Контактные сети и ЛЭП
.pdf
шарнира фиксатора до уровня контактного провода в месте крепления к нему фик-
сатора; Qк — передающаяся на опорную струну часть веса контактного провода,
определяемая в соответствии с (13.22) выражением
Рис. 13.12. Схема разложения сил в точке крепления фиксатора к контактному проводу
Верхние знаки в формуле (13.24), как и в формулах, следующих ниже, относятся к растянутым фиксаторам, нижние — к сжатым. Если правая часть уравнения (13.24)
обращается в нуль, то силы, приложенные в опорном узле контактного провода,
взаимно уравновешиваются и реакция опорной струны становится равной нулю. Ес-
ли правая часть уравнения (13.24) получит отрицательное значение, что может про-
изойти при растянутом фиксаторе и больших отрицательных стрелах провеса кон-
тактного провода, то равновесие нарушится и точка крепления контактного провода у фиксатора поднимется на величину h (рис. 13.13), в результате чего вновь будет достигнуто равновесие. При этом вертикальная составляющая реакции фиксатора
примет новое значение H ф |
h − h |
и возникнет вертикально направленная вниз сила |
|
||
|
d |
|
Qs=Рs, величину которой можно определить, пользуясь выражением (13.23):
(13.25)
которое может быть приведено к виду
где
Рис. 13.13. Схема разложения сил в точке крепления фиксатора к контактному проводу при разгрузке струны и подъеме контактного провода
Уравнение (13.14) примет при этом следующий вид:
откуда
(13.26)
Если к контактному проводу в месте крепления к нему фиксатора будет при-
ложена вертикально направленная вверх сила Р, то возможны два случая.
1. При Р ≤ Rстр произойдет частичная или полная разгрузка опорной струны и подъема провода не будет ( h = 0). Новая реакция струны Rстр ' определится в этом случае из выражения
(13.27)
2. При Р > Rстр (рис. 13.14) произойдет полная разгрузка струны и подъем кон-
тактного провода на высоту h , которая, подобно предыдущему, может быть найде-
на из уравнения
получаемого из условия равновесия сил, приложенных в опорной точке контакт-
ного провода. Решая это уравнение относительно h , получим
(13.28)
Рис. 13.14. Схема разложения сил в точке крепления фиксатора к контактному проводу при отжа-
тии фиксатора силой Р
Ввиду наличия неэластичной опорной струны h не может иметь отрица-
тельных значений. Поэтому, если правая часть уравнения (13.28) получится отрица-
тельной, это покажет, что опорная струна при воздействии силы Р не разгружается и подъема контактного провода не происходит. Реакцию опорной струны можно в этом случае определить из уравнения (13.27).
Эластичность контактной подвески под опорой определяется выражением
В этом случае эластичность не остается постоянной и независимой от Р, как
это имеет место в пролете. При P ≤ Q +Q |
|
± H |
|
h |
эластичность η = 0, при |
k |
|
|
|||
ф |
|
ф d |
|||
P > Qф + Qk ± H ф h d
эластичность возрастает с увеличением Р. Если до приложения си-
лы Р контактный провод под опорой был уже приподнят на h под действием сил
Qk и HФ h эластичность надо определить по формуле
d
где h — общий подъем контактного провода под опорой при воздействии на про-
вод силы Р, определяемый по формуле (13.28); h к — подъем контактного провода
под опорой при отсутствии силы Р, определяемый по формуле (13.26). Вычитая вы-
ражение (13.26) из выражения (13.28), получим
откуда
В том случае, если фиксатор не подвешивается на струне и ближайшие струны располагаются на расстоянии с с обеих сторон от него, к контактному проводу в
точке крепления фиксатора будут приложены вертикальные силы Qs = gk c,Qф и H |
|
h |
ф d |
||
(рис. 13.15). Если эти силы взаимно не уравновешиваются, то происходит поворот фиксатора и подъем или опускание контактного провода на высоту h к , вследствие чего появляется уравновешивающая сила Qs, величина которой в соответствии с формулой (13.25) может быть определена из выражения
Рис. 13.15. Схема разложения сил в точке крепления фиксатора к контактному проводу и измене-
ния положения фиксатора при отсутствии опорной струны
которое может быть приведено к виду
где |
(13.29) |
(13.30)
Высота подъема h к может быть определена по формуле
В отличие от предыдущего величина h к в зависимости от соотношения сил может получать как положительные, так и отрицательные значения. В последнем случае контактный провод на участке между ближайшими от фиксатора струнами будет получать прогиб вниз и нагрузка, создаваемая фиксатором, будет передавать-
ся на эти струны. При положительных значениях А//к контактный провод на этом участке будет иметь выгиб вверх, благодаря чему смежные с опорой струны будут частично, а в некоторых случаях и полностью разгружаться. Эластичность контакт-
ной подвески в точке крепления фиксатора может быть определена в этом случае по формуле
В рессорных цепных подвесках эластичность опорных точек в значительной степени определяется пружинящим действием рессорного троса. Рассмотрим, как изменяется в этом случае положение опорной точки контактного провода под дей-
ствием приложенной к ней и направленной снизу вверх вертикальной силы Р. Как и ранее, будем предполагать, что пршюжение силы Р не вызывает изменения натяже-
ния несущего троса на данном анкерном участке.
Рассмотрим (рис. 13.16) схему опорного узла рессорной цепной подвески с действующими в нем силами. Делая сечения по ЕF и МN и приравнивая к нулю суммы моментов относительно точки А сил, приложенных к отсеченным частям,
получим
(13.31)
(13.32)
Ввиду малости углов α и β можно принять
Тогда, складывая выражения (13.31) и (13.32), получим
Рис. 13.16. Схема для определения натяжений проводов в опорном узле рессорной цепной подвес-
ки
Полагая, что
(13.33)
получим выражение
(13.34)
Так как К1 + К2 = 1, выражение (13.34) приводится к виду
(13.35)
Без существенного ущерба для точности расчета можно принять, что значения К1 и К2 остаются без изменений при различных значениях b. Тогда в выражении
(13.35) величина b будет определяться лишь изменениями силы Q.
Для различных значений силы Q1 и Q>2 можно написать
(13.35)
где Q — изменение вертикальной силы Q вызванное воздействием силы Р и определяемое выражением
|
|
(13.37) |
Здесь второй член ± H |
ф |
h представляет реакцию фиксатора, вызванную подъ- |
|
d |
емом его на высоту h , а третий член Qs-реакцию, вызванную подъемом контактно-
го провода под рессорной струной относительно уровня крепления контактного провода на ближайших от опоры простых струнах. Так как подъем несущего троса в точках A и С(рис. 13.17) вызывает близкие по величине подъемы троса в точках Е и
F, можно приближенно принять, что подъем контактного провода, вызывающий по-
явление реакции Qs, определяется лишь изменением стрелы провеса вспомогатель-
ного провода ψ .
Полагая h 1и h 2 пропорциональными значениям ψ и у, а следовательно, и
значениям К1и К2 получим для реакции Qs согласно (13.29) и (13.30) следующее вы-
ражение:
(13.38)
с — расстояние от опоры до ближайшей простой струны.
Тогда выражение (13.36) после подстановки в него значений (13.37) и (13.38)
получит вид
Рис. 13.17. Схема для определения отжатия контактного провода в опорном узле рессорной цепной подвески
|
(P ± H |
h |
− |
2ξ1k1 |
hK |
|
|
h = |
ф d |
|
|
)a |
|
||
c |
|
(13.39) |
|||||
|
2k1k2T |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
Решая уравнение (13.39) относительно h , получим
(13.40)
Это выражение дает возможность определить эластичность контактной под-
вески под рессорной струной в зависимости от принятых параметров цепной под-
вески и рессорной струны.
Приведенная масса подвесок. Масса контактной подвески распределена вдоль линии и в уравнениях, в которых подвеска рассматривается в виде системы с распределенными параметрами, учитывается общей плотностью проводов, состав-
ляющих цепную подвеску.
Рассматривая контактную подвеску в виде дискретной системы для заданного интервала отсчета, вводят понятие приведенной массы подвески mк. Так как это по-
нятие является условным, важно правильно представлять физический смысл приве-
денной массы в соответствии с принятой расчетной схемой. Кроме того, точность результатов теоретических исследований может зависеть от значения и характера изменения этой массы вдоль пролетов, подвески. Если рассматривать условную массу подвески при свободных колебаниях, то закон ее изменения вдоль пролета характеризуется кривой; максимальное значение массы имеет место у опор. Если же считать, что условная масса подвески имеет в точке контакта с токоприемником та-
кую же скорость, что и контактный провод, и запас кинетической энергии, равный запасу энергии реальной контактной подвески во всем пролете, то максимальное значение массы будет в середине пролета. При этом в первом случае масса у опор будет в несколько раз больше, чем в середине пролета, а во втором случае — на
10—20% меньше. Результаты расчетов по формулам, основанным на различной фи-
зической сущности условной массы, определяют ее значение, отличающееся в от-
дельных случаях для одних и тех же условий в несколько раз.
Из экспериментальных данных следует, что значения условных масс мало из-
меняются вдоль пролетов и немного возрастают с увеличением скоростей движения и числа контактных проводов. Расчеты, проведенные на ЭВМ, показали, что нет необходимости при теоретических исследованиях учитывать изменение массы mк.
Оказалось, что при принятых схемах замещения допустимо принимать усредненные значения mк неизменными вдоль пролета и равными 30 кг для одинарных контакт-
ных подвесок с одним контактным проводом и 40 кг с двумя контактными провода-
ми. Справедливость этого вывода подтверждена сходимостью расчетов, выполняе-
мых для указанных значений mк, с опытными данными.
Наиболее достоверный результат для незначительных скоростей движения может быть получен по рекомендации И.И. Власова. Среднее значение расчетной массы контактной подвески mс за период t2, которое определяется при подъеме кон-
тактного провода по выражению для пассивного нажатия рам токоприемника, будет равно
(13.41)
где n — коэффициент скорости, который может быть принят равным нулю, при ее малых значениях.
Коэффициент вязкого и сила сухого трения. Демпфирующая характеристи-
ка контактной подвески может в значительной мере повлиять на качество токо-
съема, а также на колебания подвески под действием ветровой нагрузки в таком сложном режиме, каким являются автоколебания. Разрабатывая новые контактные подвески и сравнивая их с известными конструкциями, обычно пользуются лога-
рифмическим декрементом колебаний подвесок:
(13.42)
два последовательных максимальных отклонения системы.
Этот показатель является полезным лишь для качественной оценки сравнива-
емых конструкций, причем в таких режимах их работы, как затухание колебаний подвески до и после прохода токоприемников или при автоколебаниях. Подробные исследования характеристик рассеивания энергии (диссипативных) отечественных контактных подвесок показали, что скорость и характер процесса затухания колеба-
ний подвесок около положения статического равновесия зависят от вида упругой характеристики подвески, начальной амплитуды колебаний проводов и зоны проле-
та.
На процесс колебаний около положения статического равновесия контактного провода, особенно в зоне опорного узла, оказывают влияние рессорные и простые струны, ограничивающие вертикальные перемещения провода. Исследованиями установлено, что с увеличением нелинейности упругой характеристики контактной подвески при повышении жесткости в зоне отрицательных перемещений контактно-
го провода поглощение энергии возрастает.
При различных амплитудах колебания контактного провода превалирующими можно считать различные виды трения: диссипация при Аki> 0,15 ÷0,20 м вызывает-
ся главным образом силами турбулентного трения; при Аki = 0,03 ÷ 0,15 м — силами вязкого трения, а при Аki < 0,03 м — силами сухого трения. Известно также, что наибольшая диссипация энергии происходит в опорной зоне, наименьшая — в сере-
дине пролета. Уменьшение жесткости жс около опор при использовании рессорных проводов, пружин и других устройств, как правило, приводит к ухудшению демп-
фирующих характеристик подвесок. Поэтому, добиваясь уменьшения жесткости подвесок около опор, необходимо принять эффективные меры по увеличению дис-
сипации энергии в этой зоне (в частности, этого можно добиться установкой допол-
нительных струн, ограничивающих перемещение провода ниже положения равнове-
сия).
13.5. Определение распределенных параметров контактных подвесок
Применение сосредоточенных параметров не отражает действительных про-