WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ФИНИЧЕНКО Василий Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТОКОПРИЕМНИКОВ

ДЛЯ СКОРОСТНЫХ И ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ ПОЕЗДОВ

Специальность 05.22.07 «Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ОМСК 2008

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))».

Научный руководитель:

заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор

ГАЛИЕВ Ильхам Исламович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

МАСЛОВ Геннадий Петрович;

кандидат технических наук, доцент

БЕЛЯЕВ Павел Владимирович.

Ведущая организация:

Открытое акционерное общество «Всероссийский научно-исследова-тельский институт железнодорожного транспорта» (ОАО «ВНИИЖТ»).

Защита диссертации состоится 30 декабря 2008 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» по адресу: 644046, г. Омск,
пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОмГУПСа.

Автореферат разослан 29 ноября 2008 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета
Д 218.007.01.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор О. А. Сидоров.

____________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2008

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Важнейшую роль в техническом перевооружении железнодорожного транспорта играет электрификация железных дорог, позволяющая повысить скорость движения поездов, а следовательно, сократить время доставки грузов и пассажиров.

Транспортная стратегия России, принятая 03.12.2003 на всероссийском совещании в Кремле, наметила направления развития транспортной системы страны, в том числе создание международных транспортных коридоров «Европа – Азия» и «Север – Юг», в которых основную роль будут играть электрические железные дороги.

Согласно стратегическим направлениям научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. («Белая книга» ОАО «РЖД») одним из важнейших направлений является создание подвижного состава и инфраструктуры для высокоскоростного движения.

Спецификой электрического транспорта является подвод энергии через скользящий контакт между токоприемником и контактной подвеской, поэтому с повышением скоростей движения увеличивается мощность подвижного состава, а число токоприемников уменьшается до двух, при этом значение снимаемых полозом токов возрастает (особенно при постоянном токе), что требует совер-
шенствования существующих элементов и узлов токоприемников. Это оставляет проблему обеспечения надежного и экономичного токосъема особенно актуальной.

Цель диссертационной работы – совершенствование конструкции токоприемников электроподвижного состава при эксплуатации поездов с повышенной массой и при высоких скоростях движения.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

анализ существующих конструкций верхних узлов токоприемников и оценка их влияния на нагрузочную способность токоприемников;

создание методики расчета взаимодействия токоприемников с контактной сетью с учетом различного исполнения верхнего узла токоприемника;

разработка конструкции верхних узлов токоприемников для обеспечения качественной передачи рабочего тока до 3000 А при скоростях движения до 250 км/ч;

создание методики и оборудования, обеспечивающих проведение испытаний разработанных узлов токоприемника и перспективных контактных пар, применяемых в системах токосъема магистрального электроподвижного состава;

экспериментальные исследования разработанных устройств и оценка технико-экономической эффективности предлагаемых технических решений.

Методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования проведены на основе методов системного подхода, математического моделирования на ПЭВМ с использованием универсальной математической программы MathCad. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных установках и на действующих токоприемниках электроподвижного состава магистральных электрических железных дорог.

Научная новизна работы заключается в следующем:

усовершенствование методики расчета взаимодействия токоприемников с контактной сетью с учетом различного исполнения верхнего узла токоприемника;

разработка конструкций верхних узлов токоприемников для обеспечения качественной передачи рабочего тока до 3000 А при скоростях движения до
250 км/ч;

создание методики и оборудования, обеспечивающих проведение испытаний предложенных узлов токоприемника и перспективных контактных пар, применяемых в системах токосъема магистрального электроподвижного состава.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами лабораторных и натурных экспериментов, проведенных на действующих электрифицированных участках Октябрьской железной дороги. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными составляет не более 6,5 %. На предлагаемые схемные решения верхнего узла токоприемника и стенда для комплексного исследования контактных элементов получены три патента на полезные модели.

Практическая ценность диссертации заключается в следующем:

1. Усовершенствованная методика расчета взаимодействия токоприемников с контактной сетью с учетом различного исполнения верхнего узла токоприемника позволяет определить параметры токосъемных устройств для обеспечения надежного и качественного токосъема.

2. Предложенные конструкции верхних узлов токоприемников обеспечивают передачу рабочего тока до 3000 А при скоростях движения электроподвижного состава до 250 км/ч.

3. Разработанные методики экспериментальной проверки параметров и характеристик верхних узлов токоприемников, а также созданный стенд для комплексного исследования контактных элементов обеспечивают проведение исследований разработанных конструкций в лабораторных условиях.

Реализация результатов работы. Разработанная методика определения статических и динамических характеристик токоприемников использована при проведении испытаний скоростной системы токосъема на участке Лихославль – Калашниково Октябрьской железной дороги.

Созданный для комплексного исследования контактных элементов токоприемников стенд реализован в лаборатории «Контактные сети, линии электропередачи и токосъем» ОмГУПСа и используется в учебных и научных целях.

Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Иркутск, 2005), на IV международном симпозиуме «Eltrans-2007» – «Электрификация и организация скоростных и тяжеловесных коридоров на железнодорожном транспорте» (Санкт-Пе-тербург, 2007), на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе. Кадровое и научно-техническое обеспечение процессов интеграции в мировую транспортную систему» (Новосибирск, 2007), на V всероссийской научно-технической конференции «Политранспортные системы» (Иркутск, 2007), на научно-технических семинарах кафедры «Теоретическая механика» ОмГУПСа в 2005 – 2008 гг.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в шести печатных работах, которые включают в себя четыре статьи и два тезиса докладов, получены три патента на полезные модели. Материалы диссертации вошли в отчет по научно-исследовательской работе, выполненный по заказу
ОАО «Российские железные дороги».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка из 151 наименования и одного приложения и содержит 150 страниц основного текста, 11 таблиц и 69 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается состояние проблемы, обосновывается ее актуальность, формулируются задачи исследований и намечаются пути их
решения.

В первом разделе выполнен анализ известных скоростных токоприемников электроподвижного состава, рассмотрены конструкции верхнего узла токоприемников и названы требования, предъявляемые к верхним узлам.

На основании проведенных исследований выявлены следующие пути повышения нагрузочной способности токоприемников: подрессоривание отдельных рядов контактных элементов; увеличение числа контактных элементов на полозах; улучшение электрических и динамических свойств контактных элементов токоприемников (использование материалов с низким собственным сопротивлением); улучшение условий отвода снимаемого тока с контактных элементов и каркасов полозов (снижение переходного сопротивления) и охлаждение контактных элементов.

Во втором разделе рассмотрена усовершенствованная методика расчета взаимодействия токоприемников с контактной сетью с учетом различного исполнения верхнего узла токоприемника; данная методика позволяет определить параметры токосъемных устройств для обеспечения надежного и качественного токосъема.

Исследования по моделированию взаимодействия «токоприемник – контактная подвеска» проводили И. И. Власов, Г. Г. Марквардт, К. Г. Марквардт, А. В. Фрайфельд, В. П. Михеев, А. В. Плакс, С. Н. Ковалев, Т. А. Тибилов,
П. Д. Титаренко, А. В. Ефимов, А. Г. Галкин, В. М. Павлов, В. А. Ан,
М. М. Ерофеева, В. Т. Жарков, В. И. Себелев, А. Н. Горбань, Р. Ниблер,
С. Фуджии, Н. Сибата, И. Кумезава и др.

Расчет взаимодействия токоприемника с контактной подвеской сводится к определению характеристики контактного нажатия с учетом детерминированного воздействия со стороны контактного провода и основания токоприемника. В работе приняты следующие обозначения: жкс – жесткость контактной подвески в точке контакта; rкс – коэффициент вязкого трения в контактной подвеске; жсвязи – жесткость, имитирующая упругие связи в контактной подвеске; mкc – масса контактной подвески, сосредоточенная над одним полозом;
mкэ – масса полоза токоприемника; wкэ – сила сухого трения контактного элемента; жкэ – жесткость пружины контактного элемента; жш – жесткость пружины штанги; mш – масса штанги каретки; mк – масса каретки; wк – сила сухого трения каретки; жк – жесткость пружины каретки; mр – масса системы подвижных рам токоприемника; wр – сила сухого трения в системе подвижных рам;
rр – коэффициент вязкого трения в системе подвижных рам; Pр – статическое нажатие токоприемника; Pвр и Pвл – аэродинамическая сила, воздействующая на систему подвижных рам и на полоз токоприемника; Vп.с – скорость движения подвижного состава; yосн – отклонение основания токоприемника в вертикальном направлении от положения статического равновесия; yр – высотное положение рамы токоприемника; yк – высотное положение каретки; yкэ1 и yкэ2 – расстояние в вертикальном направлении от первого и от второго по ходу движения полозов до положения статического равновесия; yкс0 – высотное положение контактного провода при отсутствии под ним токоприемника; 1 и 2 – угол поворота штанги первого и второго по ходу движения полоза токоприемника.

В расчетах приняты следующие допущения: рамы, штанги токоприемника и его необрессоренные части являются абсолютно твердыми, в связи с чем отсутствует необходимость учета упругих деформаций штанг и рам токоприемника, которые имеют незначительную величину и слабо влияют на процесс токосъема; контактные элементы движутся по контактному проводу безотрывно, что позволяет не рассчитывать траектории движения контактного провода и контактных элементов в отдельности, а также не учитывать ударный процесс при соприкосновении контактного элемента с контактным проводом; контактная подвеска принята упругой и представляется дискретной моделью; контактные элементы перемещаются только вертикально (незначительное перемещение в горизонтальном направлении принимается равным нулю, так как оно вызывается упругими деформациями в рамах и штангах токоприемника, которые не учитываются согласно первому допущению).

Влияние на контактное нажатие со стороны стрелы провеса контактного провода заключается в изменяющихся по длине пролета жесткости контактной подвески и высотном положении контактного провода при отсутствии под ним токоприемника. Значения высотного положения контактной подвески
КС-200-06 в пролете и ее жесткости получены экспериментально с использованием оборудования вагона-лаборатории для испытания контактной сети на перегоне Лихославль – Калашниково Октябрьской железной дороги. Для учета изменяющейся жесткости контактной подвески использовано ее разложение в ряд Фурье:

,

(1)

где k – номер гармонической составляющей в жесткости контактной подвески; – коэффициент параметрического возбуждения k-й гармоники; аk – амплитуда косинусоидальной составляющей k-й гармоники; – частота основной составляющей неравноупругости подвески; lпр – длина пролета контактной подвески.

Кроме того, на токоприемник будет воздействовать переносное движение, возникающее при изменении высотного положения полоза токоприемника из-за переменной жесткости контактной подвески. На процесс токосъема влияют также колебания основания токоприемника.

Аэродинамическое воздействие в расчетах взаимодействия токоприемника и контактной подвески учитывается с помощью экспериментально полученных в ходе линейных испытаний зависимостей аэродинамической подъемной силы, действующей на токоприемник (рис. 1).

Рис. 1. Аэродинамическая подъемная

сила предложенного токоприемника

(линия 1 – высота подъема токо-
приемника 5,4 м; 2 – 5,6; 3 – 5,8 м)

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»