Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время в России ведутся работы по созданию новых типов магистрального электроподвижного состава (ЭПС), рассчитанных на высокие скорости движения и повышенные токовые нагрузки; вводятся в эксплуатацию новые виды эстакадного монорельсового электрического транспорта.
Так, в соответствии с Федеральной целевой программой «Развитие транспортной системы России на 2010 – 2015 годы» ведется организация высокоскоростных железнодорожных линий, на которых планируется движение со скоростями до 350 км/ч: Санкт-Петербург – Москва; Санкт-Петербург – Хельсинки; Москва – Адлер; Москва – Нижний Новгород.
Примером создания и функционирования эстакадных видов электрического транспорта является и запущенная в эксплуатацию в соответствии с постановлением Правительства г. Москвы № 463-ПП от 22.05.2001 трасса Московской монорельсовой транспортной системы (ММТС) между станциями метро «Тимирязевская» и «Ботанический сад».
Передача электроэнергии ЭПС осуществляется через скользящий контакт, вследствие чего элементы контактной пары функционируют в условиях повышенного электромеханического износа. В свете этой проблемы одними из основных направлений научно-технической политики являются повышение надежности, экономичности работы и увеличение эксплуатационного ресурса технических средств. Снижение износа и повышение ресурса элементов устройств токосъема может быть обеспечено различными способами, в том числе путем выбора таких материалов контактной пары, которые наиболее полно отвечают требованиям качества токосъема.
Выбор рационального сочетания материалов трибопар осуществляется на основе физического и математического моделирования. Следовательно, совершенствование методов моделирования изнашивания элементов контактной пары является актуальной задачей.
Цель диссертационной работы – снижение износа контактных элементов токоприемников электроподвижного состава путем выбора рациональных сочетаний материалов трибопар на основе усовершенствованных методов моделирования изнашивания.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1) выполнить анализ методов оценки износа контактных пар устройств токосъема;
2) разработать методику и выполнить экспериментальные исследования износостойкости контактных пар с учетом воздействия факторов, характерных для условий эксплуатации устройств токосъема;
3) предложить математическую модель изнашивания контактных пар с учетом воздействия факторов окружающей среды, характерных для условий эксплуатации;
4) усовершенствовать алгоритм прогнозирования износа контактных пар на основе разработанной математической модели;
5) выполнить оценку экономической эффективности применения усовершенствованных методов моделирования изнашивания.
Методы исследования. Теоретические исследования проведены на основе математического моделирования на ПЭВМ с использованием универсальной математической программы MathCad. Экспериментальные исследования проводились на стендовых установках кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» Омского государственного университета путей сообщения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) предложена математическая модель изнашивания контактных пар с учетом воздействия факторов окружающей среды, характерных для условий эксплуатации;
2) разработана методика экспериментальных исследований износостойкости контактных пар с учетом воздействия факторов, характерных для условий эксплуатации;
3) усовершенствован алгоритм прогнозирования износа контактных пар устройств токосъема, произведен выбор рационального сочетания материалов контактных трибопар.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами лабораторных экспериментов. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными не превышает 8 %.
Практическая ценность диссертации заключается в следующем:
1) созданная математическая модель изнашивания контактных пар дает возможность аналитически получить кривую интенсивности изнашивания контактных пар, что сокращает временные затраты на проведение экспериментальных исследований в 2,5 – 3 раза;
2) разработанная методика экспериментальных исследований контактных пар устройств токосъема позволяет выполнить испытания материалов элементов трибопар с учетом параметров окружающей среды (относительной влажности воздуха и его запыленности) и реальных условий эксплуатации;
3) усовершенствованная методика прогнозирования износа контактных пар позволяет оценить ресурс трибопары «контактный элемент – токопровод» с учетом влияния параметров окружающей среды и режимов эксплуатации.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в
ЗАО «Универсал-Контактные сети» 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. Разработка методики и проведение экспериментальных исследований контактных пар, созданная математическая модель изнашивания, усовершенствованный метод прогнозирования. Основные научные положения и результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на VII – XI международных научно-практических конференциях «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2007–2012); на международной научно-технической конференции «Инновации для транспорта» (Омск, 2010); на всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы проектирования и эксплуатации контактных подвесок и токоприемников электрического транспорта» (Омск, 2011); на VIII международной научно-практической конференции «Modern vdeck spchy» (Прага, 2012); на семинарах кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» и научно-техническом семинаре ОмГУПСа в 2008 – 2012 гг.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 20 печатных работах, которые включают в себя 16 статей и четыре патента РФ на полезные модели. Пять статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, библиографического списка из 112 наименований и приложения. Общий объем диссертации составляет 153 страницы, включая 19 таблиц и 129 рисунков.
