一种接触网导线磨损检测设备的研制

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Development of Contact W ire W ear TesterZHANG Chi，SHI Jianling，WE1 Zeding(Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China)Abstract：The·developed system belonged to electric railway contact wire wear inteligent measurement equipment，overcomingdeficiencies of existing domestic and foreign equipment.Using mechanical device locking and sensor pose variation，the an chor sectionjoint position and span wire wear could be easily detect，guiding operation personnel to analyze accident reasons and maintain timely。

It is beneficial complement and supplement for the construction of railway informatization。

Keywords：Contact wire wireway；Wear；Testing接触网是沿着铁路线上空架设的特殊形式的输电线路，通过接触线与受电弓的直接接触为电力机车提供可靠不间断的电能。要保证受电弓与接触线良好的接触以及可靠受流，对接触线检测是必不可少的重要环节[ 。

传统的测量方式是 绝缘杆测量法”，这种状似钓鱼竿”的绝缘杆每次使用时要数根连接，然后直接挂在27 kV的高压电线 (接触线)上，使其自然下垂，再用米尺测量经换算后得出接触网的导高和拉出值 ，使用这种方法不仅安全系数孝工作效率低，而且测量精度低，易受风吹、潮湿等天气变化影响，测量空间有限，危险性大，测量参数较少，已远远满足不了我国电气化铁路快速发展的需要。

目前国外接触网导线磨损检测系统可以分为图像检测法、激光扫描法、残高测量法三大类。其中图像检测法利用光源照明接触线下部磨损面，高速摄像机采集接触面图像，经过数字图像处理后得到导线磨损面宽度值，、并保存和实时显示 ；激光扫描法是利用激光束通过旋转反射镜反复扫描整个接触导线，当激光遇到导线磨损面时，引起激光漫反射，部分光被反射回光源处，可通过光电转换器件接收反射光 ；残高测量法是在受电弓两端分别安装激光束发射和接收装置，发射的片状平行激光束照射到导线侧面时，部分激光被挡住，因此激光接收装置收到的信号直接反映了导线的残高值 。这些方法检测方便、安全、便捷，但成本较高，且测量精度有-定限制 。

针对上述问题，作者研制了适合我国国情的-种便携式接触网导线磨损专用检测设备，可以快速准确检测当前各锚段关节各定位点以及跨中导线的磨损，有效地减轻了工人的劳动强度，提高了测量精度和生产效率，增强了设备的安全性和稳定性。

1 系统的组成待检测接触网导线的横截面如图 1(a)所示，为-不规则圆形，上部两侧缺口是供吊索装卡使用的。磨损部分为导线的下端，若磨损过度，如图 1(b)所示时，导线截面太嗅造成流过的电流强度太大，从而引发事故。

o(a)原始形状 (b)磨损后图1 接触网导线的横截面示意图如图2所示，作者研制的检测仪由导向部分、检收稿日期：2012-08-03作者简介：张弛 (1974-)，男，硕士，副教授，长期从事机电-体化方面的教学与科研工作。E-mail：385737845###qq·como· 156· 机床与液压 第41卷测部分、控制部分、显示部分、夹持部分、感应部分、驱动部分和支撑部分等组成。图2(a)为检测仪头部的外观图，图2(b)为去掉前挡板的检测仪头部外观图。在检测仪头部的下端，还需要有4.5 m(a)检测仪头部的外观 图长的绝缘杆以方便工人检测6 m左右高空的接触网导线。为方便携带，绝缘杆被分为三段，两端有螺12I，可通过连接套方便地与检测仪的头部以及与其他绝缘杆串接。

(b)去掉前挡板的检测仪头部外观图图2 检测仪的组成示意图1.1 导向鄙分由于接触网导线-般在6 m左右的高空中悬挂，操作人员需要用绝缘杆将检测仪举起，只有当导线被纳入夹持部分后才能进行检测。然而检测仪的夹持部分尺寸较小，地面操作人员的视觉又受到检测仪壳体的影响，不易操作，故而设计了如图2所示的导向部分，以提高检测效率。如图2所示，导向部分为两块燕尾形槽板，在检测仪的两侧平行排列，底部凹槽的尺寸略大于接触网导线的直径。在凹槽底面镶装有感应部分 (接近传感器)，当接触网导线被纳入导向部分的底部凹槽时，两个传感器发讯，通知控制部分可以开始检测。

1.2 夹持部分图3(a)所示位置为系统的初始位置，此时举升凸轮 l0的最小曲率半径边支撑举升块 4的底部，在夹持复位弹簧2的作用下，夹持钳3的钳口张开，举升块4位于行程的最低端。当接触网导线6进入导向板 1的凹槽后，感应部分发讯，然后芯轴9带动举升凸轮10顺时针转动，从而驱动举升块4沿着导向柱5向上移动，使得夹持钳3以销轴7为圆心做回转运动。经过90。的旋转之后，举升凸轮 10的最大曲率半径边开始接触举升块4的底边，夹持钳3的两侧钳口闭合，在随后的180。范围内，举升凸轮 l0-直以最大曲率半径托起举升块4，使得在这段时间内夹持钳3的两侧钳口-直保证闭合，如图3(b)所示，l-导向部分2-检测部分3-控制部分4-显示部分5-夹持部分6-感应部分7-驱动部分8-支撑部分为检测接触网导线底部的磨损提供了保障。检测完毕后，芯轴9带动举升凸轮10继续转动，在这90。的旋转过程中，由于夹持复位弹簧2的作用，夹持钳 3的钳口张开，举升块4重新回到行程的最低端 ，从而完成-个工作循环。

(a)初始位置 (b)检测过程中夹持钳-直闭合1-导向板 2-夹持复位弹簧 3-夹持钳 4-举升块 5-导向柱6-接触网导线7-销轴 8-前挡板 9-芯轴 lO-举升凸轮 ll-绝缘杆接头图3 夹持部分工作示意图1.3 检测部分图4(a)所示为前述图3(a)的夹持钳张开的结构简图，此时举升凸轮 10的最小曲率半径边位于凸轮的正上方，与举升凸轮 1O同轴的检测凸轮 l8的最小曲率半径边也位于凸轮的正上方，由检测凸轮第16期 张弛 等：-种接触网导线磨损检测设备的研制 ·157·18支撑的差动变压器 13处于行程 的最底端，此时差动变压器的触头没有接触到待检测导线。如前所述，随着举升凸轮 10的转动，夹持钳3的钳1：3闭合，而同时检测凸轮 l8也随之转动。在举升凸轮 10的转动角度从90。变化到270。的范围内，钳口-直闭合。而在检测凸轮 18的转动角度从 90。变化到 180。的范围内，检测凸轮将差动变压器顶起至最高位置，如图4(b)所示。差动变压器 的触头顶住导线后被压缩进入差动变压器的壳体内，此触头的被压缩位移量与接触网导线底部的磨损有关，通过测算触头的位移量就能够换算出接触网导线底部的磨损量。在检测凸轮18的转动角度从 180。变化到270。的范围内，由于检测复位弹簧12的作用，差动变压器 13向下运动，同时被压缩进差动变压器壳体的触头在壳体内部弹簧的作用下重新复位弹出。然后芯轴9继续转动，系统复位。

(a)夹持钳张开的结构简图 (b)差动变压器在最高位置 (c)检测部分的俯视图 (d)检测部分的侧视图3-夹持钳 4-举升块 5-导向柱 9-芯轴 lO-举升凸轮 l2-检测复位弹簧 13-差动变压器l4-导向块 l5-上挡板 16-销轴支撑 17-套筒 ls-检测凸轮图4 检测部分组成及工作示意图图4(c)为检测部分的俯视图，如图所示，差动变压器 13由导向块 l4定位，导向块 14的-个侧面通过两个螺钉与差动变压器 13固定在-起，另-侧在举升块4的燕尾槽内滑动。图4(d)为检测部分的侧视图，也能够反映出上述关系，这种设计使系统的结构更加紧凑，仪器更加轻便。

1.4 驱动及控制部分系统选 取 42BYGH202型步 进 电机 ，配 以 SH。

20403型两相混合式步进电机细分驱动器，为两个凸轮的旋转提供动力。步进电机的转速及转角可调，且整圈旋转的累计误差为零，非常适合该检测仪的要求。驱动部分的结构设计如图5所示，由于电机轴直径比较细，故而将电机轴直接伸入芯轴9的-端并用紧钉螺丝固定。在芯轴9的另-端用轴承20支撑在检测仪的侧面挡板上，两个凸轮都通过键从芯轴上传递动力，并且抑别用紧钉螺丝固定在芯轴上。为了确保两凸轮的间距，特意在两凸轮之间增加了-个套筒17。

9-芯轴10-"-举升凸轮17套筒18--检测凸轮19"-步进电机20-'-轴承图5 驱动部分示意图系统的控制部分组成如图6所示，选取单片机AT89C2051作为控制核心，并且为了满足系统显示和信号输入的需求，扩展了专用于显示的芯片8279和模/数转换芯片AD574。

差动变压器功率放大器LED显示器接近传感器 仁 光电隔离步进 电机光电隔离图6 控制系统组成原理图(下转第 168页)· 168· 机床与液压 第4l卷据现有电机车的闲置情况及所在位置 ，发出电机车调度指令。电机车调度算法采用中断优先技术和看门狗技术实现电机车优化调度。CC-Link网络通过轮询的方式扫描记录各采煤点对电机车的需求，并按照时间先后顺序设置优先级别，程序流程图如图5所示。

进路解锁二二E 采集现场请求并设置优先级别二二[ 记录各机车位置及空闲状态兰 庖 N路径计算 l选取最近电机车 l启动看门狗计时 l二二[二进路闭锁 lY-图5 电机车调度控制流程3.3 PLC控制程序设计采用三菱GX.Works2 PLC综合编程软件完成 PLC应用程序编制及CC-Link网络参数设置，由于篇幅问题，这里不再赘述。

4 结论利用 CC-Link现场总线技术将煤矿井下分散的现场设备互联成现池制网络，通过三菱 PLC实现现场信号的采集、主机与现场设备的通信，开发了上位机监控软件，实现了对井下电机车运输状况的实时监控和自动调度。该系统在某煤矿得到了成功应用，提高了运输效率。在实际应用中，由于井下道岔情况和电机车运行情况更加复杂，预设的电机车调度算法还有待改进，可采用模糊控制算法 或 ZigBee技术进-步优化。