趙 磊

(中國鐵路濟南局集團有限公司 濟南機務段， 濟南 250023)

受電弓是機車從接觸網(wǎng)獲取電能的重要部件，其參數(shù)、狀態(tài)檢查是日常檢修作業(yè)中的必要環(huán)節(jié)[1]。受電弓及車頂動態(tài)檢測系統(tǒng)可自動實現(xiàn)對碳滑板尺寸參數(shù)檢測、升弓壓力測量、車頂狀態(tài)可視化觀測等功能，系統(tǒng)全自動運行，檢測精度高，可有效減輕車頂作業(yè)人員的勞動強度。

1 系統(tǒng)簡介

受電弓及車頂動態(tài)檢測系統(tǒng)采用高速、高分辨率圖像分析測量技術和現(xiàn)代傳感器技術，實現(xiàn)受電弓關鍵特性參數(shù)的在線動態(tài)自動檢測[2]，其主要檢測項點包含3部分：(1)碳滑板參數(shù)檢測。采用動態(tài)非接觸式圖像測量技術分析處理并記錄受電弓滑板磨耗值，中心線偏差值；(2)升弓壓力檢測。采用高精度傳感器檢測技術，動態(tài)自動檢測受電弓工作位接觸壓力；(3)車頂狀態(tài)可視化觀測。采用視頻錄像監(jiān)控技術，對機車車輛的車頂進行實時錄像。

1.1 碳滑板參數(shù)檢測

在碳滑板參數(shù)檢測項點下，其主要檢測內(nèi)容包括滑板磨耗檢測和中心線偏移檢測[3]。

(1)滑板磨耗檢測

機車通過檢測設備時，采用高分辨率高清晰度相機，按照如圖1所示設計角度對受電弓碳滑板進行拍照，每個磨耗相機采集半個碳滑板圖像，通過拼接技術合成整體碳滑板，最終利用圖像分析處理技術，形成受電弓滑板厚度曲線，計算獲得最大厚度、平均厚度，最大磨耗差等參數(shù)信息。

(2)中心線偏移檢測

機車通過檢測設備時，采用高分辨率高清晰度相機，按照如圖2所示設計角度對受電弓兩端羊角進行拍照，所獲取的圖像中包含了受電弓羊角相對于軌道中心線的位置信息，后經(jīng)實時圖像處理，得到受電弓中心相對于軌道中心的偏移量。

圖1 磨耗相機拍攝方位

圖2 中心線相機拍攝方位

1.2 受電弓升弓壓力檢測

圖3為壓力檢測示意圖，壓力檢測模塊通過力的傳遞來檢測受電弓升弓壓力，機車通過檢測設備時，受電弓在檢測位對接觸網(wǎng)導線有一個向上的力F，通過杠桿原理，將力傳遞到尾部的拉力傳感器，通過標定力的關系模型，獲得升弓壓力。

在壓力檢測單元的前方和后方的接觸網(wǎng)上，安裝有雙弓隔斷裝置，避免同時升雙弓或多個受電弓之間相互壓力的干擾，保證壓力檢測單元檢測的準確性。

技術人員結(jié)合機車修程內(nèi)人工測量的標準壓力值，每半年會對壓力檢測系統(tǒng)進行校驗和標定，避免測量時因升弓高度不一致造成的測量結(jié)果不一致。

圖3 升弓壓力檢測模式

2 數(shù)據(jù)可視化分析

濟南機務段總計配置電力機車86臺，機車每次回段整備，都會通過機6股的受電弓檢測設備，系統(tǒng)對碳滑板參數(shù)進行檢測并記錄數(shù)據(jù)，現(xiàn)利用Python語言編譯程序，自動獲取86臺電力機車在受電弓系統(tǒng)中的碳滑板厚度歷史數(shù)據(jù)[4]，作可視化處理形成散點圖，直觀分析碳滑板磨耗趨勢和系統(tǒng)檢測準確性。

電力機車分Ⅰ端和Ⅱ端受電弓，機車運用過程中只升其中一端，每臺受電弓有兩條碳滑板，從Ⅰ端到Ⅱ端，分別記為A、B、C、D，即Ⅰ端弓為AB碳滑板，Ⅱ端弓為CD碳滑板。

圖4 HXD3D 0183機車碳滑板厚度

(1)圖4為HXD3D0183機車碳滑板磨耗趨勢圖，圖中每一個散點表示記錄的一次檢測值，可以看出系統(tǒng)對A、B碳滑板的檢測次數(shù)遠遠大于C、D碳滑板，這說明由于機車交路安排的關系，HXD3D0183機車通常升Ⅰ端受電弓入庫檢測，從而導致Ⅱ端受電弓檢測次數(shù)較少。

(2)觀察圖4 HXD3D0183機車B碳滑板磨耗線，可以發(fā)現(xiàn)在4月18日和8月21日附近有兩處檢測值發(fā)生跳變，之后又恢復了正常趨勢，這說明系統(tǒng)運行偶爾存在不穩(wěn)定性。

圖5 HXD3C 0787機車碳滑板厚度

(3)圖5為HXD3C0787機車碳滑板磨耗趨勢圖，從圖中可以看出，在7月30日左右，HXD3C0787機車的4條碳滑板厚度陡然升高，并維持在40 mm左右，后經(jīng)調(diào)查分析，這是由于統(tǒng)一更換新碳滑板所導致，在數(shù)據(jù)的趨勢分析過程中，如果單位時間內(nèi)的磨耗趨勢加劇，分析者就應該加強注意，這可能是由于更換碳滑板所致，也有可能是受電弓存在故障，導致碳滑板磨耗突然加劇，這種情況應重點分析，查找數(shù)據(jù)變化根本原因。

(4)圖6為HXD3D0307機車碳滑板磨耗趨勢圖,從圖6中可以看出，5月份之后A滑板磨耗趨勢較為平緩，B滑板磨耗趨勢較為急劇，A、B兩滑板最小厚度的差值呈增大趨勢。技術文件規(guī)定，兩碳滑板在同一位置的最大磨耗差不得大于3 mm，否則需要更換碳滑板， A、B碳滑板最小厚度的差值變化可間接反映碳滑板最大磨耗差的變化，因此可以預判隨著運用里程的增加，A、B碳滑板的磨耗差會逐漸增大，最終達到限定值3 mm。

圖6 HXD3D 0307機車碳滑板厚度

在日常分析過程中，可以對磨耗差的變化趨勢進行判斷，如果磨耗差有不斷增大趨勢，便可在未到3 mm時對碳滑板水平度進行調(diào)整，使兩碳滑板磨耗速率一致，從而避免將來對碳滑板的更換，提高碳滑板利用率，降低使用成本。

3 問題與建議

(1)機車在運行過程中通常是升后弓運行，在通過檢測線時，受電弓系統(tǒng)只能對升起的受電弓進行檢測，如果機車每次入庫都是升同一個受電弓，就會導致機車兩個受電弓檢測次數(shù)不均衡，例如第2(1)節(jié)中所示。

建議在機車入庫檢測前，安裝換弓提示牌，根據(jù)機車上次入庫升弓情況，提示乘務員本次入庫升另外一端受電弓，保證機車每趟入庫時均為不同弓位，從而確保機車Ⅰ、Ⅱ端受電弓均等檢測。

(2)從第2(2)節(jié)中的描述可以看出，系統(tǒng)檢測存在不穩(wěn)定性，偶爾出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳變，不能真實反映碳滑板厚度值，對機車整備檢修造成誤導。

針對系統(tǒng)檢測出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳變情況，督促廠家查找原因，調(diào)整優(yōu)化技術參數(shù)，對現(xiàn)有軟件進行升級改造，提高精度，減小誤差，保證系統(tǒng)檢測的準確性和穩(wěn)定性。

(3)磨耗差是機車受電弓部件的重要參數(shù)，研究其變化趨勢可實現(xiàn)對磨耗差值的預判，進而對存在隱患的受電弓進行調(diào)整，提高碳滑板利用率，但受電弓及車頂動態(tài)檢測系統(tǒng)中的歷史記錄和趨勢圖選項中未能提供磨耗差數(shù)據(jù)和其變化趨勢圖，不利于分析應用。

建議在受電弓檢測系統(tǒng)"數(shù)據(jù)趨勢圖"選項下，增加磨耗差數(shù)據(jù)和變化趨勢圖，便于技術人員分析判斷，指導檢修作業(yè)。

(4)受電弓及車頂動態(tài)檢測系統(tǒng)中有歷史趨勢圖，但是圖表界面設計不合理，縱坐標碳滑板厚度值范圍跨度太大，而碳滑板磨耗變化范圍較小，導致其趨勢圖近似于水平直線，難以進行有效分析。

在受電弓系統(tǒng)中的碳滑板磨耗趨勢圖中，其縱坐標范圍為-40～40 mm，建議按照文中圖例中的格式進行重新設計，使得趨勢圖縱坐標的范圍同碳滑板厚度最低值到最高值的范圍基本保持一致，使得對趨勢的分析更為直觀準確。

4 結(jié)束語

受電弓及車頂動態(tài)檢測系統(tǒng)可實現(xiàn)對機車受電弓各項參數(shù)的自動檢測，相對于人工測量提高了檢測精度，降低了人工誤差，同時其數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計功能有助于技術人員研究碳滑板的使用性能，但系統(tǒng)的應用還在初級階段，使用過程中也暴露出一些問題，隨著檢測技術的發(fā)展和對技防要求的不斷提升，機車受電弓檢測技術也將會更加精準和完善。