一、课题来源与背景

    接触网是为电力机车供电的重要设施，其工作状态的好坏关系到弓网受流质量的好坏，进而直接影响到列车平稳安全运行。高速铁路接触网采用的精确预配方式，根据现场实测数据，对接触网腕臂及吊弦进行精确计算，保证腕臂零件及吊弦一次安装到位，满足设计及列车安全运行要求。

    本研究针对电气化铁路接触网腕臂及吊弦预配领域，开发一种可以满足多种工况需求的预配计算技术，采用该技术可以以线路原始测量参数为输入条件计算出腕臂及吊弦的预配尺寸，生成预配图纸及数据表格指导接触网腕臂及吊弦的加工及安装施工。

二、研究目的与意义

     本技术适用于不同线路类型的可视化接触网预配技术，能够优化设计流程、提升设计手段、节约设计时间，可大幅度提高施工单位的接触网制造、加工及施工精度，实现“省工、省料、省时”的目的，极大提高工作效率。

三、主要研究内容

     1）首次建立基于可视化几何约束关系求解算法的可扩展接触网腕臂预配数学模型。

     2）研究了基于有限元方法的吊弦预配算法并首创建立可扩展吊弦预配数学模型。

     3）研究了接触网腕臂安装图典型工况的提取技术，并首次建立适用于不同线路、不同工况类型的接触网腕臂及零部件系统数据结构关系及其数据库。

     4）综合上述数学模型、算法及系统数据关系，利用先进的软件技术、数据库技术及CAD二次开发技术，开发了适用于大风区整体钢腕臂结构和刚性吊弦及旋转腕臂结构和整体吊弦预配计算的接触网腕臂预配及吊弦预配软件。

四、主要创新点

     1）国内首次建立了接触网腕臂可视化几何约束模型

     本研究创造性地开展了基于可视化几何约束算法的接触网腕臂预配计算技术的研究工作，国内首次建立了接触网腕臂可视化几何约束模型。该技术将复杂的函数推导封装在底层环境，在基于几何约束算法的上层环境中建立了可视化腕臂预配计算模型。该模型可根据不同的现场测量输入数据自动调整腕臂几何模型的结构形状并输出计算结果，无需人为干预。

     2）国内首次建立了全类型接触网吊弦预配模型

     本研究基于“索网找形”理论方法创造性地开展了全类型接触网吊弦预配计算技术研究工作。该技术建立了全类型吊弦预配模型及算法，可用于接触网弹性链型悬挂和简单链型悬挂，适用于不同工况的接触悬挂类型，并针对不同吊弦的特点简化了计算复杂程度，具有极强的可扩展性，适用于多种不同类型的吊弦计算，并实现大规模批量计算和输出，满足接触网吊弦施工需要。

     3）国内首次建立了全类型接触网预配工况数据库

     本研究对目前国内外的接触网腕臂及吊弦系统进行了详细梳理，国内首次系统性地建立了覆盖不同体系（德系、日系及国内体系）、不同速度等级（120km/h、160km/h、200~250km/h及300~350km/h）、不同用途（客运专线铁路、客货共线铁路、货运铁路）的接触网腕臂及吊弦预配工况数据库。

     4）国内首次建立了全类型接触网预配零件数据库

     本研究创造性地开展了基于参数化的接触网预配零部件数据库的研究工作。该技术针对腕臂预配计算中用到的大量不同类型、不同规格型号的接触网零部件，按照腕臂几何约束模型、吊弦预配模型以及工况数据库结构要求，统一索引编制原则，建立了全类型接触网预配零部件数据库。

     5）国内首次开发出了基于腕臂可视化几何约束模型及吊弦预配模型的接触网预配系统。

本研究以接触网预配工况为指导框架，以可视化腕臂几何约束模型及吊弦预配模型为核心，充分利用CAD参数化建模二次开发技术，开发出了分布式的接触网预配计算系统。

五、主要社会经济效益，存在的问题

    本技术在国际处于先进水平，确保了兰新二线、乌鲁木齐新客站工程、大西客专、西成客专、宝兰客专、银西铁路、兰州的成功建设，这些项目的平稳安全运营表明接触网腕臂及吊弦预配成果可满足高速铁路设计、施工及运营的要求。接触网腕臂及吊弦预配可在现场测量数据提供后24小时内完成预配计算及出图，高峰出图量可达到2500张/小时。

    接触网腕臂及吊弦预配技术及软件已成功应用于兰新二线、乌鲁木齐新客站工程、大西客专、西成客专、宝兰客专、银西铁路的接触网预配施工中，这些工程的建设表明，本项目显著促进了行业技术进步，市场需求度高，市场推广应用工作取得了成功。

    本技术的经济效益极为显著，已为接触网施工企业节省施工成本共计4800万元，缩短工期共计455天。

六、历年获奖情况

    获得2016年中铁第一勘察设计院集团科学技术一等奖。