Совершенствование расчета динамического взаимодействия контактной сети и токоприемников на основе метода конечных элементов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.09, кандидат технических наук Веселов, Василий Вячеславович

• Веселов, Василий Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Веселов, Василий Вячеславович

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИК РАСЧЕТА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТОКОПРИЕМНИКОВ С КОНТАКТНОЙ СЕТЬЮ

1.1 Аналитические модели взаимодействия

1.1.1 Модели взаимодействия с сосредоточенными параметрами

1.1.2 Модели взаимодействия с распределенными параметрами

1.2 Имитационные модели взаимодействия

1.2.1 Модель взаимодействия фирмы Siemens

1.2.2 Модель взаимодействия ST3+OP

1.2.3 Модель взаимодействия Миланского технического университета

2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТОКОПРИЕМНИКОВ С КОНТАКТНОЙ СЕТЬЮ

2.1 Математический аппарат модели

2.2 Модель взаимодействия простой подвески

2.3 Модель взаимодействия цепной подвески

2.4 Модель взаимодействия рессорного узла

2.5 Модель взаимодействия фиксаторного узла

2.6 Составление комплексной модели взаимодействия

2.7 Идентификация модели по скорости распространения волн в

• подвеске

2.8 Идентификация модели по частоте собственных колебаний свободно подвешенного провода

3. ПРОВЕДЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

3.1 Оценка влияния изменения натяжения проводов подвески и скорости движения токоприемников

3.2 Расчет пропуска многих сцепок локомотивов В Л

3.3 Использование модели для подготовки и проведения испытаний подвески КС-200 на Октябрьской железной дороге

3.4 Определение отжатая несущего троса под ИССО

4. ПРОВЕДЕНИЕ НАТУРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

4.1 Измерение отжатий контактной подвески

4.2 Измерение контактного нажатия

5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДИКИ И МОДЕЛИ РАСЧЕТА ДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование расчета динамического взаимодействия контактной сети и токоприемников на основе метода конечных элементов»

Для надежной работы контактной подвески в условиях проектирования и строительства скоростных и высокоскоростных магистралей и выполнения ей своей основной задачи - обеспечение токосъема, необходимо высокое качество выбора ее параметров на стадии проектирования. Для этого необходимо проводить не только статический, но и динамический расчет контактной подвески при взаимодействии ее с токоприемниками. Это обусловлено тем, что взаимодействие контактной подвески с токоприемниками представляет собой сложный колебательный процесс, в котором участвуют разнородные колебательные системы - две из них с распределенными параметрами (железнодорожный путь и контактная подвеска) и несколько систем с условно сосредоточенными параметрами (локомотивы с токоприемниками). То есть, интересующие нас точки контакта полозов токоприемников с контактным проводом совершают колебания, обусловленные параметрическим возбуждением со стороны контактной подвески вследствие периодического изменения ее параметров, а со стороны локомотива - взаимодействием колеблющихся токоприемников, на основания которых передаются колебания пути и электроподвижного состава. Кроме того, вдоль контактной подвески в обе стороны от точки приложения контактного нажатия каждого из токоприемников распространяются волны колебаний, влияющие на взаимодействие подвески с другими токоприемниками. На колебательную систему так же влияют случайные факторы, такие как воздействие ветровых нагрузок, разрегулировки контактной подвески и др.

Актуальность данной работы обусловлена тем, что существующие до настоящего времени российские методики расчета обладают большим количеством допущений и не могут применяться для практических целей. Существующие же иностранные методики созданы для условий зарубежных дорог и не учитывают специфику российских железных дорог. Стоимость приобретения таких моделей расчета очень высока.

Необходимость проведения вычислительных экспериментов на стадии проектирования новых контактных подвесок и для модернизации старых обусловлена ростом скоростей движения, а также проектированием и строительством высокоскоростных магистралей (ВСМ).

Методика актуальна не только для высокоскоростных железных дорог при скоростях движения 200.300 км/ч, но и для обычных скоростей движения. Так, для увеличения пропускной способности железных дорог, скорости движения по магистральным участкам планируется увеличить до 140. 160 км/ч. Как показали вычислительные эксперименты и теоретические расчеты, в этом диапазоне скоростей наблюдается резонансные явления, которые ухудшают токосъем. Данная методика может быть использована для исследования резонансных явлений и выработке мероприятий по их уменьшению.

Даже при, существующих скоростях движения происходит значительный износ контактного провода, что приводит к большим экономическим затратам. Эта проблема обостряется повышающимися на цветные металлы ценами. С помощью предложенной методики можно рассчитать точные, прицельные регулировки контактной сети для улучшения качества токосъема и уменьшения износа контактных проводов.

Цель работы - создание модели и методики расчета динамического взаимодействия, отвечающей современным требованиям расчетов и повышение точности расчетов за счет уменьшения числа допущений и использования новых информационных технологий (НИТ). К основным задачам исследований относятся:

1. Обзор и анализ существующих методик и моделей расчета. 6

2. Разработка математической модели расчета динамического взаимодействия контактной сети с токоприемниками и программы для ЭВМ.

3. Анализ параметров модели.

4. Применение модели для практических расчетов.

Заключение диссертации по теме «Электрификация железнодорожного транспорта», Веселов, Василий Вячеславович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования, проводимые при выполнении диссертационной работы позволяют сформулировать следующие основные выводы и рекомендации:

1. В настоящее время модели взаимодействия с сосредоточенными параметрами не удовлетворяют возросшую потребность в точности расчета динамического взаимодействия токоприемников и контактной подвески. Применение зарубежных моделей затруднено, т.к. связано с необходимостью их адаптации к условиям российских железных дорог и большой стоимостью расчетов.

2. Для моделирования процесса взаимодействия токоприемников с контактной сетью применим математический аппарат метода конечных элементов. Выбор модели конечного элемента необходимо производить в зависимости от соотношения моделируемой скорости движения и скорости распространения продольных волн в контактной подвеске.

3. Для конечных элементов (элементарная массой, связанная с соседними массами невесомыми, абсолютно жесткими, шарнирно соединенными стержнями) размером 0.5. 1 м расхождение с теоретической скоростью распространения поперечных волн составило -3.+5%.

4. Существующие контактные подвески при скоростях движения ЭПС 140. 160 км/ч имеют склонность к резонансу. Гистограмма распределения нажатий для резонансных скоростей двухмодальна, дисперсия нажатия увеличена по сравнению с нерезонансными скоростями.

5. Кривая контактного нажатия имеет периодичность изменений, кратную длине пролета и длине межструнового пролета.

100

6. Применение шахматного расположения струн приводит к неодинаковости мгновенных значений нажатия на двойные контактные провода, что может привести к увеличению их электрического износа.

7. При движении многих сцепок локомотивов ВЛ11 число токоприемников при расстояниях между ними 49 и более метров незначительно влияет на величину отжатия контактных проводов.

8. Целесообразно применение рассмотренной методики совместно с ВИКС для расширения результатов поездок на весь диапазон скоростей и температур с целью проведения аналитического мониторинга контактной сети. Существующая в настоящее время аппаратура ВИКС НИИЭФА, регистрирующая нажатия контактного провода, требует доработки.

9. Рекомендуется проведение аналитического мониторинга контактной сети совместно с ВИКС. Предлагается следующая периодичность расчетов: главный ход» - 1 раз в год, при подготовке к осенне-зимнему периоду. прочие главные пути станций и перегонов - 1 раз в 2 года. боковые пути станций - 1 раз в 5 лет. критические места (мосты, туннели, путепроводы с ограниченной высотой, участки подвески подверженные интенсивным ветровым воздействиям) - 2 раза в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Веселов, Василий Вячеславович, 2000 год

1. Фрайфельд A.B. Проектирование контактной сети. 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Транспорт, 1991. -327 с.

2. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Г. Корн, Т. Корн. -М.: Издательство «Наука», 1977. -832 с.

3. Токосъем и токоприемники электроподвижного состава. И.А. Беляев, В.П. Михеев, В.А. Шиян. Изд. 2-е, переработ. И доп. -М.: Транспорт, 1976. 184 с.

4. Беляев И.А. Взаимодействие токоприемника и контактной сети при высоких скоростях движения. -М.: Транспорт, 1968. 160 с.

5. Марквардт К.Г. Контактная сеть. 4-е изд. перераб. и доп. Учеб. для вузов ж.-д. трансп. -М.: Транспорт, 1994. -335 с.

6. Горошков Ю.И., Бондарев H.A. Контактная сеть. -М.: Транспорт, 1973.384 с.

7. Информационный дайджест фирмы Siemens

8. Roman Konieczny. Symulacja uspotracy dynamiczney kilku adbierakow pradu z siecia trakcyjna. / Trakcja i Wagony, 1984, №3. p. 84-87

9. Contrallo attivo nei pantografi per treni ad alta velocita / Diana G., Cheli F., Resta F., Miotto F. // Ing. Ferrov. -1996. -51, № 4. -с. 197-217, 241.

10. Секулович M. Метод конечных элементов / Пер. с серб. Ю.Н. Зуева; Под ред. В.Ш. Барбакадзе. М.: Стройиздат, 1993. - 664.: ил. - Перевод изд. Metod konachnih elemenata / Miodrag Sekulovic, 1988. - ISBN 5-274-01755-X.

11. A.B. Ефимов. Изгибная жесткость гибких стержней. Сборник научных трудов УрГАПС, выпуск 5 (87), 1997 г. 226 с.

12. Контактная сеть на высокоскоростных линиях. / Железные дороги мира, 1997, № 5. с. 41-44

13. Ефимов A.B. Разработка методики расчета взаимодействия токоприемников с контактной сетью. / Вестник. Академия Транспорта. Уральское межрегиональное отделение. -Курган: Издательство Курганского государственного университета, 1998. с. 47-49

14. Ефимов A.B., Галкин А.Г., Веселов В.В. Расчет взаимодействия токоприемника и контактной подвески с шахматным расположением струн. Межвуз. сборник науч. тр. СаМИИТ, вып. 14. Самара, 1998. с. 6064

15. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x: В 2-х т. Том 1.-М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999 -366 с.

16. Справочник по электроснабжению железных дорог. Том 2./ Под ред. К.Г. Марквардта. -М.: Транспорт, 1981. -392 с.

17. Теоретическая механика в примерах и задачах, т. III. Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю., Кельзон A.C. -М.: Издательство «Наука», 1973. 488 с.

18. Ефимов A.B. Уравнение состояния рессорного троса. / Вестник. Академия Транспорта. Уральское межрегиональное отделение. -Курган: Издательство Курганского государственного университета, №2, 1999. с.

19. Веселов В.В. Учет конечных размеров фиксатора при взаимодействии в опорном узле цепной подвески. /Молодые ученые транспорту. Тезисы докладов научно-технической конференции. -Екатеринбург. УрГАПС, 1998. с. 45,46

20. С.Г. Михлин. Курс математической физики. -М.: Издательство «Наука», 1968.-575 с.

21. В.А. Светлицккий, И.В. Стасенко. Сборник задач по теории колебаний. -М.: Высшая школа. 1979. с. 308.

22. Горошков Ю.И., Виноградов С.А. Панкратова И.Г. Эластичность контактных подвесок с простыми смещенными опорными струнами. //Вестн. ВНИИЖТ 1998, №4. с. 38-33

23. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог. ЦЭ-197. -М: Транспорт, 1994. -121 с.

24. Ефимов A.B., Галкин А.Г., Веселов В.В. Динамический расчет отжатая проводов цепной подвески. Межвуз. темат. сборник науч. тр. ОмГУПС, вып. 14. Омск, 1998. с. 60-63

25. Ефимов A.B., Галкин А.Г., Веселов В.В. Расчет взаимодействия токоприемников ЧС-200 с контактной сетью КС-200. Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС №6214-ж.д.99104

26. Заключение по научно-исследовательской работе «Испытания скоростной контактной подвески КС-200 на Октябрьской ж.д.». -М.: 1998. 29 с.

27. Sokolov S.M. Vision system for inspection of railroad electric power supply equipment. Proceedings of 11th International Conference on CAD CAM, Robotics & Factories Future, august 1995, Colombia, pg. 381-386.