1.2.4. Проверка выбранного сечения контактной подвески по потере напряжения.

Проверка выбранного сечения проводов контактной сети по потере

напряжения производится сопоставлением ∆U_тс с ∆U_доп.

Допустимая для каждого рода тока наибольшая величина потери напряжения в тяговой сети (∆U_доп):

∆U_доп =, В, (20)

где U_ш – напряжение, поддерживаемое на тяговых шинах подстанций за счет стабилизирующих устройств;

U_доп – допустимое минимальное напряжение на пантографе электровоза,

при переменном токе U_ш = 27 200 В, U_доп = 21 000 В.

Из формулы (20) следует:

∆U_доп ==6200 (В).

Расчетная величина потери напряжения в тяговой сети (∆U_тс), полученная при максимальной расчетной нагрузке на тягу на рассматриваемом электрифицируемом участке при выбранном сечении контактной подвески и заданном типе тяговых рельсов на переменном токе:

, (21)

где z’_тс – погонное эквивалентное кажущееся сопротивление тяговой сети (контактной сети и рельсов переменному току с учетом влияния выпрямительного устройства электровоза (Ом/км). Для двухпутных участков при параллельном соединении проводов в зависимости от типа подвески и типа рельсов определяется по таблице 14 из источника [1], Z^’_TC =0,48 Ом/км ;

c’,с” – коэффициенты, учитывающие схему питания участка. При схеме двустороннего питания при полном параллельном соединении подвесок путей c’=8, с”=1;

∑t₀ – суммарное время занятия фидерной зоны максимальным расчетным числом поездов N₀ за сутки в часах:

(22)

Из формулы (22) следует:

.

Из формулы (21) следует:

.

Так как ∆U_тс= 3178,43 В <∆U_доп = 6200 В, то сечение (тип) контактной подвески ПБСМ-70+МФ-100+А-185 отвечает требованию допустимой потери напряжения и выбран окончательно.

1.3 Определение длин пролетов по номограммам

От длины пролётов между опорами зависит число опор и поддерживающих конструкций и, как следствие, строительная стоимость контактной сети. В связи с этим из экономических соображений длины пролётов должны быть приняты возможно большими.

Номограммы позволяют определить максимальные допустимые длины пролётов для подвесок разных типов в режиме максимального ветра и в режиме гололёда с ветром для прямых и кривых участков пути.

Номограмма, по которым определена максимально допустимые длины пролётов на проектируемом участке, взяты из источника [2] приложение 12.

По результатам расчетов принимают меньшую из двух найденных длин

пролетов для двух расчетных режимов.

На сновании данных номограмм рассчитаны следующие длины пролетов:

1. На прямом участке с ġ0":

• В режиме максимального ветра l_max1 = 60 м.;

• В режиме ветра с гололедом l_max2 = ∞.

Т.к. l_max1 < l_max2, выбирается наименьшая длина пролета равная 60 м.

2. На насыпи высотой более 5 м.:

• В режиме максимального ветра l_max1 = 45 м.;

• В режиме ветра с гололедом l_max2 = 85 м.

Т.к. l_max1 < l_max2, выбирается наименьшая длина пролета равная 45 м.

3. В выемке глубиной более 6 м.:

• В режиме максимального ветра l_max1 = 64 м.;

• В режиме ветра с гололедом l_max2 = ∞.

Т.к. l_max1 < l_max2, выбирается наименьшая длина пролета равная 64 м. Однако согласно ПУТЕКС [4] (таблица 2.6.2.), максимальная длина пролета выемки глубиной до 7 м. равна 60 м. Следовательно, длина пролета равна 60 м.

4. В кривой радиусом R₁ = 1850 м.:

• В режиме максимального ветра l_max1 = ∞;

• В режиме ветра с гололедом l_max2 = ∞.

Т.к. l_max1 = l_max2= ∞, то длина пролета выбирается равной 60 м., согласно ПУТЕКС [3] (таблица 2.6.2.).

5. В кривой радиусом R₂ = 350 м.:

• В режиме максимального ветра l_max1 = 40 м.;

• В режиме ветра с гололедом l_max2 = 43,5.

Т.к. l_max1 < l_max2, выбирается наименьшая длина пролета равная 40 м.

Однако согласно ПУТЕКС [4] (таблица 2.6.2.), максимальная длина пролета кривой радиуса от 300 до 500 м. равна 35 м. Следовательно, выбрана длина пролета равная 35 м.

6. В кривой радиусом R₃ = 850 м.:

• В режиме максимального ветра l_max1 = ∞ м.;

• В режиме ветра с гололедом l_max2 = 73 м.

Т.к. l_max1 > l_max2, выбирается наименьшая длина пролета равная 73 м Однако согласно ПУТЕКС [4] (таблица 2.6.2.), максимальная длина пролета кривой радиуса от 800 до 1000 м. равна 45 м. Следовательно, выбрана длина пролета равная 45 м.

Окончательно выбранные длины пролетов с учетом ПУТЕКС [4]:

-Длина пролета на прямом участке с ġ0" = 60 м;

- Длина пролета на насыпи = 45 м;

- Длина пролета в выемке = 60 м;

- Длина пролета в кривой радиуса R1= 60 м;

- Длина пролета в кривой радиуса R2= 35 м;

- Длина пролета в кривой радиуса R3= 45 м.

1.4. Монтажный план перегона

План перегона выполнен на листе миллиметровой бумаги в масштабе 1:2000.

На плане вычерчен искаженный план станции, а также спрямленный план.

На искаженном плане произведена разбивка опор в соответствии выбранным длинам пролетов, нанесены пикетные отметки от 0 до 9, а также вычерчены сооружения согласно заданию дипломного проекта. К сооружениям относятся: два переезда шириной 6 м., железобетонная и каменная труба отверстием 3 м., входной светофор, а также металлический мост длиной 120 м. К рельефам местности вычерченными на плане относятся кривые, выемки и насыпи согласно заданию. Изолирующие сопряжения выполнены в соответствии с нормами указанными в источнике [4, стр. 102, Таблица 5.1.], Так как перегон двухпутный то нумерация сопряжении следующая:

- для сопряжении 1 главного пути нечетные числа;

- для спряжений 2 главного пути четные.

Всего выполнено 12 сопряжений. Все сопряжения т.к. их длина превышает 800 м. выполнены со средней анкеровок, исключением являются 1 и 2 сопряжения их длина меньше 800 м. и поэтому нет необходимости в средней анкеровке, также в местах сопряжений обозначены устройства ОПН. На 49 км. Пикет 8 выполнена нейтральная вставка.

На спрямлённом плане пути нанесены обозначения километров с указанием прямых и кривых участков.

Также на плане вычерчены информационные таблицы,а также справа внизу основная надпись.

1.5. Опорные и поддерживающие конструкции

Опоры контактной сети - конструкции для закрепления поддерживающих и фиксирующих устройств контактной сети, воспринимающие нагрузку от проводов. В зависимости от вида поддерживающего устройства опоры контактной сети разделяют на консольные (с однопутными или двухпутными консолями), стойки жёстких поперечин (одиночные или спаренные), опоры гибких поперечин и фидерные (с кронштейнами только для питающих и отсасывающих проводов). Опоры, на которых отсутствуют поддерживающие, но имеются фиксирующие устройства, называют фиксирующими. Консольные опоры разделяют на промежуточные для крепления одной контактной подвески, переходные, устанавливаемые на сопряжениях анкерных участков,- для крепления двух контактных подвесок и анкерные, воспринимающие усилия от анкеровки проводов. Как правило опоры контактной сети выполняют одновременно несколько функций. Например, опора гибкой поперечины может быть анкерной, на стойках жёсткой поперечины могут быть подвешены консоли. На опоры контактной сети могут закрепляться кронштейны для усиливающих и др. проводов.

К поддерживающим устройствам относятся, конструкции, к которым непосредственно крепятся провода контактной сети и вспомогательные провода, то есть кронштейны, консоли и ригели жестких поперечин.

1.5.1 Определение несущей способности и подбор типовых опор

Для определенияя несущей способности опор и их подбора сначала нужно произвести расчет нагрузок на провода цепной подвески и крутящий момент.

Расчет нагрузок на провода цепной подвески:

Исходные данные для расчетов взяты из Приложения 1,2 и 6 источник [4]:

Распределенная нагрузка несущего троса g _н/т = 0,6 даН/м.;

Распределенная нагрузка контактного провода g _к/п = 0,89 даН/м.;

Распределенная нагрузка струн и зажимов g _стр = 0,05 даН/м.

Рисунок 1 Пример расчетной схемы промежуточной железобетонной конической консольной опоры.

Полная вертикальная нагрузка на трос при отсутствии гололеда:

g _пров = g _н/т + g _к/п + g _стр , (23)

где g _н/т - нагрузка от собственного веса несущего троса, даН/м;

g _к/п - то же, но от контактного провода, даН/м;

g _стр - то же, но от струн и зажимов, даН/м.

Вертикальная нагрузка согласно (23):

g _пров = 0,6 + 0,89 + 0,05 = 1,56 даН/м

Нагрузка на трос от веса гололеда:

g_гт = 0,0009 Пв_т (d + в_т ), даН/м (24)

где в_т - толщина корки гололеда, в_т =15 мм.;

d - диаметр несущего троса ПБСМ - 70, d = 11 мм.

g_гт = 0,0009 3,1410(12,5 + 4,95) = 0,49 даН/м.

Нагрузка от веса гололеда на контактный провод определим, исходя из:

в_к = 0,5 в_т, мм (25)

в_к = 0,5 4,95 = 2,19 мм

Средний расчетный диаметр контактного провода:

(26)

где H - высота сечения провода, H = 11,8 мм (Приложения 1 источник [4]);

А - ширина сечения провода, A = 12,8 мм (Приложения 1 источник [4]).

Диаметр контактного провода согласно (26):

.

Нагрузка на контактный провод от веса гололеда:

g_гк = 0,0009 П * в_к (d_к/п + в_к ), даН/м (27)

g_гк = 0,0009 * 3,14 * 2,5 (12,3 + 2,5) = 2,39 даН/м

Нагрузка от веса гололеда на провода цепной подвески (гололед на струнах не учитываем):

g_г = g_гт + g_гк (28)

g_г = 0,49 + 0,104 = 0,334 даН/м

Полная вертикальная нагрузка на трос при гололеде:

g_пров + g_гк = 1,56 + 2,39=3,95 даН/м.

Определяем погонные нагрузки в даН/м на провода контактной подвески во всех расчетных режимах.

Погонные (распределенные) на нагрузки на провода контактной подвески создаются за счет веса проводов и веса гололеда на проводах ( вертикальные нагрузки ) и за счет действия ветра на провода подвески (горизонтальные нагрузки).

Горизонтальную нагрузку на трос при максимальном ветре по формуле:

(29)

где C_x – аэродинамический коэффициент лобового сопротивления ветру,

C_x = 1,25.

Горизонтальная нагрузка на трос согласно (29):

Горизонтальная нагрузка на трос, покрытый гололедом:

(30)

Горизонтальная нагрузка на трос покрытый гололёдом согласно (30):

Горизонтальную нагрузку на контактный провод при максимальном ветре определяем по формуле:

(31)

Согласно выражению (31):

Нагрузка на контактный провод при гололеде определяется по формуле:

(32)

Согласно выражению (24):

Определяем нормативные нагрузки (усилия), действующие на опору.

Расчет нормативных изгибающих моментов в основании опор, по которым осуществляется подбор опор, выполняется по нормативным нагрузкам.

Определение нормативных нагрузок, действующих на опору, производится отдельно для двух расчетных режимов:

-гололеда с ветром;

-максимального ветра.

Вертикальная нагрузка от веса контактной подвески в даН/м.

Для режима гололеда с ветром:

G_n = ( g + g_г )l + G_из = ( 1,56 + 2,39 )  60 + 40 =277 даН/м, (33)

где ℓ - длина пролета на расчетной кривой ℓ = 50 м;

G_из- вес гирлянды изоляторов, G_из = 30 кг.

Для режимов максимального ветра согласно выражению (33):

G_n = 1,56  60 + 30 = 133,6 даН.

Горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос и контактный провод.

Для режима гололеда с ветром:

Р_т = Р_тг l , даН/м (33)

Р_к = Р_кг l, даН/м

где Р_тг, Р_кг - нагрузка от веса гололёда, даН/м;

l - длина пролёта, м.

Cогласно выражению (33):

Р_т = 0,54  60 = 32,4 даН/м;

Р_к = 0,38  60 = 22,8 даН/м.

Для режима максимального ветра:

Р_T = Р_TUmax  l; даН/м (34)

Р_К = Р_КUmax  l, даН/м

где Р_TUmax ,Р_КUmax- - нагрузка в режиме максимального ветра,даН/м.

Cогласно выражению (34):

Р_т = 0,52  60 = 31,2 даН/м;

Р_К = 0,57  60 = 34,3 даН/м.

Горизонтальная нагрузка от давления ветра на опору.

Для режима гололеда с ветром:

даН/м (35)

где С_х - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления,

С_х = 0,7 для конических опор;

K_U - ветровой коэффициент, K_U = 1,15;

S_on - площадь сечения опоры, S_on = 3,46 м².

Cогласно выражению (83):

Для режима максимального ветра:

(36)

.

Горизонтальная нагрузка от изменения направления (излома) несущего троса на кривой.

Для режима гололеда с ветром:

даН/м (37)

где T_max- нагрузка от веса гололёда, даН/м;

l- длина пролёта, м.

Cогласно выражению (37):

даН/м

Для режима максимального ветра:

даН/м (38)

где K- нагрузка в режиме максимального ветра, даН/м;

l- длина пролёта, м.

Cогласно выражению (38):

даН/м

Прежде тем приступить а расчету изгибающих моментов М₀, удобно итоги расчетов нормативных нагрузок, действующих на опору, свести в таблицу 9.

При этом величины нагрузок следует округлить до целых чисел.

Таблица 1 – Нормативные нагрузки, действующие на опору

Расчетные режимы	Нормативные нагрузки, даН
	Рхиз	Gn	Gкн	Рт	Рк	Роп	Ртиз
Гололед с ветром	20	277	65	33	23	16	32
Максимальный ветер	20	134	85	32	35	137	32

Определение изгибающих моментов М₀ относительно условного обреза фундамента (основания) опоры должно быть выполнено в следующем порядке.

Расчет М₀ опоры, устанавливаемой на внешней стороне кривой.

Принятое направление ветра – к пути.

М₀ = G_n(Г+0,5 d_оп)+G_кнZ_кн+(Р_т +Р^т_из)h_т+(Р_к +Р^т_из)h_к+Р_о h_оп/ 2 10^-2 (39)

где G_n - вертикальная нагрузка от веса контактной подвески, даН/м;

d_оп - диаметр опоры, м;

h_к- - конструктивная высота контактной подвески, м.

Согласно выражению (40):

М₀ =  277(3,5+0,50,44)+601,8 +(33 +32)9+(23+32)7+169,6/210^-2 =23 кН∙м.

Для режима минимальной температуры согласно выражению (40):

М₀ = 134*(3,5+0,5*0,44)+60*1,8+659+857+1379,6/2*10^-2 = 25 кН∙м.

Выбор опоры производиться по наибольшему изгибающему моменту = 25 кН/м. Следовательно выбраны опоры типа СС 108.6 с несущей спосопностью:

- промежуточные второй несущей способности;

- переходные и анкерные третьей несущей способности;

Наибольшее распространение получили железобетонные опоры, при использовании которых значительно снижается расход металла. Все опоры, предназначенные для установки консолей, выполняются конической формы, их диаметр к основанию увеличивается. Такие опоры имеют отверстия для крепления консолей и кронштейнов со специальными изолирующими втулками конической формы, предназначенными для изоляции деталей болтового крепления от арматуры.