Удк 621.331:621.311.4:621.316.9 улучшение характеристик и показателей контактных подвесок, влияющих на качество токосъема, в условиях магистральных электрифицированных железных дорог
На правах рукописи
ХАЛИКОВ Карим Равильевич УДК 621.331:621.311.4:621.316.9 УЛУЧШЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК, ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО ТОКОСЪЕМА, В УСЛОВИЯХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
ОМСК 2013
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образова тельном учреждении высшего профессионального образования «Омский госу дарственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ)».
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор МАСЛОВ Геннадий Петрович.
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор Сидоров Олег Алексеевич.
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор НЕХАЕВ Виктор Алексеевич – профессор кафедры «Теоретическая механи ка», Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС);
кандидат технических наук, доцент БЕЛЯЕВ Павел Владимирович – доцент кафедры «Электрическая техника», Омский государственный технический университет (ОмГТУ).
Ведущая организация:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС)».
Защита диссертации состоится 27 июня 2013 г. в 900 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образо вания «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ)» по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государ ственного университета путей сообщения.
Автореферат разослан 27 мая 2013 г.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печа тью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01.
Тел./факс: (3812) 31-13-44;
e-mail: [email protected]
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор О. А. Сидоров.
© Омский гос. университет путей сообщения,
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. В соответствии со Стратегией разви тия железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г., утвер жденной распоряжением Правительства России № 877-р от 17 июня 2008 г., пла нируется значительное увеличение объема перевозок. Повышение интенсивно сти движения поездов на электрических железных дорогах предъявляет высокие требования к качеству токосъема, особенно в местах контактной сети с повы шенной жесткостью, к которым относятся воздушные стрелки, секционные изоляторы, сопряжения анкерных участков и др.
На железных дорогах России отраслевыми институтами подготовлен проект федеральной целевой программы «Развитие скоростного и высокоско ростного движения пассажирских поездов в России на период 2000 – 2015 гг.».
В соответствии с указанной программой намечена организация к 2015 г. ско ростного пассажирского движения на полигоне с общей протяженностью линий около 8000 км.
Увеличение скоростей движения также снижает надежность, экономич ность и ухудшает экологичность токосъема. Взаимодействию токоприемников и контактных подвесок в указанных выше местах контактной сети, особенно при высоких скоростях движения, уделено достаточно большое внимание. Од нако многие аспекты, такие как неравномерность жесткости в пролетах, осо бенности взаимодействия подвески с несколькими токоприемниками и др., тре буют дальнейшего проведения исследований, что указывает на недостаточную разработанность темы. В связи с этим вопросы обеспечения качества токосъема в указанных местах остаются актуальными.
Цель диссертационной работы – повышение качества токосъема на со пряжениях анкерных участков и в местах установки первых нерессорных струн путем выравнивания жесткости контактной подвески в пролетах за счет ис пользования разработанных компенсирующих упругих устройств.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1) выполнить анализ известных методов расчета механического взаимо действия токоприемников и контактных подвесок, на его основе установить ос новные допущения, принятые при расчетах, и разработать новый метод, учиты вающий особенности взаимодействия токосъемных устройств на участках элек трических железных дорог, содержащих переходные пролеты;
2) получить массивы исходных данных по контактным подвескам и то коприемникам, позволяющие осуществить расчет их взаимодействия;
3) провести теоретические и экспериментальные исследования механиче ского взаимодействия токоприемников и контактных подвесок и сопоставить полученные данные для оценки адекватности разработанного метода;
4) предложить новые технические решения, обеспечивающие повышение качества токосъема на сопряжениях анкерных участков и в местах установки первых нерессорных струн, на их основе разработать конструктивное исполне ние устройств и провести экспериментальные исследования их работы;
5) определить технико-экономическую эффективность принятых техни ческих решений.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на ос нове механики твердых тел при помощи математического моделирования на ЭВМ с использованием пакетов прикладных программ Маtlab и Mathcad. Экс перименты проведены на лабораторных установках, полигоне и действующих участках железных дорог в соответствии с разработанными программами.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) предложен метод расчета механического взаимодействия токосъемных устройств для определения траекторий элементов и функций контактного нажатия двух токоприемников с учетом наличия двух подвесок в переходном пролете;
2) усовершенствована статическая модель подвески с двумя контактными проводами, учитывающая разное высотное положение этих проводов;
3) разработан метод расчета статической жесткости контактных подвесок, основанный на определении неизвестных реакций связей с учетом наличия вер тикальных упругих элементов.
Достоверность научных положений и выводов диссертационной рабо ты обоснована теоретически и подтверждена результатами лабораторных и натурных экспериментов. При сравнении результатов теоретических и экспери ментальных исследований значения критерия Фишера составляют менее 1,2 и не превышают табличных значений для уровня значимости = 0,05.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1) предложенный метод расчета взаимодействия токосъемных устройств позволяет получить зависимости контактного нажатия токоприемников от рас стояния в пролетах с одной и двумя контактными подвесками с учетом волно вых процессов, эффекта приведения, наличия двух токоприемников и верти кальных ограничений перемещения их элементов;
2) усовершенствованная статическая модель подвески может быть ис пользована для определения ее жесткости при разном высотном положении контактных проводов;
3) разработанный метод расчета статической жесткости контактных под весок с учетом вертикальных упругих элементов дает возможность выбрать ра циональные варианты размещения компенсирующих упругих устройств в про летах с одной и двумя контактными подвесками.
Положения, выносимые на защиту:
1) метод расчета механического взаимодействия токосъемных устройств с учетом волновых процессов, эффекта приведения, наличия переходных про летов, двух рабочих токоприемников и вертикальных ограничений перемеще ния их элементов;
2) модель контактной подвески для расчета статических характеристик с учетом разного высотного положения контактных проводов;
3) метод расчета статической жесткости контактных подвесок с учетом наличия вертикальных упругих элементов.
Реализация результатов работы. Образцы разработанных компенсиру ющих устройств переданы в опытную эксплуатацию на Западно-Сибирскую железную дорогу – филиал ОАО «РЖД».
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на V международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2004), всерос сийской научно-технической конференции с международным участием «Ресур сосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005), всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы проектирования и эксплуатации контактных подвесок и токоприемников электрического транспорта» (Омск, 2011), заседа ниях научно-технического семинара кафедры «Электроснабжение железнодо рожного транспорта» ОмГУПСа и научно-теоретического семинара ОмГУПСа (Омск, 2013).
Публикации. Основное содержание работы
опубликовано в восьми пе чатных работах, которые включают в себя шесть статей и один тезис докладов, получен патент РФ на полезную модель. Три статьи опубликованы в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка из наименований и 5 приложений и содержит 160 страниц печатного текста, рисунков, 33 таблицы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, обозначены пути их решения.
В первом разделе выполнен анализ известных методов расчета механи ческого взаимодействия токосъемных устройств и предложен разработанный на его основе новый метод расчета, учитывающий особенности взаимодействия нескольких токоприемников с контактными подвесками на участках электриче ских железных дорог, содержащих переходные пролеты.
Значительный вклад в развитие исследования взаимодействия токопри емников и контактных подвесок внесли отечественные ученые профессора И. И. Власов, В. А. Вологин, А. Г. Галкин, А. Т. Демченко, А. В. Ефимов, В. Н. Ли, Г. Г. Марквардт, Г. П. Маслов, В. П. Михеев, В. А. Нехаев, В. А. Плакс, Л. Н. Решетов, О. А. Сидоров, А. Т. Тибилов, кандидаты наук И. А. Беляев, А. В. Фрайфельд, В. М. Павлов, А. Н. Смердин, С. В. Заренков, А. С. Голубков, Н. В. Миронос и др., а также – зарубежные исследователи И. А. Бейн, Р. Г. Готорп, Ф. Кислинг, И.1Кумезава, С. Леви, Е. И. Леклерк, Р. Майзингер, Г. Ниблер, М..Сибата, А. Стенссон, У. Реш, В. Фишер и др.
В настоящее время существуют различные методы расчета механическо го взаимодействия токосъемных устройств. Однако набор методов расчета в переходных пролетах сопряжений анкерных участков ограничен, и они не учи тывают наличия нескольких токоприемников.
В связи с этим разработан новый метод расчета механического взаимодей ствия токосъемных устройств. Основным допущением предлагаемого метода является сохранение характера динамических возмущений, возникающих в контактной подвеске от движущегося токоприемника, при рассмотрении их в подвижной системе координат с точностью до постоянного множителя.
Модель динамического взаимодействия двух токоприемников с контакт ными подвесками на участках электрических железных дорог с переходными пролетами представлена на рис. 1. Траектории верхнего и нижнего узлов каж дого из токоприемников определяются решением системы из четырех нелиней ных дифференциальных уравнений с четырьмя неизвестными:
Н р1 f р1 H р1, H р1, H л1, H л1 ;
Н л1 f л1 H р1, H р1, H л1, H л1, H л 2, H л 2 ;
(1) H р2 f р2 H р 2, H р 2, H л 2, H л 2 ;
Hл2 f л 2 H р 2, H р 2, H л1, H л1, H л 2, H л 2, где f р i H р i, H р i, H л i, H л i rp i H р i hоснi wp i sign H р i hоснi ж к i (hко i H р i ) Рвр i Рр i / mр i ;
rк i H л i H рi wк i sign H л i H рi H лi 2 fлi H рi, H рi, H лi, H лi, H л I, H л I j ( H л k )mсKk ( j ) k1j 2 2 2 j ( H л k )mсkk ( j ) mл k sign 1 2 i q j ( H л I )mсQI ( j ) j1 q1 j k 2 ж с qk ( j ) ( H кас k ( j ) H л k ) rc qk ( j ) H л k 1 i q mлQ j (H л k ) j 1k ж к q (hко q H р q ) rк q H л q wк q sign H л q Рвл q ;
Hлq Hрq Hрq 1, H л i H кас i ( j ) ;
I = | i – 2| + 1;
K = | k – 2| + 1;
Q = | q – 2| + 1;
j (Hлi ) 0, H л i H кас i ( j ) ;
Hр.i, Hл.i – высотное положение нижнего и верхнего узлов i-го токоприемни ка соответственно, м;
hосн.i – отклонение основания i-го токоприемника в верти кальном направлении от положения статического равновесия, м;
mл.i, mр.i – при веденные массы полоза и системы подвижных рам i-го токоприемника, кг;
жк.i – жесткость верхнего узла i-го токоприемника, Н/м;
rр.i, rк.i – коэффициенты вяз кого трения в рамах и каретках i-го токоприемника, Нс/м;
wp.i, wк.i – силы сухого трения в рамах и каретках i-го токоприемника, Н;
hкo.i – ход кареток i-го токо приемника при полной разгрузке, м;
Рвл.i, Рвр.i, Рр.i – силы аэродинамического воздействия на полоз и рамы i-го токоприемника и его статического нажатия, Н;
H кас i j – высотное положение j-й контактной подвески в точке нахождения i-го токоприемника при отсутствии нажатия, м;
mс ij ( k ), ж с ij ( k ), rс ij ( k ) – масса, жесткость и коэффициент вязкого трения k-й подвески, обусловленные влияни ем j-го токоприемника, приведенные к точке контакта с i-м токоприемником, соответственно в кг, Н/м, Нс/м. hосн.i и H касi j задаются функциями от време ни: hосн2 t t lтк12 v, где lтк.ij – рассто hосн1 t lтк12 v, H кас 2 t H кас j j яние между i-м и j-м токоприемниками, м;
v – скорость движения электропо движного состава, м/с;
t – время движения, с.
rс12(2) rс11(1) rс12(1) rс11(2) rс21(2) rс22(1) rс21(1) rс22(2) жс12(2) жс21(2) жс11(1) жс12(1) жс11(2) жс22(1) жс21(1) жс22(2) mс11(1) mс12(1) mс11(2) mс12(2) mс22(1) mс21(1) mс22(2) mс21(2) Hл1 Hл1- Hл2 Hл2- Hл1 Hкас1(1) Pкт Hл2- Pкт1 Hл1 Hкас1(1) Hкас2(2) Hкас2(1) Hкас1(2) Hл2 Hкас2(1) Hкас1(2) mс21(1) Hкас2(2) mс11(1) mс12(1) mс22(1) mс11(2) mс21(2) mс12(2) mс22(2) v Pвл1 Pвл Pкт1 Pкт mл1 mл жк1 жк hк1 hк Pвр wк1 wк Pвр1 rк1 rк Hл.раб.max1 + Hл.раб.max2 + + Hосн1 + Hосн mр1 mр Hл Hл wр1 wр Pр2 rр Pр1 rр Hр Hр hосн hосн УГР lтк Рис. 1. Динамическая модель взаимодействия двух токоприемников с контактными подвесками в переходном пролете Полученное решение должно удовлетворять условиям ограничения вер тикальных перемещений элементов токоприемников: Н л i Н р i ;
Н л i Н р i hк i ;
hоснi, где hк.i – ход кареток i-го токоприемника в собран Нлi Н л раб max i H оснi ном виде, м;
Н л раб max i – максимальная рабочая высота полоза i-го токоприемни ка относительно его основания, м;
Hосн.i – высота основания i-го токоприемника относительно уровня головки рельса (УГР) в положении статического равнове сия, м. Контактное нажатие i-го токоприемника определяется по выражению:
жк i (hко i H р i ) Pвлi. (2) Pкт i mлi H лi rк i H лi H рi wк i sign H лi H рi H лi Значения mс.ij(k), жс.ij(k), rс.ij(k) можно вычислить с помощью формул:
;
(3) mсij ( k ) mij ( k ) kмiI ( k ) mIj ( k ) kм jJ ( k ) miJ ( k ) kмiI ( k ) mIJ ( k ) 1 kм12( k ) kм21( k ) ;
(4) rс ij ( k ) rij ( k ) kмiI ( k ) rIj ( k ) kм jJ ( k ) riJ ( k ) kмiI ( k ) rIJ ( k ) 1 kм12( k ) kм21( k ) жсij ( k ) сij ( k ) kмiI ( k ) сIj ( k ) kм jJ ( k ) сiJ ( k ) kмiI ( k ) сIJ ( k ) 1 kм12( k ) kм21( k ), (5) где J = | j – 2| + 1.
Значения mij(k), rij(k), cij(k) и kм.ij(k) определяются следующим образом:
mij ( k ) (t ) mc расп( k ) ( vt ) i(k ) ( ) j (k ) ( )d, (6) где mс.расп(k) – распределенная масса k-й контактной подвески, кг/м;
= x – vt;
x – расстояние, пройденное токоприемником, м;
i(k) – функция, задающая форму бегущей волны в k-й подвеске, вызванной нажатием i-го токоприемника.
d rij ( k ) (t ) rc расп( k ) ( vt ) i(k ) ( ) j (k ) ( )d mij ( k ) (t ), (7) dt где rс.расп(k) – коэффициент распределенного вязкого трения k-й подвески, Нс/м2.
) ж c расп( k ) ( vt ) i(k ) ( ) j(k ) ( ) cij ( k ) (t ) EJ ( k ) i(k ) ( ) j(k ) ( v 2 mc расп( k ) ( (8) K( k ) vt ) i(k ) ( ) j(k ) ( ) i(k ) ( ) j(k ) ( ) d i(k ) ( ) j(k ) ( ) v rc расп( k ) ( vt ) 0,5 mc расп( k ) ( vt ) d, dt где EJ(k), K(k), жс.расп(k) – изгибная жесткость, натяжение контактных проводов и распределенная жесткость k-й подвески соответственно в Нм2, Н, Н/м2.
kм.ij(k) = i(k)(– lтк1j). (9) Используя предлагаемый метод, можно определить траектории элементов токоприемников и значения их контактного нажатия на участках с переходны ми пролетами с учетом волновых процессов, эффекта приведения и вертикаль ных ограничений перемещения элементов токоприемников.
Второй раздел посвящен расчетам взаимодействия токоприемников и контактных подвесок. Исходные данные, позволяющие осуществить расчет предложенным методом, получены в результате экспериментальных исследо ваний в лабораторных условиях, которые включали в себя определение соб ственной жесткости и коэффициентов эквивалентного вязкого трения контакт ных проводов МФ, Bz, ПКСА различных сечений на созданном с участием авто ра стенде, а также значений продольного момента инерции полозов токоприем ников, необходимых для учета эффекта приведения.
Для оценки адекватности предложенного метода осуществлено сопостав ление результатов теоретических и экспериментальных исследований взаимо действия токосъемных устройств по критерию Фишера. Эксперименты прово дились в лабораторных и эксплуатационных условиях.
Результаты лабораторных исследований получены при проведении экспе римента на колебательном стенде ОмГУПСа (рис. 2, а). Результаты эксплуата ционных исследований получены при проведении испытаний на Западно Сибирской железной дороге с участием автора. Кроме этого использовались опубликованные данные, полученные при проведении экспериментов на Ок тябрьской железной дороге коллективом научных сотрудников ВНИИЖТа и ОмГУПСа (рис. 2, б). Значения критерия Фишера при сравнении результатов теоретических и экспериментальных исследований составляют менее 1,2 и не превышают табличных значений для уровня значимости = 0,05, расхождение результатов составляет порядка 9 %, что свидетельствует об адекватности пред ложенного расчетного метода условиям взаимодействия токосъемных устройств.
а б Рис. 2. Сравнение результатов расчета и эксперимента В третьем разделе рассмотрены схемы предлагаемых компенсирующих упругих устройств и их влияние на статическую жесткость в пролетах с одной и двумя контактными подвесками.
Для обеспечения надежного и экономичного токосъема в условиях по вышения скоростей движения необходимо, чтобы коэффициент непостоянства жесткости, определяемый как отношение максимальной жесткости в пролете к минимальной, был близок к единице. Это может быть достигнуто выравнива нием жесткости в пролете посредством установки компенсирующих упругих устройств. Предлагаемые устройства (рис. 3) содержат струновые зажимы 2 и 3, жестко закрепленные на несущем тросе 1 и фиксирующие направляющую планку 4 со струновым зажимом скользящего типа 5. В вертикальное отверстие 7 кожуха 11 проходит тяга с ушком 6, прикрепленная к монтажным выступам зажима 5. Крышка кожуха 11 опирается на пружину 8 на тяге 6, закрепленную гайкой 9 и шайбой 10 и закрытую кожухом 11. Струны 12 и 13 крепятся одним концом к кольцу кожуха 11, другим концом с помощью струновых зажимов и 15 либо к контактному проводу 16 (одинарному или двойному) в случае про лета с одной подвеской, либо к расположенным на разной высоте друг относи тельно друга контактным проводам 16 и 17 в случае переходного пролета. На предлагаемые устройства получен патент на полезную модель.
1 7 4 5 2 3 6 8 11 10 9 14 16 а б Рис. 3. Предлагаемые устройства для выравнивания жесткости в пролете с одной подвеской (а) и в переходном пролете (б) Для оценки эффекта от применения компенсирующих упругих устройств разработан метод расчета статической жесткости контактных подвесок, осно ванный на определении неизвестных реакций связей в струнах с учетом нали чия вертикальных упругих элементов. В предлагаемой расчетной схеме участка контактной подвески длиной l (рис. 4) контактные провода, несущий и рессор ные тросы представлены стержнями с натяжениями К1, К2, Т, Н1, Н2, …, НNо, собственными жесткостями EJ1кп, EJ2кп, EJнт, EJрт1, EJрт2, …, EJртNо и погонными нагрузками q1кп, q2кп, qнт, qрт1, qрт2, …, qртNо соответственно, где No – число неиз вестных реакций опор на рассматриваемом участке. Все вертикальные элемен ты контактной подвески (струны, фиксаторы, компенсирующие устройства и др.) представлены в виде систем из трех соединенных друг с другом линейных пружин с жесткостями Жj, ж2j-1 и ж2j, на провода и тросы действуют нагрузки от веса P1, P2, …, P4N и F1, F2, …, F4N, где j – порядковый номер элемента, N – суммарное количество вертикальных элементов на участке. Приравнивая жест кости пружин к бесконечности, а весовые нагрузки и реакции точек крепления – к нулю, можно задать тот или иной тип вертикального элемента подвески.
i–1 i – l lk lk li k=1 k= aрт2(i-1) aрт1(i-1) aрт1i aрт2i R0i R0(i-1) QP (x,k) = Q4(x-1)+k - Q4(x-1)+k T qнт T......
......
R1(i-1) R2(i-1) Nо R2i R1i QF (x) Q4(j-1)+k+ QF (N) QF (No+1) R1i Жj x= R1(i-1) R2(i-1) R2i k= H(i-1) Hi + F4(j-1)+k k= H(i-1) QF (x)= Q4(x-1)+k+ Hi Pт1+Pт2=Pт...... qрт(i-1) q...... ртi k= ж2j QF (n) QF (m) ж2j- F4(x-1)+k + QP (N,1) k= Q4(j-2)+ QP (m,3) QP (N,3) QP (n,1) Q4(j-2)+ QP (No+1,1) QP (m,1) QP (i,1)+ QP (i-1,1)+ QP (n,3) q1кп...... +QP (i-1,3)...
QP (No+1,3)...+QP (i,3)......
K1 K Pт QP (m,4) QP (N,2) QP (n,2) P4(j-2)+2 P4(j-2)+ QP (No+1,2) QP (i,2)+ QP (m,2) QP (i-1,2)+ QP (n,4) QP (N,4)...... +QP (i-1,4)... Q4(j-2)+2 Q4(j-2)+4...+QP (i,4)...
QP (No+1,4)...
K2 K xт Pт2 q2кп P4(j-2)+2 P4(j-2)+ l Рис. 4. Расчетная схема участка контактной подвески Жесткость контактной подвески в точке xт определится как ж с ( xт ) Pт uк.п0 ( xт ) uк.п ( xт ), где Pт – сила нажатия токоприемника, Н;
uк.п0 ( x ), uк.п ( x ) – высотные положения подвески при отсутствии и наличии нажатия то коприемника соответственно, м.
Необходимые для нахождения uк.п ( xт ) реакции вертикальных элементов контактной подвески Q1, Q2,, Q4 N, точек крепления рессорного троса к несу щему R11, R12,, R2 No и опор R01, R02,, R0 No, а также силы, R1No, R21, R22, нажатия токоприемника на каждый из контактных проводов подвески Pт1 и Pт определяются исходя из того, что провода после приложения нагрузки прини мают равные высотные положения. Если в результате решения значение нажа тия на верхний провод оказывается отрицательным, оно приравнивается к ну лю, условие о равенстве контактных проводов по высоте отменяется, и все не известные реакции рассчитываются при нажатии только на нижний провод.
Используя предлагаемый метод, можно определить статическую жест кость контактных подвесок с учетом наличия вертикальных упругих элементов и разного высотного положения контактных проводов.
Четвертый раздел посвящен теоретическим и экспериментальным ис следованиям качества токосъема при установке компенсирующих упругих устройств в пролетах с одной и двумя контактными подвесками. По результа там теоретических исследований можно утверждать, что установка компенси рующих упругих устройств приводит к снижению размаха колебаний контакт ного нажатия токоприемников на 15 – 20 % при скорости движения 200 км/ч в пролетах с одной (рис. 5, а) и двумя (рис. 5, б) контактными подвесками.
а б Рис. 5. Влияние компенсирующих упругих устройств на качество токосъема Результаты экспериментальных исследований (рис. 6, а) на полигоне дей ствующей железнодорожной техники ОмГУПСа подтвердили целесообразность применения предлагаемого устройства в пролетах с одной подвеской. Установка компенсирующего упругого устройства в месте расположения первой нерессор ной струны позволила снизить жесткость подвески в этой точке (кривая 3) на 15.% по сравнению с типовым вариантом (кривая 1) и на 12 % по сравнению с вариантом установки упругого элемента в первой нерессорной струне (кривая 2).
Экспериментальное исследование эффекта от установки компенсирую щих устройств на сопряжениях анкерных участков проводилось на полигоне ст. Омск для трех вариантов (рис. 7, а): типовой переходный пролет (кривая 1), переходный пролет с монтажом контактных проводов «вразбежку» (кривая 2), переходный пролет с монтажом проводов «вразбежку» и компенсирующим упругим элементом (кривая 3). Установлено, что использование предлагаемого устройства на сопряжениях анкерных участков приводит к снижению жесткос ти в середине пролета на 20 % по сравнению с типовым вариантом.
Значения критерия Фишера при сравнении результатов теоретических и экспериментальных исследований влияния предлагаемого устройства на стати ческую жесткость контактных подвесок (рис. 6, б и 7, б) не превышают таблич ных значений для уровня значимости = 0,05.
а б Рис. 6. Изменение жесткости подвески под первой нерессорной струной а б Рис. 7. Изменение жесткости подвески в середине пролета Экономический эффект от внедрения предлагаемых компенсирующих устройств достигается за счет снижения износа контактирующих поверхностей при взаимодействии подвесок с токоприемниками. Чистый дисконтированный доход определялся на примере Омского региона Западно-Сибирской железной дороги и составил 730 тыс. р. на один регион за пять лет.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Выполнен анализ известных методов расчета механического взаимо действия токоприемников и контактных подвесок, на основании которого уста новлено, что определение траекторий токоприемников и функций их контакт ного нажатия проводится без одновременного учета волновых процессов, эф фекта приведения, наличия переходных пролетов, двух рабочих токоприем ников и вертикальных ограничений перемещения их элементов, в связи с чем разработан новый метод, учитывающий указанные факторы.
2. Получены массивы исходных данных по контактным подвескам, пред ставляющие собой зависимости сосредоточенных параметров от скорости дви жения электроподвижного состава, характеризующих массу, жесткость и вязкое трение подвесок.
3. Выполнены расчеты и проведены экспериментальные исследования вза имодействия контактных подвесок с токоприемниками. Сравнение теоретиче ских и экспериментальных данных показало, что значения критерия Фишера со ставляют менее 1,2 и не превышают табличных значений для уровня значимости = 0,05, расхождение результатов составляет порядка 9 %, что свидетельствует об адекватности предложенного расчетного метода условиям взаимодействия токосъемных устройств.
4. Предложено для выравнивания жесткости контактных подвесок уста навливать компенсирующие упругие устройства в пролетах с одной контактной подвеской в местах расположения первых нерессорных струн, а также в сере дине переходных пролетов на сопряжениях анкерных участков, что приводит к снижению жесткости на 15 и 20 % соответственно.
5..Определена технико-экономическая эффективность использования компенсирующих упругих устройств на сопряжениях анкерных участков, чи стый дисконтированный доход за пять лет на примере Омского региона Запад но-Сибирской железной дороги составляет 730 тыс. р.
Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Х а л и к о в К. Р. Особенности взаимодействия двух токоприемников с контактными подвесками в переходных пролетах сопряжений анкерных участ ков электрических железных дорог / К. Р. Х а л и к о в // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2008. № 2. С. 269 – 272.
2. Х а л и к о в К. Р. Метод расчета взаимодействия контактных подвесок с несколькими токоприемниками при их одновременной работе / К. Р. Х а л и к о в // Омский научный вестник. Сер. «Приборы, машины и технологии». 2011.
№ 3 (103). С. 178 – 181.
3. Х а л и к о в К. Р. Выравнивание жесткости контактной подвески в про летах анкерного участка / К. Р. Х а л и к о в // Известия Транссиба. 2012. №. (12). С. 58 – 69.
4. А б д у л и н Э. Р. Стенд для определения характеристик контактных подвесок, смоделированный в виде системы цепей при движении «жесткого» токоприемника / Э. Р. А б д у л и н, К. Р. Х а л и к о в // Динамика систем, меха низмов и машин: Материалы междунар. науч.-техн. конф. / Омский гос. техн.
ун-т. Омск, 2004. Кн. 1. С. 418 – 421.
5. М а с л о в Г. П. Улучшение характеристик контактных подвесок маги стральных электрических железных дорог / Г. П. М а с л о в, К. Р. Х а л и к о в, Э. Р. А б д у л и н // Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте: Материалы всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. Крас ноярск: Гротеск, 2005. Т. 1. С. 151 – 156.
6. Х а л и к о в К. Р. Колебательный стенд для исследования взаимодей ствия токоприемника и контактной подвески / К. Р. Х а л и к о в // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. аспирантов и студентов ун-та / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006. С. 63 – 67.
7. Пат. RU 55696 U1 Россия, МПК B60М 1/22. Устройство подвески контактного провода в переходном пролете контактной сети / Г. П. М а с л о в, К. Р. Х а л и к о в (Россия). – 2005119569/22;
Заявлено 23.06.2005;
Опубл.
27.08.2006. Бюл. № 24.
8. Х а л и к о в К. Р. Исследование взаимодействия токоприемников и контактных подвесок на сопряжениях анкерных участков при установке ком пенсирующих упругих устройств / К. Р. Х а л и к о в // Актуальные проблемы проектирования и эксплуатации контактных подвесок и токоприемников элек трического транспорта: Сб. науч. ст. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. С. 133 – 142.
Типография ОмГУПСа. 2013. Тираж 100 экз. Заказ.
644046, г. Омск, пр. Маркса,