WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для расчета взаимодействия токоприемника с контактной подвеской использованы уравнения Лагранжа второго рода, которые подразумевают расчет кинетической и потенциальной энергии, диссипативной функции и обобщенных сил. Так как конструкция токоприемника имеет шесть степеней свободы, то необходимо составить шесть уравнений движения. Введенные обобщенные координаты отсчитываются от положения статического равновесия, чтобы потенциальная энергия в этом положении была нулевой, т. е. имела в положении равновесия минимум. В связи с тем, что под-

вижной состав совершает колебания, положение равновесия перемещается вместе с основанием токоприемника. Таким образом, система отсчета, в которой описывается движение токоприемника, учитывает переносное движение со скоростью в каждый момент времени.

Дифференциальное уравнение движения рамы токоприемника имеет вид:

(2)

уравнение движения каретки токоприемника –

(3)

дифференциальные уравнения движения первого и второго по ходу движения подвижного состава полозов –

(4)

уравнения движения штанг каретки токоприемника –

(5)

Решение систем (2) – (5) выполнено с помощью универсальной математической программы MathCAD, для этого система уравнений была преобразована к виду:

(6)

В результате решения системы уравнений (6) получены графики зависимости перемещений и скоростей движения элементов токоприемников от времени. Силы контактного нажатия определяются по формулам:

(7)

Разработанная модель для расчета взаимодействия токоприемника с
контактной сетью позволила добиться приемлемой сходимости расчетных и экспериментальных данных, полученных в ходе линейных испытаний на участке Лихославль – Калашниково Октябрьской железной дороги (токоприем-
ник фирмы Siemens, контактная подвеска – КС-200-06; расхождение результатов – не более 6,5 %).

С использованием предложенной математической модели расчета получены зависимости среднеквадратического отклонения (СКО) контактного нажатия токоприемника фирмы Siemens от скорости движения при различной жесткости кареток полоза (рис. 2), совпадающие с результатами линейных испытаний (рис. 3) на участке Лихославль – Калашниково. Из графиков рис. 2 видно, что на скорости 220 км/ч наблюдается резонанс, приводящий к увеличению СКО контактного нажатия; снижения влияния резонанса можно добиться уменьшением жесткости верхнего узла до 4,5 кН/м, при этом необходимо учитывать, что чрезмерное уменьшение жесткости приведет к сдвигу резонанса в сторону меньших скоростей и увеличению амплитуды СКО контактного нажатия.

Введение в верхний узел токоприемника элементов вторичного подрессоривания контактных элементов позволяет для скоростей до 250 км/ч в два раза уменьшить значение СКО контактного нажатия и практически убрать резонанс на скорости 220 км/ч (рис. 4), при этом наименьшее СКО контактного нажатия соответствует жесткости каретки и элементов вторичного подрессоривания, равной 3,0 и 3,0 кН/м соответственно (рис. 5).

Расчет системы «токоприемник – контактная подвеска» на динамическую устойчивость представляет собой определение областей динамической неустойчивости, форма которых определяет поведение исследуемой системы при различных внешних воздействиях (например, при влиянии кривой жесткости контактной подвески в пролете). В результате расчета на динамическую устойчивость определены собственные частоты колебаний системы «токоприемник – контактная подвеска» (3,5; 2,7; 2,63; 1,187; 1,13 и 1,96 Гц), в диапазоне рабочих скоростей наблюдается единственная область динамической неустойчивости, которая соответствует скорости движения 340 км/ч. Для исследуемого диапазона скоростей движения определены области динамической неустойчивости токоприемника в зависимости от скорости движения подвижного состава для частоты 1,13 Гц (рис. 6). Результаты расчета показали, что скорость, на которой будет в наибольшей степени проявляться параметрический резонанс, составляет 340 км/ч, данная скорость соответствует максимуму главной области неустойчивости. Вторая и третья области неустойчивости намного меньше главной области, следовательно, на скоростях 150 – 230 км/ч заметное увеличение СКО контактного нажатия в пролете будет возникать только при больших коэффициентах возбуждения (жкс0). Полученные расчетные зависимости подтверж-
даются результатами линейных испытаний.

Рис. 2. Зависимость СКО контактного

нажатия токоприемника от скорости

движения при различной жесткости

кареток полоза

Рис. 3. Зависимость СКО контактного

нажатия при различных скоростях

движения электроподвижного состава

(Лихославль – Калашниково)

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что предложенная методика расчета взаимодействия токоприемника электроподвижного состава с контактной подвеской позволяет рассчитать ряд известных и новых конструкций токоприемников и определить их параметры для обеспечения надежного и качественного токосъема.

В третьем разделе предложены конструкции верхних узлов, повышающих нагрузочную способность токоприемников, и рассмотрены предъявляемые к ним технические нормы.

В ОмГУПСе разработаны две конструкции полоза токоприемника:

полоз токоприемника с неоднородными по ширине контактными элементами, который позволяет снимать большие тяговые токи за счет исключения переходного сопротивления между коробом и контактными накладками, а также улучшает динамические свойства полоза за счет снижения массы контактных накладок и введения элементов вторичного подрессоривания;

полоз токоприемника, который позволяет стабилизировать нажатие токоприемника на контактный провод за счет изменения его ширины, обеспечивая равномерный износ контактных элементов, и снимать большие тяговые токи за счет улучшенных динамических свойств полоза.

Рис. 4. Зависимость СКО контактного

нажатия от скорости движения

при различной жесткости пружин

подрессоривания контактных элементов

Рис. 5. Зависимость СКО

контактного нажатия от скорости

движения при различной

жесткости пружин кареток

Рис. 6. Области динамической

неустойчивости токоприемника

для частоты 1,13 Гц

На основании результатов расчета предложена схема верхнего узла токоприемника, позволяющая стабилизировать контактное нажатие токоприемника и увеличить его нагрузочную способность при увеличении скорости движения электроподвижного состава, определены технические параметры верхнего узла.

В четвертом разделе описаны методики лабораторных испытаний разработанных элементов и узлов токоприемников. Испытания элементов и узлов токоприемников – это про-

цесс экспериментального определения качественных и количественных характеристик, свойств объекта и его функций.

В лаборатории «Контактные сети и линии электропередачи» ОмГУПСа разработаны стенды, позволяющие проводить все виды износных и нагрузочных испытаний, в том числе:

стенд для комплексного исследования контактных элементов токоприемников, позволяющий реализовать токовые нагрузки в диапазоне от 0 до 1500 А при скоростях до 300 км/ч с учетом приведенных масс рам токоприемника и кареток;

кольцевой стенд для имитации элементов контактной подвески при испытаниях токоприемников, рассчитанный на протекание токов до 3000 А в часовом режиме и до 2000 А – в суточном;

разрывной стенд для исследования физико-механических свойств контактных элементов и проводов.

Использование предлагаемого стенда позволяет получить износные характеристики с учетом неравномерности контактного нажатия и отрывов, приводящих к повышенному электрическому износу.

Исследование взаимодействия образцов контактных элементов с контактными проводами целесообразно проводить в соответствии с методикой
ОмГУПСа, которая включает в себя следующие виды испытаний:

определение допустимого тока контактного элемента при движении с различными нажатиями и скоростями движения производится на износном стенде в широком диапазоне контактного нажатия при протекании переменного и постоянного тока различной полярности от 0 до 1500 А при скоростях движения 50, 100, 150, 200, 250, 300 км/ч;

определение зависимости превышения температуры контактного элемента от величины снимаемого тока производится для уровней контактного нажатия, определенных ранее, для скоростей движения 50, 100, 150, 200, 250,
300 км/ч с соответствующим обдувом;

определение среднего износа контактного элемента производится во время ресурсных испытаний при протекании номинального тока, при скорости движения 250 км/ч, контактном нажатии, определенном ранее;

определение удельного износа контактного элемента и контактных проводов на единицу пробега в зависимости от нажатий, скорости движения и значения снимаемого тока.

В пятом разделе рассмотрены результаты экспериментальных исследований предложенных конструктивных решений верхнего узла токоприемников и рассчитана их технико-экономическая эффективность. Анализ данных, полученных в результате экспериментальных исследований, позволяет судить о параметрах и характеристиках предложенных конструкций верхних узлов токоприемников, современных контактных элементов, а также прогнозировать их работу в условиях эксплуатации и технико-экономическую эффективность применения данных конструкций на электрическом транспорте.

В ходе проведения нагрузочных испытаний получены зависимости разницы температуры нагрева набегающего и сбегающего рядов контактных элементов полоза при изменении его ширины для различных скоростей движения и снимаемых токов (рис. 7, 8). Из полученных графиков (см. рис. 7, 8) видно, что чем уже полоз, тем больше разница температуры нагрева набегающего и сбегающего рядов вставок. Кроме того, при увеличении ширины полоза на
500 мм и более разница температур рядов вставок уменьшается незначительно, что подтверждают расчетные кривые.

Рис. 7. Разница температуры нагрева

набегающего и сбегающего рядов

контактных элементов полоза при

изменении его ширины для различных

скоростей движения (Рр=100 Н; I=350 А)

Рис. 8. Разница температуры нагрева

набегающего и сбегающего рядов

контактных элементов полоза

при изменении его ширины

для различных снимаемых токов

(Рр=100 Н; Vдв = 200 км/ч)

Для дальнейшего эксперимента исследуемый полоз был оборудован подрессоренными рядами контактных элементов, жесткость пружин вторичного подрессоривания контактных элементов составляла 3,0 кН/м. Испытания проводились в той же последовательности, что и для полоза с неподрессоренными контактными элементами. Введение элементов вторичного подрессоривания контактных элементов позволяет в два раза уменьшить разницу температуры нагрева набегающего и сбегающего рядов контактных элементов, не увеличивая значительно ширины полоза токоприемника.

Рис. 9. Износные характеристики

контактных элементов

При экспериментальном определении износных характеристик контактных элементов исследовались опытные образцы современных контактных элементов. Из полученных зависимостей видно, что для дисперсно-упрочненного контактного элемента типа «Сэндвич» на основе железа с графитовыми стержнями в продольных пазах (рис. 9) наилучшее удельное статическое нажатие на контактный провод составляет 0,35 – 0,38 Н/мм2.

Полученные данные позволяют рекомендовать для исследуемых контактных элементов наилучшее статическое нажатие токоприемника на контактный провод в процессе эксплуатации, обеспечивая тем самым экономичный токосъем при минимальном износе контактирующих элементов.

Экономический эффект от внедрения предложенных полозов токоприемников электроподвижного состава достигается за счет снижения затрат на их обслуживание и составляет 13,5 млн р. на 100 токоприемников за 10 лет, инвестиционный проект можно считать экономически эффективным, так как индекс рентабельности инвестиций по результатам расчетов больше единицы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основании проведенного анализа существующих конструкций верхних узлов токоприемников и их характеристик выявлены пути обеспечения качественного токосъема за счет повышения нагрузочной способности токоприемника, уменьшения приведенной массы и износа контактных элементов путем их подрессоривания и использования современных материалов.

2. Усовершенствована методика расчета взаимодействия токоприемников с контактной сетью с учетом различного исполнения верхнего узла токоприемника, в которой система токосъема представлена в виде математической модели с шестью степенями свободы и введена величина «изгибной жесткости», имитирующая упругие связи в подвеске, позволяющая определить параметры токосъемных устройств для обеспечения надежного и качественного токосъема.

Pages:     | 1 || 3 |






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