Введение к работе
Актуальность темы исследования. В соответствии со Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г., утвержденной распоряжением Правительства России № 877-р от 17 июня 2008 г., планируется значительное увеличение объема перевозок. Повышение интенсивности движения поездов на электрических железных дорогах предъявляет высокие требования к качеству токосъема, особенно в местах контактной сети с повышенной жесткостью, к которым относятся воздушные стрелки, секционные изоляторы, сопряжения анкерных участков и др.
На железных дорогах России отраслевыми институтами подготовлен проект федеральной целевой программы «Развитие скоростного и высокоскоростного движения пассажирских поездов в России на период 2000 - 2015 гг.». В соответствии с указанной программой намечена организация к 2015 г. скоростного пассажирского движения на полигоне с общей протяженностью линий около 8000 км.
Увеличение скоростей движения также снижает надежность, экономичность и ухудшает экологичность токосъема. Взаимодействию токоприемников и контактных подвесок в указанных выше местах контактной сети, особенно при высоких скоростях движения, уделено достаточно большое внимание. Однако многие аспекты, такие как неравномерность жесткости в пролетах, особенности взаимодействия подвески с несколькими токоприемниками и др., требуют дальнейшего проведения исследований, что указывает на недостаточную разработанность темы. В связи с этим вопросы обеспечения качества токосъема в указанных местах остаются актуальными.
Цель диссертационной работы - повышение качества токосъема на сопряжениях анкерных участков и в местах установки первых нерессорных струн путем выравнивания жесткости контактной подвески в пролетах за счет использования разработанных компенсирующих упругих устройств.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1) выполнить анализ известных методов расчета механического взаимодействия токоприемников и контактных подвесок, на его основе установить основные допущения, принятые при расчетах, и разработать новый метод, учитывающий особенности взаимодействия токосъемных устройств на участках электрических железных дорог, содержащих переходные пролеты;
-
получить массивы исходных данных по контактным подвескам и токоприемникам, позволяющие осуществить расчет их взаимодействия;
-
провести теоретические и экспериментальные исследования механического взаимодействия токоприемников и контактных подвесок и сопоставить полученные данные для оценки адекватности разработанного метода;
-
предложить новые технические решения, обеспечивающие повышение качества токосъема на сопряжениях анкерных участков и в местах установки первых нерессорных струн, на их основе разработать конструктивное исполнение устройств и провести экспериментальные исследования их работы;
-
определить технико-экономическую эффективность принятых технических решений.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе механики твердых тел при помощи математического моделирования на ЭВМ с использованием пакетов прикладных программ Matlab и Mathcad. Эксперименты проведены на лабораторных установках, полигоне и действующих участках железных дорог в соответствии с разработанными программами.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
предложен метод расчета механического взаимодействия токосъемных устройств для определения траекторий элементов и функций контактного нажатия двух токоприемников с учетом наличия двух подвесок в переходном пролете;
-
усовершенствована статическая модель подвески с двумя контактными проводами, учитывающая разное высотное положение этих проводов;
-
разработан метод расчета статической жесткости контактных подвесок, основанный на определении неизвестных реакций связей с учетом наличия вертикальных упругих элементов.
Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами лабораторных и натурных экспериментов. При сравнении результатов теоретических и экспериментальных исследований значения критерия Фишера составляют менее 1,2 и не превышают табличных значений для уровня значимости а = 0,05. Практическая ценность работы заключается в следующем: 1) предложенный метод расчета взаимодействия токосъемных устройств позволяет получить зависимости контактного нажатия токоприемников от расстояния в пролетах с одной и двумя контактными подвесками с учетом волно-
вых процессов, эффекта приведения, наличия двух токоприемников и вертикальных ограничений перемещения их элементов;
-
усовершенствованная статическая модель подвески может быть использована для определения ее жесткости при разном высотном положении контактных проводов;
-
разработанный метод расчета статической жесткости контактных подвесок с учетом вертикальных упругих элементов дает возможность выбрать рациональные варианты размещения компенсирующих упругих устройств в пролетах с одной и двумя контактными подвесками.
Положения, выносимые на защиту:
-
метод расчета механического взаимодействия токосъемных устройств с учетом волновых процессов, эффекта приведения, наличия переходных пролетов, двух рабочих токоприемников и вертикальных ограничений перемещения их элементов;
-
модель контактной подвески для расчета статических характеристик с учетом разного высотного положения контактных проводов;
-
метод расчета статической жесткости контактных подвесок с учетом наличия вертикальных упругих элементов.
Реализация результатов работы. Образцы разработанных компенсирующих устройств переданы в опытную эксплуатацию на Западно-Сибирскую железную дорогу - филиал ОАО «РЖД».
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на V международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2004), всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005), всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы проектирования и эксплуатации контактных подвесок и токоприемников электрического транспорта» (Омск, 2011), заседаниях научно-технического семинара кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ОмГУПСа и научно-теоретического семинара ОмГУПСа (Омск, 2013).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в восьми печатных работах, которые включают в себя шесть статей и один тезис докладов, получен патент РФ на полезную модель. Три статьи опубликованы в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка из 138 наименований и 5 приложений и содержит 160 страниц печатного текста, 69 рисунков, 33 таблицы.
