接觸壓力

在電氣化鐵路軌道不平順的研究中，一般使用固定階次的分?jǐn)?shù)多項(xiàng)式形式的公式擬合軌道軌距、水平、高低、軌向等不平順參數(shù)的功率譜，擬合的軌道譜在新車或引進(jìn)機(jī)車車輛振動(dòng)性能評(píng)估，計(jì)算機(jī)車車輛隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)，機(jī)車車輛研制設(shè)計(jì)，軌道狀態(tài)管理及軌道系統(tǒng)病害診斷等領(lǐng)域都有重要作用。借鑒軌道譜思想，參考軌道不平順模型的分析方法和處理手段，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和仿真建模，擬合得到接觸壓力譜，最終嘗試構(gòu)建不同線路的弓網(wǎng)接觸壓力譜標(biāo)準(zhǔn)型。

需要特別指出的是，接觸壓力數(shù)據(jù)不同于軌道參數(shù)數(shù)據(jù)，接觸壓力因接觸網(wǎng)線路、受電弓型號(hào)、車速的不同而有較大差別。因此，接觸壓力譜在計(jì)算時(shí)需明確其具體線路、受電弓型號(hào)和車速，并且得到的接觸壓力譜僅適用于該情況下的接觸網(wǎng)病害診斷、弓網(wǎng)動(dòng)力學(xué)評(píng)估等應(yīng)用。若接觸網(wǎng)線路、受電弓型號(hào)和車速這3個(gè)條件中任意一個(gè)改變，測(cè)得接觸壓力數(shù)據(jù)的時(shí)域和頻域特性必然改變，則需另作計(jì)算得到該情況下的接觸壓力譜。

接觸壓力功率譜與軌道譜相比，其形狀差別較大，不規(guī)則波動(dòng)，若要參照軌道譜研究中選擇一種函數(shù)形式擬合接觸壓力譜，會(huì)導(dǎo)致該函數(shù)參數(shù)較多，過多的參數(shù)不僅增加了擬合的難度，各參數(shù)所表達(dá)的數(shù)學(xué)特性也難以描述。

在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出接觸壓力譜趨勢(shì)擬合方法和波動(dòng)特征提取方法。該方法首先提取接觸壓力譜的所有極小值和極大值點(diǎn)，利用所有極小值點(diǎn)進(jìn)行三次樣條插值，插值后的曲線與原譜的第一個(gè)極小值之前和最后一個(gè)極小值之后的曲線構(gòu)成譜的下包絡(luò)線，然后使用最小二乘法采用二次多項(xiàng)式擬合該下包絡(luò)線，得到表征譜趨勢(shì)特征的二次多項(xiàng)式函數(shù)；對(duì)提取出的所有極大值點(diǎn)進(jìn)行篩選，去掉過小的局部極大值點(diǎn)后，用所有極大值點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)和譜值2個(gè)參數(shù)表征譜的波動(dòng)特征 。

接觸壓力譜進(jìn)行特征提取，其極小值及其三次樣條插值后的下包絡(luò)線，其中橫坐標(biāo)為空間頻率的對(duì)數(shù)值，空心圓點(diǎn)表示谷值點(diǎn)。

接觸壓力譜的下包絡(luò)線整體趨勢(shì)為直線下降，在高頻處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折呈略微上揚(yáng)趨勢(shì)。因此選擇含有直線項(xiàng)和平方項(xiàng)的函數(shù)形式，能夠擬合到下包絡(luò)線的直線和彎曲特征并且擬合難度小、速度快?？梢娗€較好的擬合到了接觸壓力譜的趨勢(shì)特征。

已有研究表明，接觸壓力譜中波峰位置所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是與車速密切相關(guān)的，不同車速下提取出的波長(zhǎng)特征并不相同，在恒定速度情況下各個(gè)波長(zhǎng)成分所對(duì)應(yīng)的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)信息需通過大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，最終的理想情況是能夠構(gòu)建通過波長(zhǎng)成分值直接查表得出接觸網(wǎng)的故障或病害類型的接觸網(wǎng)健康狀況評(píng)估體系，能在接觸網(wǎng)的狀態(tài)評(píng)估和狀態(tài)修中使用 。

接觸網(wǎng)和受電弓是電氣化鐵路供電系統(tǒng)中的重要構(gòu)成部分。電力機(jī)車在運(yùn)行時(shí)通過車頂受電弓與接觸線的滑動(dòng)點(diǎn)面接觸獲得電能，因此受電弓與接觸線的可靠接觸是保證電力機(jī)車良好受流的關(guān)鍵條件。

目前，在弓網(wǎng)運(yùn)行和維護(hù)中，普遍以接觸壓力測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)量及單點(diǎn)測(cè)量值評(píng)價(jià)弓網(wǎng)受流質(zhì)量的優(yōu)劣，以多個(gè)指標(biāo)的靜態(tài)測(cè)量評(píng)價(jià)接觸網(wǎng)和受電弓的性能，這些評(píng)價(jià)指標(biāo)往往只能反映接觸網(wǎng)的偏移、硬點(diǎn)、磨耗等問題，缺乏對(duì)電力機(jī)車運(yùn)行時(shí)弓網(wǎng)系統(tǒng)整體動(dòng)態(tài)性能的有效評(píng)價(jià)手段。目前，隨著電力機(jī)車車速的提高，接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)、維護(hù)和保養(yǎng)工作體現(xiàn)出一定局限性和滯后性，無法發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)早期病害的特征，不能滿足高速鐵路運(yùn)行的高可靠性和安全性要求。因此，如何量化評(píng)價(jià)接觸網(wǎng)和受電弓的動(dòng)態(tài)性能，找到靜態(tài)數(shù)據(jù)無法體現(xiàn)的接觸網(wǎng)不平順狀態(tài)是目前電氣化鐵路亟需解決的主要問題之一。

接觸網(wǎng)的馳度、拉出值、張力、導(dǎo)高等參數(shù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)方能投入運(yùn)行，這些參數(shù)的合理性是接觸線與受電弓可靠接觸的基本保證，也是接觸網(wǎng)靜態(tài)驗(yàn)收的要求。通過靜態(tài)驗(yàn)收后的接觸網(wǎng)在進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估時(shí)，以弓網(wǎng)接觸壓力、接觸線抬升量及弓網(wǎng)燃弧率等數(shù)據(jù)作為評(píng)估弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵參數(shù)。

因此，選擇電力機(jī)車運(yùn)行時(shí)弓網(wǎng)間的接觸壓力為研究對(duì)象，在固定線路、固定受電弓類型和車速恒定的情況下，擬合接觸壓力功率譜的整體趨勢(shì)，找到功率譜峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)成分，探討正常情況下功率譜趨勢(shì)與峰值點(diǎn)波長(zhǎng)成分體現(xiàn)出的接觸網(wǎng)和受電弓特性，與病害情況下接觸壓力功率譜進(jìn)行比較以確定病害類型和位置，為接觸網(wǎng)和受電弓的維護(hù)、檢修、匹配提供一定參考 。

經(jīng)典的譜估計(jì)方法以傅里葉變換作為理論基礎(chǔ)，有直接法（周期圖法）、間接法（BT法）等，這些方法存在弱信號(hào)會(huì)被強(qiáng)信號(hào)旁瓣所淹沒，分辨率不高，主瓣失真等缺陷?，F(xiàn)代譜估計(jì)方法以隨機(jī)過程的參數(shù)模型為基礎(chǔ)，對(duì)于被估計(jì)的信號(hào)，根據(jù)觀測(cè)序列及已知的理論知識(shí)選取合適的模型，再根據(jù)觀測(cè)序列估計(jì)出模型參數(shù)，進(jìn)而求出功率譜估計(jì)結(jié)果。利用現(xiàn)代譜估計(jì)方法構(gòu)建的功率譜是連續(xù)譜，譜圖是較為平滑的曲線且不存在經(jīng)典譜估計(jì)方法中的毛刺波動(dòng)。因此使用理論成熟、應(yīng)用廣泛的自回歸AR（Autoregression）模型作為接觸壓力信號(hào)的譜估計(jì)模型 。

通過對(duì)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)耦合特性反復(fù)的大量檢測(cè)數(shù)據(jù)，可提取其弓網(wǎng)工況良好情況下的特征參數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)化特征參數(shù)。當(dāng)運(yùn)行中的實(shí)時(shí)檢測(cè)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)產(chǎn)生較大偏移時(shí)，則表示弓網(wǎng)工況不良，需要進(jìn)行檢修作業(yè)。利用弓網(wǎng)譜提取的動(dòng)態(tài)特征參數(shù)也可為建立不同速度等級(jí)的譜系化標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

接觸壓力譜整體趨勢(shì)隨速度變化且具有一定規(guī)律性；由譜擬合曲線在不同速度等級(jí)下，弓網(wǎng)譜的擬合曲線呈現(xiàn)良好規(guī)律性的平行均勻排列。

在接觸線張力減小到24kN之后，3個(gè)擬合參數(shù)都較設(shè)計(jì)值下的擬合參數(shù)偏大并隨張力的減小呈增大趨勢(shì)。接觸網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中對(duì)接觸線張力有最小缺失百分比的要求，德國(guó)鐵路要求張力的變化應(yīng)小于設(shè)計(jì)值的11%，國(guó)內(nèi)鐵路有張力的變化應(yīng)小于設(shè)計(jì)值15%的要求。此處當(dāng)接觸線張力減小11．1%后，出現(xiàn)了三個(gè)擬合特征參數(shù)都大于設(shè)計(jì)值下擬合特征參數(shù)提取的情況，因此可以說此時(shí)的接觸壓力譜已處于不良狀態(tài)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明幾種接觸線張力條件下均未出現(xiàn)離線情況，接觸壓力的均值變化范圍在1N左右，但接觸壓力標(biāo)準(zhǔn)差是設(shè)計(jì)值27kN情況下最小。

因此，可以參照軌道譜研究當(dāng)中上限譜表示軌道平順性最差和下限譜表示軌道平順性最好的區(qū)間式評(píng)價(jià)方式，通過實(shí)驗(yàn)找出運(yùn)營(yíng)可接受的接觸壓力譜上下限范圍，當(dāng)然該范圍不能僅考慮張力這一單一因素，應(yīng)是多種因素綜合考慮的結(jié)果。波峰特征參數(shù)方面，由于張力變化是接觸線全局參數(shù)的變化，因此接觸壓力譜波峰特征參數(shù)變化范圍較大，其波長(zhǎng)和譜幅值的變化體現(xiàn)在編號(hào)3到9的峰值點(diǎn)上。

當(dāng)接觸線磨耗導(dǎo)致其截面積減小2%、5%和10%時(shí)，DSA380受電弓在300km/h速度下的接觸壓力譜擬合特征參數(shù)，同樣水平線表示正常值，星號(hào)表示各個(gè)磨耗情況下的擬合參數(shù)值?？梢姶颂幊霈F(xiàn)了與張力缺失時(shí)類似的規(guī)律情況，即不良狀態(tài)較嚴(yán)重時(shí)擬合參數(shù)大于正常情況下參數(shù)，實(shí)際運(yùn)營(yíng)當(dāng)中同樣有接觸線磨耗截面積最大不能超過原截面積20%的規(guī)定 。

為了更有效地評(píng)估弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性，利用現(xiàn)代信號(hào)處理中功率譜估計(jì)方法，對(duì)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，提出了一種接觸壓力譜特征的提取方法。采用合理的模型階數(shù)將AR譜應(yīng)用到了接觸壓力譜估計(jì)中，提取了不同情況下的接觸壓力譜特征，分別用擬合下包絡(luò)線和峰值點(diǎn)參數(shù)表征了接觸壓力譜的趨勢(shì)特征和波動(dòng)特征，實(shí)現(xiàn)了譜特征的量化，對(duì)比和分析表明該特征參數(shù)具有一定規(guī)律性和實(shí)際意義，為今后弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)、弓網(wǎng)系列化標(biāo)準(zhǔn)建立提供了參考，而不同的峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)成分與速度的關(guān)系以及所代表的工程含義還需要進(jìn)一步的研究 。

基礎(chǔ)底面積上的單位面積壓力，稱為接觸壓力。

1、中心受壓基礎(chǔ)

接觸壓力＝荷載/基礎(chǔ)底面積（或條形基礎(chǔ)的寬度）

2、偏心受壓基礎(chǔ)

在偏心荷載作用下，接觸壓力按梯形或三角形分布?？芍苯硬捎闷氖軌褐接?jì)算。

1）當(dāng)F作用在三分點(diǎn)以內(nèi)

2）當(dāng)F作用在三分點(diǎn)上

3）當(dāng)F作用在三分點(diǎn)以外2100433B

簡(jiǎn)稱“基底壓力”。建筑物的總荷重(包括基礎(chǔ)自重)通過基礎(chǔ)底面?zhèn)鹘o地基的壓力。為了計(jì)算上部荷載在地基中引起的附加應(yīng)力,應(yīng)先研究基礎(chǔ)底面接觸壓力的大小及分布情況。其大小及分布與基礎(chǔ)的相對(duì)剛度、荷載大小及分布情況、基礎(chǔ)埋深和地基巖性等因素有關(guān)。2100433B

在動(dòng)、靜觸點(diǎn)接觸時(shí)，必須施加一個(gè)外加壓力保證動(dòng)、靜觸點(diǎn)間電接觸良好，這個(gè)壓力通常被稱為觸點(diǎn)的接觸壓力。

觸點(diǎn)接觸壓力有如下幾個(gè)作用：

（1）保證動(dòng)、靜觸點(diǎn)的良好接觸，使繼電器接觸電阻盡量小。

（2）防止表面膜的生長(zhǎng)和接觸面的污染。

（3）抑制觸點(diǎn)的彈跳。使觸點(diǎn)在閉合時(shí)的碰撞得以緩沖，將碰撞的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能，進(jìn)而抑制觸點(diǎn)的彈跳。

觸點(diǎn)的接觸壓力對(duì)于電磁繼電器觸點(diǎn)來講是一個(gè)很重要的參數(shù)，在產(chǎn)品進(jìn)行初始設(shè)計(jì)時(shí)要經(jīng)過多次試驗(yàn)才能選取得較為合適。如果將觸點(diǎn)的接觸壓力選得比較小，就滿足不了繼電器可靠性方面的要求；如果將觸點(diǎn)的接觸壓力選取的比較大，就需要增大繼電器的操作功，對(duì)反作用彈簧的要求也需要提高，在技術(shù)上不經(jīng)濟(jì)。