風區(qū)鐵路接觸網風偏檢測技術及數值模擬方法研究.pdf

1、強風地區(qū)鐵路接觸網的防風安全對確保高速鐵路運輸安全、提高運輸效率具有重要意義，本文采用機器視覺技術對接觸網關鍵部位風偏量、接觸網支柱振動量等技術參數進行在線檢測，結合有限元靜、動力學數值仿真及空氣動力學流場分析結果，研究試驗現場不同接觸懸掛定位方式等條件下接觸網風偏響應機理。
　　論文提出并實現了一種基于機器視覺的電氣化鐵道接觸網風偏量檢測技術，通過靜、動態(tài)特征點目標靶面匹配及觀測基準失穩(wěn)運動補償，以支柱頂端面陣CCD相機的靜態(tài)特

2、征點靶面動態(tài)投影反饋支柱振動響應，結合動態(tài)特征點靶面投影中心的像素坐標偏移反推接觸懸掛動態(tài)特征點的絕對風偏像素偏移，從而實現接觸導線、承力索及吊弦等接觸懸掛關鍵部位的橫向、抬升風偏及扭轉角三分量運動檢測。檢測算法的實現上，建立了攝像機坐標系下觀測基準失穩(wěn)運動的靜態(tài)特征點運動反饋數學模型，基于接觸網支柱的懸臂梁力學模型分析了最惡劣風環(huán)境下支柱在CCD相機安裝高度位置的最大撓度及轉角值，依據所得參數進一步分析了基準失穩(wěn)所導致的檢測誤差構成，

3、同時在此基礎上創(chuàng)建并優(yōu)化了支柱結構的振動檢測數學模型和動態(tài)特征點的絕對風偏檢測數學模型;圖形處理算法的實現上，針對現場復雜光照條件和背景干擾，提出了基于改進RGB特征算子的自動閾值尋優(yōu)分割算法和基于對比度拉伸的一階亮度矩尋優(yōu)分割算法，并以彩色圖像分割得到的二值化圖像為條件構造了基于面積法和幾何法的目標偏移及扭轉特征提取算法。
　　論文從理論和數值計算兩方面分別對鐵路接觸網風偏數值仿真方法進行了研究。理論建模方面，基于平均風速的靜態(tài)

4、計算法分別對簡單自由懸掛和全補償鏈形懸掛的風偏理論公式進行了推導，考慮沿跨長方向吊弦動態(tài)作用力變化對風偏理論模型進行了修正。數值仿真方面，針對接觸網用多股絞線結構的股間幾何協(xié)調及材料彈性理論，構造了一種既能精確模擬絞線力學行為、又能最大程度減縮求解自由度的新型有限元分析模型;建立了柔性、大跨距、大變形接觸網懸索結構的幾何非線性有限元求解列式;考慮接觸懸掛與支撐結構的互約束創(chuàng)建了能夠反映不同定位方式下不同風偏響應機制的接觸網耦合分析體系;

5、基于WAWS諧波合成法生成隨機風場作為分析的載荷條件輸入。
　　采用提出的風偏視覺檢測技術和數值模擬方法，論文通過現場試驗、理論模型及有限元分析、三維流場數值仿真分別對試驗段接觸網特征點風偏響應和現場地形地貌影響下導線部位的流場分布進行了深入研究，針對接觸網結構的定位形式等不同條件得出了一系列有意義的結論。結果表明，論文提出的接觸網風偏視覺檢測技術能夠實現對惡劣大風環(huán)境下接觸懸掛關鍵部位風偏量、接觸網支柱振動量的實時在線可靠檢測，