Повышение эффективности эксплуатации контактной сети за счет совершенствования узлов крепления консолей к опорам тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Лукьянова Олеся Андреевна

• Лукьянова Олеся Андреевна
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Лукьянова Олеся Андреевна

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСОЛЕЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

1.1 Факторы, влияющие на параметры контактной сети

1.2 Анализ консолей контактной сети

1.3 Требования к конструкциям консолей контактной сети

1.4 Влияние поддерживающих устройств на качество токосъема

1.5 Анализ элементов крепления консолей

1.6 Выводы

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК ОТ КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ КОНСОЛЕЙ

2.1 Влияние натяжения проводов контактной подвески на качество токосъема

2.2 Анализ методов расчета изменения натяжения проводов контактных подвесок

2.3 Совершенствование метода расчета натяжения проводов с учетом трения в узлах крепления консоли

2.4 Исследование влияния сил трения в узлах крепления консоли на натяжение несущего троса

2.5 Оценка адекватности усовершенствованного метода расчета натяжения несущего троса по длине анкерного участка

2.6 Выводы

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМПЕНСИРОВАННОЙ КОНТАКТНОЙ ПОДВЕСКИ С УЧЕТОМ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

3.1 Анализ условий эксплуатации и методов испытаний консолей

3.2 Методика определения параметров контактной подвески с учетом условий

эксплуатации консолей

3.3 Результаты исследований влияния условий эксплуатации консолей на их работу и параметры контактной подвески

3.4 Выводы

4 ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ КОНСОЛЕЙ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

4.1 Устройство крепления консоли к опоре

4.2 Модернизация узла крепления консоли

4.3 Диагностика положения консолей

4.4 Выводы

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ УСТРОЙСТВ КРЕПЛЕНИЯ КОНСОЛИ

5.1 Экономическая эффективность устройства крепления консоли

5.2 Техническая эффективность модернизированных узлов крепления

5.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А Результаты теоретических исследований изменения натяжения проводов контактной подвески с учетом трения в узлах

крепления консолей

Приложение Б Результаты экспериментальных исследований влияния

условий эксплуатации консолей на силу трения в узлах их крепления

Приложение В Документы, подтверждающие новизну технических

разработок

Приложение Г Документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности эксплуатации контактной сети за счет совершенствования узлов крепления консолей к опорам»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г.», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008 г. № 877-р, основное внимание уделено дальнейшей электрификации Российских железных дорог, реализации высокоскоростного движения. Повышение скоростей движения на железнодорожных магистралях предъявляет жесткие требования к поддерживающим конструкциям контактной сети, а также к параметрам и показателям подвески. Программой предусмотрены замена и модернизация оборудования хозяйства электроснабжения на 50,9 тыс. км развернутой длины контактной сети, использование современных материалов и конструкций. Одной из основных задач является разработка и производство новых технических решений для скоростных и высокоскоростных магистралей, применение которых позволит сократить удельные затраты на обслуживание инфраструктуры железнодорожного транспорта на 25 - 30 %. Переход на скоростное и высокоскоростное движение сопровождается заменой полукомпенсированных контактных подвесок на компенсированные, при этом изменяются режимы работы консоли, конструкция которых должна обеспечивать их поворот вдоль оси пути. Изменение натяжения несущего троса по длине анкерного участка представляет собой один из основных показателей, оказывающий влияние на статические и динамические параметры контактной подвески, такие как стрелы провеса ее проводов, неравномерность эластичности, скорость распространения поперечной волны вдоль контактного провода, коэффициенты отражения, усиления, Доплера и др. Величина отклонения натяжения несущего троса от его номинального значения определяет длину пролета и анкерного участка контактной сети. Наличие сухого трения в узлах крепления консолей, а также факторов, связанных с эксплуатацией контактной сети, таких, как наклон опор, перепад температур окружающей среды, постоянные и временные нагрузки от гололеда и ветрового воздействия и др., оказывают отрицательное влияние на натяжение проводов и тросов контактной подвески и другие ее параметры. В

опорном парке ОАО «РЖД» насчитывается 147406 железобетонных опор (из них 44% со сроком службы более 40 лет) и 18855 металлических опор (из них 81% со сроком службы более 40 лет). Опоры ввиду значительного срока службы, сложных климатических и геодезических условий эксплуатации имеют недопустимый наклон, при этом ежегодный план по выравниванию опор не превышает 15% от общего количества. Таким образом, участки контактной сети с опорно-поддерживающими конструкциями, положение которых не соответствует нормативным требованиям, не обеспечивают параметры и показатели, установленные при их проектировании.

Степень разработанности темы исследования. Теоретическими и экспериментальными исследованиями в области контактных подвесок и токосъема занимались И. А. Беляев, Ю. Е. Березин, В. Я. Берент, Н. В. Боковой, Г. Н. Брод, И. И. Власов, В. А. Вологин, А. Г. Галкин, А. С. Голубков, Ю. И. Горошков, В. Л. Григорьев, А. И. Гуков, А. В. Ефимов, С. В. Заренков, Ф. Кислинг,

A. А. Кудрявцев, В. А. Кудряшов, В. Н. Ли, В. А. Нехаев, Ц. Х. Надгериев, К. Г. Марквардт, Г. П. Маслов, В. П. Михеев, В. М. Павлов, А. В. Плакс,

B. И. Подольский, Л. Н. Решетов, В. И. Себелев, С. М. Сердинов, О. А. Сидоров, А. Н. Смердин, Д. К. Томлянович, П. Г. Тюрнин, А. В. Фрайфельд, Ю. В. Флинк, А. Шмидер, В. П. Шурыгин, В. Н. Яковлев и др. Результаты их работ направлены на повышение качества токосъема и улучшение параметров контактных подвесок, однако в них не было рассмотрено влияние трения в узлах крепления консолей на статические и динамические параметры контактной сети, а также не было оценено воздействие эксплуатационных факторов на работу консолей.

Данные по техническому состоянию и отказам в эксплуатации устройств контактной сети показывают, что сохраняется высокий процент опорно -поддерживающих конструкций, положение которых относительно оси пути не соответствует нормативным требованиям. Это приводит к разрегулировке проводов контактной подвески и снижению качества токосъема.

Для обеспечения нормативных значений параметров контактной сети с целью повышения надежности ее работы и эффективности эксплуатации необходи-

мо усовершенствовать технические устройства, позволяющие регулировать пространственное положение проводов и тросов контактной подвески относительно оси пути.

Цель диссертационной работы - улучшение эксплуатационных показателей контактной сети за счет снижения сил трения в узлах крепления консолей к опорам.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:

усовершенствовать метод расчета изменения натяжения несущего троса контактной подвески с учетом сил, действующих в узлах крепления консоли;

разработать методику определения параметров контактной подвески с учетом факторов, влияющих на консоли в условиях эксплуатации контактной сети и выполнить экспериментальную проверку степени влияния различных факторов на силу трения в узлах крепления консоли;

предложить новые конструкции элементов крепления консолей к опорам контактной сети.

Объекты исследования - контактная сеть и ее устройства. Области исследования - улучшение эксплуатационных показателей устройств электроснабжения; устройства, снижающие износ контактного провода и обеспечивающие повышение скоростей движения поездов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: сформирована математическая модель консоли контактной сети, учитывающая особенности конструкции консоли и силы трения в узлах ее крепления при вертикальной и наклоненной опоре, эксплуатируемых в условиях скоростного и высокоскоростного движения;

усовершенствован метод расчета изменения натяжения несущего троса компенсированной контактной подвески, отличающийся тем, что в нем учитываются силы, действующие в узлах крепления консоли в различных условиях эксплуатации контактной сети;

разработана методика определения параметров компенсированной контактной подвески, учитывающая влияние конструкции консолей и узлов крепления, расположение их на опоре, затяжку гаек на осях вращения, наклон опоры, температуру окружающей среды.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Сформированная математическая модель консоли контактной сети позволяет определить силы трения в узлах ее крепления к опоре и учесть их в расчете изменения натяжения несущего троса в анкерном участке, что позволит повысить точность расчета других статических и динамических параметров контактной подвески.

Усовершенствованный метод расчета изменения натяжения несущего троса контактной подвески позволяет учесть силы, действующие на консоли и узлы их крепления различного типа, применяемых на магистральных железнодорожных линиях со скоростным и высокоскоростным движением.

Разработанная методика определения параметров компенсированной контактной подвески позволяет оценить влияние на них различных факторов, при этом на основе результатов исследования возможно произвести регулировку пространственного положения проводов и тросов контактной подвески с целью выравнивания натяжения и уменьшения износа контактных проводов.

Разработанное устройство крепления консоли позволяет производить регулировку ее в пространстве без выравнивания опоры, а также компенсировать отклонение опоры от вертикального положения в направлении от и вдоль оси пути.

Разработанная конструкция узла крепления консоли к опоре позволяет снизить влияние трения на параметры контактной подвески по сравнению с используемыми в эксплуатации узлами крепления, уменьшить износ в парах вращения ось-петля узлов крепления.

Методология и методы исследования. При решении поставленных задач теоретические и экспериментальные исследования проведены на основе методов системного подхода, положений теории расчета параметров контактной сети, математического моделирования с применением программных продуктов на ЭВМ.

Экспериментальные исследования проводились на разработанных лабораторных установках и действующем участке электрифицированной железной дороги.

Основные положения, выносимые на защиту:

- математическая модель консоли контактной сети, позволяющая определить силы трения в узлах крепления консоли при вертикальной и наклоненной опоре;

- усовершенствованный метод расчета изменения натяжения несущего троса с учетом сил, действующих на консоли и узлы их крепления к опоре в различных условиях эксплуатации контактной сети;

- методика определения параметров компенсированной контактной подвески в условиях повышения скоростей движения.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты практических и теоретических исследований приняты к использованию в ЭЧ-2 Омской дистанции электроснабжения Западно-Сибирской дирекции по энергообеспечению - структурном подразделении Трансэнерго - филиала ОАО «Российские железные дороги», а также в организациях АО «Универсал - контактные сети» г. Санкт-Петербург и ООО «Транскомплектэнерго» г. Новосибирск.

Степень достоверности научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами лабораторных исследований, а также сходимостью теоретических и экспериментальных данных. Расхождение результатов теоретических исследований изменения натяжения по длине анкерного участка для КС-160-3 с экспериментальными данными не превысило 5%.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях различного уровня: международная научно-практическая конференция «Моделирование. Теория, методы и средства» (НПИ, Новочеркасск, 2011); межвузовскaя нaучно-прaктическaя конференция «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (ИрГУПС, Иркутск, 2011); международный симпозиум ^Итш^И) «Прорывные технологии электрического транспорта» (ПГУПС, Санкт-Петербург,

2017); международная научно-практическая конференция «Фундаментальные исследования, методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике» (НПИ, Новочеркасск, 2018); научная конференция с международным участием «Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности, транспорте» (ОмГУПС, Омск, 2019); международная научно-практическая конференция «ADVANCED SCIENCE» (МНЦС «Наука и Просвещение», Пенза, 2019); на заседании кафедры «Электроснабжение железно дорожного транспорта» Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС, Омск, 2018).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе пять статей из перечня изданий, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науке РФ, один патент РФ на изобретение, три патента РФ на полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и четырех приложений. Содержание изложено на 173 страницах и включает в себя 74 таблицы и 88 рисунков, библиографический список содержит 11 9 наименований.

1 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСОЛЕЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

На эксплуатационные показатели контактной сети электрифицированных железных дорог существенное влияние оказывает состояние ее элементов: опор, узлов изоляции, контактной подвески, устройств коммутации и защиты. Одними из них являются и поддерживающие конструкции.

1.1 Факторы, влияющие на параметры контактной сети

В обеспечении электрической энергией на электрифицированных железных дорогах электроподвижного состава (ЭПС) существенная роль отводится контактной сети [1, 2].

Эта техническая система является восстанавливаемой, обслуживаемой, приспособленной к длительной эксплуатации и состоит из восстанавливаемых и невосстанавливаемых элементов. Особенностью системы является последовательное соединение элементов в ней. Отказ системы возникает при отказе любого из ее элементов (рисунок 1.1) [3, 4].

Элементы системы - часть системы, состоящая из отдельных устройств, конструкций, аппаратов, узлов и деталей контактной сети или их совокупности [5, 6]. Основным элементом контактной сети целесообразно принять анкерный участок, т. к. он является ее характерной частью, имеет в большинстве случаев одинаковую конструкцию при заданном типе подвески для различных эксплуатационных и климатических условий. Составляющие части контактной сети представлены обслуживаемыми, восстанавливаемыми, типовыми, простыми элементами; помимо них в системе используют узлы и детали.

Система «контактная сеть», ее элементы, узлы и детали могут находиться в следующих состояниях: исправном работоспособном, неисправном работоспособном, неисправном неработоспособном (отказ) [3, 7]. Контактная сеть на всех этапах ее существования характеризуется теоретической, технической и эксплуа-

тационной надежностью. Как показывает опыт эксплуатации контактной сети, самым ненадежным ее элементом является контактная подвеска. Она состоит из несущего троса, контактного провода, промежуточных звеньевых и подопорных струн, зажимов и электрических соединителей [2, 4, 5, 7-9].

Рисунок 1.1 - Структурная схема устройств контактной сети

С целью обеспечения скоростного и высокоскоростного режима на электрифицированных железнодорожных магистралях ужесточаются требования, которые предъявляются к параметрам и показателям контактной подвески [10-14]. При этом геометрия положения проводов контактной подвески во многом зависит от их натяжения [15, 16]. Изменение натяжения несущего троса и контактных проводов влияет на стрелу провеса контактного провода, эластичность подвески и другие параметры, контролируемые и регулируемые для создания оптимального взаимодействия токоприемника с контактной сетью. Длины анкерного участка и каждого пролета определяются величиной отклонения натяжения несущего троса от номинального значения.

При взаимодействии токоприемника с контактной сетью возникают колебательные процессы, обусловленные скоростью электроподвижного состава и параметрами контактной подвески. С увеличением скоростей движения электроподвижного состава увеличивается влияние динамических процессов в связи, с чем при оценке качества токосъема используются такие показатели, которые описывают волновые процессы, происходящие в контактной подвеске. К таким показателям контактной подвески относятся: скорость распространения волны вдоль контактного провода и коэффициент ее отражения, коэффициент усиления и коэффициент Доплера.

Выравнивание жесткости контактной подвески в пролетах анкерного участка позволяет путем увеличения натяжений несущего троса и контактного провода повысить качество и надежность токосъема [16, 17]. Стабилизация натяжений проводов и тросов контактной подвески при колебаниях температуры окружающей среды осуществляется применением устройств компенсации, которые в условиях изменения режимов температуры обеспечивают лучшее качество токосъема. Это обуславливается возрастанием жесткости контактной подвески и уменьшением вертикальных перемещений точки контакта одновременно с ростом скорости распространения поперечной волны. Увеличение скорости распространения фронта бегущей волны вдоль контактного провода, которое достигается за счет повышения натяжений проводов и тросов контактной подвески, по сравнению со скоростью движения электроподвижного состава при нескольких токоприемниках способствует улучшению качества токосъема. Значительное повышение натяжения несущего троса и контактного провода предусмотрено также для уменьшения амплитуды колебаний контактного провода и снижения воздействий резонансных явлений в контактных подвесках, что особенно важно при скоростях движения электроподвижного состава свыше 160 км/ч [18]. Кроме того, рост значений натяжений контактного провода и несущего троса повышает ветроустойчивость контактной подвески.

Отрицательно влияют на параметры контактной подвески и качество токосъема факторы окружающей среды (осадки, температура воздуха), тяговые токи и силы, обусловленные конструкциями поддерживающих и фиксирующих устройств (консолями и трением в узлах их крепления, фиксаторами, струнами), возникающие в процессе токосъема (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Параметры, влияющие на качество токосъема

Выше перечисленные факторы отрицательно влияют на эксплуатационную надежность контактной сети, приводят к повреждениям токоприемников и увеличению эксплуатационных расходов [3, 19-32].

1.2 Анализ консолей контактной сети

Консоли - устройства для фиксации проводов контактной подвески в установленном нормативной документацией пространственном положении [33]. Разработана классификация консолей контактной сети (рисунок 1.3) [4, 34].

Рисунок 1.3 - Классификация консолей контактной сети

Консоль как техническая система состоит из элементов, соединенных с точки зрения надежности, последовательно (рисунок 1. 4).

а

б

Рисунок 1.4 - Структурные схемы неизолированной (а) и изолированной (б)

консолей

В данной технической системе узлы крепления являются наименее надежными элементами.

В эксплуатации в настоящее время находятся в большом количестве неизолированные наклонные как изогнутые, так и прямые консоли, типы и режимы работы которых (сжатые или растянутые) задаются планом путевой структуры (рисунок 1.5) [18, 35, 36].

При модернизации и реконструкции контактной сети рекомендуется устанавливать горизонтальные консоли как изолированные, так и неизолированные. Они поворотные, несущий трос крепится в зажиме, расположенном сверху кронштейна. Кронштейн и подкос выполнены из металлической трубы одинакового диаметра, что исключило влияние плана пути на режим работы консоли. Кроме основных элементов в составе консоли могут быть дополнительные (распорка, подкос). На переходных опорах предусматривают монтаж двух горизонтальных консолей, а в выемках и при больших габаритах опор их крепление выполняется с

помощью удлинителей [37]. Выбор консолей определяется планом и профилем пути, типом контактной подвески [38, 39].

а

б

в

г

Рисунок 1.5 - Консоли контактной сети: а - неизолированная прямая наклонная; б - наклонная изогнутая; в - изолированная горизонтальная с подкосом;

г - двухпутная горизонтальная

Консоли должны обеспечивать перемещение несущего троса контактной подвески за счет использования поворотных узлов крепления в любых климатических условиях и типах местности. Возможность осуществления регулировки проводов подвески в любых плоскостях является одним из основных требований к консолям контактной сети.

1.3 Требования к конструкциям консолей контактной сети

Конструкции консолей определяются типом контактной подвески, требованием изоляции ее элементов от опоры, габаритом, планом и профилем пути, родом тока [38]. С целью повышения ветроустойчивости при проектировании контактной сети предусматривают технические решения для фиксирующих и вспомогательных устройств.

Консоли в процессе эксплуатации должны обеспечить следующие условия для реализации надежного и качественного токосъема:

- стабильность пространственного положения несущего троса и контактного провода относительно уровня головки рельса, оси пути;

- включение в конструкцию консолей изоляторов, проводов;

- корректировку геометрии положения проводов и тросов контактной подвески в профиле и плане;

- перемещение проводов вдоль оси пути;

- смещение положения контактного провода при температурных изменениях в допустимых значениях [40].

Обеспечение возможности корректировки пространственного расположения проводов в процессе работы - одно из требований к консолям в условиях эксплуатации с учетом деформаций в результате действия нормативных нагрузок и допусков, предусмотренных нормами на установку и монтаж опорных и поддерживающих конструкций.

Типы консолей должны соответствовать габаритам опор, однако необходимо предусмотреть типоразмеры консолей для монтажа на опорах с нетиповыми

габаритами, за границей гидроизоляционного покрытия земляного полотна или водоотводных конструкций. Консоли с нормальным габаритом для промежуточных опор следует изготавливать, как правило, из стальных цельнотянутых бесшовных труб. Для различных типов консолей элементы конструкций из труб требуется наилучшим образом унифицировать по сортаменту труб наружного диаметра. При габарите опор 4,9 м и более монтаж изолированных консолей требуется выполнять на удлинителях. Профиль металла для консолей анкеруемых ветвей подвесок, опор с увеличенным габаритом и др. необходимо определять расчетным путем.

На прямых участках пути для промежуточных опор с габаритом до 3,5 м консоли применяют без подкосов. Необходимость введения подкосов в конструкцию консоли определяется расчетом [38, 40-43]. Обеспечение изменения положения консолей возможно при использовании соответствующих конструкций подкосов и тяг [38]. Корректировка пространственной установки изолированной горизонтальной консоли осуществляется перемещением элемента соединения наклонного и горизонтального стержней, а у неизолированных наклонных выполняется путем выбора отверстий для установки бугеля и тяги и регулированием длин тяги и подкоса.

Устройство изолированных консолей должно исключать монтаж изоляторов в подкосах [38]. Для соединения верхних горизонтальных стержней горизонтальных консолей и сжатых тяг наклонных изолированных консолей с изоляторами должны использоваться резьбовые соединения. Для исключения попадания электрической дуги на несущий трос при перекрытиях изоляторов устанавливают медные вкладыши в поворотных зажимах изолированных горизонтальных консолей и седлах изолированных и неизолированных наклонных консолей. Применение особого рессорного троса допускается для подвеса в седлах несущего троса подвески. Для установки изолированных консолей на сопряжениях анкерных участков с плавкой гололеда предусматривают вариант исполнения их конструкции, при которой из цепи тока исключается несущий трос.

Дополнительные изоляторы для фиксации положения несущего троса предусматривают в конструкции неизолированных консолей на переходных опорах и опорах с внутренней стороны кривых.

В горизонтальных консолях применяют унифицированные тяги, работающие под нагрузкой на растяжение и сжатие [38]. Консоли с унифицированными тягами устанавливают на опорах средней анкеровки и переходных опорах. Растянутые тяги на промежуточных опорах допускается применять на прямых участках пути в ветровых районах до III включительно. На участках с автоколебаниями проводов возможна установка консолей с растянутыми тягами в кривом участке пути на внешней его стороне радиусом не более 1000 м, а также в местах с повышенным ветровым воздействием и в IV и V ветровых районах. Кроме того, в данных районах и на участках с автоколебаниями проводов следует реали-зовывать ветроустойчивые конструкции контактной подвески с опорным креплением несущего троса на изолированных консолях [38].

В конструкциях консолей применяется арматура, изготовленная литьем из стали или методом горячего цинкования из высокопрочного чугуна с защитным покрытием.

Консоли в зависимости от конструкции стойки опоры (струнобетонные конические, пространственные металлические) могут устанавливаться на закладных деталях или хомутах [43].

Крепежные изделия в конструкциях консолей диаметром свыше 12 мм требуется изготавливать из углеродистой стали с защитным цинковым покрытием, а до 12 мм - из нержавеющей стали.

Однопутные консоли полукомпенсированной контактной подвески и двухпутные устанавливают перпендикулярно оси пути на прямых участках, радиально - на кривых. Следует контролировать перемещение конца консоли в горизонтальной плоскости в направлении движения несущего троса. Для консолей длиной до 5 м смещение должно быть менее ±200 мм и для консолей более 5 м - менее ± 300 мм [11].

В соответствии с графиками температурных перемещений проводов контактной подвески необходимо устанавливать консоль компенсированной контактной подвески с допустимым отклонением ± 50 мм [11, 37, 42, 44].

Взаимное расположение консолей на переходных опорах регламентировано нормативно-технической документацией [11]. Графики перемещения консолей приведены для анкерного участка максимальной длины без учета нагрева токами нагрузки [11].

Элементы консолей (кронштейны, тяги) крепятся к стойкам опоры шарнирными соединениями (узлами крепления), состоящими из скобы, петли и оси вращения. Момент затяжки гаек на осях вращения в узлах крепления консоли составляет 80 Нм [45, 46]. В нормативных документах [11, 38, 40-42] не указываются требования к взаимной вертикальности установки узлов крепления элементов консоли по отношению к оси стойки, а также допустимые углы наклона конструкции относительно оси пути.

1.4 Влияние поддерживающих устройств на качество токосъема

Результаты анализа факторов, рассматриваемых при расчетах параметров контактной подвески, показали, что не учитывалось трение в узлах крепления консолей, т. к. не были проведены аналитические и экспериментальные исследования [18]. При условиях эксплуатации в режиме минимальных температур, гололеда, наклона опорно-поддерживающих конструкций трение в узлах крепления консолей возрастает, что обуславливает нарушение их функционирования. Это негативным образом влияет на распределение натяжения проводов и тросов по длине анкерного участка, способствует ухудшению параметров и показателей контактной сети. Отсутствие возможности функционирования консоли (заклинивание) приводит в процессе эксплуатации к возникновению дефектов (неисправностям) деталей и узлов на контактной сети.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лукьянова Олеся Андреевна, 2020 год

- 32 с.

102. ГОСТ Р 55648-2013 Изоляторы для контактной сети железных дорог. Общие технические условия. - М.: Стандартинформ, 2014. - 34 с.

103. ГОСТ 23216-78 Изделия электротехнические. Хранение, транспортирование, временная противокоррозионная защита, упаковка. Общие требования и методы испытаний. - М.: Стандартинформ, 2008. - 75 с.

104. ГОСТ Р 52082-2003 Изоляторы полимерные опорные наружной установки на напряжение 6-220 кВ. Общие технические условия. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 71 с.

105. ГОСТ 28157-89 Пластмассы. Методы определения стойкости к горению. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 10 с.

106. Сидоров, О. А. Исследование влияния силы трения в узлах крепления поворотной консоли на изменение натяжения проводов по длине анкерного участка/ О. А. Сидоров, С. В. Заренков, О. А. Ходунова // Транспорт Урала: Науч.-техн. журнал / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург, 2013.

- № 3 (38). - С. 103.

107. Пат. 2687310 Российская Федерация, МПК G01N3/56 (2006.01). Устройство для исследования трения в узлах крепления консоли / Сидоров О. А., Лукьянова О. А., Чертков И. Е., Тарасенко А. В. - № 2018126437; Заявлено 17.07.2018; Опубл. 13.05.2019, Бюл. № 21.

108. Лукьянова, О. А. Исследование влияния конструкции и условий эксплуатации консолей контактной сети на трение в узлах их крепления / О. А. Лукьянова, А. В. Тарасенко, И. Л. Саля // Инновационные проекты и техно-

логии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы научной конференции / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2019. - С. 55.

109. Сидоров, О. А. Влияние поддерживающих конструкций на эксплуатационную надежность контактной сети / О. А. Сидоров, И. Л. Саля, О. А. Лукьянова // Фундаментальные исследования, методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике: материалы 17-ой Междунар. науч.-практ. конф. / Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова. - Новочеркасск: Лик, 2018. - С. 151.

110. Пат. 175369 Российская Федерация, МПК В60М 1/20. Устройство крепления проводов контактной подвески / Сидоров О. А., Чертков И. Е., Тара-сенко А. В., Лукьянова О. А., Заренков С. В. - № 2017120737; Заявлено 13.06.2017; Опубл. 01.12.2017, Бюл. № 34.

111. Технологические карты на работы по техническому содержанию и ремонту устройств контактной сети и воздушных линий электропередачи электрифицированных железных дорог. Книга I Капитальный ремонт. ОАО «Российские железные дороги». - М.: Трансиздат, 2012.

112. Пат. 143722 Российская Федерация, МПК В60М 1/23 (2006.01). Узел крепления консоли контактной подвески железной дороги на опоре / Буталов С. Л., Беляев Н. В., Сидоров О. А., Чертков И. Е., Заренков С. В. -№ 2014104865/11; Заявлено 11.02.2014; Опубл. 27.07.2014, Бюл. № 21.

113. ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика. Термины и определения. -М.: Стандартинформ, 2009. - 26 с.

114. ГОСТ 26656-85 Техническая диагностика. Контролепригодность. Общие требования. - М.: Стандартинформ, 2009. - 15 с.

115. Пат. 2340476 Российская Федерация, 001Б21/22, В60М1/20. Устройство для измерения угла наклона оси опоры контактной сети / Ковалев А. А., Галкин А. Г. - № 2007125430 ; Заявлено 04.07.2007; Опубл. 10.12.2008, Бюл. № 34.

116. Сотников, И. Б. Технико-экономические расчеты в эксплуатации железных дорог / И. Б. Сотников, А. А. Ваганов, Ф. С. Гоманков. - М.: Транспорт, 1983. - 254 с.

117. Методические рекомендации по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте / Разраб. ВНИИЖТ. М., 1990. - 120 с.

118. Волков, Б. А. Экономическая эффективность инвестиций на железнодорожном транспорте в условиях рынка / Б. А. Волков. - М.: Транспорт, 1996. -191 с.

119. Шкурина, Л. В. Экономическая оценка эффективности инвестиций на железнодорожном транспорте / Л. В. Шкурина, С. С. Козлова. - М.: РГОТУПС, 2000. - 74 с.

Приложение А

Результаты теоретических исследований изменения натяжения проводов контактной подвески с учетом трения в узлах крепления консолей

Тип консоли: изолированная трубчатая горизонтальная ИТГ-2. Средняя длина пролета /пр=60 м. Контактная сеть КС-160-3:

К = -0,0007х3 + 0,0246х2 - 0,3277х + 21,306 Т = -0,0004х3 + 0,0158х2 - 0,2296х + 13,715

Таблица А.1 - Изменение натяжения проводов с учетом трения для КС-160-3

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, м ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН лк,% АТ,%

195 0,013 0,038 0,008 0,1 0,3

260 0,042 0,038 0,027 0,2 0,5

325 0,089 0,057 0,057 0,4 0,8

390 0,153 0,057 0,098 0,7 1,1

455 0,237 0,076 0,152 1,1 1,7

520 0,344 0,076 0,221 1,6 2,2

585 0,475 0,095 0,305 2,3 3,0

650 0,634 0,095 0,408 3,0 3,7

715 0,824 0,114 0,530 3,9 4,8

780 1,050 0,114 0,675 5,0 5,8

845 1,316 0,133 0,846 6,3 7,3

1

К, Т

50,00 кН 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00

К

1,00 20,74 20,53 20,35 20,20 20,08 19,98 19,90 19,84/ 19,80 19,77 19,76 19,68

I3,50 13,32 13,16 13,02 12,91 12,81 12,73 12,66 12,61 12,56 12,52 12,49 12,43

т-

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

х -п

3 2

К = -0,0002х3 + 0,0081х2 - 0,1196х + 10,612

3 2

Т = -0,0003х3 + 0,0104х2 - 0,1668х + 13,657

Таблица А.2 - Изменение натяжения проводов для КС-160-25

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН лк,% АТ,%

195 0,005 0,026 0,007 0,1 0,2

260 0,018 0,026 0,023 0,2 0,4

325 0,037 0,039 0,047 0,4 0,6

390 0,063 0,039 0,081 0,6 0,9

455 0,097 0,052 0,125 0,9 1,3

520 0,140 0,052 0,180 1,3 1,7

585 0,192 0,065 0,247 1,8 2,3

650 0,254 0,065 0,326 2,4 2,9

715 0,326 0,078 0,420 3,1 3,7

780 0,412 0,078 0,529 3,9 4,5

845 0,510 0,091 0,656 4,9 5,5

Т

13,50 13,36 13,24 13,14 13,05 12,98 12,91 12,86 12,81/"1:2,78 12,75 12,73 12,69

]°,5° 10,40 10,32 10,25 10,19 10 14 10,10 1007 1005 1003 1002 10,01 ~~9:99

123456789 \ ^ 10 11 12 13

Н -►

К, Т

50,00 кН 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00

3 2

К = -0,0009х3 + 0,0344х2 - 0,481х + 36,45

32

Т = -0,0005х + 0,0193х - 0,2907х + 20,523

Таблица А.3 - Изменение натяжения проводов для КС-200-3

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТ-тр, кН ЛТвр, кН лк,% АТ,%

195 0,020 0,040 0,011 0,1 0,3

260 0,067 0,040 0,038 0,2 0,4

325 0,139 0,061 0,078 0,4 0,7

390 0,239 0,061 0,135 0,7 1,0

455 0,370 0,081 0,208 1,0 1,4

520 0,533 0,081 0,300 1,5 1,9

585 0,733 0,101 0,413 2,0 2,5

650 0,974 0,101 0,548 2,7 3,2

715 1,261 0,121 0,709 3,5 4,1

780 1,598 0,121 0,899 4,4 5,0

845 1,991 0,141 1,120 5,5 6,2

К

35,29 35,02 34,80 34,61 34,46 34,33 34,24 34,17/"34,13 34,10 34,01

20,25 20,01 19,81 19,64 19,49 19,37 19,26 19,17 19,10 19 04 18 99 18 96 18 89 " ^-—

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Н -►

кН

40,00 Л 35,00 30,00 К, Т 25,00 20,00 15,00

3 2

К = -0,0002х3 + 0,0098х2 - 0,163х + 20,154

32

Т = -0,0002х + 0,0088х - 0,1619х + 18,154

Таблица А.4 - Изменение натяжения проводов для КС-200-25

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН лк,% АТ,%

195 0,008 0,030 0,008 0,0 0,2

260 0,027 0,030 0,025 0,1 0,3

325 0,057 0,045 0,051 0,3 0,5

390 0,097 0,045 0,087 0,5 0,7

455 0,148 0,061 0,133 0,7 1,1

520 0,211 0,061 0,190 1,1 1,4

585 0,287 0,076 0,259 1,4 1,9

650 0,377 0,076 0,339 1,9 2,3

715 0,481 0,091 0,433 2,4 2,9

780 0,601 0,091 0,541 3,0 3,5

845 0,737 0,106 0,663 3,7 4,3

19,26

17,15

13

К, Т

50,00 кН

40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00

К

20,00 19,86 19,75 19,65 19,56 19,49 19,43 19,38 19,34 19,31/ 19,29 19,28

I8,00 17,86 17,74 17,64 17,54 17,46 17,39 17,33 17,28 17 24\ 17 21 17 19

Т_

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

3 2

K = -0,0012x3 + 0,0458x2 - 0,6413x + 48,6

32

Т = -0,0005x + 0,0191x - 0,2867x + 20,27 Таблица А.5 - Изменение натяжения проводов для КС-250-3

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН AK,% АТ,%

195 0,027 0,039 0,011 0,1 0,3

260 0,089 0,039 0,037 0,2 0,4

325 0,185 0,059 0,077 0,4 0,7

390 0,319 0,059 0,133 0,7 1,0

455 0,493 0,078 0,205 1,0 1,4

520 0,711 0,078 0,296 1,5 1,9

585 0,978 0,098 0,407 2,0 2,5

650 1,299 0,098 0,541 2,7 3,2

715 1,681 0,117 0,700 3,5 4,1

780 2,130 0,117 0,888 4,4 5,0

845 2,655 0,137 1,106 5,5 6,2

50,00 48,00 47,49 47,06 46,70 46,40 46,15 45,94 45,78 45,65 45,56 45,50 45,47 45 35

кН

40,00 35,00 30,00 К Т 25,00 20,00 15,00 10,00

К

20,00 19,77 19,57 19,40 19,25 19,13 19,03 18,94 18,87 18,81 18 76 18 73

18,66

Т

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

3 2

К = -0,0004х3 + 0,0193х2 - 0,3081х + 36,29

32

Т = -0,0003х + 0,015х - 0,2554х + 28,241

Таблица А.6 - Изменение натяжения проводов для КС-400-25

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН лк,% АТ,%

195 0,015 0,032 0,012 0,0 0,2

260 0,050 0,032 0,039 0,1 0,3

325 0,103 0,047 0,080 0,3 0,5

390 0,175 0,047 0,136 0,5 0,7

455 0,269 0,063 0,209 0,7 1,0

520 0,385 0,063 0,299 1,1 1,3

585 0,525 0,079 0,408 1,5 1,7

650 0,690 0,079 0,537 1,9 2,2

715 0,884 0,095 0,687 2,5 2,8

780 1,108 0,095 0,862 3,1 3,4

845 1,365 0,111 1,062 3,8 4,2

50,00 кН 40,00 35,00 30,00 К, Т 25,00 20,00 15,00 10,00

К

36,00 35,75 35,53 35,34 35,18 35,05 34,94 34,85 34,78 34,73/ 34,69 34,67

34,63

28,00 27,79 27,60 27,44 27,30 27,18 27,08 26,99 26,92 26,87 26,82 26,80 26 75

Т

10

11

12

13

1

2

3

4

5

6

7

8

9

3 2

К = -0,0006х + 0,0215х - 0,3019х + 21,282

32

Т = -0,0004х + 0,0138х - 0,2129х + 13,7 Таблица А.7 - Изменение натяжения проводов для КС-160-3

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН лк,% АТ,%

195 0,013 0,038 0,008 0,1 0,3

260 0,042 0,038 0,027 0,2 0,5

325 0,088 0,057 0,056 0,4 0,8

390 0,151 0,057 0,097 0,7 1,1

455 0,233 0,075 0,150 1,1 1,7

520 0,336 0,075 0,216 1,6 2,2

585 0,462 0,094 0,297 2,2 2,9

650 0,614 0,094 0,394 2,9 3,6

715 0,793 0,113 0,510 3,8 4,6

780 1,004 0,113 0,646 4,8 5,6

845 1,251 0,132 0,804 6,0 6,9

!

К, Т

50,00 кН

40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00

К

21,0° 20,76 20,56 20,39 20,24 20,13 20,03 19,95 19,89/ 19,85 19,82 19,81 19 75

I3,50 13,33 13,18 13,05 12,94 12,84 12,76 12,69 12,64 12,59 12,55 12,53 12,47

1 2 3 4 5 6 7 8 9 —10 11 12 13

X -►

3 2

K = -0,0002x3 + 0,0072x2 - 0,1122x + 10,606

32

Т = -0,0002x + 0,0093x - 0,1573x + 13,649 Таблица А.8 - Изменение натяжения проводов для КС-160-25

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН AK,% АТ,%

195 0,005 0,026 0,007 0,1 0,2

260 0,018 0,026 0,023 0,2 0,4

325 0,037 0,039 0,047 0,3 0,6

390 0,063 0,039 0,081 0,6 0,9

455 0,096 0,052 0,124 0,9 1,3

520 0,138 0,052 0,177 1,3 1,7

585 0,188 0,065 0,242 1,8 2,3

650 0,248 0,065 0,318 2,4 2,8

715 0,317 0,078 0,408 3,0 3,6

780 0,398 0,078 0,512 3,8 4,4

845 0,491 0,091 0,631 4,7 5,4

50,00 кН

40,00 t 35,00 30,00

К, Т 25,00 20,00

15,00

10,00

5,00

0,00

13,50 13,37 13,26 13,16 13,07 12,99 12,93 12,!

Т

12,83/ 12,79 12,77 12,75 12,71

10,50 10,41 10,33 10,26 10,21 10,16 10,12 10,09 10,06\ 10,04 10,03 10,02 10,01

К

67 х -►

10 11 12 13

1

2

3

4

5

8

9

3 2

К = -0,0007х3 + 0,0303х2 - 0,4472х + 36,419

32

Т = -0,0004х + 0,0171х - 0,2716х + 20,506 Таблица А.9 - Изменение натяжения проводов для КС-200-3

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН лк,% АТ,%

195 0,020 0,040 0,011 0,1 0,3

260 0,066 0,040 0,037 0,2 0,4

325 0,138 0,060 0,078 0,4 0,7

390 0,237 0,060 0,133 0,7 1,0

455 0,364 0,080 0,205 1,0 1,4

520 0,523 0,080 0,294 1,5 1,8

585 0,717 0,100 0,403 2,0 2,5

650 0,947 0,100 0,533 2,6 3,1

715 1,219 0,120 0,686 3,4 4,0

780 1,537 0,120 0,864 4,3 4,9

845 1,904 0,140 1,071 5,3 6,0

50,00 кН

40,00

▲

35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00

К

36,00 35,64 35,33 35,07 34,85 34,67 34,52 34,40 34,31/з4,24 34,19 34,17 34,10

20,25 20,03 19,83 19,67 19,52 19,40 19,30 19,21 19,14 19,08 1903 1900 1894

Т

10

11

1

2

3

4

5

6

7

8

9

х

3 2

K = -0,0002x3 + 0,0089x2 - 0,1557x + 20,147

32

Т = -0,0001x + 0,008x - 0,1551x + 18,147 Таблица А.10 - Изменение натяжения проводов для КС-200-25

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН AK,% АТ,%

195 0,009 0,030 0,008 0,0 0,2

260 0,027 0,030 0,025 0,1 0,3

325 0,057 0,045 0,051 0,3 0,5

390 0,096 0,045 0,087 0,5 0,7

455 0,147 0,060 0,132 0,7 1,1

520 0,209 0,060 0,188 1,0 1,4

585 0,283 0,075 0,255 1,4 1,8

650 0,371 0,075 0,334 1,9 2,3

715 0,471 0,090 0,424 2,4 2,9

780 0,587 0,090 0,528 2,9 3,4

845 0,718 0,105 0,646 3,6 4,2

К, Т

50,00 кН

40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00

К

20,00 19,87 19,76 19,66 19,57 19,50 19,44 19,39 19,35/ 19,32 19,30 19,29 19,28

18,00 17,87 17,75 17,65 17,55 17,47 17,41 17,35 17,30\ 17,26 17,22 17 20 17 17

Т

1

2

3

4

5

6 7 X -►

8

9

10

11 12

32

Т = -0,0004x + 0,0168x - 0,2677x + 20,252

Таблица А.11 - Изменение натяжения проводов для КС-250-3

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН AK,% АТ,%

195 0,027 0,039 0,011 0,1 0,2

260 0,089 0,039 0,037 0,2 0,4

325 0,184 0,058 0,077 0,4 0,7

390 0,315 0,058 0,131 0,7 0,9

455 0,486 0,077 0,202 1,0 1,4

520 0,698 0,077 0,291 1,5 1,8

585 0,955 0,096 0,398 2,0 2,5

650 1,263 0,096 0,526 2,6 3,1

715 1,626 0,116 0,677 3,4 4,0

780 2,049 0,116 0,854 4,3 4,8

845 2,539 0,135 1,058 5,3 6,0

1,11 46,76 46,47 46,23 46,03 45,87 45,74 45,65 45,59 45,56 45 46

20,00 19,78 19,59 19,43 19,29 19,16 19,06 18,98 18,90 18,85 18 80 1877 1871

Vz

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

X -►

50,00 кН

40,00 35,00

К, т

30,00 25,00 20,00 15,00 10,00

3 2

К = -0,0003х3 + 0,016х2 - 0,2802х + 36,265

32

Т = -0,0002х + 0,0124х - 0,2334х + 28,221 Таблица А.12 - Изменение натяжения проводов для КС-400-25

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН лк,% АТ,%

195 0,015 0,031 0,012 0,0 0,2

260 0,049 0,031 0,038 0,1 0,2

325 0,102 0,046 0,079 0,3 0,4

390 0,173 0,046 0,135 0,5 0,6

455 0,264 0,062 0,206 0,7 1,0

520 0,376 0,062 0,293 1,0 1,3

585 0,510 0,077 0,397 1,4 1,7

650 0,667 0,077 0,519 1,9 2,1

715 0,849 0,093 0,660 2,4 2,7

780 1,056 0,093 0,822 2,9 3,3

845 1,292 0,108 1,005 3,6 4,0

К, Т

50,00 кН

40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00

К

36,00 35,77 35,56 35,38 35,23 35,10 34,99 34,90 34,83 / 34,78 34,75 34,73 34,71

28,00 27,80 27,63 27,47 27,34 27,22 27,12 27,04 26,97\ 26,91 26,87 26,84 26,81

\ 26 М

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

X -►

3 2

K = -0,0013x + 0,0407x - 0,4845x + 21,447

32

Т = -0,0008x + 0,0262x - 0,322x + 13,798 Таблица А.13 - Изменение натяжения проводов для КС-160-3

Длина Изменение натяжения проводов контактной подвески

/пау, М ЛКфикс, кН ЛТтр, кН ЛТвр, кН AK,% АТ,%

195 0,015 0,021 0,010 0,1 0,2

260 0,051 0,021 0,033 0,2 0,4

325 0,108 0,032 0,069 0,5 0,7

390 0,188 0,032 0,121 0,9 1,1

455 0,295 0,042 0,189 1,4 1,7

520 0,432 0,042 0,278 2,1 2,4

585 0,605 0,053 0,389 2,9 3,3

650 0,820 0,053 0,527 3,9 4,3