接触网仿真数据处理

1、接触网仿真数据处理概述目前国内主流使用的弓网动态仿真计算软件， 可以评估接触 线和受电弓之间的接触压力或受电弓弹簧和滑板之间的作用力、 描述受电弓的平移和旋转运动、 仿真指定检测点在弓网作用下的 动态情况以及仿真吊弦的摆动情况等， 并根据仿真计算结果生成 统计数据和图表。但该软件基于 dos 版的内核，全英文版，数据 脚本完全靠人工以命令行的方式录入，易出错，难排查。同时没 有适合中国国情的机车受电弓模型库。 我们和上海锦申信息科技 XX公司合作开发了接触网仿真数据处理软件JCI ink 系统。仿真软件指令和数据分析输入数据基本要求 在向仿真中的指令和参数文件输入指令和数据时， 输入格式 必须

2、严格满足规定的要求：指令和数据行必须是连续的字符或空格，不能包含制表符； 各条指令的各个数据文本必须插入在指定的列范围； 指令的编号内容必须使用整数， 数字文本不以不能包含小数 点符号“ .” ；指令的数值内容必须在小数位使用小数点符号“ . ”，如 “10”必须输入为“ 10. ” 。弓网数据弓网数据中包含了用于描述接触网系统的指令和参数， 主要 的指令和内容如下表：仿真中使用的每一个受电弓(对应于弓网数据中PANT指令) 使用一个数据文件，数据名称的格式为PAN0_n.DAT其中n为受电弓编号( n=1,2,3,4,5,6 )。同时仿真将支持的受电弓分为 2、3和 5、4、6、7、8、9、

3、10型，参数输入内容需要根据受电 弓的类型来确定。仿真使用的难点需求分析由于仿真仿真软件的输入参数十分繁杂， 同时仿真软件的仿 真计算和生成图表是靠独立的应用程序来完成的， 增加了操作的 步骤，因此，需要设计一个接口程序以简化仿真的操作，提高工 作效率。主要的需求如下：能够提供一个统一的程序界面， 完成模型数据输入、 进行仿 真计算、 生成仿真数据和图表等工作， 让用户在一个集成的环境 中完成整个仿真内容；能够实现一个仿真参数输入接口，避免直接输入仿真指令， 而直接输入接触网和受电弓的安装或属性参数， 由程序自动完成 仿真参数的计算，并创建仿真输入文件；能够自动调用仿真程序， 自动进行仿真计算

4、， 并能获取仿真 的计算结果并创建图表。弓网仿真模型根据仿真软件的数据输入要求， 接口程序对仿真过程中需要 的数据进行整合， 建立一个完整的弓网仿真模型。 仿真软件的输 入数据包括弓网数据、 受电弓数据等， 根据其内容可以将仿真软 件的输入数据分为三部分： 接触网模型参数、 受电弓模型参数和 仿真配置参数。 接触网模型参数主要包括仿真区段的接触网线索 参数、支柱布置情况、跨距内的吊弦吊索等布置情况、支柱装配 参数等； 受电弓模型参数包括仿真使用的每个受电弓的类型、 位 置和与参数； 仿真配置参数则包括仿真的基础设置和需要生成的 图表的参数等，整个模型的结构如图 3 所示。仿真参数的计算如前文所

5、诉， 弓网数据中有部分指令是需要事先计算的“等 效参数”， 而这些参数不能从接触网的零件参数中简单获得， 而 且不容易理解， 因此接口程序需要实现输入常规零件参数而计算 成仿真计算需要的“等效参数”的功能。 根据仿真软件包的用户 手册和提供的计算表格， 需要间接计算的参数有： 吊弦上下线夹 质量、定位管等效质量、定位管等效重量和定位器等效质量、弧 度量。吊弦线夹质量根据仿真用户手册中关于 HENG旨令的描述：由于吊弦的质 量依赖与吊弦的长度， 因此吊弦的长度需要在仿真计算过程中以 迭代的方式修正吊弦的长度。吊弦的长度输出在*.OUT文件中，因此接口程序需要从该文件中读取吊弦参数，并修正HENG

6、旨令。HENG旨令中上下线夹的质量必须包括承力索线夹或接触线线夹 本体的质量和吊弦线归算至线夹上的质量。等效质量定位管等效质量、 定位管等效重量以及定位器等效质量均是 由接触网支柱装配相关的几何参数和零件的质量或单位质量计 算。对于无定位安装和无定位管吊弦安装的支柱， 通常只考虑定 位器等效质量， 而对于弹性链形悬挂中使用定位管吊弦的支柱装 配方式， 则还要考虑定位管的等效质量和等效重量。 计算这些等 效质量的几何参数和零件质量包括： 定位管根部至定位管吊线的 距离、定位管根部至定位底座的距离、定位管全长、定位管单位 长度质量、定位管吊线长度、定位管吊弦单位长度质量、定位器 长度、定位器单位长

7、度质量、定位线夹质量、吊弦钩质量、定位 底座质量、定位钩质量等。弧度量 在圆曲线上，仿真中的弧度量可以通过相邻的跨距长度和曲 线半径来计算， 而在缓和曲线上的支柱， 则需要相邻三根支柱每 两根支柱的距离计算。集中质量在仿真中有两种情况下需要使用集中质量参数。（1）接触线和承力索上安装的线夹引起的线索某点的质量 突然增大，在仿真中需要在该处添加一个集中质量参数。中心锚结线夹中心锚结处的跨距， 由于安装了中心锚结线夹， 在输入该跨 距参数时需要考虑线夹的质量。 在接口程序中可以通过指定接触 线中心锚结线夹和承力索中心锚结线夹的质量， 以及两线夹的相 对位置来生成该跨的集中质量参数。电连接线夹 由于

8、接触悬挂的个别跨距还需要安装横向电连接和锚段 关节电连接，此处也需要考虑集中质量。在接口程序中，可以通 过指定电连接线夹的质量， 及安装位置来确定集中质量参数的内 容。终端锚固在锚段的始末跨距， 需要安装终端锚固线夹以及绝缘子， 因 此也要使用集中质量参数，处理方式与电连接线夹的相同。跨距中的线夹处理流程如下： （2）在锚段关节处，同一跨距的两组悬挂中，吊弦的布置 情况或线夹的安装情况不同， 由于仿真在定义锚段关节的跨距时 要求同一跨距的两组悬挂在同一安装位置处必须有吊弦- 吊弦或吊弦 -集中质量对应关系，如果不满足该关系，则需要添加一个 较小的不影响接触网动态特性的辅助点，即集中质量参数。锚

9、段关节处使用集中质量进行对齐的处理流程如下： 仿真数据处理程序组成仿真数据处理程序主要实现弓网模型参数输入数据、 仿真计 算接口和仿真结果数据处理。 弓网模型参数实现一个易用的输入数据处理，让用户能以更贴近于常规接触网设计工作的方式来创 建仿真模型，通过输入接触网的常规结构参数，由接口程序来完成仿真指令和参数文件的创建； 仿真计算接口自动调用仿真程序 完成仿真计算，捕获计算过程中产生的警告、错误等信息；仿真 结果数据处理主要能根据仿真结果进行分析并以数据和图表的 形式展现，结构如下图所示。弓网模型参数输入数据设置仿真模型使用的零件和线索参数， 如接触线的单位长度 质量、张力，吊弦线夹的质量等；

10、布置支柱和划分锚段；仿真基本设置，如列车的行驶速度；设置需要生成的图表的配置参数。仿真计算接口仿真计算接口根据仿真模型的数据生成仿真输入指令参数并创建包含弓网数据、受电弓仿真参数等的数据文件， 然后调用 仿真仿真程序完成仿真计算。整个仿真文件的创建过程均不需要 用户进行控制，程序能根据模型数据进行计算，得到仿真指令需 要的仿真参数，同时能自动格式化输入参数文件以符合仿真的输 入要求。完成仿真计算后，仿真计算接口能输出仿真计算过程中 产生的提示或错误信息反馈给用户。仿真结果数据处理和展示对仿真软件输出数据进行分析， 统计以表格和图形的形式体 现。输出仿真接触压力统计、标准接触压力统计、离线统计、

11、吊 弦数据、定位器数据、悬挂布置图、接触压力曲线和受电弓抬升 曲线等信息。接口程序的实现以Visual Studio 2010 为平台，使用C#语言实现了数据处 理程序。接口程序的操作采用下拉菜单和对话框的模式进行人机 交互。主要界面介绍接口程序的主界面如图所示。 该界面包括三部分， 首先最上 面是程序的主菜单，可以进行项目管理、仿真计算、程序设置、 获取帮助信息等操作； 然后左侧是一个树状目录， 可以显示当前 打开的仿真项目的内容， 如接触网模型的相关参数、 仿真计算的 图表信息；界面的右侧则是用来显示左侧树状目录选择的节点对 应的内容。仿真结果数据处理 仿真数据处理程序对仿真结果自动进行分析，处理，统计。 在查看统计数据界面可以查看仿真接触压力统计、 标准接触压力 统计和离线统计等各类仿真统计信息。 在查看吊弦数据界面查看 仿真范围的包含锚段编号，上下线架高度，吊弦长度，张力等吊 弦计算数据。 在查看定位器数据界面可以查看支柱位置、 定位器 质量，张力等信息。可以自由组合的选择悬挂布置图、接触压力 曲线和受电弓抬升曲线进行对仿真数据的分析、 比较。