[发明专利]基于CWD谱峭度与二次时频分析的接触线不平顺检测方法

权利要求书

1.一种基于CWD谱峭度与二次时频分析的接触线不平顺检测方法，包括以下步骤：

(1)针对我国高速铁路普遍采用的简单链形悬挂接触网，将所述接触网视作一根两端加有恒定张力、具有线密度和抗弯刚度的欧拉梁，将受电弓简化为等效质量、弹簧刚度以及振动位移的3自由度集中质量模型，即三质量块受电弓模型，受电弓与接触网系统之间采用罚函数法进行耦合，建立弓网耦合动力学模型；

(2)在弓网耦合动力学模型中引入理想状态下接触线表面不平顺余弦公式，进一步得到弓网耦合动力学模型求解弓网接触压力时考虑接触线垂向不平顺的检测与分析公式；所述理想状态下接触线表面不平顺余弦公式如式(10)所示：

式中，A表示不平顺波长幅值，λ_k表示线路中第k个不平顺波长成分，x表示沿接触线方向坐标；

(3)以CWD-SK作为接触线不平顺谱峭度检测方法，首先对弓网原始接触压力信号进行数据去均值预处理，以消除零频率对CWD-SK迭代计算的影响；然后计算正常状态下接触压力信号CWD-SK谱幅值，并找到CWD-SK的最大值作为接触线不平顺检测阈值SK_T；所述CWD-SK的谱幅值计算公式为：

式中，S_2x(f)和S_4x(f)分别为接触压力信号x(t)的二阶瞬时谱矩和四阶瞬时谱矩；

(4)计算接触线不平顺状态下弓网接触压力信号CWD-SK谱幅值，并找出CWD-SK的全部极大值点，以所述SK_T为阈值筛选出数值大于SK_T的i个极大值点SKP_i(i∈N+)；

(5)对不平顺接触压力信号分别在SKP_i附近进行带通滤波，并对各滤波信号进行时域重构，获得不平顺滤波重构信号；

(6)对不平顺滤波重构信号进行CWD时频分析，输出时频谱图，确定接触线不平顺的波长大小及空间位置。

2.如权利要求1所述的基于CWD谱峭度与二次时频分析的接触线不平顺检测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述弓网耦合动力学模型的具体构建方法如下：

a.在承力索或接触线上任取一个微分段dx，对所述微分段dx进行受力分析可得运动微分方程，如式(1)：

式中，y(x，t)为接触线的垂向振动位移，ρ为微分段线密度，EI为微分段抗弯弹性模量，S为接触线张力，C为阻尼系数，F_c(x，t)为弓网接触压力；

b.利用分离变量法对式(1)求解可得到接触网的振动微分方程，承力索振动微分方程如式(2)所示，接触线振动微分方程如式(3)所示：

式中，C_a和C_b分别为承力索和接触线的阻尼系数，ρ_a和ρ_b分别为承力索和接触线的线密度，F_a1(x,t)和F_a2(x,t)分别为吊弦和支撑杆对承力索的作用力，x_r为承力索或接触线上的集中载荷点的坐标，F_b1(x,t)和F_b2(x,t)为吊弦和定位器对接触线的作用力，L为锚段长度，p为吊弦个数，q为支撑杆或者定位器的个数，ω_an和ω_bn分别为承力索和接触线的自振角频率，A_n和B_n分别代表承力索和接触线各阶的广义位移幅值，且承力索和接触线垂向位移y_A和y_B可通过式(4)和式(5)表示：

c.所述三质量块受电弓模型中，以m_i、C_dampi、K_i、y_i(i＝1,2,3)分别表示受电弓弓头、上框架和下框架的等效质量，阻尼系数，弹簧刚度以及振动位移，以F₀表示为静态升弓力，F_c(t)为表示弓网动态接触压力，简称为接触压力，则受电弓垂向运动方程可用式(6-8)表示：

d.弓网之间采用罚函数法进行耦合，设弓网之间接触刚度为K_s，则可得到弓网耦合动力学模型中弓网接触压力表示式(9)：