0 10 0 0 0.025 49 11 0 0 0.009 39 12 0 0 0.008 20 表 5 全线靴轨动态接触力的平均值与标准差
Table 5. Mean value and standard deviation of dynamic contact force of collector shoe-rail for all sections
N 区间 下行区间 上行区间 平均值 标准差 平均值 标准差 1 123.9 20.9 126.2 16.8 2 128.5 25.9 124.5 20.8 3 123.6 21.3 130.3 11.4 4 119.8 19.6 125.5 19.9 5 123.5 22.8 129.7 12.3 6 130.8 23.2 128.8 19.7 7 125.9 25.8 128.6 26.8 8 133.2 23.7 128.5 21.5 9 130.1 26.3 128.7 22.2 10 126.7 28.9 126.5 27.9 11 135.6 30.8 124.2 28.0 12 126.2 28.5 120.6 31.8 表 6 全线权重系数与CRQI得分率
Table 6. Weight coefficients and score rates of CRQI for all sections
区间 里程/km 权重
系数CRQI
得分率加权CRQI
得分率1 1.0 0.0357 0.89 0.03 2 1.8 0.0643 0.88 0.06 3 1.8 0.0643 0.91 0.06 4 0.8 0.0286 0.92 0.03 5 1.6 0.0571 0.93 0.05 6 2.8 0.1000 0.92 0.09 7 1.0 0.0357 0.94 0.03 8 2.1 0.0750 0.96 0.07 9 1.8 0.0643 0.97 0.06 10 2.6 0.0929 0.92 0.09 11 5.4 0.1929 0.93 0.18 12 5.3 0.1893 0.94 0.18 -
中华人民共和国交通运输部. 城市轨道交通初期运营前安全评估管理暂行办法: 交运规[2019]1号[S]. 北京: 中华人民共和国交通运输部, 2019. BSI. Railway applications-current collection systems- requirements for and validation of measurements of the dynamic interaction between pantograph and overhead contact line: EN50317−2002[S]. Brussels: CENELEC, 2002. BSI. Railway applications-current collection systems-technical criteria for the interaction between pantograph and overhead line (to achieve free access): EN50367−2012[S]. Brussels: CENELEC, 2012. 中华人民共和国铁道部. 轨道交通受流系统受电弓与接触网相互作用准则: TB/T 3271—2011[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2011. 中华人民共和国铁道部. 高速铁路工程动态验收技术规范: TB 10761—2013[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2013. 中华人民共和国交通运输部. 城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范 第1部分: 地铁和轻轨[Z]. 北京: 中华人民共和国交通运输部办公厅, 2019. 国家铁路局. 高速铁路设计规范: TB 10621—2014[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2015. 中华人民共和国住房和城乡建设部. 城市轨道交通接触轨供电系统技术规范: CJJ/T 198—2013[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2014. 上海申通地铁 集团有限公司. 120 km/h接触轨设计规范及施工验收标准[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2010. 唐崇伟,陈唐龙. 基于面阵相机的接触轨几何参数检测系统[J]. 电气化铁道,2012,23(3): 42-44. doi: 10.3969/j.issn.1007-936X.2012.03.014TANG Chongwei, CHEN Tanglong. Array camera based detection system for detection of geometric parameters of contact rail[J]. Electric Railway, 2012, 23(3): 42-44. doi: 10.3969/j.issn.1007-936X.2012.03.014 占栋,陈唐龙,于龙,等. 基于线阵相机的接触轨几何参数动态检测系统[J]. 电气化铁道,2012,23(1): 41-44. doi: 10.3969/j.issn.1007-936X.2012.01.014ZHAN Dong, CHEN Tanglong, YU Long, et al. Linear camera based dynamic detection system for geometrical parameters of contact rail[J]. Electric Railway, 2012, 23(1): 41-44. doi: 10.3969/j.issn.1007-936X.2012.01.014 冯超. 接触轨几何参数高精度动态测量方法研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2014. 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 轨道交通 受流系统 受电弓与接触网动态相互作用测量的要求和验证: GB/T 32592—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016. 王淼,王田农. 青岛地铁13号线车辆受流器动态性能测试[J]. 电力机车与城轨车辆,2020,43(3): 76-79.WANG Miao, WANG Tiannong. Dynamic performance test of current collector for Qingdao metro line 13 vehicle[J]. Electric Locomotives & Mass Transit Vehicles, 2020, 43(3): 76-79. 陈晓亮. 靴轨受流在线监测系统研究及在广州五号线的应用[D]. 广州: 华南理工大学, 2018. 陈祥. 接触轨端部弯头——集电拉弧的产生及其影响[J]. 科技风,2016(14): 6-7. 王秋实,李鲲鹏,刘兰,等. 接触轨定位点施工精度对靴轨关系影响的仿真研究[J]. 电气化铁道,2020,31(1): 60-63.WANG Qiushi, LI Kunpeng, LIU Lan, et al. Study on simulation of collector shoe-rail interaction affected by construction accuracy of third rail location point[J]. Electric Railway, 2020, 31(1): 60-63. 中国铁路总公司. 供电系统专业管理评价办法: 运供设备函[2016] 283号[S]. 北京: 中国铁路总公司, 2016. 张玉峰. 第三轨参数检测及评价系统研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2006.