Контактные сети и ЛЭП

т.е. с установления числа степеней свободы (подвижностей), определяющих число дифференциальных уравнений, из которых должна состоять система, и число неиз-

вестных, которые должны быть определены.

При составлении уравнений направление снизу вверх принимают положи-

Из расчетной схемы видно, что в рассматриваемой системе имеются две сте-

пени свободы: положения масс сети mс и полоза mп определяются высотой Hп, по-

ложения массы рам — координатой Нp .

Уравнение движения масс mс и mп можно составить (рис. 13.20,б), найдя сум-

му сил. По второму закону Ньютона масса (массы), на которую действует сила (си-

лы), должна двигаться с ускорением, пропорциональным этой силе. Составим урав-

нение этого движения, учитывая направление сил (рис. 13.20, г):

Рис. 13.20. Схемы к составлению уравнений движения для токоприемников с двумя степенями свободы при сосредоточенных параметрах контактной подвески

Знак «минус» перед упругой силой кареток объясняется тем, что выражение в скобках отрицательно.

Уравнение движения массы т составим, учитывая направление сил (рис. 13.21,

б, в, г):

Знак «плюс» перед силами кареток вместо «минус» в соответствии с направлени-

ем сил объясняется отрицательными значениями в скобках, если принять Hп = 0.

Эти уравнения можно решать численным методом на ЭВМ. Для этого надо разделить пролет на интервалы (шаги для ЭВМ). Уравнение составлено по времени,

поэтому место в пролете для каждого значения полученных траекторий можно найти, умножая его на скорость поезда.

Уравнения контактного нажатия можно получить двумя способами: заменив реакцией действие проводов подвески на полоз (рис. 13.21, а, б) или действие полоза на подвеску (рис. 13.21, в, г).

Рис. 13.21. Схемы к определению контактного нажатия для токоприемников с двумя степенями свободы при сосредоточенных параметрах контактной подвески

В первом случае получим

Сила жесткости каретки учтена с обратным знаком, так как скобка за ней отрицательна. В этом уравнении все величины получены ранее при реше-

нии основного уравнения движения; неизвестным является только Ркт, которое определяют из формулы

Во втором случае контактное нажатие будет равно:

13.8. Методы испытаний контактных подвесок в лабораторных условиях и на полигонах

Экспериментальные исследования взаимодействия токоприемника с контакт-

ной подвеской целесообразно производить в лабораторных условиях на стендах.

При этом можно решать минимум две задачи:

1) варьируя различными характеристиками и конструкциями узлов натурных токоприемников, выявлять их оптимальные варианты или проверять их соответ-

ствие техническим заданиям; 2) проверять влияние допущений в используемых методах расчета контактных

подвесок и программах для ЭВМ, сопоставляя для этого результаты расчетов и экс-

периментов на стендах с натурными токоприемниками.

Для исследования параметров токоприемников, влияющих на его вертикаль-

ную динамику, можно использовать колебательный стенд, задавая стрелу провеса

(амплитуду колебаний) и скорость поезда (частоту колебаний) и принимая подвеску как жесткую с высотным положением в виде синусоиды.

Для исследования параметров и конструкций верхних узлов полозов и кареток в зависимости от вертикальных колебаний проводов и их расположения в плане следует использовать стенд с вращающимся кольцом из проводов.

При испытаниях контактной подвески на полигоне прежде всего разрабаты-

вают программу испытаний в соответствии с поставленными целями, после чего на месте определяют испытательный анкерный участок подвески, измерительные про-

леты и опоры для установки датчиков, видеокамер и измерительных шкал, а также

уточняют перечень необходимого оборудования и материалов для полевых пунктов.

Одновременно согласовывают предоставление «окон» в графике движения для про-

ведения испытаний, а также локомотива с бригадой и испытательных вагонов кон-

тактной сети. Для увеличения количества поездок в течение каждого «окна» воз-

можно принятие «челночного» способа движения испытательного поезда по перего-

ну с возвращением на станцию.

Испытательный поезд для исследования контактной подвески формируется из электровоза с требуемой конструктивной скоростью и вагона-лаборатории. Для комплексных автоматизированных измерений параметров контактной сети и неко-

торых параметров рельсового пути, влияющих на оценку состояния контактной се-

ти, используют вагон-лабораторию контактной сети (ВИКС).

Измерительные пролеты полевого пункта оснащают устройствами для изме-

рения отжатий проводов с изолированного лейтера, пунктами видеосъемок и датчи-

ками экстремальных отжатий в соответствии с описанными выше методиками.

На испытательном поезде определяют статические и динамические характери-

стики всех токоприемников электровоза и измерительных токоприемников ВИКС.

Проведение статических и динамических испытаний подвески осуществляется согласно программе. Для проведения испытаний задействуют бригады испытателей на электровозе, вагонах-лабораториях и полевых пунктах.

13.9. Порядок динамического расчета компенсированных контактных подвесок скоростных и высокоскоростных магистралей

Расчеты компенсированной подвески предлагается проводить в следующей последовательности (рис. 13.22):

1) особенности конструкции варианта, задаваемые параметры, значения ско-

рости движения поезда и токовых нагрузок; 2) определение погонных нагрузок проводов подвески с учетом заданных ме-

теоданных;

3) определение стрел провеса несущих тросов и контактных проводов для за-

данных натяжений в нормальном режиме;

4) определение стрел провеса несущих тросов и контактных проводов для за-

данных натяжений при гололеде;

5)определение длин пролетных струн заданных параметров подвески;

6)определение предварительных провесов рессорных струн при заданных па-

раметрах подвески;

7)определение допустимости ветровых отклонений контактной подвески при заданных параметрах и изменениях натяжений проводов (или допусков);

8)определение жесткости подвески в пролете для заданных параметров под-

вески;

9)оценка влияния изменений параметров жесткости подвески на критерии ее оптимальности для различных вариантов;

10)проверка вариантов подвески по критическим скоростям и коэффициентам надежности и экономичности;

11)оценка влияния на критерии оптимальности жесткости подвески количе-

ства и расположения струн;

12) проверка вариантов количества и расположения струн на критические ско-

рости и коэффициенты надежности и экономичности;

13) выявление оптимального варианта подвески с определенными параметра-

ми;

14)определение для оптимального варианта подвески:

а) стрел провеса несущего троса;

б) длин струн и вспомогательных тросов рессорных струн;

в) коэффициента экономичности;

г) ветровых отклонений;

15)проверка необходимости мероприятий по предотвращению автоколебаний оптимального варианта подвески.

Предлагаемый порядок работ по созданию подвесок контактной сети для скоро-

стей 250—300 км/ч связан с выбором конструктивных решений и расчетами рацио-

нальных статических и динамических характеристик из условий надежного и эко-

номичного взаимодействия с токоприемниками (рис. 13.23). Варианты последова-

тельного выполнения условий подобных методов были разработаны и применены в ОмГУПС при расчете скоростной ПКС постоянного тока КС-200.

Рис. 13.22. Порядок расчета оптимальных параметров и характеристик скоростной компенсиро-

ванной цепной контактной подвески

Предлагаемая последовательность расчетов является разделом рассмотренно-

го порядка создания ПКС и базируется на том, что характеристики и параметры со-

временных скоростных ПКС априорно нормированы. К примеру, длина пролета 65

м; рессорный трос от 16 до 22 м; число струн в пролете от 6 до 14 шт.; натяжения проводов и тросов порядка 10—27 кН.

Расчеты компенсированной ПКС предлагается проводить с определением коэф-

фициентов экономичности и надежности; проверок на ветроустойчивосгь и гололед,

с учетом параметров токоприемника и т.д.

Рис. 13.23. Последовательность работ по созданию контактной подвески для повышенных скоро-

стей движения

ГЛАВА 14

ИЗНАШИВАНИЕ КОНТАКТНЫХ ПРОВОДОВ, ТОКОПРОВОДОВ, ПЛАСТИН ТОКОПРИЕМНИКОВ И ДРУГИХ УЗЛОВ КОНТАКТНЫХ СЕТЕЙ

14.1. Виды изнашивания

Под изнашиванием подразумевается процесс разрушения и отделения материа-

ла с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющегося в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Износ является результатом изнашивания, определяемого в установленных едини-

цах. В соответствии с ГОСТ 23.002—78 различают следующие виды изнашивания

(рис. 14.1):

1)механическое — происходит в результате механических воздействий:

2)коррозионно-механическое — механические воздействия, сопровождаемые химическим взаимодействием материала со средой:

3)абразивное — механические воздействия твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии режущего или царапающего характера;

4)эрозионное — механические воздействия потока жидкости и (или) газа;

5)гидроэрозионное (газоэрозионное) — эрозионные воздействия потока жид-

кости(газа);

6)гидроабразивное (абразивное) — эрозионные воздействия потока жидкости и абразивных частиц;

7)усталостное — механическое изнашивание в результате усталостных разру-

шений при повторных деформациях микрообъемов материала поверхностного слоя; 8) кавитационное — гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи по-

верхности тела, что создает повышение давления или температуры; 9) при заедании — изнашивание в результате схватывания, глубинного выры-

вания материала, переноса его с одной поверхности на другую к воздействия воз-

никших неровностей на сопряженную поверхность;

10) окислительное — коррозионно-механическое изнашивание вследствие хи-

мической реакции материала с кислородом или окисляющей окружающей средой; 11) изнашивание при фретинге — механическое изнашивание соприкасаю-

щихся тел при малых колебательных и относительных перемещениях;

12)изнашивание при фретинг-коррозии;

13)электроэрозионное — эрозионные воздействия разрядов на поверхность те-

ла при прохождении электрического тока.

Основные виды изнашивания контактных проводов при взаимодействии с то-

коприемниками приведены на рис. 14.1 с детализацией электроэрозионных процес-

сов.

Рис. 14.1. Основные виды изнашивания контактных проводов при взаимодействии с токоприемниками

14.2 Требования к контактным материалам. Динамический коэффициент использования вставок.

К контактным материалам, используемым при токосъеме на электрическом транспорте, следует отнести комплекс: контактные провода, контактные пластины

(вставки) и смазки для проводов и полозов токоприемников. Требования к кон-

струкции контактных проводов были рассмотрены в третьей главе.

Контактные вставки (пластины) токоприемников — изнашивающиеся эле-

менты токоприемников, непосредственно прижимающиеся к контактным проводам

(рельсам) при токосъеме. Контактные вставки разделяют (рис. 14.2): на монолитные самонесущие (например, на некоторых токоприемниках трамваев), в том числе не-

разборные с несущим элементом, и наборные из отдельных вставок и пластин.

Вставки крепят к коробам и рогам полозов токоприемников болтами, планками,

проводящим клеем, пайкой, обжатием.

Вставки могут быть самосмазывающимися или требующими внешней смазки

(несамосмазывающимися). Изготавливают их из меди и ее сплавов, алюминиевых сплавов, стали низкоуглеродистой, графитизированной, порошковых материалов на железной и медной основах, из углеродных (угольных) и металлоуглеродных ком-

позиций. От материалов вставок требуется сочетание высоких механических и ан-

тифрикционных свойств, низкое удельное и переходное сопротивление, высокая теплопроводность. Наименьшее электросопротивление имеют вставки из металлов,

связанных формальальдегидной смолой и обожженых при 1000 С, наибольшую из-

носостойкость — угольные из порошков на базе кокса (А) и графита (Б) и улучшен-

ные (С).

Наиболее приемлемыми вставками являются: угольные электрогра-

фитизированные (с добавкой меди), металлокерамические на медной МКм) и желез-

ной (МКж) основах с добавлением графита и особенно металлоуглеродные (ВЖЗП).

При изготовлении последних формируется графитовый корпус с пористостью 20 %,

который пропитывается металлом, обеспечивающим высокую электропроводность

(5 Ом-мм ~ /м).

Контактные смазки применяют при скольжении медных пластин по медным проводам, которое часто приводит к схватыванию, т. е. катастрофическому износу, а

также при токосъеме алюминиевыми вставками трамвая по стальной или медной поверхности контактного провода.

Жирно-графитовая смазка (солидол с порошком графита) дает определенный эффект. Однако при движении по удлиненным тяговым плечам смазка истощается,