Введение к работе
Актуальность проблемы. Интенсивное сооружение монорельсовых дорог в мегаполисах развитых стран обусловлено значительным увеличением автотранспорта в черте городов, необходимостью разгрузки существующих и создания альтернативных надежных и экологичных транспортных систем.
Работы по созданию монорельсовых транспортных систем в России начались с 1975 г. Первая пассажирская линия открылась в Москве в 2003 г. для эксплуатации между станциями метро «Ботанический сад» и «Тимирязевская».
Устройства токосъема Московской монорельсовой транспортной системы (ММТС) имеют ряд существенных недостатков, которые ограничивают скорость движения до 60 км/ч и заключаются в использовании контактных пар с плоскими рабочими поверхностями.
Планируемый рост скорости движения на существующей линии, а также имеющиеся в настоящее время планы строительства новых линий монорельсовых дорог требуют разработки новых и совершенствования существующих устройств токосъема, которые должны обеспечивать надежную и экономичную передачу электроэнергии.
В 2004 г. разработан проект монорельсовой транспортной системы со скоростью движения до 150 км/ч. Увеличение скорости движения более 120 км/ч требует применения токоприемников с устройствами авторегулирования и улучшенными динамическими характеристиками. К таким устройствам можно отнести токоприемники, оборудованные резинокордными элементами (РКЭ).
Эксплуатационный диапазон температур для российских условий составляет от + 40 до - 50 С. Накопленный опыт эксплуатации РКЭ свидетельствует о негативном влиянии низкой температуры окружающей среды на их свойства: происходит снижение статического нажатия, повышение жесткости и коэффициента демпфирования, увеличение времени подъема и опускания токоприемника, что является причинами возникновения аварийных ситуаций и требует принятия мер по устранению отказа устройств токосъема с РКЭ.
Цель диссертационной работы - повышение качества токосъема на монорельсовых транспортных системах за счет применения усовершенствованных контактных пар с рациональной формой рабочих поверхностей и обеспечение работоспособности токоприемников при низких температурах окружающей среды.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи.
Выполнить анализ недостатков устройств токосъема монорельсового транспорта городского и пригородного сообщения и предложить усовершенствованные конструкции токоприемников и токопроводов.
Разработать методы расчета взаимодействия токоприемников с жесткими токопроводами охватывающего типа.
Создать метод экспериментальных исследований взаимодействия токоприемников с жесткими токопроводами охватывающего типа.
Усовершенствовать метод расчета характеристик токоприемников монорельсового транспорта с учетом влияния низкой температуры окружающей среды.
Предложить метод экспериментальных лабораторных исследований токоприемников монорельсового транспорта с учетом влияния низких температур окружающей среды.
Выполнить оценку экономической эффективности усовершенствованных конструкций устройств токосъема.
Методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования проведены на основе методов системного подхода, корреляционного анализа, математического моделирования на ПЭВМ с использованием универсальной математической программы MathCAD, программы проектирования и расчета механических конструкций методом конечных элементов SolidWorks.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Разработан метод расчета взаимодействия токоприемников с жесткими токопроводами охватывающего типа.
Создан метод экспериментальных исследований взаимодействия токоприемников с жесткими токопроводами охватывающего типа.
Усовершенствован метод расчета характеристик токоприемников монорельсового транспорта с учетом влияния низкой температуры окружающей среды.
Предложен метод экспериментальных лабораторных исследований токоприемников монорельсового транспорта с учетом влияния низкой температуры окружающей среды.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами лабораторных экспериментов. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными составляет не более 8 %.
Практическая ценность диссертации заключается в следующем.
Разработанный метод расчета взаимодействия токоприемника с охватывающим токопроводом позволяет получить кривую контактного нажатия'для заданного участка трассы, выбрать параметры контактных пар для снижения их износа.
Предлагаемая система токосъема С-образной формы позволяет повысить скорость движения электроподвижного состава ММТС до 105 км/ч (при длине пролета токопровода 2 м) и увеличить срок службы контактных элементов в 2,6 раза.
Усовершенствованный метод расчета взаимодействия токоприемника с токопроводом позволяет оценить работоспособность токоприемника и выбрать схемные решения для обеспечения его надежной работы при температуре до минус 50С.
Предлагаемый метод экспериментальных исследований токоприемников позволяет оценить интенсивность и характер влияния низкой температуры на работу токоприемников в лабораторных условиях с учетом основных видов воздействий, характерных для эксплуатационных режимов, и на основе этого выполнить анализ качества токосъема.
Разработанные устройства подогрева РКЭ токоприемников позволяют обеспечить требуемое качество токосъема во всем эксплуатационном диапазоне температур от - 50 до + 40С.
Реализация результатов работы. Методика определения статических и динамических характеристик токоприемников, оснащенных резинокордным подъемно-опускающим механизмом, в условиях эксплуатационного диапазона температур внедрена во Всероссийском научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта при проведении испытаний токоприемников магистрального электроподвижного состава на Октябрьской железной дороге.
Линейный стенд для исследования взаимодействия токоприемников с контактной подвеской, оснащенный С-образным токопроводом, внедрен в лаборатории «Контактные сети, линии электропередачи и устройства токосъема» ОмГУПСа и используется в научных и учебных целях.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научной конференции «Mobility-Sustainability-Safety» (Дрезден, 2005), 12-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2006 ), IV международной научной конференции «Trans-Mech-Art-Chem» (Москва, 2006), XIV международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современная техника и технологии» (Томск, 2008), IX научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, 2008), 15-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2009), всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009» (Ростов-на-Дону, 2009), на научно-технических семинарах кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ОмГУПСа в 2006 - 2009 гг.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 16 научных работах, которые включают в себя шесть статей, две из которых опубликованы в изданиях перечня ВАКа, шесть патентов на полезные модели и четыре тезиса докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, библиографического списка из 115 наименований и одного приложения. Общий объем диссертации - 142 страницы, в том числе 92 рисунка и пять таблиц.
