【CN109783929A】地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法及寿命预测方法【专利】

式 (4) 中 ，Cm为材料属性系数 ；P为受电 弓单块碳滑板与接触线之间的 平均接触压力 ，单 位为N ；KP为压力影响因子 ；KI为电 流影响因子 ；KV为速度影响因子 ；T为环境温 度 ，Tm为材料 的熔化温度 ，单位为K ；v (l) 为相对滑动速度 ；式 (5) 中 ，D为碳滑板的宽度 ，δ(l) 为所选取小区 间的宽度，所述深度磨耗率ws单位为μm/Km。
权利要求书2页 说明书11页 附图5页
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权 利 要 求 书
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1 .一种地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述估算方法包括如下步 骤：
步骤S1，建立受电弓碳滑板磨耗率计算简化模型； 步骤S2 ，计算当前接触线布设方式下碳滑板横向不同位置的 磨耗距离占 整个磨耗距离 的比重； 步骤S3，估算碳滑板磨耗轮廓。 2 .根据权利要求1所述的碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括： 步骤S101，获得熔化磨耗机制下的磨耗率计算原始模型； 步骤S102，将弓网间电流等效为压力，与实际接触力共同构成总接触力； 步骤S103，将所述总接触力、材料属性系数、压力影响因子、电流影响因子、速度影响因 子引入所述计算原始模型中，得到磨耗率计算简化模型； 步骤S104 ，在碳滑板的横向上取一个小区间 ，小区间内磨耗是均匀的 ，将所述磨耗率计 算简化模型转换为在所述小区间内弓线相对滑动每公里磨耗的深度磨耗率计算简化模型。 3 .根据权利要求2所述的碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述深度磨耗率计算简化 模型为：
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至取完碳滑板的横向长度；将每个小区间所计算的平均磨耗深度用平滑曲线连接，得到磨 耗后的碳滑板轮廓曲线。
7 .根据权利要求6所述的碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述小区间为碳滑板横向 上20mm的一个小区间，所述小区间内磨耗是均匀的。
8 .根据权利要求6所述的碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述对不同里程段内对应 的所述磨耗率随里程变化曲线进行积分，进一步为，采用梯形面积近似代替，并通过下式进 行曲线积分：
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说 明 书
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地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方法及寿命预测方法
技术领域 [0001] 本发明属于城市轨道交通领域，具体涉及一种地铁车辆受电弓碳滑板磨耗估算方 法及寿命预测方法。
背景技术 [0002] 随着城市的不断发展，轨道交通在城市的正常运转中发挥着越来越重要的作用， 而安全问 题是轨道交通的 一个重要方面。地铁是一 种重要的 城市轨道交通工具 ，地铁的 牵 引系统为地铁车辆的运行提供动力和制动力。地铁运行时 ，电 流从受电 弓进入电 机 ，然后从 与地网接在一起的 轨道流出 ，从而牵引车辆运行 ，而受电 弓碳滑板是地铁车辆取流的 关键 部件。随 着城市的 膨 胀 ，地铁的 运行 环境越来 越复 杂 ，受电 弓 碳 滑板的 磨耗问 题也日 益突 出。磨耗过度或磨耗不均匀都会缩短碳滑板的使用寿命，甚至带来极其严重的后果。 [0003] 受电弓碳滑板一方面沿着列车前进的方向与接触线纵向磨损，另一方面由于接触 线的拉出值布置 ，在碳滑板上横向移动 ，碳滑板上不同位置对应的磨耗率不同 ，与接触线的 相对滑动距离也不同 ，因而造成了碳滑板上的 磨耗不均匀。对碳滑板的 磨耗情况进行提前 预估，能极大地方便运营及维修部门对受电弓碳滑板的合理使用，减少不必要的过度磨耗， 提升弓网接触受流的安全性和稳定性。 [0004] 现有技术中，预估地铁车辆受电弓碳滑板的磨耗问题，通常包括以下方法：基于载 流摩擦实验来研究碳滑板的磨耗率影响规律，通过图像等检测磨耗深度和外形。但是，尚没 有结合地铁实际运营条件的可预测性碳滑板磨耗研究方法，也没有通过机理分析的碳滑板 磨耗率计算模型，无法对地铁受电弓碳滑板的磨耗进行准确判断，存在一定的安全隐患。
命预测方法 ( 57 )摘要
本发明 提供 了一 种地铁车 辆受电 弓 碳 滑板 磨耗估算方法及寿命预测方法，用于解决现有技 术中无法对碳滑板磨耗进行准确估算的问题。所 述磨耗估算方法及寿命预测方法 ，结合碳滑板磨 耗率曲线和接触线的布置方式 ，计算出碳滑板在 一定的运行里程内不同位置的磨耗量，得到沿碳 滑板横向分布的磨耗轮廓，将碳滑板磨耗外形分 布计算出来并可视化，并进一步对碳滑板的使用 寿命进行预测。本发明对碳滑板的磨耗程度做出 预判，为维修部门提供有针对性的碳滑板打磨或 更换建议，降低了时间、经济成本，同时得到碳滑 板磨耗较严重的区域，通过致因分析来进行相应 的 技术 调整 ，避免 在碳滑板上形成凹槽 ，从而提 升弓网运行的安全性，具有一定的经济效益和社 会效益。
9 .一种地铁车辆受电弓碳滑板寿命预测方法，其特征在于，所述寿命预测方法包括如 权利要求1至8任一项所述的 磨耗估算方法 ，在对所述碳滑板磨耗进行估算的 基础上 ，还包 括：
估算受电弓碳滑板在两站间行驶一次所形成的磨耗轮廓，根据车辆所行驶的整条线路 的 里程以 及行车速度曲 线、电 流曲 线等 ，估算车辆受电 弓碳滑板在整条线路上行驶一次所 形成的磨耗轮廓，对磨耗轮廓累计叠加，计算碳滑板最大磨耗处达到更换要求时所行驶的 里程，将达到更换要求时所行驶的里程作为所述碳滑板的预测寿命。
(74)专利代理机构 北京市商泰律师事务所 11255
代理人 黄晓军
(51)Int .Cl . G06F 17/50(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109783929 A (43)申请公布日 2019.05.21
( 54 )发明 名称 地铁车 辆受电 弓 碳 滑板 磨耗 估算方法 及寿
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 123389 .4
(22)申请日 2019 .01 .10
(71)申请人 北京交通大学 地址 100044 北京市海淀区西直门外上园 村3号
(72)发明人 魏秀琨 孟鸿飞 贾利民 何江海 刘兰 李兆新 李正国 尹贤贤 管青鸾 杨子明 滕延芹 张海强 所达 翟小婕
4 .根据权利要求1所述的碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括： 步骤S201，根据接触线布置形式确定拉出值的表达式； 步骤S202，分别计算一个周期内不同拉出值区间所对应的接触线长度； 步骤S203，统计不同拉出值区间接触线长度占整个周期长度的比例。 5 .根据权利要求4所述的碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述接触线的布置方式为 混合布置方式。 6 .根据权利要求1所述的碳滑板磨耗估算方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括： 步骤S301，在碳滑板的横向上取一个小区间； 步骤S302，根据所述磨耗率计算简化模型，及车辆的行车速度和电流曲线，确定碳滑板 在小区间内的磨耗率随里程变化曲线； 步骤S303 ，取拉出值与所述小区间值 相同的 一个间隔区间 ，根据所述不同 位置的 磨耗 距离占整个磨耗距离的比重，计算不同拉出值区间内对应的接触线所处里程； 步骤S304 ，对不同 里程段内 对应的 所述磨耗率随 里程变化曲 线进行积分 ，得到当前计 算的碳滑板所述小区间内的平均磨耗深度； 步骤S305 ，在碳滑板的 横向上取下一个相邻的 小区间 ，并重复步骤S302至步骤S304 ，直