刚性接触网支持装置预配平台研究及应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 183 刚性接触网支持装置预配平台研究及应用 金 鑫 中铁电气化局集团西安电气化工程有限公司，陕西 西安 710000 摘要：摘要：为了提高城市轨道交通刚性接触网悬挂支持装置的安装效率和质量，本文提出了一种刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台的研究方法。通过现场测量、零部件参数的测量总结出减小测量误差的方法，采用全自动化设备进行加工。在刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配过程中，结合国内先进仪器研究隧道内精准测量的方法，提高了安装精度，降低了人员施工安全隐患，最终降低了大量人工成本。目前，刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台成功应用于大连地铁二号线二期及大连地铁 5 号线施工项目，有效的提高接触网安装效率，为接触网顺利送电提供了保证。关键词：关键词：刚性接触网；悬挂支持装置；预配平台；安装效率；测量误差 中图分类号：中图分类号：U225.4+2 0 引言（1）背景及意义 在城市轨道交通等交通工程领域，刚性接触网是保障车辆正常运行的重要设施。而悬挂支持装置作为连接接触网和电气传导系统的关键部件，对于确保电力传输和接触网的稳定性至关重要。因此，研究和应用刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台将对提高交通工程的安全性和可靠性起到重要作用。地铁架空刚性接触网悬挂支持装置是城市轨道交通架空接触网受流方式的一种，由于接触网系统运行可靠性高、结构简单、与土建干扰少、运营维护方便、安装净空低等优点，目前广泛应用于国内地铁的建设中。然而通常的安装过程中存在很多问题，比如现场测量、组装和调整等环节的工作效率较低，人工成本较高。本文针对这个问题，提出一种刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台的研究方法，旨在提高施工效率和质量，降低施工成本，并在实际工程中得到验证和应用。（2）技术现状及研究进展 国外一些发达国家在刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台方面有一定的研究成果。例如，德国、日本等国家的铁路工程中已经广泛采用了预配平台，能够提高工作效率和安全性。在国内，相关研究还相对较少，目前，国内外城市轨道刚性接触网悬挂支持装置的安装方法主要采用测量、预配和现场调整的方式。然而，在实际操作过程中，存在土建及轨道施工的不可预见性，占用的工期较长，导致地铁接触网专业施工工期尤为紧张。此外，还存在机电系统各专业交叉施工频繁，轨行区施工空间受限等问题。因此，有必要深入研究刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台的设计与应用，以适应我国城市轨道交通的发展需求。（3）研究目的和主要内容 本论文旨在研究刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台，以提升电力传输和接触网的稳定性。具体包括以下内容：（1）分析悬挂支持装置的工作原理和功能；（2）设计和实现悬挂支持装置的预配平台；（3）进行悬挂支持装置预配平台的性能测试与评估；（4）通过实际应用案例分析评价预配平台的效果；（5）总结研究工作并对未来研究方向进行展望。1 刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台研究方法与实现 1.1 设计需求分析 在设计悬挂支持装置预配平台时，需要充分考虑以下几个方面的需求：（1）预配平台的整体结构布置要求，保证悬挂支持装置的连接稳固；（2）预配平台的尺寸要充分考虑操作人员操作的便利性和安全性；（3）预配平台的材料选择要具备足够的强度和耐久性，能够适应复杂的工作环境；（4）预配平台应具备一定的可调节功能，以适应不同类型和规格的悬挂支持装置。1.2 预配平台的结构设计 预配平台的结构设计应满足整体布局要求，并兼顾安全性和可靠性。可以考虑采用钢结构或其他合适中国科技期刊数据库 工业 A 184 的材料进行设计。设备骨架由型材焊接而成，结构稳固，行走机构均通过电机带动丝杆或者齿轮，直线滑轨作为导向，定位精度高，通过触摸屏可以控制高精度行走停止。其主要组成部分包括：PLC 控制主板、液晶操作显示屏、伺服电机、直线滑轨、丝杆及装配台组成。设计目的是通过 PLC 将程序设定，可在触摸屏输入配置参数，操作设备到达指定位置，实现悬挂的调整。图 1 设备整体图纸 图 2 工作台加工图纸 1.3 技术方案的提出及实施步骤 本文根据刚性接触网支持装置预配工艺流程，初步采用全自动设备加工方案。通过现场测量、零部件参数的测量，总结出减小测量误差的方法，然后采用全自动化设备进行加工。图 3 工作台结构效果图（1）工业级 PLC 控制器的选型：可以将控制指令随时加载内存内储存与执行。可以根据自己的需要自行编辑相应的用户程序，来满足不同的自动化生产要求。规划常用的产品库，一键调取参数。汇川 AM401-CPU1608TP/TN 型，其 AM400 系列 PLC 为经济型高性能中型 PLC，完全符合 IEC-61131-3 模型规范。支持 IL，LD，FBD，SFC，CFC，ST 等编程语言，同时提供各种应用库，包括基于 EtherCAT 的运动控制库，运动控制包括点对点运动，凸轮运动，插补运动等，另外还包括CANopen 通信库，文件处理，字符串处理，以太网通信，485 通信等库。利用该平台可以简单，快捷，稳定地搭建所需要的设备应用程序。（2）工业级液晶控制显示屏选型：显示屏可触摸，可以进行界面的设计，通过界面输入工作参数，进而通过 PLC 控制私服电机运动。汇川 IT7070E 触摸屏，是汇川基于工控 HMI 发展趋势研发的全新一代触摸屏，在显示效果上有显著提升，与传统 HMI 相比，IT7000通讯更加丰富，功能更加全面，具有更强大的数据处理能力和更快的响应速度。（3）私服电机选型：伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在本课题中，用作执行元件，具有机电时间常数小、线性度高等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。汇川 MS1H1-40B30CB-A334Z 伺服电机，其 MS1 系列伺服电机产品是汇川技术研制的新一代高性能伺服电机。MS1 电机配合伺服的易用性功能，调试更加方便，运行更加平稳，定位时间更短，能更好的配合伺服驱动器完成位置控制、速度控制和转矩控制。同时 MS1 电机拥有IP67防护、高抗震设计等特点，保障设备持续运行，安全持久。（4）其他结构件设计工艺：直线滑轨采用中国台湾上银系列产品，定位精度高，可承受多维度负载；丝杆采用 TBI 品牌系列产品，传动效率高，无背隙，高刚性耐久性好；装配台根据产品定制，型材组焊既减轻了重量，又满足了设备的平面空间和钢性要求。1.4 阶段成果内容和测试 本文研究过程中完成了现场测量、零部件参数的测量，学习国内先进仪器研究隧道内精准测量的方法，完成了悬模拟挂装置研制加工与现场试装，对现场安装过程中存在的问题继续改进。1.4.1 测试指标的确定 在对悬挂支持装置预配平台进行性能测试时，可以考虑以下几个指标来评估其性能：（1）稳定性指标：中国科技期刊数据库 工业 A 185 评估预配平台与悬挂支持装置的连接是否稳固，以及平台本身的稳定性；（2）安全性指标：评估预配平台是否能够提供安全的工作环境，防止操作人员发生意外事故；（3）操作便利性指标：评估预配平台是否设计合理，方便操作人员进行操作和使用；（4）耐久性指标：评估预配平台的材料选择和制造工艺是否能够满足长期使用和复杂环境的要求。1.4.2 性能测试方法与流程 对于悬挂支持装置预配平台的性能测试，可以采用以下方法和流程：（1）静态负载测试：通过在预配平台上施加不同负载，评估平台的稳定性和承载能力；（2）动态负载测试：模拟实际使用条件下的振动和冲击，测试平台的抗振性能和防滑能力；（3）安全性测试：评估预配平台的防护措施是否能够保障维护人员的安全，在测试中模拟常见的意外情况，如滑倒、摔落等；（4）操作性测试：评估预配平台的设计是否方便操作人员进行操作和使用，包括工作高度、工作空间等因素；（5）耐久性测试：通过模拟长期使用和复杂环境的考验，评估预配平台的耐久性和材料的质量。1.4.3 数据分析与结果讨论 在进行性能测试后，需要对测试数据进行分析和结果讨论。根据测试结果，可以评估预配平台的性能是否符合设计要求和实际应用需求。如果测试结果满足要求，可以进一步讨论其优势和可行性，并分析其对提高电力传输和接触网稳定性的贡献。如果测试结果存在不足或问题，可以提出改进建议并讨论可能的解决方案。2 实验阶段成果的展示与评价 依托原有现场人工处理的经验及方法，研发设计的一套完全符合现场实际需求的自动化、智能化接触网刚性支持装置预配平台，在保证操作精度、人员安全、工作效率的基础上降低人员成本，整体系统的工艺流程由传统的方式变为如下方式：（1）人工上料底座到工作台，放置后即定位位置，挡板定位，气缸自动压紧；（2）将丝杆安装到底座上，2 个丝杆相对底座是分中的；（3）用带长套筒的电动工具安装丝杆的螺丝直到固定到底座上；（4）输入参数，操作滑台定位到槽钢下边的 2 个丝母的最下边，然后安装槽钢下边的 2 个丝母；（5）放置槽钢，然后固定槽钢上边的 2 个螺母；（6）按照设置的参数固定切割丝杆，丝杆跌落到固定位置收集 本课题的刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台经过测试、验证，形成最终成果并应用于实际工程。图 4 工作台操作图 3 研究成果的应用情况 3.1 已有工程的应用情况 大连地铁二号线二期接工程中的刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台应用情况良好，代替了传统人工组装预配的模式，提高了预配速度。结合现场实际情况，在预配装置的设计方案、构造和施工过程进行优化，设备在实际运行中的性能稳定和效果明显。该预配平台继续应用于大连地铁 5 号线工程刚性接触网施工中。刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台使用方面有一定的创新性，并通过收集现场实际数据整理，解决刚性接触网悬挂调整问题。3.2 新型技术的应用 依据现场测量数据，刚性接触网支架安装步骤，接触网调整范围，调整内容，安装精度等条件，这些辅助条件为刚性接触网隧道内悬挂支持装置的研发和应用提供参考和指导。该装置通过智能化和自动化手段，应用于刚性接触网安装施工中，提高了刚性接触网隧道内悬挂支持装置的稳定性和可控性，有助于推动刚性接触网施工中新技术的发展，并为未来的工程项目提供更好的解决方案。通过对刚性接触网支持装置预配平台的应用前景和可行性进行分析，我们详细讨论该技术的原理和应用方法，该装置在刚性接触网安装领域的发展潜力巨大和实际应用广泛。4 结论及未来研究 中国科技期刊数据库 工业 A 186 4.1 研究工作总结 通过对刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台的研究与应用，本论文取得了如下主要成果：（1）分析了刚性接触网及悬挂支持装置的定义和作用，明确了预配平台的研究意义和必要性。（2）综述了国内外关于悬挂支持装置预配平台的研究现状，发现了现有研究中存在的问题和不足。（3）设计和实现了悬挂支持装置预配平台，包括设计需求分析、结构设计、工作原理以及制造与安装等。（4）进行了悬挂支持装置预配平台的性能测试与评估，确定了测试指标，采用相应的测试方法和流程，对预配平台的性能进行了评估和分析。（5）通过实际应用的分析和评价，探索了预配平台在实际工程中的应用效果，并提出了改进和优化的建议。4.2 存在问题与改进措施的讨论 在本研究过程中，我们也发现了一些问题和不足之处，需要进一步改进和优化：（1）缺乏完善的设计方法：目前设计预配平台的方法还比较简单，需要进一步研究和探索更科学、系统的设计方法。（2）缺乏完善的性能指标体系：现有的性能指标体系对预配平台的评价仍然不够全面和精准，需要进一步完善指标体系，并规定相应的评估标准。（3）实际应用过程中的问题：在实际工程应用中，可能会遇到设计不合理、制造工艺不完善、操作不便等问题，需要加强实践中的验证和改进。针对上述问题，我们可以采取以下改进措施：（1）进一步研究和探索刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台的设计方法，引入先进的设计软件和仿真工具，提高设计效率和准确性。（2）完善预配平台性能指标体系，考虑更多的因素，如抗风性能、防火性能等，确保评估结果更加科学和可靠。（3）加强与工程实践的联系，与实际工程项目合作，在实际应用中进行验证和改进，以提高预配平台的实用性和可靠性。4.3 对未来研究方向的展望 在未来的研究中，我们可以进一步探索以下方向：（1）提高预配平台的自动化程度：可以研究开发智能化的预配平台，通过传感器和控制技术实现对平台状态的实时监测和调节，提高工作效率和安全性。（2）推动预配平台标准化和规范化：可以制定相关的行业标准和规范，统一预配平台的设计、制造和应用流程，提高工程项目的一致性和可比性。（3）针对特殊环境的预配平台研究：可以针对极端环境下的需求，如高海拔、高温、强风等，研究设计适应性更强的预配平台，以满足不同场景的需求。通过对以上方向的研究和探索，预计可以进一步提升刚性接触网隧道内悬挂支持装置预配平台的设计与应用水平，为交通工程的安全和可靠运行提供更有力的支持。参考文献 1李枭俊.刚性接触网腕臂型支持装置疲劳分析及其结构优化D.成都:西南交通大学,2020.2李枭俊,甘磊,陈展,等.刚性接触网腕臂型支持装置 的 振 动 特 性 分 析 与 结 构 优 化 J.振 动 与 冲击,2021,40(12):7.