城市轨道交通靴轨关系的安全测试评估方法

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20200075

靳守杰^1,,
李鲲鹏²,
占栋³,
万永胜⁴,
钟尉^4,,
冯超²

基金项目:广州市科技计划项目（201704030048）

详细信息

作者简介:
靳守杰（1965—），男，教授级高级工程师，研究方向为城市轨道交通牵引供电系统，E-mail：jinshoujie@gzmtr.com

中图分类号:U231+.8
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出版历程
- 收稿日期:2020-03-07
- 修回日期:2020-04-06
- 网络出版日期:2021-06-19
- 刊出日期:2021-10-15

Safety Assessment Method of Collector Shoe-Rail Relationship in Urban Rail Transits

摘要

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.
- 安全评估/
- 靴轨/
- 几何参数/
- 燃弧/
- 接触力/
- 硬点
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.
- safety assessment/
- collector shoe-rail/
- geometric parameter/
- arcing/
- contact force/
- hard spot

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图 1全线集电靴最大硬点

Figure 1.Maximum hard spot of collector shoe for all sections

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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

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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

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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
区间	[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.

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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
区间	燃弧率/ %	最大燃弧时间/ms	燃弧率/ %	最大燃弧时间/ms
1	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

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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
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

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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

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