Совершенствование систем автоматического регулирования нажатия токоприемников скоростного электроподвижного состава тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Ларькин, Иван Валерьевич

• Ларькин, Иван Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ларькин, Иван Валерьевич

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ (САР) НАЖАТИЯ ТОКОПРИЕМНИКОВ

1.1. Обзор существующих САР нажатия токоприемников

1.2. Анализ устройств и методов регистрации искрения токоприемников

1.2.1. Обзор методов регистрации искрения токоприемников

1.2.2. Определение перспективных способов регистрации искрения токоприемников

1.2.3. Требования, предъявляемые к устройству регистрации искрения токоприемников

1.3. Выводы

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАЖАТИЯ ТОКОПРИЕМНИКА

2.1. Обоснование предлагаемого способа регулирования нажатия токоприемника

2.2. Описание САР нажатия токоприемника

2.3. Методика теоретических исследований САР нажатия токоприемника

2.4. Разработка математической модели САР нажатия токоприемника

2.4.1. Математическая модель взаимодействия токоприемника с контактной подвеской с учетом отрывов полоза от контактного провода

2.4.2. Математические модели элементов САР нажатия токоприемника

2.4.3. Обобщенная модель САР нажатия

2.5. Анализ результатов расчета токоприемника, оснащенного САР нажатия, при его взаимодействии с контактной подвеской

2.5.1. Определение устойчивости и показателей качества САР 71 нажатия

2.5.2. Определение динамических характеристик токоприемника, осна- 74 ценного САР нажатия

2.6. Выводы

3. ОСОБЕННОСТИ ПРЕДЛАГАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАЖАТИЯ ТОКОПРИЕМНИКА

3.1. Измерительная часть САР нажатия токоприемника

3.2. Блок управления САР нажатия токоприемника

3 3 Пневматическая система токоприемника, оснащенного САР

88

нажатия

90

3.4. Выводы

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРЕДЛОЖЕННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАЖАТИЯ ТОКОПРИЕМНИКА И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ

4.1. Методика испытаний разработанной САР нажатия токоприем-

91

ника и ее элементов

4.1.1 Исследования с использованием лабораторных стендовых

установок

4.1.2. Методика испытаний устройства для регистрации искрения

98

токоприемника

4.1.3. Методика испытаний САР нажатия токоприемника

4.2. Результаты экспериментальных исследований

4.2.1. Экспериментальные исследования устройства для регистрации

101

искрения токоприемника

4.2.2. Экспериментальные исследования САР нажатия токоприемника

4.2.3. Оценка адекватности предложенного метода расчета САР нажатия токоприемника

4.3. Выводы

5. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАЖАТИЯ С РЕГУЛЯТОРОМ

НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ

5.1. Модель регулятора, основанного на нечеткой логике

5.2. Расчет САР нажатия с регулятором нечеткой логики

5.3. Выводы

6. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАЖАТИЯ ТОКОПРИЕМНИКА

6.1. Определение стоимостной оценки результатов

6.2. Определение единовременных затрат

6.3. Определение показателей экономической эффективности

6.4. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Приложение. Акт внедрения диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование систем автоматического регулирования нажатия токоприемников скоростного электроподвижного состава»

ВВЕДЕНИЕ

Эффективное функционирование железнодорожного транспорта Российской Федерации играет исключительную роль в создании условий для модернизации, перехода на инновационный путь развития и устойчивого роста национальной экономики, способствует созданию условий для обеспечения лидерства России в мировой экономической системе [1].

Целью инновационного развития ОАО «РЖД» является достижение параметров экономической эффективности, экологической и функциональной безопасности отечественного железнодорожного транспорта общего пользования, определенных Транспортной стратегией Российской Федерации и Стратегией

развития ОАО «РЖД».

В соответствии со Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года в настоящее время необходимо решать задачи по созданию скоростного и высокоскоростного движения и освоению отечественного производства основных элементов инфраструктуры и подвижного состава.

Комплекс мероприятий по повышению скоростей движения на железнодорожном транспорте предусматривает:

1. Повышение маршрутных скоростей дальних пассажирских поездов, следующих на расстояния более 700 км.

2. Организация скоростного железнодорожного движения после реконструкции действующих линий между крупными региональными центрами скоростными поездами с максимальной скоростью до 160 - 200 км/ч.

3. Строительство высокоскоростных железнодорожных линий, на которых обеспечивается движение со скоростями до 350 км/час: Санкт-Петербург -Москва; Санкт-Петербург - Хельсинки; Москва - Адлер; Москва - Нижний Новгород.

Как следует из программы развития ОАО «РЖД», увеличение скоростей движения будет проводиться для всех типов электроподвижного состава во всех диапазонах скоростей, что вызывает необходимость дальнейшего совершенствования существующих и создания новых элементов электроподвижного состава, в том числе, токоприемников. При реализации высоких скоростей движения проблема обеспечения надежного и качественного токосъема остается особенно актуальной во всем мире [2-7].

Разрабатываемые токоприемники должны соответствовать требованиям, определяемым скоростью движения на участке, и обеспечивать соблюдение

предусмотренных параметров и характеристик. При выборе зависящей от скорости средней величины нажатия в контакте необходимо стремиться, с одной стороны, к обеспечению надежного токосъема, с другой - к уменьшению износа контактного провода и контактных вставок токоприемников.

Нарушение контакта между токоприемником и контактным проводом сопровождается возникновением электрической дуги и приводит к повышенному износу контактных элементов и появлению сильных электромагнитных помех. При этом электрическая дуга обеспечивает непрерывность электрического тока в цепи и ведет к таким негативным последствиям, как отжиги и пережоги контактного провода.

Одним из основных направлений технического переоснащения токоприемников электроподвижного состава (ЭПС) с целью повышения показателей качества токосъема является применение систем автоматического регулирования (САР) нажатия токоприемника на контактный провод [8, 9].

В Омском государственном университете путей сообщения (ОмГУПС) на кафедре «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ведется разработка асимметричного токоприемника в рамках проекта «Разработка и организация высокотехнологичного производства нового магистрального токоприемника для применения на линиях с модернизированной инфраструктурой системы токосъема», реализуемого при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации. Для повышения надежности и экономичности токосъема разрабатываемый токоприемник должен быть оснащен САР нажатия.

Настоящая работа посвящена разработке и совершенствованию САР нажатия токоприемников, позволяющих снизить износ контактирующих элементов за счет поддержания нажатия в заданном диапазоне, предотвращения искрения и ду-гообразования в контакте и, как следствие, исключения пережогов и отжигов контактных проводов.

Цель работы - повышение качества токосъема путем снижения коэффициента искрения токоприемников скоростного ЭПС за счет совершенствования САР нажатия.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:

1) выполнить анализ существующих САР нажатия и методов регистрации искрения токоприемников;

2) разработать математическую модель САР нажатия токоприемника с позиционным регулятором, датчиками искрения и скорости;

3) усовершенствовать методику расчета взаимодействия авторегулируемого

токоприемника с контактной подвеской с учетом отрывов полоза от контактного провода;

4) реализовать САР нажатия токоприемника, основанную на применении позиционного регулятора, датчиков искрения и скорости;

5) создать методику экспериментальных исследований авторегулируемого токоприемника, оснащенного датчиками искрения и скорости;

6) выполнить оценку возможности применения САР нажатия с регулятором нечеткой логики;

7) оценить технико-экономическую эффективность предлагаемых технических решений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) разработана математическая модель системы автоматического регулирования нажатия токоприемника с датчиками искрения и скорости, учитывающая влияние закона управления на показатели качества работы системы;

2) усовершенствована методика расчета взаимодействия авторегулируемого токоприемника с контактной подвеской, учитывающая отрывы полоза от контактного провода;

3) создана методика лабораторных испытаний авторегулируемого токоприемника, оснащенного датчиками искрения и скорости.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами лабораторных и натурных экспериментов. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными не превышает 7 %.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1) разработанная САР нажатия токоприемника, основанная на применении датчиков искрения и скорости, позволяет повысить качество токосъема за счет снижения коэффициента искрения токоприемника в 2,5 раза;

2) усовершенствованная математическая модель взаимодействия авторегулируемого токоприемника с контактной подвеской позволяет определить рациональные параметры САР нажатия токоприемника для различных условий эксплуатации;

3) разработанная методика лабораторных испытаний авторегулируемого токоприемника, оснащенного датчиками искрения и скорости, обеспечивает оперативную настройку параметров системы, оценку работоспособности и эффективности применения системы автоматического регулирования нажатия.

Методы проведения исследований. Теоретические исследования проведены на основе методов математического моделирования на ПЭВМ с использова-

нием программ ЗоНсЪуогкз и МаНаЬ, теории автоматического управления, теории планирования эксперимента, статистического и корреляционного анализа. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных установках и на действующих токоприемниках электроподвижного состава.

Реализация результатов работы. Разработанная САР нажатия внедрена на токоприемнике ЭПС в рамках проекта «Разработка и организация высокотехнологичного производства нового магистрального токоприемника для применения на линиях с модернизированной инфраструктурой системы токосъема», реализуемого при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

Личный вклад соискателя. Постановка задачи, разработка и исследование САР нажатия токоприемника выполнены на основе предложенных автором методов. Основные научные положения и результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно.

Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на на VI международном симпозиуме «Электрификация и развитие инфраструктуры энергообеспечения тяги поездов железнодорожного транспорта» (Санкт-Петербург, 2011); на X и XI международных научно-практических конференциях «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2010, 2011); на IV международной научно-практической конференции «Трансэлектро-2010» (Днепропетровск, 2010); на всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009» (Ростов-на-Дону, 2009); на V научно-практической конференции «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (Омск, 2010); на II межвузовской научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (Иркутск, 2011); на научно-технических семинарах кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ОмГУПСа в 2007 - 2012 гг.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в семнадцати печатных работах, которые включают в себя семь статей и семь тезисов докладов, получено три патента РФ на полезные модели. Три статьи опубликованы в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 125 наименований и одного приложения. Общий объем диссертации составляет 145 страниц, включая 12 таблиц и 105 рисунков.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАЖАТИЯ ТОКОПРИЕМНИКОВ

Токоприемник - аппарат ЭПС, предназначенный для приема электроэнергии от контактных проводов. Конструкция токоприемника и его характеристики определяются мощностью и скоростью ЭПС, габаритами подвижного состава и приближения строений, расположением контактных проводов в плане и по высоте. Токоприемники должны обеспечивать надежный (без повреждений), экономичный (с минимальным износом контактирующих элементов) и экологичный токосъем [10].

Токоприемники должны соответствовать требованиям, определяемым скоростью движения на участке и обеспечивать соблюдение предусмотренных предельно допустимых параметров. При установлении зависящей от скорости средней величины сил нажатия в контакте необходимо стремиться, с одной стороны, к обеспечению бесперебойного токосъема, с другой - к уменьшению износа контактного провода и контактных вставок токоприемников.

От надежности работы токоприемника во многом зависит работоспособность всех электроэнергетических систем транспортного средства и, следовательно, соблюдение заданного графика движения поездов.

Одним из основных направлений технического переоснащения токоприемников ЭПС является использование подъемно-опускающего механизма с пневматическим резинокордным элементом (РКЭ), включенным в систему автоматического регулирования нажатия токоприемника на контактный провод [11].

Разработка токоприемника с активным регулированием нажатия преследует следующие цели:

- обеспечить прохождение поездов под контактными подвесками со скоростью, превышающей их проектный скоростной предел;

- уменьшить износ контактного провода и контактных элементов токоприемников;

- снизить уровень шума при движении в высокоскоростном диапазоне;

- снизить количество пережогов и отжигов контактных проводов.

1.1. Обзор существующих САР нажатия токоприемников

Системы автоматического регулирования токоприемников могут быть классифицированы по многим различным признакам, основными из которых являются: цель применения, используемые диагностические параметры, принцип действия, тип исполнительных элементов и их расположение, закон управления, характер изменения величин (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Классификация САР токоприемников

Рассмотрим классификацию САР нажатия токоприемников по принципам управления и схемам размещения авторегулирующих устройств, поскольку данные признаки являются характерными для всех систем регулирования. Классификация САР по закону управления рассмотрена в главе 2.1.

Общеизвестны разомкнутый, замкнутый и комбинированный принципы управления нажатием токоприемника.

Разомкнутый принцип управления (рисунок 1.2) чаще всего заключается в компенсации повторяющихся по пролетам контактной сети изменений контактного нажатия по заранее заданному закону. Поскольку низкочастотные изменения контактного нажатия, в основном, представляют собой повторяющиеся волнообразные колебания, то для регулирования нажатия часто применяется синусоидальный закон:

'З-71-Х

Р_„ = А- БШ

раз

2-1

е

(1.1)

где Рраз - регулирующая по опережению сила,

А - амплитуда, 9 - фазовый угол, х - текущая координата, 1 - длина пролета.

Рисунок 1.2 - Разомкнутый принцип управления нажатием токоприемника

Достоинствами системы с разомкнутым управлением являются простота реализации, высокая скорость реагирования системы на волнообразные изменения контактного нажатия и гарантированная устойчивость. Недостатками системы являются высокая чувствительность к изменению скорости и длине пролетов контактной сети, а также принципиальная невозможность получения высокой точности при неизвестных возмущениях. Поскольку процесс взаимодействия токоприемника с контактной подвеской подвержен влиянию многих случайных воздействий, то разомкнутый принцип управления по контактному нажатию не позволит достичь требуемых показателей качества токосъема.

При замкнутом принципе управления (рисунок 1.3) в обратной связи системы используется датчик, сигнал с которого поступает на регулятор, выдающий управляющие воздействия для поддержания заданного значения контактного нажатия.

Рисунок 1.3 - Замкнутый принцип управления нажатием токоприемника

При такой схеме полная компенсация возмущающих воздействий невозможна, поскольку система управления начинает действовать на объект после того, как факт отклонения уже свершился. Одним из главных достоинств этого метода является работа элементов системы управления в условиях значительных изменений внешней среды, то есть в условиях большого числа случайных воздействий, сопровождающих процесс токосъема.

Для системы с обратной связью необходимо вычисление показателей устойчивости и качества регулирования, что позволяет выявлять возможности ее устойчивой работы и область применения.

Комбинированный принцип управления достигается объединением разомкнутого и замкнутого управления, что позволяет компенсировать волнообразные изменения контактного нажатия с помощью опережающего регулирующего воздействия, а случайные воздействия отслеживать при помощи обратной связи.

Исполнительные устройства САР могут устанавливаться на полозах, каретках, рамах, основании токоприемника, крыше ЭПС [12]. Управляющее воздействие от исполнительных устройств может быть приложено к рамам токоприемника, верхнему узлу, либо быть комбинированным.

При действии устройств регулирования на рамы токоприемника схема управления имеет следующие преимущества: нет жестких ограничений по размерам, массе и типу привода (пневматический, гидравлический, электрический). Однако его эффективность ограничена низким частотным диапазоном (до 1 Гц), относящимся к частоте изменения нажатия по пролетам опор контактной сети.

Примером реализации такой схемы является САР нажатия для асимметричного полупантографа, разработанная немецкой фирмой «81ешшапп», с расположением устройств регулирования в подъемно-опускающем механизме (рисунок 1.4). Измеренные значения контактного нажатия поступают на вход блока обра-

ботки и управления информацией, управляющего подачей воздуха в резинокорд-ную оболочку [13].

1 - полоз токоприемника, 2 - подвижные рамы, 3 - РКЭ, 4 - чувствительный элемент, 5 - регулятор.

Рисунок 1.4 - Авторегулируемый токоприемник фирмы «81етшапп»

Немецкой фирмой «БсЬипк» предложен авторегулируемый токоприемник, в качестве чувствительных элементов которой выступают датчики давления, датчик силы, измеритель высоты положения РКЭ и датчик скорости (рисунок 1.5). Регулятор обрабатывает сигналы от указанных датчиков и управляет давлением в РКЭ с помощью электропневматического преобразователя.

1 2 3

/

1 - датчик силы, 2 - датчик высоты, 3 - датчик давления, 4 - регулятор, 5 - электропневматический преобразователь, 6 - РКЭ. Рисунок 1.5 - Авторегулируемый токоприемник фирмы «8с1шпк»

Известна конструкция токоприемника ОмГУПСа, в котором изменение нажатия осуществляется при возникновении резонансных колебаний рамы (рисунок 1.6). Устройство содержит датчик ускорения рамы в виде поршневого насоса, выход которого связан с пневмоприводом, меняющим уставку регулятора давления. Известны устройства автоматического регулирования нажатия в зависимости от веса полоза [14].

1 - полоз токоприемника, 2 - подвижные рамы, 3 - подъемно-опускающий механизм, 4 - чувствительный элемент, 5 - регулятор, 6 - преобразовательный элемент.

Рисунок 1.6 - Токоприемник ОмГУПСа с авторегулированием нажатия

В ОмГУПСе разработан авторегулируемый токоприемник (рисунок 1.7), в качестве чувствительных элементов которого выступают датчики нажатия, выполненные в виде пневматических резинокордных элементов. Изменение давления воздуха в них улавливается датчиком давления, преобразуется в электрический сигнал и обрабатывается блоком управления, который управляет тремя электропневматическими распределителями.

Известно устройство, также разработанное в ОмГУПСе, автоматически изменяющие нажатие в зависимости от числа контактных проводов за счет изменения давления воздуха в пневматическом элементе привода рам [15].

1

N

Французской фирмой «Га1уе1еу» разработан авторегулируемый токоприемник, имеющий в своем составе систему измерения контактного нажатия, выполненную в виде оптического волокна, расположенного под контактными вставками [16]. Немецкой фирмой «81еттапп» разработана САР нажатия, которая получает сигнал от датчиков нажатия, установленных в специально сконструированной каретке, выполненных в виде пневматических цилиндров. САР воздействует на гидравлический цилиндр, изменяя контактное нажатие [17].

Схема управления нажатием с регулированием в верхнем узле токоприемника более эффективна для управления в диапазоне частот до 10 Гц, но она налагает жесткие ограничения на размеры и массу привода.

Система управления нажатием с регулированием в верхнем узле реализована на токоприемнике АТЯ95 [18], разработанным компанией «АшаШо» для поезда ЕТ11500. Управляющая система построена с обратной связью по контактному нажатию. В качестве закона управления используется пропорционально-интегральное управление по отклонению контактного нажатия. Активное управление токоприемником реализовано с помощью контроля углов поворота двух полозов токоприемника. Управляющее воздействие формируется двумя электрическими двигателями, встроенными внутрь шарниров каретки токоприемника.

В Японии предложено устройство, реагирующее на изменение контактного нажатия. Устройство представляет собой каретку токоприемника, закрепленную между токоприемником и его полозом. В каретке установлен нажимной механизм (1), имеющий пьезоэлектрический привод (2) (рисунок 1.8). Контактные вставки крепятся к механизму посредством цилиндрических пружин. Нажатие измеряется

тензодатчиком (3), соединенным с пьезоэлектрическим приводом через регулирующее устройство (4) [19].

Комбинированная схема управления нажатием отрабатывает низкочастотные колебания контактного нажатия с помощью устройств регулирования, расположенных в подъемно-опускающем механизме, а высокочастотные - с помощью устройств, расположенных в верхнем узле токоприемника.

Известен токоприемник АТ11 90 фирмы «АшаМо» [20], оснащенный проводным приводом для регулирования нажатия (рисунок 1.9), действующим на рамы токоприемника, либо на полоз. При этом стандартный пневматический привод используется для обеспечения статического нажатия токоприемника, а в качестве управляющего привода используется трехфазный электрический двигатель.

Рисунок 1.9 - Токоприемник АшаШо АТЫ 90, оснащенный САР нажатия

В Германии представлен двухступенчатый полупантограф [21], нижнее основание которого реагирует на значительные перепады высотного положения

Рисунок 1.8 - Устройство измерения контактного нажатия

^ 1п СМ

контактного провода, тогда как верхняя ступень отрабатывает высокочастотные колебания небольшой амплитуды (рисунок 1.10). Токоприемник управляется через согласующие устройства (3) двумя цилиндрами (1 и 2).

Рисунок 1.10 - Двухступенчатый авторегулируемый токоприемник

В России применяется специальный скоростной токоприемник Сп-бМ для поездов ЭР200 и электровозов ЧС200, который имеет малую приведенную массу при обычной разности рабочих высот [22]. Высокие динамические качества получены благодаря двухступенчатой кинематической схеме (рисунок 1.11). На небольшое изменение высоты контактного провода в пролетах контактной подвески реагирует не вся масса подвижных частей токоприемника, а только его верхняя подвижная система. На существенные изменения высоты контактного провода реагируют обе подвижные системы, причем верхняя управляет работой нижней системы посредством пневматической связи.

///////////////////////////////////////////////

Рисунок 1.11 - Авторегулируемый токоприемник СП-6М

Как показал анализ существующих токоприемников ЭПС [11], большинство современных зарубежных токоприемников, таких как SSS87-RZD (Siemens), Ах (Сх) (Faiveley), DSA 380 (Stemmann), WBL и SSS 400 (Schunk), ATR 90 и ATR95 (Ansaldo) оснащены CAP нажатия. В то же время на отечественных токоприемниках, таких как Т-5М1, Л-13У, 10РР, ТАсС-11, ТП-250, AT-160 САР нажатия не предусмотрены. Единственным действующим отечественным авторегулируемым токоприемником является токоприемник СП-6М.

Наиболее широкое применение во всех странах мира нашли САР нажатия с замкнутым принципом управления и с действием устройств регулирования на рамы токоприемника.

Одной из основных подсистем САР нажатия является измерительная часть, выполненная в виде различного рода датчиков и чувствительных элементов, от быстродействия и точности которых зависит качество регулирования применяемой САР нажатия. Анализ измерительных частей САР нажатия [23] показал, что наиболее широкое применение нашли тензометрические и оптоэлектрические датчики контактного нажатия. Однако наиболее опасными явлениями в процессе токосъема являются дуговые нарушения, ведущие к отжигам и пережогам контактных проводов, и не определяющиеся однозначно датчиками нажатия. Российские условия эксплуатации железнодорожного транспорта, а именно расположение железнодорожной сети в различных климатических зонах, продолжительные периоды гололедообразования на контактных проводах, существующие участки с плохо отрегулированной контактной подвеской приводят к интенсивному искрению и, следовательно, повышенному износу контактных элементов. В связи с этим измерительная часть отечественной САР нажатия должна включать в себя датчик искрения токоприемника для предотвращения электродуговых нарушений, ведущих к повышенному электрическому износу контактных элементов.

До настоящего времени датчик искрения токоприемника использовался только для определения коэффициента искрения измерительного токоприемника на вагоне-лаборатории испытаний контактной сети (ВИКС). Следовательно, для разработки САР нажатия, содержащей датчик искрения, необходимо выполнить анализ устройств и методов регистрации искрения токоприемника.

1.2. Анализ устройств и методов регистрации искрения токоприемников

Контактная сеть является одним из самых ответственных элементов системы электроснабжения железных дорог. Она должна обеспечивать бесперебойный токосъем при заданных скоростях движения, при изменении температуры окружающей среды, при гололедных образованиях и максимальных ветровых нагрузках [24].

Отрывы токоприемника от контактного провода сопровождаются искрением и возникновением электрической дуги, которая приводит к повышенному износу контактных элементов, появлению сильных электромагнитных помех, отжигам и пережогам контактных проводов (рисунок 1.12).

Пережог контактного провода - мгновенный разрыв провода в результате высокотемпературного воздействия при возникновении электрической дуги между контактной парой.

Отжиг - нарушение структуры кристаллической решётки металла при воздействии на него высокой температуры, приводящее к снижению твёрдости и повышению пластичности, что отрицательно влияет на износостойкость материала.

Анализ повреждаемости отдельных участков контактной сети Западно -Сибирской железной дороги свидетельствует о том, что основной причиной нарушений нормальной работы являются повреждения проводов и тросов - порядка 17 - 20 % от общего количества повреждений на контактной сети. Значительная доля повреждений контактных проводов приходится на пережог и отжиг -от 7% до 10%.

а б

Рисунок 1.12 - Результат горения электрической дуги: а - контактная вставка токоприемника; б - контактный провод

Известен ряд методов и устройств регистрации искрения токоприемников, используемых только для определения коэффициента искрения измерительного токоприемника на вагоне-лаборатории ВИКС. Одним из основных показателей качества токосъема, который необходимо определять в ходе проведения инспекционной проверки контактной сети, является коэффициент искрения токоприемника:

(1.2)

где - суммарное время искрения в контакте, I - общее время прохода контрольного участка.

1.2.1. Обзор методов регистрации искрения токоприемников

Для регистрации искрения в контакте и случаев отрыва полоза токоприемника от контактного провода применяется несколько различных методов:

- по изменению параметров электрической цепи ЭПС (тока, напряжения, сопротивления в контакте);

- по сопровождающему электрическую дугу радиоизлучению;

- по сопровождающему электрическую дугу оптическому излучению (в инфракрасном (ИК), видимом и ультрафиолетовом (УФ) диапазонах);

- по видеоизображению (с помощью систем технического зрения). Классификация методов регистрации искрения токоприемника приведена

на рисунке 1.13.

Рисунок 1.13 - Классификация методов регистрации искрения токоприемника

Данные информационные признаки могут быть использованы в средствах регистрации дуговых явлений, которые должны отвечать следующим требованиям: высокое быстродействие, абсолютная селективность и высокая чувствительность.

Способы, основанные на контроле параметров электрической цепи ЭПС, позволяют использовать традиционные сигналы - токи и напряжения. Но наряду с известными достоинствами в преобразовании и обработке токов и напряжений, имеется и ряд недостатков, заключающихся в том, что изменение данных параметров может наблюдаться не только при дуговых явлениях между токоприемником и контактным проводом, но и при других замыканиях в цепи питания электровоза.

В Японии разработан способ регистрации искрения [25], основанный на измерении потенциала токоприемника с помощью делителя напряжения, образованного конденсаторами С0 и Сь и тока, протекающего в цепи питания ЭПС, с помощью резистора Я (рисунок 1.14). Отрывы токоприемника сопровождаются изменениями формы сигналов тока и напряжения, которые определяются блоком обработки сигналов.

Также в Японии разработано устройство [26] определения искрения при взаимодействии токоприемников 2 ЭПС 1 и контактного провода 3 на участках постоянного тока, в котором для измерения тока служит амперметр 4 (токовые клещи), а для вычисления и записи измерений - персональный компьютер 5 (рисунок 1.15).

Для участков переменного тока разработан метод [27] определения отрывов токоприемника и образования электрической дуги по форме кривой тока (рисунок 1.16).

Кривая тока на рисунке 1 разбита на четыре участка, характеризующих ее форму при отрывах токоприемника: участок плотного контакта (1), участок потери контакта (2), который состоит из участка горения электрической дуги (3) и участка полной потери контакта (4).

Известен способ определения электрической дуги на токоприемнике [28], в котором для определения потенциала токоприемника 1 используется делитель напряжения 7, после которого сигнал по дается на блок сравнения 8 (рисунок 1.17). Датчик ускорения 2, закрепленный на токоприемнике, определяет ускорение колебаний полоза токоприемника, которое передается через усилитель 3 и фильтр низких частот 4 на блок сравнения 5. Логический элемент «И» 9 выдает логическое произведение двух сигналов, получая на выходе сигнал, свидетельствующий о возникновении электрической дуги.

I

пп

on

2

Рисунок 1.17 - Схема способа регистрации искрения по напряжению и ускорению

колебаний полоза токоприемника

Данные методы не являются универсальными, поскольку требуют значительных конструктивных и схемных изменений при смене участков контактной сети постоянного и переменного тока, а также использования громоздкого оборудования и высоковольтных развязок. Существенное влияние на достоверность регистрации искровых и дуговых нарушений оказывает наличие влаги в контакте при дожде. Наиболее существенным недостатком контактных методов является то, что все они позволяют регистрировать отрывы и искрение в контакте только на токоприемнике вагона-лаборатории. Но, как показывает опыт, места отрывов, зарегистрированные средствами контроля отрывов на токоприемнике измерительного вагона, часто не совпадают с местами отрывов токоприемника электровоза из-за различных динамических свойств токоприемников [24].

Искрение, возникающее при взаимодействии токоприемника и контактного провода, является интенсивным источником радиопомех. При искрении создается спектр высокочастотных колебаний, который может быть определен радиоприемными устройствами. Недостатком этих устройств является чувствительность к радиопомехам, не связанным с наличием искрения на токоприемнике, например при плохой коммутации тяговых двигателей постоянного тока. Для фильтрации этих помех и выделения на общем фоне электромагнитного излучения сигналов, относящихся непосредственно к искрению в контакте, требуются сложные алгоритмы и методики обработки данных [29].

В Ростовском государственном университете путей сообщения разработано устройство регистрации электромагнитного излучения от дугообразования и искрения на токоприемнике [30], состоящее из направленной антенны 2, выполненной в виде катушки на ферритовом стержне, связанной с конденсатором 3 и усилителем 1 (рисунок 1.18). Все эти элементы заключены в экран 4, снабженный ка-

либровочной щелью 7. На выходе усилителя включены дискриминаторы 5 длительности отрывов и механизм счета и регистрации 6. Существует ряд похожих устройств, отличающихся конструкциями блоков регистрации и анализа данных [31].

Рисунок 1.18 - Устройство для регистрации искрения токоприемника

Известен метод регистрации искрения [32], в котором вдоль контактной подвески прокладывают изолированный протяженный проводник из цветного металла, используемый в качестве антенны, улавливающей энергию высокочастотных колебаний от каждого искрения между контактным проводом и токоприемником. Радиоизлучения детектируют, фильтруют и ограничивают по нижнему уровню. Полученный контрольный сигнал подвергают анализу по числу пиковых значений за заданный интервал времени и по промежуткам времени между пиковыми значениями, на основании которых фиксируют одиночные дуговые вспышки и помехи. Далее проводят анализ числа дуговых вспышек и интервалов времени между ними и с учетом температуры окружающего воздуха осуществляют разграничение причин нарушения токосъема. Устройство позволяет осуществлять непрерывный контроль качества взаимодействия контактной подвески и токоприемников и выявлять причины нарушения токосъема.

Использование систем регистрации искрения по радиоизлучению также позволяет регистрировать процесс образования гололеда на проводах контактной сети и предпринять меры по его предотвращению, например, с помощью профилактического подогрева проводов [33]. Регистрация радиосигналов от искрения, возникающего в результате образования на контактных проводах гололедных явлений, осуществляется с линейного выхода амплитудного детектора измерителя радиопомех, установленного в вагоне-лаборатории. Для приема сигналов используется штыревая антенна, установленная на торце вагона-лаборатории со стороны заднего токоприемника локомотива.

Исследование процессов радиоизлучения при токосъеме на постоянном и переменном токе приведены в [34]. Установлено, что в сетях постоянного тока ду-

гообразование при нарушении токосъема не вызывает значительного электромагнитного излучения и его уровень лежит значительно ниже уровня помех от коммутации электрооборудования электроподвижного состава, а также других потребителей, подключенных к сети. Это затрудняет использование данного метода для контроля состояния контакта токоприемника, особенно на участках постоянного тока, и требует достаточно сложной структуры системы и алгоритма регистрации искрения. При регистрации радиоизлучения затруднительно определение длительности дуговых нарушений, а также распознавание малых искровых нарушений.

Для решения задачи постоянного контроля взаимодействия токоприемников и контактной подвески целесообразно использовать автоматизированные стационарные комплексы, расположенные вдоль трассы дороги. Основной проблемой при создании автоматизированных комплексов мониторинга токосъема является необходимость разработки бесконтактного метода обнаружения нарушений токосъема и методики достоверного выявления полезного сигнала на фоне различных помех [35].

Разработаны бесконтактные устройства для контроля качества токосъема, представляющие собой системы технического зрения, состоящие из одного или нескольких видеорегистрирующих устройств (видеокамер) и компьютеризированной системы анализа видеоизображения, выполняющей измерение и интерпретацию поступающих данных [36].

Известен измерительно-аналитический комплекс «Система технического зрения» [37] для контроля процесса токосъема, включающий в себя устройство фиксации зрительных данных 1, устройство записи зрительных данных 2, ЭВМ 3 с устройством ввода зрительных данных 4 и математическим обеспечением, а также дисплей 12 и принтер 13 (рисунок 1.19). ЭВМ содержит блок обработки информации 5, включающий в себя модуль выделения образа токоприемника 6 в изображениях, полученных от видеокамеры, модуль определения вертикальных смещений рамы и полоза токоприемника 7, модуль выделения образов зоны искрения и дуговых вспышек с привязкой по времени 8, модуль расчета величин отклонения силы взаимодействия от номинала в контакте полоз-токоприемник 9, модуль запроса данных о текущем положении комплекса к системе счисления пути 10, модуль отображения данных контроля с привязкой к путевым координатам системы счисления пути 11.

Рисунок 1.19- Система технического зрения для контроля процесса токосъема

Существует ряд похожих устройств, отличающихся конструкциями блоков регистрации и анализа данных [38].

В ОмГУПСе разработана система технического зрения [39], служащая, в том числе и для регистрации искрения токоприемника (рисунок 1.20).

Рисунок 1.20 - Устройство для регистрации искрения токоприемника

Излучение, возникающее при появлении электрической дуги, регистрируется датчиком искрения 2, установленным на крыше электроподвижного состава 1. Часть излучения, возникающего на краю полоза токоприемника 3, расположенного с противоположной стороны от датчика искрения 2, отразившись от фильтра-отражателя 5, также регистрируется датчиком 2. Информация от датчика искре-

26

ния 2 поступает в регистрирующий блок 4, где происходит обработка и сохранение данных об искрении между токоприемником и контактным проводом.

Системы технического зрения позволяют контролировать множество параметров качества токосъема и других характеристик, среди которых интенсивность искрения в контакте. При очевидных преимуществах систем технического зрения точность измерения таких устройств зависит от оптических характеристик и разрешения используемой светочувствительной полупроводниковой матрицы, а при исследовании быстротекущих процессов от величины экспозиции и частоты кадров. Как показывают исследования [40], на настоящий момент проблему нельзя считать полностью решенной из-за значительной вероятности пропуска коротких дуговых сигналов дискретной телевизионной системой, а также необходимости в быстродействующем программном обеспечении, которое позволило бы проводить анализ каждого кадра записи на предмет наличия в нем дуговых вспышек. Применение дорогостоящих систем технического зрения только с целью регистрации искрения токоприемника экономически нецелесообразно.

Известно, что процесс горения электрической дуги сопровождается оптическим излучением в широком спектре - от УФ - до ИК - диапазона. При контроле контакта путем регистрации указанного излучения необходимо обеспечить максимальную чувствительность с тем, чтобы фиксировать дугу на самых ранних стадиях ее горения. С другой стороны, высокая чувствительность способствует увеличению количества ложных срабатываний от источников с аналогичным спектром [41].

Широко разрабатывался метод контроля контакта токоприемника в видимом спектре излучения на основе фото датчиков [42].

Разработано устройство для регистрации искрения [43] по видимому излучению электрической дуги с использованием пластикового оптоволокна (рисунок

1.21).

Г_

Рисунок 1.21 - Устройство для регистрации искрения с использованием

пластикового оптоволокна

Излучение дуги, возникающей между контактным проводом и токоприемником, проходит через пластиковое оптоволокно 3, окончание которого располагается возле токоприемника 2 на крыше ЭПС 1, а другой конец оптоволокна заведен внутрь ЭПС и соединен с оптической системой, преобразовывающей оптическое излучение в электрический сигнал с помощью фотоэлектрического элемента 4. Устройство записи 5 служит для регистрации сигнала электрической дуги. Система регистрирует излучение в видимом диапазоне, поскольку пластиковое оптоволокно поглощает ультрафиолет. Следовательно, система чувствительна к окружающему излучению, не связанному с образованием электрической дуги.

Другим способом регистрации искрения токоприемника является оценка светового излучения в зоне контакта посредством специальных фотоэлектрических датчиков. Один из вариантов таких устройств представлен на рисунке 1.22 [44].

искрения токоприемника

Устройство содержит объектив 1, в фокальной плоскости которого расположен входной зрачок волоконно-оптического световода 2 с расщепленными выходными зрачками, напротив которых установлены фотоэлектрические преобразователи 3, образующие матрицу фотоприемника 4. Выход фотоприемника соединен с фильтром 5 и регистратором 6 [45].

Также известен метод обнаружения отрывов токоприемника от контактной сети [46] с помощью устройства, состоящего из камеры и датчика освещенности, расположенных напротив точки контакта токоприемника и контактного провода, и второго датчика освещенности, определяющего освещенность окружающей среды. К датчикам освещенности подключен компаратор для сравнения их показаний и выдачи сигнала электрической дуги, если показания различаются.

Принципиальным недостатком указанных устройств является низкая помехозащищенность от посторонних источников света, особенно при резком изменении освещенности, наблюдаемом, например, при движении в туннеле.

Значительная часть энергии электрической дуги превращается в тепловую энергию. Это позволяет использовать для детектирования дугообразования инфракрасные датчики. Наиболее эффективно применение высокочувствительных инфракрасных фотодиодов с быстродействием от десятков до сотен наносекунд с последующим усилением и фильтрацией помех.

Существуют различные методы для оценки качества токосъема с помощью инфракрасных камер. Инфракрасное изображение более информативно из-за его нечувствительности к различным погодным условиям, времени суток, работе в туннеле [47]. Образование электрической дуги можно определить из анализа ИК изображений. Температура контактной вставки может быть определена в результате инфракрасного обследования взаимодействия токоприемника и контактного провода. Во время движения токоприемника положение вставки меняется в каждом кадре инфракрасной видеопоследовательности. Для оценки динамики изменения температуры вставки по последовательности ИК - изображений разработан следящий алгоритм, основанный на преобразовании Радона - Хафа.

Известно устройство подавления искрения токоприемников подземного электротранспорта [41], основанное на регистрации инфракрасного излучения электрической дуги (рисунок 1.23).

Токопровод

Рисунок 1.23 - Устройство подавления искрения при токосъеме

Обнаружение нарушения токосъемного контакта осуществляется с помощью датчика инфракрасного излучения 1. Блок подавления помех 2 обеспечивает

защиту от изменения сигналов датчика в диапазоне низких частот, обусловленных изменением освещенности, как от солнечного излучения, так и от ламп накаливания и дневного света, а также обеспечивает подавление помех, обусловленных пульсациями напряжения в контактной сети. Блок обработки и управления 3 при нарушении токосъемного контакта формирует управляющий сигнал на коммутатор 4, который отключает нагрузку 5. В случае восстановления контакта блок контроля 6 формирует сигнал на блок обработки и управления 3, который формирует сигнал на коммутатор 4, обеспечивая при этом включение нагрузки 5.

Применение метода регистрации искрения по ИК излучению ограничено из-за относительной сложности используемой аппаратуры.

Наибольшей эффективностью в определении электрической дуги обладают регистраторы ультрафиолетового излучения, поскольку большая часть энергии излучения лежит в ультрафиолетовом диапазоне [48]. С появлением в последнее время малогабаритных чувствительных датчиков ультрафиолетового излучения, эта задача существенно упрощается.

В Японии разработано устройство для измерения отрывов токоприемника от контактного провода [49] по УФ - излучению. Аппарат 1 для измерения отрывов токоприемника 2 снабжен передающим ультрафиолетовое излучение объективом, который принимает излучение дуги, образованной между контактным проводом 3 и токоприемником, и фотоэлектрическим преобразователем. Фотоэлектрический элемент преобразует только ультрафиолетовое излучение. Тем самым, измерительное устройство может точно определить отрывы токоприемника на всех транспортных средствах, движущихся по железнодорожному пути, даже если оно установлено на земле на некотором расстоянии от железнодорожного пути (рисунок 1.24). Измерительное устройство не чувствительно к солнечному излучению и может работать круглые сутки.

Рисунок 1.24 - Устройство регистрации искрения токоприемника

Разработано устройство для определения искрения токоприемника по УФ излучению, оборудованное кварцевым оптоволокном (рисунок 1.25) [50].

записи

Рисунок 1.25 - Схема устройства регистрации искрения с кварцевым

оптоволокном

В данном устройстве УФ излучение от электрической дуги доставляется к детектору с помощью кварцевого оптоволокна. Данная система не чувствительна к окружающему освещению, однако к варцевое оптоволокно обладает высокой стоимостью, поэтому его длина должна быть как можно меньше. Следовательно, детектор, состоящий из линзы, интерференционного фильтра и фотодиода, устанавливается на крыше, а далее электрический сигнал передается на записывающее устройство, установленное внутри ЭПС.

Для устранения этих недостатков разработано устройство для определения отрывов токоприемника [51] по УФ излучению (рисунок 1.26), в котором детектор отрывов токоприемника 1 состоит из ультрафиолетового приемника 2, установленного около токоприемника и устройства, измеряющего оптическое излучение 4, расположенного внутри транспортного средства.

Е

ПП

ОН

2

Рисунок 1.26 - Устройство регистрации искрения по УФ излучению

Приемник ультрафиолетового излучения 2 состоит из фильтра, пропускающего ультрафиолетовое излучение с определенной длиной волны, и флуоресцентного стекла, преобразовывающего ультрафиолетовое излучение в видимое излучение (рисунок 1.27).

Таким образом, УФ излучение преобразовывается в видимое излучение, и по пластиковому оптоволокну 3 передается к оптическому устройству 4 и устройству записи данных 5.

1.2.2. Определение перспективных способов регистрации искрения

токоприемников

На основании анализа устройств и методов регистрации искрения токоприемников для оценки качества и надежности токосъема можно судить о перспективности развития бесконтактных средств измерения, и, в частности, автоматизированных оптических систем [52].

Среди всего многообразия измерительных устройств все большее распространение получает особая группа средств дистанционного исследования показателей работы устройств токосъема. К преимуществам таких систем относятся сравнительная простота и универсальность конструкций, высокая точность и надежность измерений.

Возможность измерять характеристики исследуемых объектов на расстоянии бесконтактным способом значительно повышает электробезопасность и снижает время проведения испытаний. Применение дистанционных устройств снимает необходимость внесения изменений в конструкцию устройств токосъема, что обеспечивает полную идентичность условий работы испытательных и рабочих токоприемников [53].

Оптические методы являются универсальными и позволяют регистрировать дуговые нарушения как на участках постоянного, так и на участках переменного тока. Данные методы имеют возможность регистрации как искровых, так и дуговых нарушений. Достоинством оптических методов также является возможность регистрировать длительность искровых и дуговых нарушений.

Рисунок 1.27 - Приемник УФ излучения

Наиболее перспективным направлением является регистрация искрения с помощью оптических датчиков, регистрирующих УФ - излучение, поскольку они не чувствительны к солнечному излучению и источникам искусственного излучения.

1.2.3. Требования, предъявляемые к устройству регистрации искрения

токоприемников

Условия эксплуатации железнодорожного транспорта предъявляют жесткие требования к конструкции устройства регистрации искрения:

- мобильность и простота установки комплекса на ЭПС;

- автономное функционирование комплекса и независимость от штатных измерительных и других систем ЭПС;

- применение унифицированных компонентов в качестве основных узлов измерительной системы для снижения стоимости и повышения надежности функционирования комплекса;

- возможность интеграции устройства регистрации искрения в САР нажатия токоприемника.

Для обнаружения электрической дуги между контактным проводом и вставкой токоприемника датчик должен быть чувствителен к диапазону световых волн, излучаемыми материалами, содержащими медь, при горении электрической дуги (рисунок 1.28). Для меди и контактных проводов, легированных медью, необходимо использовать диапазон длин волн от 220 нм до 225 нм или от 323 нм до 329 нм. Измерительная система должна быть нечувствительна к видимому свету с длиной волны более 330 нм [54].

^ -о

X £

О ш

05

К (О X Л

О)

л с

§1 2 Ё

н О

100

%

50

25

Датчик искрения

К

Солнечный ~~ свет

• Искрение

/

У

/ У V

/

7

Вольфрамовый свет I

I I

100 200

300 400 500 Длина волны -

600 700 нм 900

УФ излучение

Видимый свет

ИК изл.

Рисунок 1.28 - Спектральная чувствительность датчика искрения

Основные требования к расположению датчика искрения:

- должен быть размещен достаточно близко от токоприемника и от продольной оси поезда для достижения удовлетворительной чувствительности;

- должен быть расположен за токоприемником по отношению к направлению движения ЭПС;

- должен быть направлен на набегающую контактную вставку;

- должен быть чувствителен в полосе наблюдения, которая охватывает общий рабочий диапазон полоза токоприемника.

Положение датчика искрения показано на рисунке 1.29.

Снимать показания следует в соответствии с периодом обработки данных. Для вывода данных анализировать следует только электродуговые нарушения, длительность которых превышает 1 мс [54].

Для участка обработки данных необходимо определять следующие значения:

- скорость движения ЭПС;

- число электродуговых нарушений;

- сумму длительности всех электродуговых нарушений;

- общее время движения в период обработки данных;

- процент времени электродуговых нарушений.

Также необходимо отмечать местонахождение электродуговых нарушений вдоль пути следования с помощью системы GPS.

У7.

Рисунок 1.29 - Расположение датчика искрения

1.3. Выводы

1. Анализ САР нажатия токоприемников показал, что наиболее широкое применение нашли замкнутые САР нажатия с обратной связью по контактному нажатию и с управляющим действием на рамы токоприемника, требующие конструктивных изменений токоприемника и применения высоковольтных гальванических развязок.

2. Применение датчика искрения в составе САР нажатия позволит обеспечить надежный, экономичный и экологичный токосъем за счет предотвращения режима искро- и дугообразования - наиболее опасного режима токосъема.

3. На основании проведенного анализа устройств и методов регистрации искрения выявлена перспективность развития бесконтактных дистанционных оптических средств измерения, основанных на регистрации ультрафиолетового излучения.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАЖАТИЯ ТОКОПРИЕМНИКОВ

Разработанный профессором В. П. Михеевым метод оценки качества передачи электроэнергии через скользящий контакт предусматривает определение двух основных показателей - надежности и экономичности токоснимания [55].

Надежность токоснимания - это обеспечение передачи электроэнергии через скользящий контакт без отрывов и повреждений устройств токосъема.

Экономичность токоснимания - надежная передача электроэнергии через скользящий контакт при минимальном износе контактирующих элементов.

Основным параметром, характеризующим надежность и экономичность токоснимания, является контактное нажатие для конкретных материалов контактных пар, при уменьшении которого возрастает вероятность отрывов и связанных с ним случаев искрообразования, а при увеличении возникает опасность повреждения контактирующих элементов (токоприемника и токопровода) за счет значительных динамических сил, особенно при высоких скоростях движения [56, 57].

Износ токосъемных элементов также прямо зависит от нажатия, при увеличении которого интенсивность истирания токоприемника и токопровода увеличивается. Уменьшение нажатия приводит к снижению износа, но только до определенного значения, после которого дальнейшее уменьшение нажатия ведет к росту износа за счет искрообразования и электроэрозионного разрушения поверхностного слоя контактных материалов.

Таким образом, выбор оптимального нажатия в контакте сводится к решению двух основных задач:

1) получение U-образных зависимостей износа от нажатия для выбранной контактной пары и при заданном нагрузочном токе. Минимум износа на кривой (точка min у) соответствует оптимальному значению нажатия Ропх (рисунок 2.1а);

2) корректировка исходного нажатия Ропт с учетом реальных параметров токоприемника и воздействия внешней среды (рисунок 2.16), так как кривая нажатия при движении подвижного состава будет иметь отклонения вверх и вниз вплоть до достижения предельных уровней, выход за которые приводит к динамическим ударам или к потере нажатия с появлением искрения.

Решение второй задачи заключается в применении активно регулируемых токоприемников, способных увеличивать статическое нажатие при появлении интенсивного искрения, либо увеличении скорости движения выше установленного значения [58].

Механический износ

Электроэрозион тту^ ный износ_____

САР нажатия токоприемника

4

ч-1-Ф-1-1-►

50 100 150 км/ч 250 t

б

Рисунок 2.1 - Принцип действия САР нажатия токоприемника: а - контактное нажатие и искрение токоприемника без САР нажатия; б - контактное нажатие и искрение токоприемника с САР нажатия;

Результаты испытаний на износостойкость контактных элементов, проведенных в ОмГУПС, свидетельствуют о том, что и - образная кривая износа для рабочих токов токоприемника имеет свойства резкого увеличения электроэрозионной составляющей при уменьшении нажатия и более пологого роста механической составляющей износа при увеличении нажатия. Таким образом, для минимизации износа контактных элементов и исключения пережогов контактных проводов, САР нажатия должна предотвращать искрение токоприемника. Указанная цель достигается за счет регулирования статического нажатия токоприемника при интенсивном искрении и движении на высоких скоростях. При увеличении нажатия механическая составляющая износа контактных элементов возрастет, но она гораздо менее существенна, чем электроэрозионная.

2.1. Обоснование предлагаемого способа регулирования нажатия

токоприемника

Результаты исследований устройств токосъема на линии Москва - Санкт-Петербург показали, что для достоверной оценки качества токосъема недостаточно использовать только датчики контактного нажатия, поскольку они обладают инерционностью и не позволяют регистрировать микроотрывы, сопровождающиеся интенсивным искрением (рисунок 2.2).

Характерными внешними факторами, вызывающими интенсивное искрение токоприемника являются разрегулированная контактная подвеска, дефекты контактных вставок токоприемника и контактных проводов, гололедные образования на контактной подвеске. При этом наиболее опасным режимом токосъема является возникновение электрической дуги, которая ведет к таким негативным последствиям, как отжиги и пережоги контактного провода и, как следствие, обрывам проводов и поломке токоприемников [59].

180 н

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Ларькин, Иван Валерьевич

Основные результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований дают основание сделать следующие выводы:

1. Выполнен анализ существующих САР нажатия скоростных токоприемников, на основании которого предложены пути их совершенствования.

2. Разработана математическая модель САР нажатия токоприемника с позиционным регулятором, датчиками искрения и скорости, позволяющая определить устойчивость системы, показатели качества САР нажатия и показатели качества токосъема.

3. Усовершенствована методика расчета взаимодействия авторегулируемого токоприемника с контактной подвеской, учитывающая отрывы полоза от контактного провода.

4. Реализована САР нажатия с позиционным регулятором, датчиками искрения и скорости, обеспечивающая снижение коэффициента искрения токоприемника в 2,5 раза.

5. Создана методика лабораторных испытаний авторегулируемого токоприемника, оснащенного датчиками искрения и скорости.

6. Установлено, что применение модернизированной САР нажатия с регулятором нечеткой логики и электропневматическим преобразователем позволяет снизить время регулирования с 2,54 с до 1,24 с, ошибку регулирования с 3,2 % до 1,8 %.

7. Определено, что экономический эффект от использования модернизированных токоприемников составляет 177 669 р. на 1 токоприемник за 10 лет эксплуатации, срок окупаемости инвестиций составляет 3 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ларькин, Иван Валерьевич, 2012 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года: утв. распоряжением Правительства Рос. Федерации от 17 июня 2008 г. № 877-р. - М., 2008. - 70 с.

2. Becker, К. Износ элементов системы «контактный провод - токоприемник» на высокоскоростных линиях/ К. Becker // Glasers Annalen, 1996. - № 6. -S. 244-251.

3. Mayer, J. Научные исследования и разработки на железных дорогах Германии / J. Mayer // Eisenbahningenieur, 1997. - № 10. - S. 11 - 16.

4. Kurz, H. Проектирование подвижного состава на базе методов моделирования/Н. Kurz //Eisenbahningenieur, 1996. -№ 8.- S. 12-15.

5. Kumagai, N. Повышение скорости на железных дорогах Японии / N. Kumagai // Quarterly Report of RTRI, 1997. - № 4. - P. 169 - 175.

6. Yagi, E. Экспериментальный поезд WIN350 / E. Yagi // Japanese Railway Engineering, 1994.- № 128.- P. 19-22.

7. Ohyama, Т. Повышение скоростей движения на линиях Синкансен -проект Atlas / Т. Ohyama// Железные дороги мира, 1997. - №3.- С.18-21.

8. Сидоров, O.A. Применение систем автоматического регулирования контактного нажатия на токоприемниках скоростного электроподвижного состава /O.A. Сидоров, А.Е. Аркашев, И.В. Ларькин //Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург, 2010. - № 25. - С. 83 - 87.

9. Михеев, В.П. О применении авторегулирования для обеспечения экономического токоснимания при высоких скоростях движения / В.П. Михеев // Материалы научн.-практ. конф., посвященной 100-летию научн.-практ. обществ. -Новосибирск, 1968. - С. 72 - 77.

10. Михеев, В.П. Контактные сети и линии электропередачи: Учебник для вузов ж.-д. транспорта/ В. П. Михеев. -М.: Маршрут, 2003. -421с.

11. Аркашев, А.Е. Применение пневматических резинокордных элементов в конструкциях токоприемников электрического транспорта / А.Е. Аркашев, И.В. Ларькин //Совершенствование технологии ремонта и эксплуатации подвижного состава: Сб. науч. статей аспирантов и студентов университета / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2007. - Выпуск 7. - С. 6 - 11.

12. Пат. 160538 ЧССР, МКИ3 B60L5/30. Многосистемный токоприемник / С. Маличек, Ю.Раличек.

13. Пат. 1545926 Германия, МКИ B60L5/28. Токоприемник для электроподвижного состава / X. К e р т.

14. А. с. 1276535 СССР, МКИ3 B60L5/00. Токоприемник транспортного средства/В.П. Михеев, О.А. Сидоров, Ю.П. Швец.

15. Пат. 237517 ЧССР, МКИ3 B60L5/10. Токоприемник транспортного средства/Б. Новотны, Ф. Палик.

16. Пат. 5115405 США, МКИ B60L5/16. Устройство для измерения силы нажатия токоприемника на контактный провод и регулирующее процесс токосъема/Ж. Катала, П. Форте.

17. Пат. 4113074 Германия, МКИ B60L5/12. Метод и устройство для регулирования силы нажатия полоза токоприемника/К. Штеман, Г. Холтмай-ер.

18.Collina, A. An Application of Active Control to the Collector of an HighSpeed Pantograph: Simulation and Laboratory Tests / А. Collina, A. Facchinet-ti, F. Fossati, F. Resta//44th IEEE Conference on Decision and Control, and the European Control Conference. - Seville, 2005.

19. Пат. 8084401 Япония, МКИ B60L5/22. Устройство измерения контактного нажатия / М. Койке.

20. Papi, М. Preliminary field testing of a servoactuated pantograph / M. Pa-pi, M. Rinchi, A. Rindi, P. Tony//Transactions on the Built Environment, 1998.-vol 34.-P. 837-846.

21. Пат. 0047819 Германия, МКИ B60L5/32. Двухступенчатый токоприем-ник/Д. Нюбер, М. Роде, К. Йорнс.

22. Беляев, И. А. Взаимодействие токоприемника и контактной сети при высоких скоростях движения / И.А. Беляев. - М.: Транспорт, 1968.-159с.

23. Аркашев, А.Е. Совершенствование токоприемников электроподвижного состава, оснащенных управляемыми пневматическими резинокордны-ми элементами : дис. ... канд. техн. наук : защищена 19.11.2010 : утв. 24.04.2011 / А.Е. Аркашев. - Омск: Изд-во Омского гос. ун-та путей сообщения, 2010. -174 с.

24. Семенов, Ю. Г. Основы контроля дуговых нарушений токосъема в электротяговых сетях: Монография. / Ю. Г. Семенов. М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2010. -139 с.

25. Mochizuka, Н. New detection method for contact loss of pantograph / H. Mochizuka, S. Kusumi //Quarterly Reports of the Railway Technical Research Institute. - Tokio, 2000. - V. 41, № 4. - P. 173-176.

26. Пат. 2003274501 Япония, МКИ B60L5/24. Метод измерения электрической дуги на токоприемниках постоянного тока/ Ф. Ясуказу, Ф. Такахиро.

27. Fuj i, Y. Arc contact loss rate estimation for Shinkansen trains with pantographs connected to bus cables / Y. Fuji, S. Kusumi, T. Fukutani, A. Iwainaka // IEEJ Transactions on Industry Applications, 2005. - V. 124. - P. 10731079.

28. Пат. 5161203 Япония, МКИ B60L5/18. Метод определения искрения токоприемников/К. Хитоши, О. Фумио, И. Такеджи, М. Акихиро, И. Акира.

29. Пат. № 2249511 на изобретение (РФ), МКИ В 60 М 1/12. Способ непрерывного контроля качества взаимодействия контактной подвески и токоприемников электроподвижного состава / Жарков Ю. И., Семенов Ю. Г., Фигурнов Е. П. Заявлено 20.12.2004; Опубл. 10.04.2005. Бюл. № 10.

30. А. с. 829459 (СССР), МКИ В 60 1 5/00. Устройство для регистрации отрывов токоприемника / Е.П. Фигурнов, Ю.Г. Семенов (СССР). № 2777913/24-11; заявлено 23.04.79, опубл. 15.05.81. Бюл. № 18.

31. А. с. 347220 (СССР), МКИ В 60 1 5/00. Устройство для регистрации отрывов токоприемника / Е.П. Фигурнов, В.В. Муханов (СССР). № 1643998/24-7; заявлено 06.04.71, опубл. 10.08.72. Бюл. № 24.

32. Заявка №2003119836 на изобретение (РФ), МКИ В 60 М 1/00. Способ непрерывного контроля качества взаимодействия контактной подвески и токоприемников электроподвижного состава / Жарков Ю. И., Семенов Ю. Г., Фигурнов Е. П. Заявлено 30.06.2003; Опубл. 20.12.2004. Бюл. №26.

33. Семенов, Ю.Г. Особенности и принципы распознавания радиосигналов от дугового токосъема при гололеде на контактной сети переменного тока / Ю.Г. Семенов// Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. -Екатеринбург, 2009. - № 3. - С. 100 - 102.

34. Семенов, Ю. Г. Статические характеристики радиопомех от искрения на токоприемнике локомотива// Тр.РИИЖТ. 1983. Вып. 171. С. 73-77.

35. Нем, В .К. Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях / В.К. Нем, В.И. Скури хин // Светотехника и электроэнергетика. - Харьков, 2009. - №2. - С93 - 97.

36. Голубков, А. С. Совершенствование методов и аппаратных средств определения рациональных параметров скоростных контактных подвесок : дис. ... канд. техн. наук : защищена 30.06.2009 : утв. 10.12.2009 / A.C. Голубков. -Омск: Изд-во Омского гос. ун-та путей сообщения, 2009. - 148 с.

37. Пат. № 86912 на полезную модель (РФ), МКИ В 60 L 5/00. Измерительно-аналитический комплекс «Система технического зрения» для контроля процесса токосъема / Тюрнин П.Г., Соколов С.М., Богуславский A.A.,

Сазонов В.В., Трифонов О.В. Заявлено 06.05.2009; Опубл. 20.09.2009. Бюл. № 24.

38. Пат. № 83839 на полезную модель (РФ), МКИ В 60 L 5/00. Измерительно-аналитический комплекс «Система технического зрения» для контроля процесса токосъема / Тюрнин П.Г., Вязовой М.В., Чертовских Е.В., Андреева А.В. Заявлено 18.12.2008; Опубл. 20.06.2009. Бюл. № 14.

39. Пат. № 82445 на полезную модель (РФ), МКИ В 60 L 5/00. Устройство для регистрации искрения токоприемника / Павлов В.М., Сидоров О.А., Смердин А.Н., Чертков И.Е., Голубков А.С. Заявлено 19.11.2008; Опубл. 27.04.2009. Бюл. № 12.

40. Пат. 9318435 Япония, МКИ B60L5/00. Метод измерения излучения электрической дуги для электрического железнодорожного транспорта/ Ш. Ма-сатоши, Я. Кацуя, С. Тошиаки.

41. Иванов, А.Б. Методы обнаружения дуги при токосъеме рудничных контактных электровозов / А.Б. Иванов, И.А. Кириллов, П.В. Камы-шанский //Прнича електромехашка та автоматика: Наук - техн. зб. - 2008. -Вип. 81.-С. 49-53.

42. Семенов, Ю. Г. Устройство для контроля качества токосъема в эксплуатации по искрению/ Ю.Г.Семенов // Тр. РИИЖТ. - 1983. - Вып. 171. - С. 67-72.

43. Пат. 58137737 Япония, МКИ B60L5/00. Измерительное устройство для определения отрывов токоприемников/Н. Хироки, H. Фумио.

44. А. с. 815501 (СССР), МКИ В 60 1 5/00. Устройство для регистрации искрения токоприемника / Ю.Г. Семенов, Е.П. Фигурнов (СССР). № 2771563/18-10; заявлено 17.05.79, опубл. 23.03.81. Бюл. № 11.

45. А. с. 1050927 (СССР), МКИ В 60 1 5/00. Устройство для регистрации искрения токоприемника / Ю.Г. Семенов, Е.П. Фигурнов (СССР). № 3448343/24-11; заявлено 09.06.82, опубл. 30.10.83. Бюл. № 40.

46. Пат. 2007288893 Япония, МКИ B60L5/24. Устройство и метод для определения отрывов токоприемника от контактного провода/ А. Хироки, В. С а -тоши, М. Дайсуке.

47. Ostlund, S. Condition monitoring of pantograph contact strip / S. Ost-lund, A. Gustafsson, L. Buhrkall, M. Skoglund. //Railway Condition Monitoring, 2008. - № 15. - P. 1-6.

48. Плотников, Ю.И. Перспективы создания компьютезированной системы диагностирования изоляторов контактной сети по ультрафиолетовому из-

лучению / Ю.И.Плотников, Д.А. Скороходов, В.П. Герасимов // Железные дороги мира. - 2004. - №7. - С. 50-53.

49. Пат. 2009055778 Япония, МКИ B60L5/00. Метод и установка для определения отрывов токоприемника от контактного провода/ У. Такаюки, К. Тацуя, Н. Казуеши, Т. Мицуру.

50. T. Hayasaka, M. Shimizu, К. Nezu. Development of contact-loss measuring system using ultraviolet ray détection // Quarterly Reports of the Railway Technical Research Institute. Tokio, Aug. 2009. V. 50, № 3. p. 131-136.

51. Пат. 2009183088 Япония, МКИ B60L5/00. Метод и устройство для определения отрывов токоприемников/X. Такамаса, Ш. Масатоши, К. Шу-ничи, Я. Масаки, С. Тошиаки.

52.Ларькин, И.В. Применение датчиков искрения в системах автоматического регулирования нажатия токоприемников электрического транспорта / И.В. Ларькин, С.Ю. Сосновский // Электрификация транспорта «Трансэлектро-2010»: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф. / Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна. - Днепропетровск, 2010. - С. 20 - 21.

53. Миронос, Н.В. Исследование токосъема на базе системы технического зрения / H.В. Миронос, П.Г. Тюрнин, А.Т. Тибилов//Вестник ВНИИЖТ. - 2005. - №5. - С.41-44.

54. Ар каше в, А.Е. Устройство для регистрации искрения электроподвижного состава / А. Е. Аркашев, И.В. Ларькин, С.Ю. Сосновский // Электрификация и развитие инфраструктуры энергообеспечения тяги поездов на железнодорожном транспорте Eltrans 2011: Тезисы докладов VI Междунар. симпозиума / Петербургский гос. ун-т путей сообщения. - Санкт-Петербург, 2011. -С. 8-9.

55. Беляев, И. А. Токосъем и токоприемники электроподвижного состава /И.А. Беляев, В.П. Михеев, В.А. Шиян.-М.: Транспорт, 1976. - 184 с.

56. Купцов, Ю.Е. Увеличение срока службы контактного провода / Ю.Е. Купцов.-М.: Транспорт, 1972.-160 с.

57.Вологин, В. А. К выбору оптимальных параметров токоприемников /В.А. Вологин, Д.Ф. Железнов, А.В. Фрайфельд, Г.Г. Энгельс // Вестник Всесоюзн. научн.-исслед. ин-та ж.-д. транспорта. - 1973. - №8. с. 5 - 9.

58. Сидоров, О.А. Совершенствование токоприемников электроподвижного состава / О. А. Сидоров, И.Е. Чертков, А.Е. Аркашев, И. В. Ларькин// Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте: Материалы науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообще-

ния. - Омск, 2009. - С. 89 - 92.

59. Сидоров, O.A. Оценка термической устойчивости контактных элементов токоприемников и контактных подвесок / О. А. Сидоров, А. Н. Смердин, А. Н. Кутькин, И.В. Ларькин // Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе. Кадровое и науч.-техн. обеспечение процессов интеграции в мировую транспортную систему: Тез. междунар. науч.-практ. конф. / Сибирский гос. ун-т путей сообщения. - Новосибирск, 2007. - 4.1. - С. 146 — 147.

60. Сидоров, O.A. Определение закона регулирования нажатия токоприемника электроподвижного состава / O.A. Сидоров, И.В. Ларькин, С.Ю. Сосновский// Транспортная инфраструктура Сибирского региона: Материалы II межвузовской науч.-практ. конф. / Иркутский гос. ун-т. путей сообщения. - Иркутск, 2011. - Том 1. - С. 569 - 570.

61. Ларькин, И.В. Совершенствование устройств автоматического регулирования скоростных токоприемников / И.В. Ларькин, А.Е. Аркашев, С.Ю. Сосновский // Инновации для транспорта: Сборник научных статей с международным участием в трех частях. Часть 1 / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - С. 180 - 184.

62. Ларькин, И.В. Модернизация системы автоматического регулирования нажатия токоприемника электроподвижного состава / И. В. Ларькин, А. Е. Аркашев // Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования: Материалы V науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Сибирская гос. автомобильно-дорожная акад. - Омск, 2010. - С. 268 - 271.

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

64. КудряшовЕ. В. Совершенствование механических расчетов контактных подвесок на основе статических конечноэлементных моделей: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07: защищена 17.12.10: утв. 10.06.11 / Е. В. Кудряшов -СПб, 2010.-187 с.

65. EN 50367:2002. Railway applications - Current collection systems - Technical criteria for the interaction between pantograph and overhead line. - European Standard. - CELENEC, 2002.

66. Пат. 105862 Российская Федерация, МПК В 60 L 5/00. Токоприемник электроподвижного состава / Сидоров О. А., Аркашев А.Е., Ларькин И.В., Сосновский С.Ю.; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т

путей сообщения. -№ 2011100366/11; заявл. 11.01.2011; опубл. 27.06.2011, Бюл. № 18.-2 е.: ил.

67. Перегудов, Ф.И. Введение в системный анализ / Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко.-М.: Высшая школа, 1989.-367 с.

68.Потемкин, В.Г. Вычисления в среде MATLAB / В. Г. Потемкин. - М.: Диалог-МИФИ. - 2004. - 328 с.

69.Черных, И.В. Simulink: среда создания инженерных приложений / И.В. Черных.-М.: Диалог-МИФИ.-2003.-521 с.

70. Щербаков, B.C. Моделирование и визуализация движений механических систем в MATLAB: Учеб. пособие для вузов / B.C. Щербаков, М.С. Корытов, A.A. Руппель, В.А. Глушец, С. А. Милюшенко. - Омск: СибАДИ, 2007. - 81 с.

71. Сидоров, O.A. Токоприемник, оснащенный системой автоматического регулирования нажатия / О. А. Сидоров, А. Е. Аркашев, И. В. Ларькин // Транспорт-2009: Труды науч.-практ. конф. / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. - Ростов-на-Дону, 2009. - Ч. 3. - С. 278 - 280.

72. Ларькин, И.В. Система автоматического регулирования силы контактного нажатия токоприемника / И.В. Ларькин, М.Г. Шумейко // Теоретические знания - в практические дела (с международным участием): Сб. науч. статей XI Всероссийской научно - инновационной конференции аспирантов, студентов и молодых ученых / Филиал ГОУ ВПО «РосЗИТЛП» в г. Омске. - Омск, 2010.-Ч. 2. -С. 191 - 194.

73. Сидоров, O.A. Системы контактного токосъема с жестким токопро-водом: Монография / O.A. Сидоров.-М.: Маршрут, 2006.-119с.

74. Сидоров, O.A. Моделирование взаимодействия авторегулируемого токоприемника с контактной подвеской / О.А. Сидоров, А.Е. Аркашев, И.В. Ларькин// Современные технологии. Системный анализ. Моделирование / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск, 2011. - № 3 (31). - С. 164 -169.

75. Nib 1 er, Н. Dynamishes Verhalten von Fahreitung und Stromabnehmer bei elektrischen Hauptbahnen / H. Nib 1 er // Elektrische Bahnen, 1950. - N. 3. - S. 138 -146.

76. Власов, И.И. Механические расчеты вертикальных цепных контактных подвесок / И.И. Власов // Труды Всесоюзн. науч.-исслед. ин-та ж.-д. транспорта. - М.: Трансжелдориздат, 1957. - С. 183 - 215.

77. Плакс, А. В. Исследование взаимодействия токоприемника и контактной сети при высоких скоростях движения / A.B. Плакс// Электроподвиж-

ной состав, электрооборудование тепловозов: Сб. науч. тр. Ленинградского ин-та инж. ж.-д. транспорта. - СПб.: Трансжелдориздат, 1959. - Вып. 167. - С. 18 - 25.

78.Паскуччи, Л. Колебания контактной подвески электрифицированных железных дорог при высоких скоростях движения / Л. Паскуччи // Ежемес. бюл. Междунар. ассоциации ж.-д. конгрессов, 1969. - № 2. - С. 44 - 54.

79. Почаевец, Э.С. Выбор оптимальных параметров контактных подвесок с учетом случайных факторов / Э.С. Почаевец// Вестник Всесоюзн. науч.-исслед. ин-та ж.-д. транспорта, 1974. -№ 1. - С. 16 - 19.

80. Tsuchiya, К. The dynamic behavior of overhead centenary wire systems / K. Tsuchiya // Quarterly Reports of the Railway Technical Research Institute. Tokio, 1969. - V. 10. - № 4. - P. 207.

81. Фрайфельд, A.B. Обеспечение надежного токосъема при высоких скоростях движения / A.B. Фрайфельд// Транспортное строительство, 1970. -№ 3. - С. 18-21.

82. Жарков, В.Т. Об учете эластичности верхнего узла при расчетах на ЭЦВМ траектории полоза токоприемника / В.Т. Жарков, В.П. Михеев // Энергоснабжение электрических железных дорог / Науч. тр. Омского ин-та инж. ж.-д. транспорта. - Омск, 1970. - Т. 104. - Ч. 2. - С. 54 - 58.

83. Тавровский, Л.Д. Приведение динамической системы «токоприемник - контактный провод» к эквивалентной системе с сосредоточенными параметрами/Л. Д. Тавровский //Вопросы развития и эксплуатации жилищно-коммунального хозяйства: Материалы науч.-техн. конф. - М., 1973. - С. 48 - 49.

84. Михеев, В.П. К расчету взаимодействия токоприемников с контактными подвесками с одновременным учетом ряда инерционных эффектов / В. П. Михеев, А.Н. Горбань // Энергосбережение электрических железных дорог: Науч. тр. Омского ин-та инж. ж.-д. транспорта. Омск, - 1974. - Т. 162. - С. 56 -68.

85. Михеев, В.П. Расчет контактного нажатия с учетом его распределения по пластинам и при наличии на полозе вторичного подрессоривания нескольких токосъемных элементов / В.П. Михеев, А.Н. Горбань// Энергосбережение электрических железных дорог: Науч. тр. Омского ин-та инж. ж.-д. транспорта. - Омск, 1974. - Т. 162. - С. 68 - 76.

86. Fink, В. Beitrag zur Dynamik der Stromabnehmers / В. Fink // Elektrische Bahnen, 1931. - № 9. - S. 272 - 276.

87. Михеев, В.П. Определение амортизационных отчислений с учетом локального срока службы контактных проводов / В.П. Михеев, H.H. Гришина, Г.П. Маслов, Н.Л. Фукс //Энергосбережение электрических же-

лезных дорог: Науч. тр. Омского ин-та инж. ж.-д. транспорта. - Омск, 1971. - Т. 127. - С. 112-118.

88.Гойхман, J1.B. Основные тенденции в исследованиях динамической системы «токоприемник - контактная сеть» /JI.B. Гойхман, Л.Д. Тавров-ский //ВИНИТИ Электрооборудование ж.-д. транспорта, 1981 - Вып. 6.

89. Марквардт, Г.Г. Троллейбусная контактная сеть. Раздел IV. Исследование работы провода при взаимодействии его с токоприемником и выбор оптимальных параметров подвески / Г.Г. Марквардт // Отчет по науч.-исслед. работе науч.-исслед. ин-та при Моссовете. - М., 1939.

90. Bücker, W. Mechanische Probleme der Stromübertragung zwischen Fahrleitung und Stromabnehmer elektrische bahnen / W. Bücker // Elektrische Bahnen, 1957. -№. 11.-S. 254-263.

91.Guilbert, G. Pantograph motion on nearly iniform railway overhead line / G. Guilbert, H. Davies //Proc. J.E.E., 1966. - v. 113.-P. 485-492.

92. Ковалев, С.M. Аналитический метод расчета колебаний токоприемников скоростного электровоза /С.М. Ковалев // Диссертация. Ленинградский ин-т инж. ж.-д. транспорта. - СПб., 1968. - С. 30 - 32.

93. Gray, R. Т. Effect of collection at high speed /R. T. Gray, S. Levy, J.A. Bein, E.J. Leclers //Paper Amer. Soc. Mech. Engrs., 1968.

94. К а й h , П. П. Система простой контактной подвески для электрических железных дорог / П.П. Кайн, П.Р. Скотт // Ежемес. бюл. Международн. ассоциации ж.-д. конгрессов, 1970. - № 7. - С. 3 - 9.

95. Ефимов, A.B. Расчет процесса взаимодействия токоприемников с контактной сетью при высоких скоростях движения / A.B. Ефимов, А.Г. Галкин, В.В. В е се л ов//Инженер путей сообщения.-М., 1998.-№ 3.

96. Т и б и л о в, Т. А. Динамическое взаимодействие контактной сети и токоприемника / Т.А. Тибилов , А.И. Филоненко , М.В Заволжен-ский ., П.Д. Титаренко// Некоторые вопросы динамики подвижного состава: Тр. Ростовского ин-т инж. ж.-д. транспорта. - Ростов-на-Дону, 1973. - Вып. 94. -С. 89-104.

97. Кофман, Дж.Л. Влияние динамических характеристик подвижного состава на качество токосъема / Дж. Л. Кофман, Х.Л. Престон //Конференция по электрификации Британских железных дорог, 1960. - перевод № 596/60.-С. 3-8.

98. Манцо, М. Демпфирование колебаний токоприемников высокоскоростного подвижного состава / М. Манцо // Ежемес. бюл. Международн. ассоциации ж.-д. конгрессов, 1969. - № 3. - С. 29 - 36.

99. Михеев, В. П. Расчет взаимодействия токоприемника ВСМ с контактной подвеской, учитываемой сосредоточенными параметрами / В. П. Михеев, В.И. Себелев, Э.Р. Абдулин //Железнодорожный транспорт Сибири: проблемы и перспективы: Материалы межвуз. науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 1998. - С. 16-25.

100. Беляев, И. А. Взаимодействие токоприемников и контактной сети / И.А. Беляев, В.А. Вологин.-М.: Транспорт, 1982. - 190 с.

101.Pisano, A. Contact force estimation and regulation in active pantographs: an algebraic observability approach / А. Pisano, E. Usai // Asian Journal of Control, 2008.-№3.-P. 1-9.

102. Rauter, F. Contact model for the pantograph-catenary interaction / F. Rauter, J. Pombo, J. Ambrosio // Journal of system design and dynamics, 2007. - Vol. 1. - № 3. - P. 447-457.

103. M as s at, J. P. Pantograph-catenary dynamics simulation/ J. P. Mas sat, J. P. Laine, А. В obi Hot //Vehicle System Dynamics, 2006.-Vol.-P. 551 -559.

104. Кудряшов, E.B. Моделирование динамического взаимодействия токоприемников и контактной подвески с использованием метода конечных элементов / Е.В. Кудряшов, Б.С. Григорьев, Е.Д. Викторов, O.A. Головин // Электрификация и развитие инфраструктуры энергообеспечения тяги поездов на железнодорожном транспорте Eltrans 2011: Тезисы докладов VI Междунар. симпозиума / Петербургский гос. ун-т путей сообщения. - Санкт-Петербург, 2011.

105. Павлов, В.М. Совершенствование токоприемников электроподвижного состава / В.М. Павлов, В.Н. Финиченко// Научн.-техн. журнал «Известия Транссиба». - Омск: Изд-во Омского гос. ун-та путей сообщения, 2010. -№1(1).-С. 32-38.

106. ГОСТ 12058-72. Токоприемники электроподвижного состава магистральных железных дорог. Общие технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1972.- 17 с.

107. Маслов, Г.П. Аэродинамические показатели токоприемников скоростного электрического подвижного состава / Г.П. Маслов, М.А. Дятлова// Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - № 1.-С. 20-25.

108. Щербаков, В. С. Основы моделирования систем автоматического регулирования и электротехнических систем в среде MATLAB и SIMULINK: Учебное пособие / B.C. Щербаков, A.A. Руппель, В.А. Глушец. -Омск.: СибАДИ, 2003. - 160 с.

109.Ларькин, И.В. Моделирование токоприемника электроподвижного состава в Matlab Simulink /И. В. Ларькин // Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы X междунар. науч.-практ. конф. / Южно-российский гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, 2010. - С, 83 - 86.

110. Смалев, А.Н. Сравнительный анализ математических моделей вертикальной динамики экипажа / А.Н. Смалев// Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - № 4. - С. 32 - 40.

Ш.Кудрявцев, Н. Н. Исследование динамики необрессоренных масс / H.H. Кудрявцев// Труды ВНИИЖТ. - М.: Транспорт, 1965.- Вып. 287. - 168с.

112. Ларькин, И.В. Исследование системы автоматического регулирования нажатия токоприемника электроподвижного состава / И.В. Ларькин, А.Е. Аркашев, С.Ю. Сосновский, A.B. Потапов //Актуальные проблемы проектирования и эксплуатации контактных подвесок и токоприемников электрического транспорта: Сб. науч. статей с международным участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - С. 114 - 122.

113. Аркашев, А.Е. Моделирование взаимодействия токоприемника и контактной подвески с учетом отрывов полоза от контактного провода / А.Е. Аркашев, И.В. Ларькин// Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - № 3 (7). - С. 2 - 8.

114. Михеев, В. П. Особенности узлов и характеристик перспективных токоприемников / В.П. Михеев // Конспект лекций / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, 1991. - 67 с.

115. Павлов, В. М. Совершенствование методов исследований контактных элементов устройств токосъема / В.М. Павлов, И.Е. Чертков, В.Н. Фини-ченко //Электрификация и организация скоростных и тяжеловесных коридоров на железнодорожном транспорте: Тез. докл. IV междунар. симпозиума «Eltrans-2007» / ПГУПС. - СПб., 2007. - С. 78.

116. Маслов, Г. П. Экспериментальный комплекс для исследований контактных подвесок и токоприемников / Г.П. Маслов, O.A. Сидоров // Железнодорожный транспорт. -М., 2005.- № 11.-С. 17-18.

117. А. с. 1255474 (СССР). Устройство для имитации элементов контактной подвески при испытаниях токоприемников / Михеев В. П., Бочаров А. Ю., Брюханов А. С. Заявл. 28.01.85. Опубл. в Б. И. 1986. № 33.

118. Шен к, X. Теория инженерного эксперимента/ X. Ше нк // М.: «Мир», 1973.-386 с.

119. Налимов, В. В. Теория эксперимента / В.В. Налимов // М.: «Наука», 1971.-208 с.

120. С мер дин, А. Н. Определение рациональных параметров контактной подвески для скоростной линии Омск - Новосибирск / А. Н. Смердин, А. С. Голубков, В. А. Жданов // Электроснабжение железных дорог: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - С. 30 - 34.

121. Джонсон, Н. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке/Н. Джонсон, Ф. Лион //М.: «Мир», 1980.-610 с.

122. Ларькин, И. В. Система регулирования нажатия токоприемника, основанная на нечеткой логике / И.В. Ларькин, С.Ю. Сосновский //Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы XI междунар. науч.-практ. конф. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, 2011. - С. 137 - 141.

123. Методика расчета эффективности инноваций на железнодорожном транспорте. М.: МПС, 2000.

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

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

АКТ

внедрения научно-технической продукции

Мы, нижеподписавшиеся, заведующий кафедрой «Электроснабжение железнодорожного транспорта», доктор технических наук, профессор ОмГУПСа Сидоров O.A. с одной стороны и заместитель генерального директора - финансовый директор ЗАО «УНИВЕРСАЛ-КОНТАКТНЫЕ СЕТИ» Троицкий В. А. с другой стороны, составили настоящий акт о том, что система автоматического регулирования нажатия токоприемника, разработанная сотрудниками ОмГУПСа (профессор Сидоров O.A., инженер Аркашев А.Е., аспирант Ларькин И.В.), использована при проектировании нового магистрального токоприемника электроподвижного состава.

Краткое описание научно-технической продукции: система автоматического регулирования нажатия токоприемника содержит датчики искрения и скорости, установленные на крыше электроподвижного состава, выходы датчиков соединены с позиционным регулятором, который с помощью электропневматических распределителей регулирует давление в резинокордном

элементе токоприемника.

Технико-экономическая эффективность научно-технической продукции: предлагаемая система автоматического регулирования нажатия позволяет снизить износ контактных элементов за счет снижения коэффициента искрения токоприемника и повысить надежность работы контактной сети за счет снижения количества пережогов и отжигов контактных

проводов.

От ОмГУПСа: От ЗАО «УНИВЕРСАЛ-

заведующий кафедрой КОНТАКТНЫЕ СЕТИ»:

«Электроснабжение заместитель генерального

железнодорожного транспорта», директора -

доктор технических наук, профессор финансовый/директор

-■У

С^ -/"—Сидоров O.A. ТроицкийВ.А.

£

L-

44 Г