2.1.1 Визначення мінімального економічного перерізу проводів контактної мережі

Розрахунок найвигіднішого (економічного) перерізу проводів контактної мережі можна провести різними способами. Спосіб порівняння конкретних варіантів підвісок по величині приведених річних витрат з метою вибору найвигіднішого (при який приведені річні витрати, зв'язані з вибором перерізу проводів контактної мережі, виявляться найменшими) є громіздким.

Найбільш простим і достатньо точним є спосіб розрахунку по наближених аналітичних формулах.

Ділянка контактної мережі розташована на горизонтальній площадці, тобто і_р=0%.

За таблицею 1(стр.) визначаємо значення середнього питомого опору руху поїзда , а_пас та а_вант , що відповідає заданим типам поїздів і їх технічних швидкостей руху:

а_вант =18,7 Вт г/т км брутто

а_пас =20,9 Вт г/т км брутто

Знаходимо добову витрату енергії на рух усіх поїздів по фідерній зоні за формулою [2,c.37]:

, кВт·год. (2.1)

де L – довжина фідерної зони, км;

Р_пас, Р_вант – задана вага локомотива, пасажирського і вантажного, т;

Q_пас,Q_вант – задана вага поїзда, пасажирського і вантажного, т;

N_пас,N_вант – задане число пар поїздів у добу, пасажирських і вантажних;

а_пас, а_вант – питома витрата енергії на тягу для пасажирського і вантажного поїздів, Вт-г/т-км брутто

кВт·год

Визначаємо добові втрати енергії в проводах фідерної зони від руху всіх поїздів за формулою [2,c.36]:

, кВт·год (2.2)

де l – довжина фідерної зони в км;

r_ек – опір 1км проводів контактної мережі фідерної зони Ом/км (опір "еквівалентного контактного проводу");

А_доб – добова витрата енергії на рух усіх поїздів по фідерній зоні в кВт·год;

U – середня розрахункова напруга в контактній мережі, дорівнює 3000В;

t – сумарний час заняття фідерної зони всім розрахунковим числом

поїздів за розрахунковий період (за 24 години) з обліком графікових

стоянок у середині фідерної зони [2,c.37].

Сумарний час заняття фідерної зони всім розрахунковим числом поїздів за добу знаходимо за формулою [2,c.37]:

), год. (2.3)

де N_пас, N_вант – задане число пар поїздів у добу, пасажирських і вантажних;

Vпас, vвант – задані середні дільничні швидкості поїздів пасажирських і

вантажних;

год.

– сумарна година споживання енергії всім розрахунковим числом

поїздів за добу при проході фідерної зони, знаходимо за формулою

[2,c.35]:

, (2.4)

де - заданий коефіцієнт, відношення часу ходу поїзда по ділянці живлення до часу його ходу під струмом по цій ділянці.

г

, кВт·год

Річні втрати енергії в проводах фідерної зони від руху всіх поїздів визначаємо по формулі [2,c.35]:

(2.5)

де К_G – коефіцієнт, що враховує додаткові витрати енергії на власні потреби рухомого складу і на маневри, а в приміському русі - також на опалення

освітлення;

К_доб=1,12;

К_з=1,08 – коефіцієнт, що враховує додаткові витрати енергії в зимових умовах на збільшення опору руху;

А_доб – добові втрати енергії в проводах фідерної зони від руху всіх поїздів, квт/ч.

, кВт·год

Знаходимо питомі втрати за рік у проводах даної фідерної зони за формулою [2,c.35]:

B₀= , (2.6)

де А_р – річні втрати енергії в проводах фідерної зони від руху всіх поїздів, кВт/рік;

l – довжина фідерної зони, км;

r_ек – опір проводів контактної мережі фідерної зони Ом/км (опір «еквівалентного контактного проводу»).

, кВт·год

Мінімальний економічний переріз проводів контактної мережі всіх шляхів розглянутої фідерної зони визначаємо за формулою [2,c.36]:

мм² , (2.7)

Де S_{ек﴾min﴿} - мінімальний економічний переріз проводів усіх шляхів фідерної зони в мм² (у мідному еквіваленті);

0,35 - коефіцієнт, що враховує вплив ряду факторів:

вартості 1кВт/год електроенергії, нормативного строку окупності, питомого опору мідних проводів підвіски, ступеня використання пропускної здатності

ділянки, амортизаційних відрахувань – на розмір приведених річних витрат по контактній мережі;

B₀ - питомі втрати енергії за рік у проводах даної фідерної зони, кВт/рік.

мм²

2.1.2 Вибір типу контактної підвіски

За розрахованим перерізом S_{ек﴾min﴿} =255 мм² приймаємо за таблицею 11 [1,с.41] найближчий стандартний переріз контактної підвіски постійного струму М-120 + 2МФ-100 + 2A-150.

2. Механічний розрахунок

2.2.1 Визначення розрахункових навантажень на провід ланцюгової контактної підвіски

Таблиця 2

Технічні дані проводів ланцюгової контактної підвіски.

Марка проводу	Висота перерізу Н чи діаметр d, мм	Ширина перерізу А, мм	Вага одного метра проводу g, даН/м	Максимальний натяг некомпенсованого несучого троса Тмах даН	Номінальний натяг компенсованого несучого троса Тном., чи контактного проводу К, даН	Аеродинамічний коефіцієнт лобового опору проводу Сх
1	2	3	4	5	6	7
М-120	14,0	-	1,06	2000	1800	1,25
2МФ-100	11,80	12,81	0,89	-	2000	1,85
ПБСМ-70	11,0	-	0,6	1600	1500	1,25
МФ-85	10,8	11,76	0,76	-	850	1,25

Дані взяті з літератури [3, с.106 т 20], [4, с. 18 т 10] [4,c.12т.8].

На головних коліях перегону проектуються напівкомпенсовані ланцюгові підвіски з ресорними струнами, на головних коліях станції – напівкомпенсовані підвіски з ресорними струнами, на бокових коліях станції – напівкомпенсовані підвіски зі простими струнами.

Розрахункові навантаження визначаються для двох режимів: режиму максимального вітру і режиму ожеледі з вітром.

Вертикальне навантаження від власної ваги проводів, струн і затискачів визначається за формулою [2, с.98]:

g=g_m+n_k (g_k+g_c) , (2.8)

де g_т – вага одного метра несучого троса, даН/м;

n_к – число контактних проводів;

g_к – вага одного метра контактного проводу, даН/м;

g_c – вага струн і затискачів, даН/м.

При одному контактному проводі згідно з [2,с. 100]:

g_с = 0,1 даН/м

Вертикальне навантаження від ваги ожеледі на несучому тросі визначаються за формулою [2, с. 100]:

g_гт = 0,0009 b_т (d_т + b_т), (2.9)

де b_т – товщина стінки ожеледі на несучому тросі, мм;

d_т – діаметр несучого троса, мм

Розрахункова товщина стінки льоду на несучому тросі визначається шляхом множення нормативної для даного району товщини на ряд поправочних коефіцієнтів [2, с.100]:

b_т = b_н к'_г к''_г , (2.10)

де b_н – нормативна товщина стінки ожеледі в залежності від заданного ожеледного району території, мм;

к'_г – коефіцієнт, що враховує вплив діаметра несучого троса на

відкладення ожеледі; значення діаметрів несучих тросів ланцюгових підвісок знаходяться між 10 мм і 20 мм, тому к'_г для кожного діаметра визначається інтерполяцією;

к''_г – коефіцієнт, що враховує вплив висоти підвіски проводів над поверхнею землі на інтенсивність ожеледних відкладень.

Отримана розрахункова товщина стінки ожеледі з урахуванням поправочних коефіцієнтів к'_г і к''_г округляється до цілого числа, кратного п'яти.

Вертикальне навантаження від ваги ожеледі на контактні провода визначаються за формулою [2, с. 100]:

g_гк = 0,0009 b_к (d_ср b_к) , (2.11)

де b_к – товщина стінки ожеледі на контактному проводі, мм; на контактному

проводі товщина стінки ожеледі приймається рівної 50% від

товщини стінки ожеледі на несучому тросі [2, с. 100]:

b_к = 0,5 b_т , (2.12)

d_ср – середній діаметр контактного проводу, мм

d_ср = Н + А , (2.13)

2

де Н і А – відповідно висота і ширина перерізу контактного проводу, мм

Повне вертикальне навантаження від ваги ожеледі на проводах контактної підвіски [3, с. 39]:

g_г = g_гм + n_к (g_гк + g_гс) , (2.14)

де n_к – число контактних проводів;

g_гс – рівномірно розподілене по довжині прольоту вертикальне

навантаження від ваги ожеледі на струнах і затискачах при одному

контактному проводі, даН/м, що може бути знайдене за

таблицею 8 [3, с. 36]:

g_заг = g + g_г (2.15)

Горизонтальне вітрове навантаження при відсутності ожеледі на несучому тросі визначається за формулою [3, с. 36]:

, (2.16)

де c_х – аеродинамічний коефіцієнт лобового опору несучого троса вітру

[1,с. 105];

k_в – коефіцієнт, що враховує вплив місцевих умов розташування підвіски на швидкість вітру [1, с.104 т.19];

v_н – нормативна швидкість вітру найбільшої інтенсивності, м/с визначається за таблицею 18 [1, с. 102].

Горизонтальне вітрове навантаження при відсутності ожеледі на контактному проводі визначається за формулою [3, с. 59]:

, (2.17)

де c_х – аеродинамічний коефіцієнт лобового опору контактного проводу вітру

[1, с.105].

Горізонтальне вітрове навантаження на несучий трос, покритий ожеледдю, визначається за формулою [3, с.40]:

, (2.18)

де v_r – нормативна швидкість вітру при ожеледі, м/с, визначається за

формулою [3, с.59];

V_r = 0,6 V_н , (2.19)

k_в- коєфіцієнт, що враховує вплив, місцевих умов розташування підвіски на швідкість вітру; [1, с. 104 т. 19]

b_Т - товщина стінки голольоду на несучому тросі, мм;

d_T - діаметр несучого тросу, мм

Горизонтальне вітрове навантаження на контактний провід, покритий ожеледдю, визначається за формулою [3, с.59];

, (2.20)

Для наступних розрахунків по визначенню довжин прольотів визначальне значення буде мати горизонтальне навантаження на провід контактної підвіски. Тому необхідно вибрати вихідний розрахунковий режим шляхом порівняння p_кв і p_кг для k_в=1, якщо виявиться, що p_кв>p_кг, то вихідним режимом буде режим максимального вітру, якщо ж p_кв<p_кг, то режим ожеледі з вітром.

Таблиця 3- Метеорологічні умови

Тип контактної підвіски	ПБСМ-70+МФ-85	М-120+2МФ-100
1	2	3
Місце розташування підвіски	Відкрита рівнинна місцевість; нульове місце	Відкрита рівнинна місцевість; нульове місце
Нормативна швидкість вітру Vн м/с	29	29
Швидкість вітру при ожеледі Vr=0,6Vн м/с	17,4	17,4
Вітровий коефіцієнт Кв	1	1
Нормативна товщина стінки ожеледі bн, мм	10	10
Ожеледні коефіцієнти: Кг`	0,99	0,96
Кг``	1	1
Розрахункова товщина стінки ожеледі на контактному проводі: bк=0,5*bт, мм	4,95	4,85

Результуюче (сумарне) навантаження на несучий трос при вітрі без ожеледі визначається за формулою [3, с. 38]:

q_тв= (2.21)

Результуюче (сумарне) навантаження на несучий трос при ожеледі з вітром визначається за формулою [4, з. 140]:

q_тг= (2.22)

Для розрахунку навантажень, що діють на провід контактної підвіски, задані метеорологічні умови зводяться в таблиці 2.

Знаходимо розрахункові навантаження на бічних шляхах станції, тип підвіски ПБСМ-70+МФ-85, відкрита рівнинна місцевість К_в=1, нульове місце.

Визначаємо навантаження від власної ваги:

g=0,6+1(0,76+0,1)=1,46 даН/м

Визначимо вертикальне навантаження від ваги ожеледі на несучому тросі :

g_ГТ=0,0009 3,14 9,9(9,9+11)=0,58 даН/м

Знайдемо вертикальне навантаження від ваги ожеледі на контактному проводі:

g_ГК=0,0009 3,14 4,95 даН/м

Визначимо повне вертикальне навантаження:

g_Г=0,58+1(0,23+0,03)=0,84 даН/м

Знайдемо загальне навантаження:

g_общ=1,46+0,84=2,3 даН/м

Обчислимо вітрове горизонтальне навантаження за відсутності ожеледі на несучому тросі:

даН/м

Теж на контактному проводі:

даН/м

Знаходимо горизонтальне вітрове навантаження на несучий трос покритий ожеледдю:

даН/м

На контактному проводі:

даН/м

Знаходимо результуюче навантаження при максимальному вітрі:

даН/м

Визначимо сумарне навантаження при ожеледі з вітром:

даН/м

Визначаємо розрахунковий режим:

p_кв=0,7<p_кг=1,36 даН/м

З цього виходить, що розрахунковим режимом слід прийняти режим ожеледі з вітром.

Прорахуємо навантаження для головних колій станції, тип підвіски М-120+2МФ-100, kв=1, відкрите рівнинне місце.

Знайдемо вертикальне навантаження від власної ваги:

g= 1,06+2(0,89+0,1)=3,04 даН/м

Знайдемо вертикальне навантаження від ожеледі на несучому тросі:

даН/м

Теж на контактному дроті:

даН/м

Визначимо повне вертикальне навантаження:

даН/м

Визначаємо загальне вертикальне навантаження:

даН/м

Знайдемо горизонтальне вітрове навантаження на несучий трос:

даН/м

На контактному проводі:

даН/м

Визначаємо горизонтальне вітрове навантаження на несучий трос покритий ожеледдю:

даН/м

На контактному проводі:

даН/м

Визначимо результуюче навантаження при максимальному вітрі:

даН/м

Знаходимо сумарне навантаження при ожеледі з вітром:

даН/м

Визначимо розрахунковий режим:

p_кв=1,147<p_кг=2,08 даН/м

Для визначення максимальної довжини прольотів вибираємо початковим режимом, режим ожеледі з вітром.