Повышение качества токосъёма за счёт выбора рационального натяжения проводов контактной подвески тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Емельянова, Марина Николаевна

• Емельянова, Марина Николаевна
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Емельянова, Марина Николаевна

Оглавление

стр.

Введение

Глава 1 Состояние вопроса. Цели и задачи исследования

1.1 Анализ существующих конструкций контактных подвесок

1.2 Анализ исследований по выбору параметров контактных подвесок

1.3 Анализ статических и конструктивных параметров контактной подвески

1.4 Анализ динамических параметров контактной подвески

1.5 Условия эксплуатации проводов контактной подвески

1.6 Анализ повреждения проводов контактной подвески в эксплуатации

1.7 Выводы

Глава 2 Теоретические основы моделирования взаимодействия токоприемника с контактной подвеской

2.1 Обзор существующих физико-математических моделей системы токосъема

2.2 Анализ динамической модели контактная подвеска-токоприемник

2.3 Выводы

Глава 3 Решение уравнения динамической модели контактная подвеска-токоприемник

3.1 Анализ влияния натяжения несущего троса на качество токосъема на основе динамической модели контактная подвеска-токоприемник

3.2 Изучение влияния параметров контактной подвески на качество токосъёма при различных скоростях движения ЭПС на основе спектрального анализа

3.3 Выводы

Глава 4 Экспериментальные исследования по определению свойств проводов контактной подвески

4.1 Анализ прочности контактных проводов при различных термомеханических нагрузках

4.1.1 Экспериментальные исследования параметров низкотемпературной ползучести контактных проводов и несущих тросов и определение скорости их относительного удлинения

4.1.2 Определение разрывных усилий медных и бронзовых проводов контактной сети при различной температуре

4.2 Анализ результатов испытаний

4.3 Выводы

Глава 5 Оценка экономической эффективности

5.1 Исходные данные для определения показателей экономической эффективности

5.2 Определение показателей экономической эффективности

5.3 Выводы

Заключение

Список литературы

Приложение А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества токосъёма за счёт выбора рационального натяжения проводов контактной подвески»

Введение

В соответствии со стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года [1], утвержденной Правительством Российской Федерации, одним из приоритетных направлений является развитие скоростного и высокоскоростного движения. Для выполнения поставленной задачи, а также повышения безопасности и комфортности пассажирских перевозок необходимо:

- разработать комплекс технических регламентов и национальных стандартов с учетом мирового опыта проектирования, строительства и эксплуатации скоростного и высокоскоростного железнодорожного транспорта;

- разработать и создать технические средства нового поколения для скоростных и высокоскоростных магистралей, включая инфраструктуру и подвижной состав.

Для обеспечения высокоскоростного движения предусмотрен ввод в эксплуатацию электропоездов и инфраструктуры, рассчитанных на скорость движения 250 км/ч и более.

Наряду с повышением скорости движения важное значение имеет энергоэффективность железнодорожного транспорта. Главными направлениями для реализации задач повышения энергоэффективности железных дорог в области тягового электроснабжения, согласно стратегическими направлениями научно-технического развития ОАО "РЖД" на период до 2015 года («Белая книга» ОАО «РЖД») являются:

- дальнейшее расширение полигона электрифицированных линий;

- модернизация и усиление системы тягового электроснабжения на ряде лимитирующих направлений и др.

Для существующего полигона электрифицированных участков железной дороги необходимо повысить надежность работы устройств контактной сети. В

этой связи немаловажное значение имеют вопросы, связанные с разработкой новых и изменением существующих конструкций контактных подвесок.

Обеспечение надежного и экономичного токосъёма является главным условием при взаимодействии токоприёмника электроподвижного состава (ЭПС) и контактной подвески.

Общепринятыми техническими показателями, которые позволяют дать оценку качества токосъёма, являются:

- среднеквадратическое отклонение контактного нажатия (в Н);

- вертикальное перемещение точки контакта (в см);

- коэффициент искрения (в %) и др.

Известно, что при токосъеме износ взаимодействующих элементов (контактного провода и токосъемных накладок полоза) складывается из двух составляющих - электрической и механической [2]. Для сочетания различных материалов, участвующих в контакте, доля каждой из составляющих может изменяться. Интенсивность износа контактирующих элементов зависит от величины и стабильности контактного нажатия. Наиболее информативной функцией оценки качества токосъёма является значение среднеквадратического отклонения контактного нажатия. Чем стабильнее величина оптимального контактного нажатия, тем меньше износ взаимодействующих элементов.

На качество токосъёма также влияют параметры контактной подвески (жесткость, длина пролета, натяжения проводов и др.) и токоприёмника (активное и пассивное статические нажатия, приведенная масса, жесткость верхнего узла и др.). Изменением параметров, можно влиять на качество токосъема.

В связи с увеличением скоростей движения и интенсивности перевозок, в том числе совмещения на некоторых участках грузового и пассажирского движения, условия работы системы токосъёма изменяются. Провода контактной сети и токоприемники подвергаются более высоким токовым и механическим нагрузкам. Основными элементами контактной подвески, которые испытывают механические и токовые нагрузки, являются несущий трос и контактный провод.

В настоящей работе предлагается уделить особое внимание условиям работы несущего троса. Проведенный анализ показал, что из всех проводов подвески, в значительной степени нагрузки прикладываются к несущему тросу (от подвешенных к нему проводов контактной подвески, ветра и гололеда, протекающего по нему тока). При тепловых расчетах несущий трос первым достигает предельной температуры и является лимитирующим по токовой нагрузке в соответствии с существующим нормативами [3].

В эксплуатации несущий трос подвержен значительным термомеханическим нагрузкам. Повреждения несущего троса являются одной из основных причин нарушения нормальной работы устройств контактной сети. По эксплуатационным данным у несущего троса коэффициент запаса составляет 2,5, в то время как коэффициент запаса контактного провода равен 3.

Выполненные исследования показывают, что для повышения качества токосъема необходимо увеличение значений натяжений, как в контактном проводе, так и в несущем тросе. Но, с учетом имеющегося коэффициента запаса для несущего троса, реализовывать это рискованно. По этой причине актуальной задачей является определение рационального соотношения между натяжениями контактного провода и несущего троса.

Цель и задачи. Целью исследования является повышение надежности работы контактной подвески при требуемом уровне качества токосъёма, а так же обоснование приемлемых нагрузок на несущий трос.

Для поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- определить допустимые термомеханические нагрузки на несущий трос в эксплуатации;

- выбрать параметры контактной подвески для обеспечения необходимого уровня качества токосъёма;

- проанализировать физико-математические модели, наиболее приемлемые для исследования влияния натяжения несущего троса на качество токосъема с учетом использования экспериментальных данных;

- провести экспериментальные исследования, результаты которых верифицировать с численными решениями при математическом моделировании.

Объект исследования - различные типы контактных проводов и несущих тросов контактной подвески при определенных условиях их работы.

Предмет исследования - влияние величины натяжений несущего троса и контактных проводов на качество токосъёма.

Научная новизна работы:

- определено влияние величин натяжений несущего троса и контактного провода на показатели качества токосъема в диапазоне скоростей движения ЭПС от 160 до 250 км/ч;

- доказано, что в определенных случаях уменьшение натяжения несущего троса не снижает качество токосъёма;

- получены экспериментальные параметры по ползучести контактных проводов и несущих тросов при различных сочетаниях механической нагрузки и температуры;

- сформулированы предложения по величине допустимой термомеханической нагрузки на провода контактной сети.

- даны предложения по улучшению(повышению) показателей качества токосъема.

Теоретическая значимость:

- на основе гибридной математической модели проанализировано влияние натяжения несущего троса на качество токосъёма с учетом экспериментальных значений контактных нажатий;

- методом спектрального анализа для контактного нажатия, полученного экспериментальным путем для анкерных участков (АУ) с различным натяжением несущего троса, проанализировано влияние элементов контактной сети, на качество токосъема;

- на основании результатов исследований по определению свойств проводов контактной подвески проанализирована степень снижения разрывного усилия в зависимости от их нагрева.

Практическая ценность:

1. Результаты исследования по выбору рационального натяжения несущего троса позволят повысить надежность работы несущего троса, сократить затраты на техническое обслуживание и ремонт контактной подвески, а также увеличить время между ее капитальными ремонтами.

2. Предложены обоснования по выбору значения коэффициента запаса для бронзовых и медных несущих тросов в зависимости от допустимой температуры их нагрева.

3. Даны рекомендации по величине допустимой термомеханической нагрузки на провода контактной подвески.

4. Сформулированы рекомендации по выбору натяжений проводов контактной подвески для улучшения качества токосъема.

5.Показана возможность повышения качества токосъёма без увеличения нагрузки на несущий трос контактной подвески.

Методология и методы исследования.

Теоретические исследования проведены с использованием алгоритмов и решением дифференциальных уравнений, а также математической статистики. Количественные оценки результатов измерений проведены с помощью современных средств автоматизации вычислений. Использованы также методы обработки экспериментальных результатов.

Положения, выносимые на защиту.

1. Обоснование влияния величины натяжения несущего троса на качество токосъема в диапазоне скоростей от 160 до 250 км/ч путем проведения численных экспериментов с использованием гибридной математической модели.

2. Результаты проведенных экспериментальных исследований по определению термомеханических нагрузок на провода контактной подвески.

3. Предложения и рекомендации по повышению надежности проводов контактной сети.

Степень достоверности.

Достоверность результатов физико-математического моделирования взаимодействия системы токосъема подтверждается сравнением результатов расчетов с данным испытаний, выполнявшимися, в том числе, другими авторами. Установлена удовлетворительная сходимость результатов.

Апробация работы.

Основной материал диссертации представлен в научных докладах, которые обсуждались на:

1 Научной конференции молодых ученых по современным проблемам железнодорожного транспорта. 03 марта 2010 г. Г. Москва, ОАО «ВНИИЖТ». Тема: «Повышение качества токосъема на основе выбора рационального натяжения проводов контактной подвески. Постановка задачи».

2 Конференции ученых института и аспирантов по проблемам железнодорожного транспорта. 13 апреля 2011 г. Г. Москва, ОАО «ВНИИЖТ». Тема: «Выбор физико-математической модели взаимодействия токоприемника с контактными подвесками для изучения влияния натяжения проводов на динамические параметры системы».

3 Научно-технических советах отдела «Контактная сеть и токосъем» ОАО «ВНИИЖТ», в 2011-2014 годах, г. Москва.

Внедрение. Основные результаты диссертационной работы использованы при разработке ГОСТ 32679-2014 «Контактная сеть железной дороги. Технические требования и методы контроля», ГОСТ 32697-2014 «Тросы контактной сети железной дороги несущие. Технические условия», ГОСТ Р 55647-2013 «Провода контактные из меди и ее сплавов для электрифицированных железных дорог. Технические условия» (акт об использовании результатов кандидатской диссертационной работы приведен в приложении А.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации.

Глава 1 Состояние вопроса. Цели и задачи исследования

В связи с увеличением скоростей движения и ростом объема перевозок на электрифицированных железных дорогах нашей страны, в том числе, совмещения на некоторых участках грузовых и пассажирских перевозок, контактная сеть испытывает значительные термические и механические нагрузки. Интенсивность увеличения движения приводит к тому, что более длительное воздействие тока и более высокие его значения вызывают продолжительный нагрев проводов контактной сети, при этом температура близка к предельным допустимым значениям. В то же время при разработке новых проектов для скоростного и высокоскоростного движения предполагается повышение величин натяжений проводов в контактной подвеске. Все это приводит к снижению коэффициента запаса по механической прочности проводов и увеличению риска их разрушения при существующих нормативах [3]. Вместе с тем, необходимо обеспечивать надежную передачу тока к электроподвижному составу по контактной сети.

Надежность токосъема заключается в непрерывном токосъеме без разрушения токоприемников, а также без обрывов и пережогов проводов контактной подвески. Экономическая эффективность токосъема связана с затратами на замену изношенных контактных проводов и токосъемных пластин токоприёмников [4].

Качество токосъёма может быть оценено по следующим техническим показателям:

- среднеквадратическое отклонение контактного нажатия о(Г), Н. Чем меньше величина сг(Г), тем лучше качество токосъема [4];

- максимальный размах (двойная амплитуда) вертикальных перемещений точки контакта 2А, мм. При наименьших значениях показателя 2А, траектория точки контакта токоприёмника с контактным проводом будет стремиться к прямой линии, соответственно качество токосъема будет лучше [4];

- коэффициент искрения К, %. Показатель К для высокоскоростного движения должен быть не более для системы тягового электроснабжения:

Из работы [2] известно, что при токосъеме износ взаимодействующих элементов состоит из двух составляющих - электрической и механической. Для различных материалов эти соотношения изменяются. На рисунке 1 представлена принципиальная зависимость интенсивности износа Д5, мм3/км контактирующих элементов от контактного нажатия токоприёмника Р, Н. Наименьшее значение на верхней (суммарной) кривой определяет оптимальное значение контактного нажатия ^0пт, Н, при котором происходит наименьший износ контактирующих элементов А8, мм3/км. Поэтому величину нажатия токоприемника на контактный провод выбирают близкой к значению ¥опт,

д8,мм3/км ф

- постоянного тока 0,2% ,

- переменного тока 0,14% [5].

Суммарный износ

У ^Механический

Электрический

износ

Рисунок 1 - Качественная характеристика износа Д5 контактирующих элементов

от контактного нажатия токоприёмника Р.

Критерий качества токосъема по изменению среднего контактного нажатия и его среднеквадратическому отклонению от заданной величины в пределах нормативных значений является наиболее информативным при оценке и контроле этого показателя с помощью измерительных устройств.

Среднее значение контактного нажатия Рср и его среднеквадратическое отклонение а (Г) рассчитываются по формулам:

п 1=1

N

где п - количество измерений; г - номер измерения

¿т 1« - Р<р>2' ю

¿=1

Нормативные значения среднего статического нажатия в соответствии с ГОСТ 32204 [6] находятся в пределах от 70 до 130 Н.

В таблице 1 приведены нормативные величины наибольшего допустимого мгновенного нажатия (длительностью до 2 мс) при движении для различных скоростей Уэпс движения ЭПС [5].

Таблица 1 — Нормативные величины наибольшего нажатия для различных скоростей Уэпс движения ЭПС

Род тока Нормируемое значение Н

при скорости движения электроподвижного состава, Уэпс, км/ч

160<УЭПС<200 200<7ЭПС<220 220<Кшс<250 Цпс>250

Постоянный ток 3 кВ 350 380 450 -

Переменный ток 25 кВ 250 250 250 250

На качество токосъема оказывают влияние параметры двух основных структурных элементов:

- контактной подвески (вертикальная регулировка, жесткость, натяжение проводов, геометрия, сечение и др.);

- токоприёмника (статическое нажатие, приведенная масса, жёсткость каретки и др.).

В виду влияния множества факторов на процесс взаимодействия токоприемника и контактной подвески, ограничим область исследования и проанализируем влияние натяжения контактного провода и несущего троса на качество токосъема. За оценку качества токосъема используем общепринятые критерии - среднее значение контактного нажатия и его среднеквадратическое отклонение.

1.1 Анализ существующих конструкций контактных подвесок

В настоящее время на железных дорогах России применяются основные типы контактных подвесок [7], которые приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Основные типы контактных подвесок и область их применения

Тип контактной подвески Область применения

Цепная компенсированная с двумя контактными проводами, коэффициентом неравномерности эластичности не более 1,20 Главные пути перегонов и станций участков постоянного тока при скорости движения поездов свыше 160 до 250 км/ч

Цепная компенсированная с одним контактным проводом, коэффициентом неравномерности эластичности не более 1,20 Главные пути перегонов и станций участков переменного тока при скорости движения поездов свыше 160 до 250 км/ч

Цепная компенсированная с двумя контактными проводами, коэффициентом неравномерности эластичности не более 1,35 Главные пути перегонов и станций участков постоянного тока при скоростях движения поездов свыше 140 до 160 км/ч

Окончание таблицы 2

Тип контактной подвески Область применения

Цепная компенсированная с одним контактным проводом, коэффициентом неравномерности эластичности не более 1,35 Главные пути перегонов и станций участков переменного тока при скоростях движения поездов свыше 140 до 160 км/ч

Цепная полукомпенсированная с двумя контактными проводами Главные пути станций участков постоянного тока при скорости движения поездов свыше 70 до 140 км/ч

Цепная полукомпенсированная с одним контактным проводом Главные пути станций участков переменного тока при скорости движения поездов свыше 70 до 140 км/ч

Пути перегонов и станций участков переменного тока при скорости движения поездов до 70 км/ч

Простая компенсированная с одним контактным проводом Пути депо для скорости движения до 70 км/ч

Цепная компенсированная или полукомпенсированная ромбовидная с двумя контактными проводами Открытые места, где скорость ветра выше нормативной для данного района и провода подвержены автоколебаниям для скорости движения до 140 км/ч

Жесткая Стесненные габариты, искусственные сооружения при скорости движения поездов до 120 км/ч

Автокомпенсированная с двумя несущими тросами и двумя контактными проводами Открытые места, где скорость ветра выше нормативной для данного района и провода подвержены автоколебаниям при скорости движения поездов до 120 км/ч Тоннели при скорости движения поездов до 120 км/ч

Примечание: На главных путях станций с числом путей не более семи, расположенных на особогрузонапряженных участках допускается применение цепной компенсированной контактной подвески с одним контактным проводом на переменном и двумя контактными проводами на постоянном токе

Известны типовые проекты для скоростных и высокоскоростных контактных подвесок системы тягового электроснабжения постоянного тока с напряжением в контактной сети 3 кВ: КС-160, КС-200, КС-250. Также разработаны новые проекты контактной сети с улучшенными техническими решениями для скоростного и высокоскоростного движения: КС-200-06К (200 км/ч), для адаптации существующей контактной сети КС-250 (до 250 км/ч), КС-250-3 (до 250 км/ч) [8].

В таблице 3 показана протяженность сети скоростных и высокоскоростных линий в мире по состоянию на сентябрь 2014 года, согласно отчету европейского Департамента высокоскоростного движения [9]. Как видно из представленных данных, за рубежом, в развитых странах, высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте уже сформировано и продолжает интенсивно развиваться.

В таблице 4 приведены технические параметры типовых контактных подвесок для высокоскоростного движения, эксплуатируемых на железных дорогах мира [10-14]. Из таблицы 4 видно, что в мировой практике железных дорог применяются различные системы тягового электроснабжения и типы проводов для контактной подвески. В связи с наличием значительного количества параметров, влияющих на показатели токосъёма, сравнительный анализ систем тягового энергоснабжения весьма затруднителен.

В данной работе предлагается провести исследования по определению рационального натяжения в контактных подвесках системы тягового электроснабжения принятой в России.

Таблица 3 - Скоростные и высокоскоростные железнодорожные линии

№ п/п Страна Наибольшая скорость движения на линиях в эксплуатации, км/ч Длина участка, км Общая длина, км

В эксплуатаци и В стадии строительства Планируемая Перспективная (скорости свыше 250 км/ч)

1 Австрия 250 48 201 - - 249

2 Бельгия 260;300 209 - - - 209

3 Франция 300; 320 2036 757 50 2357 5200

4 Германия 160;230; 250;280;300 1352 466 - 324 2142

5 Италия 250;300 923 125 - 221 1269

6 Голландия 300 120 - - - 120

7 Польша - - - - 712 712

8 Португалия - - - - 1006 1006

9 Швеция - - - - 750 750

10 Швейцария 250 35 72 - - 107

11 Великобритания 300 113 - - 543 656

12 Россия - - - - 3150 3150

13 Испания 200;270;300 2515 1308 - 1702 5525

14 Тайвань-Китай 300 345 - - 9 354

15 Индия - - - - 495 495

16 Китай 200;250;300; 350 11132 7571 - 3777 22481

17 Япония 240;260;270; 300;320 2664 779 - 179 3622

18 Саудовская Аравия - - 550 - - 550

19 Южная Корея 300 412 247 49 - 708

20 Турция 160;250 688 469 1210 548 2915

21 США 240 362 - - 777 1139

22 Марокко - - 200 - 480 680

23 Бразилия - - - - 511 511

Таблица 4 - Технические параметры типовых контактных подвесок для высокоскоростного движения, эксплуатируемых на железных дорогах в различных странах

Параметр Германия Италия Франция Испания Китай Япония

Система тягового Переменный ток с напряжением Посгоянн Перемени Переменный ток с напряжением Перемени Перемени Перемени

железнодорожного 15 кВ 16,7 Гц ый ток с ый ток с 25 кВ 50 Гц ыи ток с ый ток ыи ток с

электроснабжения напря- напря- напря- напряжени напряжени

жением жением жением ем 50/25 ем

3 кВ 25 кВ 50 Гц 25 кВ 50 Гц кВ 50 Гц 25 кВ 60Гц

Скорость движения, 230 250-300 330 250 300 260 300 300- 320- 350 350 Свыше 240

км/ч 320 350

Тип контактной Re 200 Re 250 Re 330 - FS 300 TGV catenary ЕАС 350 China Ком-

подвески, наиме- mod 3000/25 паундная

нование (с двойным несущим тросом)

Материал контактного Медь с Медь с Медь с Медь с Медь (Си) Медь Медь Медь с Медь с Медь с Медь с Медь (Си)

провода добавлен добавлен добавлен добавлен (Си) (Си) добавл добавл добавлени добавлени

ием ием ием ием ением ением ем магния ем магния

серебра (CuAg) серебра (CuAg) магния (CuMg) серебра (CuAg) магния (CuMg) магния (CuMg) (СиМё) (CuMg)

Сечение контактного 100 120 120 150 150 120 150 150 150 150 150 170

провода, мм

Натяжение контактного 13 15 27 2x15 20 15 20 25 26 31,5 30 15

провода, кН

Материал троса несущего Бронза (BzII) Бронза (BzII) Бронза (BzII) Медь с добавлен ием кадмия (CuCd) Медь (Си) Бронза (BzII) Бронза (BzII) Бронза (BzII) Бронза (BzII) Медь (Си) Бронза (BzII) Сталь, Медь-дополните льный

Сечение несущего 50 70 120 160 120 65 65 116 116 95 120 180,

троса, мм2 170- дополните льный

Натяжение несущего 10,00 15,00 21,00 27,50 16,25 14,00 14,00 20,00 20,00 15,75 21,00 15,15-

троса, кН дополните льный

Наличие рессорного да да да нет нет да нет нет нет да да нет

троса

1.2 Анализ исследований по выбору параметров контактных подвесок

Многолетние теоретические и экспериментальные исследования в области токосъёма и выбора параметров контактных подвесок проводили ведущие научные сотрудники и специалисты нашей страны - И.И. Власов, К.Г. Марквардт,

A.И. Гуков, A.B. Плакс, A.B. Фрайфельд, Ю.И. Горошков, И.А. Беляев,

B.А. Вологин, В.П. Михеев, O.A. Сидоров, В.М. Павлов, Ю.Г. Семенов, В.А. Ан, A.B. Ефимов, А.Г. Галкин, В.Н. Ли; за рубежом - Ф. Кислинг, А. Шмидер, О. Коннор, П.Р. Скотт, 3. Фидрых, и др.

Следует выделить из множества работ по выбору параметров контактных подвесок исследования, в которых изучают:

- влияние суммарного натяжения проводов контактной подвески на качество токосъема;

- влияние натяжения контактных проводов в контактной подвеске на качество токосъема.

Так, результаты испытаний контактной подвески М-120+2МФ-100 и ПБСМ-70+МФ-100 в [15] показали, что с увеличением суммарного натяжения проводов контактной подвески с 25 до 28 кН токосъём заметно улучшился по всему анкерному участку в диапазоне скоростей от 100 до 200 км/ч.

Практически в исследованиях по влиянию суммарного натяжения на качество токосъема авторы делают выводы об увеличении натяжения только контактного провода [16-19].

Большое количество отечественных и зарубежных исследований посвящено изучению влияния повышенного натяжения контактного провода на качество токосъема [4, 20-27]. При таких условиях увеличивается жёсткость контактной подвески и скорость распространения поперечной волны в проводах. В конструкциях подвесок для высокоскоростного движения натяжение контактного проводе выше, чем в обычных подвесках [28]. Для определения рационального натяжения проводов контактной подвески с целью улучшения качества

токосъема, необходимо учитывать скорость Ув, км/ч распространения волны в проводах [29]. Скорость волны Ув влияет на допустимую скорость электроподвижного состава, непосредственно зависит от натяжений контактного провода и несущего троса и рассчитывается по формуле

К, = 3,6 ■ N

(3)

тнт + ™кп

где Т - натяжение несущего троса, Н; К - натяжение контактного провода, Н; тнт - погонная масса несущего троса, кг/м; ткп - погонная масса контактного провода, кг/м.

В работе [30] было получено, что наибольшее влияние на скорость распространения волны оказывает натяжение проводов контактной подвески. Полученные зависимости скорости распространения поперечной волны от натяжения несущего троса при различных длинах пролёта двух зон (между серединой пролёта и первой простой струной и между первой простой струной и осью опоры) показали, что эта скорость неодинакова по длине пролёта и также зависит от натяжения несущего троса.

Экспериментальные поездки, которые были проведены ВНИИЖТом с типовой контактной подвеской [31], показали, что даже при скорости 200 км/ч колебания значений контактного нажатия значительно меньше расчетной, что в большей мере обусловлено рациональным выбором натяжений в несущем тросе и контактных проводах.

При опытных поездках в Германии со скоростями до 280 км/ч [32] была исследована эффективность увеличения натяжения контактного провода сечением 120 мм2 в подвеске Яе250 с 15 до 21 кН. Такое изменение позволило улучшить показатели качества токосъема, в частности, снизить наибольшие значения контактного нажатия токоприёмника на контактный провод с 220 до 180 Н.

ВНИИЖТ совместно с ОмГУПС и УрГУПС [33] провели экспериментальные исследования по определению статических и динамических параметров системы токосъема для различных модификаций реконструированной контактной сети КС-200 при скорости движения электроподвижного состава до 250 км/ч. Результаты проверки подтвердили выводы о том, что натяжение проводов контактной подвески влияет на скорость распространения поперечной волны, днако выбор рационального соотношения между натяжением несущего троса и контактного провода не проводился.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Емельянова, Марина Николаевна, 2015 год

Список литературы

1 О Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года [Текст]. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 17.06.2008 г. № 877-р.

2 Купцов, Ю.Е. Беседы о токосъеме, его надежности, экономичности и о путях совершенствования [Текст]/ Ю.Е. Купцов. - М.: Модерн-А, 2001. - 256 с.

3 Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог: ЦЭ-868 [Текст]/ Департамент электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения Российской Федерации. - М.: Траниздат, 2002. - 184 с.

4 Фрайфельд, A.B. Проектирование контактной сети [Текст]/ A.B. Фрайфельд, Б. Г. Брод- М.: Транспорт, 1991. - 355 с.

5 Тюрнин, П.Г. Обеспечение качественного токосъёма [Текст]/ П.Г. Тюрнин, Н.В. Миронос//Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на постоянном токе: сб. науч. тр. ОАО «ВНИИЖТ»/ Под ред. Н.В. Мироноса, П.Г. Тюрнина - М.: Интекст, 2010.- С.15-19.

6 ГОСТ 32204-2013 Токоприемники железнодорожного электроподвижного состава. Общие технические условия [Текст]. - М.: Стандартинформ, 2014. -24 с.

7 СП Тяговое электроснабжение железной дороги. Правила проектирования, строительства и реконструкции [Текст]. Приказ Минтранса России от 02.12.2014 г. №330.

8 Хананов, В. В. Схемные решения и варианты конструкций контакной сети на экспериментальном участке Калашниково-Лихославль [Текст]/ В. В. Хананов,

С. В. Попов, Е. В. Кудряшов, Д. И. Чередников, В. А. Бухаров// Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на постоянном токе: сб. науч. тр.ОАО «ВНИИЖТ»/ Под ред. Н.В. Мироноса, П.Г. Тюрнина. -М.: Интекст, 2010. - С. 19-32

9 High speed lines in the World / UIC High Speed Department [Электронный ресурс]. - 2014.- Updated 1st September - Режим доступа: http://www.uic. org/IMG/pdf/2014090 l_high_speed_lines_in_the_world.pdf

10 Kiessling F. Contact lines for Electrical Railways: Planning, Design, Implementation, Maintenance, 2nd Edition [Text]/ F. Kiessling, R. Puschmann, A. Schmieder, E. Schneider. - Erlangen: Publics Publishing, 2009 (Revised reprint 2012).- 994 p.

11 Zimmert, G. Overview of HSR in China with a focus on the overhead contact line system for the Wuhan Guanzhou HSR, the fastest Railway in the World [Text]/ G. Zimmert//High Speed Rail. Velocity Network. - 2011. - September, issue № 73. -P.37-41.

12 Steffanini, P. Italy's high speed rail network [Text]/ P. Steffanini // High Speed Rail. Velocity Network. - 2011. - September, issue № 73. - P. 42-44.

13 Mitsuru Ikeda, T. U. Interaction of pantographs and contact lines at Shinkansen [Text]/ T. U. Mitsuru Ikeda //Elektrischen Bahn. - 2011. - № Heft 7. - S.338-343.

14 Design of high speed overhead contact lines and its execution in projects/ H. Tessun/ 6th World Cogress on High Speed Rail, Amsterdam [Электронный ресурс]. - 2008. - Режим доступа: http://www.uic.org/apps/presentation/tessun.pdf

15 Вологин, В.А. Взаимодействие токоприёмников и контактной сети [Текст]/ Вологин В.А. - М.: Интекс, 2006. - 256 с.

16 Ikeda, К. Optimization of overhead contact lines for Shinkansen speed increases

[Text]/ К. Ikeda// Ж EAST Technical Review. - 2008. - № 12-Summer. -P.64-69.

17 Заренков, C.B. Совершенствование методов расчёта и измерения эластичности цепных контактных подвесок [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Заренков Семен Валерьевич. - Омск, 2009. - 17 с.

18 Fumi, А. Контактная сеть железных дорог Италии [Текст]/ A. Fumi// Железные дороги мира. - 2003. - №5. - С. 12-17.

19 Saxena, R. Модернизация контактной сети под движение поездов с более высокой скоростью [Текст]/ R. Saxena// Железные дороги мира. - 2000. - №7. -С. 16-24.

20 Беляев, И.А. Взаимодействие токоприёмника и контактной сети при высоких скоростях движения [Текст]/ И.А. Беляев. - М.: Транспорт, 1968. — 160 с.

21 Электрические железные дороги. Учебник для вузов ж.-д. транспорта [Текст]/ В.А. Кисляков, А.В Плакс, В.Н. Пупынин и др.; под редакцией Плакса A.B. и

_Пупынина В.Н. - М.: Траспорт, 1993. - 280 с.

22 Беляев, И.А. Исследование воздействия токоприёмников на контактную сеть при скоростях движения до 200 км/ч [Текст]/ И.А. Беляев, В.А. Вологин // Вестник ВНИИЖТ. - 1966.- №1.-С. 6-9.

23 Голубков, A.B. Совершенствование методов и аппаратных срдестве определения рациональных параметров скоростных контактных подвесок [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Голубков Антон Сергеевич. - Омск, 2009. - 16 с.

24 Порошин, Ю.М. Контактная сеть высокоскоростной линии [Текст]/ Ю.М. Порошин, Э.З. Селектор, А.П. Юшкевич // Электрическая и тепловозная тяга. - 1986.- №2.- С. 42-44.

25 Bayer, К.-Н. Einfluss der Konstruktionsparameter auf die Befahrung einer Oberleitung fur höhe Geschwindigkeiten - Theorie und Versuch [Text]/ K.-H.

Bayer, F. Kiessling и R. Seifert // Elektrische Bahnen. - 1989. - № 10. - S. 269279.

26 Kiessling, F. Neue Hochleistungsoberleitung Bauart Re 330 der Deutschen Bahn [Text]/ F. Kiessling, M. Semrau, H. Tessun, B.-W. Zweig// Elektrische Bahnen. -1994.- №8.- S. 234-240.

27 Zimmert, G. Dynamisches Verhalten der Oberleitung für 350 km/h auf der neuen Strecke Wuhan - Guangzhou [Text]/ G. Zimmert // Elektrische Bahnen. - 2010. -№ Heft 4 (108). - S.147-155.

28 Вологин, В.А. Динамичесике параметры системы контактная сеть-токоприёмник [Текст]/ В.А. Вологин, A.C. Герасимов// Вестник ВНИИЖТ. -2008.- №2.- С. 19-23.

29 Изергина, М.Н. Повышение качества токосъёма на основе выбора рационального натяжения проводов контактной подвески. Постановка задачи [Текст]/ М. Н. Изергина// Проблемы железнодорожного транспорта: сб. науч. тр. ОАО «ВНИИЖТ»/ Под ред. Г.В. Гогричиани. - М.: Интекст, 2010. - С. 201-205.

30 Фидрых, З.Е. Исследование влияния параметров контактной подвески на качество токосъёма при высоких скоростях движения [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.435/ З.Е. Фидрых. - Москва, 1971. -26 с.

31 Контактная подвеска электрифицированных, железных дорог для высоких скоростей движения поездов (из опыта работы электрификаторов Октябрьской дороги и ТРАНСЭЛЕКТРОПРОЕКТА МИНТРАНССТРОЯ): НТО железнодорожного транспорта (брошюра) [Текст]/ Б.Г. Купцов, Г.Г. Энгельс. - М.: Транспорт, 1967. - 30 с.

32 Беляев, И.А. Устройство контаткной сети на зарубежных дорогах [Текст]/ Беляев. И.А. - М.: Транспорт, 1991. - 192 с.

33 Миронос Н.В. Испытания системы токосъема на перегоне Лихославль-

Калашникове Октябрьской железной дороги [Текст]/ Н.В. Миронос, М.В. Вязовой, П.Г. Тюрнин, Е.Э. Закиев, А.В. Андреева// Вестник ВНИИЖТ. -2008.- № 1.- С. 31-34.

34 Миронос, Н. В. Обобщение результатов испытаний системы токосъема (контактной подвески постоянного тока при скорости движения до 250км/ч) на Октябрьской железной дороге на основе анализа среднеквадратичного отклонения нажатия токопреимника на контаткный провод [Текст]/ Н. В. Миронос, П. Г. Тюрнин, М. Н. Изергина // Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на посто-янном токе: сб. науч. тр. ОАО «ВНИИЖТ»/ Под ред. Н.В. Мироноса, П.Г. Тюрнина - Москва: Интекст, 2010. - С. 145-151.

35 Нормы проектирования контактной сети: СТН ЦЭ 141-99 [Текст]/ Департамент электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения Российской Федерации. - М.: Траниздат, 2001. - 176 с.

36 Characteristics of direct-current overhead contact systems for lines worked at speeds of over 160 km/h and up to 250 km/h UIC 799-1 Leaflet [Text]/ Translation International Union of Railways (UIC), 1st edition June 2000. - 25 pages.

37 Исследование взаимодействия токоприемников и контактной подвески на перегоне Лихославль-Калашниково: отчет о НИР [Текст]/ Ефимов А.В. -Екатеринбург: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный университет путей сообщения, 2006. - 38 с.

38 IEC 60913-2013 Railway applications - Fixed installations - Electric traction overhead contact lines (Edition 2.0) [Text]. - IEC, Geneva, Switzerland, 2013. -206 p.

39 Контактная сеть: учебник для техникумов. 3-е изд., пераб. и доп. ред. [Текст]/ Горошков Ю.И., Н.А. Бондарев. - М.: Траспорт,

1990.- 399 с.

40 Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2008 году [Текст]/ Департамент электрификации и электроснабжения - филиала ОАО «РЖД». - М.: Департамент электрификации и электроснабжения -филиала ОАО «РЖД», 2009. - 121 с.

41 Анализ работы хозяйства электроснабжения в 2003 году [Текст]/ Департамент электрификации и электроснабжения - филиала ОАО «РЖД». - М.: Департамент электрификации и электроснабжения -филиала ОАО «РЖД», 2004. - 106 с.

42 Анализ работы хозяйства электроснабжения в 2004 году [Текст]/ Департамент электрификации и электроснабжения - филиала ОАО «РЖД». - М.: Департамент электрификации и электроснабжения -филиала ОАО «РЖД», 2005. - 94 с.

43 Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2005 году [Текст]/ Департамент электрификации и электроснабжения - филиала ОАО «РЖД». - М.: Департамент электрификации и электроснабжения -филиала ОАО «РЖД», 2006. - 104 с.

44 Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2006 году [Текст]/ Департамент электрификации и электроснабжения - филиала ОАО «РЖД». - М.: Департамент электрификации и электроснабжения -филиала ОАО «РЖД», 2007. - 110 с.

45 Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2007 году [Текст]/ Департамент электрификации и электроснабжения - филиала ОАО «РЖД». - М.: Департамент электрификации и электроснабжения -филиала ОАО «РЖД», 2008. - 116 с.

46 Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2009 году [Текст]/ Департамент электрификации и электроснабжения - филиала

ОАО «РЖД». - М.: Департамент электрификации и электроснабжения -филиала ОАО «РЖД», 2010.- 137 с.

47 Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2010 году [Текст]/ Департамент электрификации и электроснабжения - филиала ОАО «РЖД». - М.: Департамент электрификации и электроснабжения -филиала ОАО «РЖД», 2011. - 122 с.

48 Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2011 году [Текст]/ Управление электрификации и электроснабжения Центарльное дирекции инфраструктуры - филиала ОАО «РЖД». - М.: Управление электрификации и электроснабжения Центарльное дирекции инфраструктуры

- филиала ОАО «РЖД», 2012. - 136 с.

49 Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2012 году [Текст]/ Управление электрификации и электроснабжения Центарльное дирекции инфраструктуры - филиала ОАО «РЖД». - М.: Управление электрификации и электроснабжения Центарльное дирекции инфраструктуры

- филиала ОАО «РЖД», 2013. - 118с.

50 Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2013 году [Текст]/ Управление электрификации и электроснабжения Центарльное дирекции инфраструктуры - филиала ОАО «РЖД». - М.: Управление электрификации и электроснабжения Центарльное дирекции инфраструктуры

- филиала ОАО «РЖД», 2014. - 98 с.

51 Изергина, М.Н. Исследование влияния натяжения проводов контактной подвесик на качество токосъёма [Текст]/ М. Н. Изергина // Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на постоянном токе: сб. науч. тр. ОАО «ВНИИЖТ»/ Под ред. Н.В. Мироноса, П.Г. Тюрнина - М.: Интекст, 2010. - С. 91-94.

52 ГОСТ 32895 - 2014 Электрификация и электроснабжение железных дорог.

Термины и определения [Текст]. - М.: Стандартинформ, 2014. -40 с.

53 O'Connor, D.N. Active control of a high-speed pantograph [Text]/ D.N. O'Connor, S.D. Eppinger, W.P. Seering, D.N. Wormley// Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. - 1997. - Vol. 119, March. - P. 1-4.

54 Почаевец, Э.С. Выбор оптимальных параметров контактных подвесок с учетом случайных факторов [Текст]/ Почаевец Э.С.//Вестник ВНИИЖТ. -1974.-№ 1.-С. 16-19.

55 Плакс, А.В. Определение максимальной скорости движения по условиям токосъема [Текст]/ А.В. Плакс// Вестник ВНИИЖТ. - 1961. - № 3. - С. 13-17.

56 Roman, Z. Wspotpraca Odbieraka Pradu z Siecia Trakcyina i jej Wptyw na Warunki Powstawania Uszkodzen Sieci [Text]/ Z. Roman// Poblemy Kolejnictwa. - 1982.-№94.-C. 72-115.

57 Chung, Y.I. Stability of a vehile on a multispan simply supported guideway [Text]/ Y.I. Chung, J. Genin// Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. -1978. - Vol.100, December. - P. 326-332.

58 Scott, P.R. Computer evaluation of overhead equipment for electric railroad traction [Text]/ P.R. Scott R, M. Rothman// IEEE Transactios on Industry Applications. -1974. - Vol.IA-10, September/October, № 5,

P. 573-580.

59 Stanisic, M.M. On a theory concerning the dynamical behavior of structures carrying moving masses [Text]/ M.M. Stanisic, J.A. Euler, S.T. Montgomery// Ingeniuer Archiv. - 1974. - № 13. - P. 295-305.

60 Титаренко, П.Д. Исследование влияния основных параметров конструктивных параметров токоприемников и контаткной сети на качество токосъема [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.196 / Титаренко Петр Дмитриевич. - Ростов-на-Дону, 1974. - 23 с.

61 Изергина, М.Н. Выбор физико-математической модели взаимодействия токоприемника с контактными подвесками для изучения влияния натяжения проводов на динамические параметры системы [Текст]/ М. Н. Изергина// Проблемы железнодо-рожного транспорта: сб. науч. тр. ОАО «ВНИИЖТ»/ Под ред. Г.В. Гогричиани. - М.: Интекст, 2011- С. 141-144.

62 Миронос, Н.В. Исследование токосъема на базе системы технического зрения [Текст]/ Н.В. Миронос, П.Г. Тюрнин, А.Т. Тибилов// Вестник ВНИИЖТ. -2005.- №5.- С. 44-47.

63 Каудерер, Г. Нелинейная механика [Текст]/ Г. Каудерер: перевод с немецкоо Я.Г. Пановко. - М.: Издадельство иностранной литературы, 1961. - 777 с.

64 Вологин, В. А. Разработка методики определения влияния несущего троса на среднеквадратичное отклонение контакного нажатия [Текст]/ В. А. Вологин, М. Н. Изергина// Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 2012. - № 2. - С. 47-48.

65 Тюрнин, П. Г. Изучение влияния параметров контактной подвески на качество токосъема при различных скоростях движения на основе спектрального анализа изменения контакного нажатия [Текст]/ П. Г. Тюрнин, М.Н. Емельянова //Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 2014. - № 3 - С. 46-49.

66 Миронос, Н. В. К вопросу о допустимой термомеханической нагрузке на контактный провод [Текст]/ Н. В. Миронос, П. Г. Тюрнин, И. С. Гершман// Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на посто-янном токе: сб. науч. тр. ОАО «ВНИИЖТ»/ Под ред. Н.В. Мироноса, П.Г. Тюрнина - Москва: Интекст, 2010. - С. 164-172.

67 НБ ЖТ ТМ 03-98 Провода контактные из меди и ее сплавов. Нормы безопасности [Текст]. - М.: Нормы безопасности на железнодорожном транспорте. - 18 с.

68 Емельянова, M. H. Обоснование механической величины эксплуатационной термомеханической нагрузки на провода контактной сети/ М.Н. Емельянова //Известия Транссиба. - 2014. - т. 18, № 2. - С. 55-60.

69 Экономика железнодорожного транспорта: учеб. для вузов ж.-д. транспорта / Н.П. Терёшина, В.Г. Галабурда, М.Ф. Трихунков и др.; под ред. Н.П. Терёшиной, Б.М. Лапидуса, М.Ф. Трихункова. - М.: УМЦ ЖДТ, 2006. - 801 с.