(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Разработка и исследования авторегулируемого токоприемника
Тема: Разработка и исследования авторегулируемого токоприемника
Алматы, 2008
Увеличение скорости электроподвижного состава значимым образом влияет на свойство токосъема при сохранении постоянными взаимодействующих устройств-токоприемника и контактной сети. Разъясняется это тем, что главные составляющие контактного нажатия (нажатие в контакте полоз токоприемника — контактный провод) — динамическая и аэродинамическая — пропорциональны квадрату скорости движения э. п. с.
Токосъем при больших скоростях движения и неоптимальных параметрах взаимодействующих устройств характеризуется большенными и резко изменяющимися в процессе движения значениями контактного нажатия. Это уменьшает срок службы контактного провода из-за возникновения местных износов и усиления помех приему радио и телевизионных сигналов в зоне электрифицированной стальной дороги.
Повысить свойство токосъема, т. е. стабилизировать и снизить контактное нажатие до рационального уровня, можно улучшением характеристик и конструктивного выполнения как контактной сети, так и токоприемника либо обоих устройств совместно. Решается это разными методами.
Скоростное движение электроподвижного состава в нашей стране будет внедряться на линиях, контактная сеть которых была спроектирована, исходя из наибольшей скорости движения 160, а время от времени и 120 км/ч. В этих критериях для надежного токосъема, также во избежание дорогой, трудозатратной и требующей огромного количества «окон» в движении поездов модернизации контактной сети более целесообразны разработка и применение токоприемника, который дозволяет обойтись без переустройства контактной сети. Такое более экономное решение для надежного токосъема при скоростях движения поезда до 200 км/ч на полосы Москва — Ленинград, на ряде участков которой несколько десятилетий вспять смонтирована полукомпенсированная рессорная контактная подвеска, было положено в базу разработок ВНИИЖТа.
Первым шагом данной работы было определение главных технических требований к токоприемнику, т. е. определение допустимого значения приведенной массы, спектра статического нажатия, нрава конфигурации аэродинамической подъемной силы, количества рядов контактных частей на полозе и.т. д.
Допустимое тока, оборудованных полукомпенсированной рессорной контактной подвеской, при скоростях движения 200 км/ч применение на электропоездах токоприемников со средней приведенной массой выше 26 км неприемлимо.
Наилучшее к примеру, для токоприемников скоростного э. п. с. неизменного тока статическое нажатие принято равным 90—120 Н).
С ростом скорости движения и увеличеньем инерционных сил контактное нажатие в моменты возникновения отрицательных динамических составляющих может оказаться равным нулю, т. е. контакт меж полозом токоприемника и проводом нарушается. Для предупреждения таковых явлений целенаправлено повышение аэродинамической подъемной силы токоприемника.
Лучшая черта аэродинамической подъемной силы обязана быть таковой, чтоб отлично влиять на сокращение продолжительности отзывов полозов от провода и не вызывать роста изнашивания частей скользящего контакта и возникновения таковых отжатий контактного провода, при которых вероятны аварийные ситуации. На пространство расположения токоприемника на электроподвижном составе (удаление от лобовой стены локомотива), также скорость и направление ветра.
Расчетным методом с внедрением результатов испытаний в аэродинамической трубе и на полосы ряда токоприемников было установлено, что аэродинамическая подъемная сила токоприемника в горизонтальном встречном потоке воздуха, имеющем скорость 55,6 м/с, обязана приравниваться 70—80 Н.
На электропоезде ЭР200 токоприемник не будет снимать ток выше 800 А. Проведенные ранее создателем линейные термо тесты разных полозов на экспериментальном кольце ВНИИЖТа, где обеспечивалось высочайшее всепостоянство перегрузки, дозволили установить [1], что в данном случае на токоприемнике довольно применение 1-го полоза с 3-мя рядами пластинок (медных, металлокерамических либо угольных); при всем этом превышение температуры пластинок (вставок) над температурой окружающего воздуха не окажется больше регламентированного ГОСТ 12058—72. «Токоприемники электроподвижного состава магистральных стальных дорог».
Таковыми были главные технические требования к токоприемнику электропоезда ЭР200.
Самую большую трудность при разработке новейшего токоприемника представляло обеспечение малой приведенной массы, потому что спектр высот подвешивания контактного провода на электрифицированных дорогах неизменного тока колеблется от 5550 до 6800 мм.
Конструктивное решение задачки было найдено созданием токоприемника в виде 2-ух подвижных систем, расположенных одна над иной. В токоприемнике применен принцип авторегулирования: при наличии пневматических частей верхняя подвижная — система управляет нижней.
Но нижняя система приходит в движение лишь при значимых перемещениях верхней (т. е. при огромных конфигурациях высоты подвешивания контактного провода). При малых перемещениях верхней системы, когда высота подвеса контактного провода меняется не наиболее чем на ±300 мм относительно его положения, соответственного среднему положению верхней системы, нижняя система остается недвижной.
Конструктивно верхняя подвижная система выполнена в виде 2-ух пятизвенников, нижняя — в виде 2-ух параллелограммов. Любая система имеет собственный привод. В отличие от обыденного для токоприемников привода, примененного в верхней системе, в привод нижней системы включен золотник 15 шток которого механически связан средством тяг с одним из основных валов 18 верхней системы. Нахождение поршня в средней части золотника обеспечивает перекрытие воздухопровода потому при малом перемещении полоза, а как следует, и поршня нижняя система не изменяет собственного положения.
При большенном подъеме рам верхней системы поршень золотника, перемещаясь на право, открывает доступ сжатому воздуху в пневматический цилиндр 13, и рамы нижней подвижной системы также поднимаются. Подъем нижних рам длится до того времени, пока поршень золотника, перемещаясь на лево (из-за подъема этих рам при постоянной сейчас высоте полоза), не перекроет канал воздухопровода 16. В случае огромного опускания рам верхней системы поршень золотника начинает смешаться на лево и тем в определенный момент обеспечит связь пневматического цилиндра 73 через золотник с атмосферой; в итоге подвижные рамы нижней системы опускаются (до того времени, пока поршень золотника, перемещаясь на Право вследствие распускания рам верхней системы, не перекроет канал воздухопровода 16).
Приведенная масса авторегулируемого токоприемника равна сумме приведенной массы верхней подвижной системы и массы полоза. Это разумеется, когда нижняя система недвижна, а для переходного режима, когда нижняя система изменяет свою высоту (к примеру, при проходе токоприемником искусственного сооружения с низким расположением контактного провода), это нужно обосновать.
Особыми теоретическими [2], а потом и экспериментальными исследовательскими работами [3] было подтверждено, что и в переходном режиме можно исключить воздействие массы нижней подвижной системы на динамику контакта, если обеспечить определенную скорость перемещения данной системы.
Для этого исходя из массы рам нижней подвижной системы, размера цилиндра ее пневмопривода и наибольшей скорости движения э. п. с. довольно высчитать площадь окна золотника. При рациональном сечении окна на системы, не влияет значение массы нижней системы.
Стержни рам верхней подвижной системы авторегулируемого токоприемника в 2 раза короче стержней рам серийных токоприемников. Потому и приведенная масса данной системы приблизительно в 2 раза меньше приведенной массы рам токоприемников П-1, П-3, Т-5, составляя 9,5 кг. Приведенная масса всего авторегулируемого токоприемника Сп-6М, оборудованного полозом с 4-мя рядами медных пластинок (такое количество рядов принято для роста пробега полоза до предельного износа пластинок), равна 24,5 кг, а это меньше массы, определенной техническими требованиями.
тут необходимо подчеркнуть, что несколько позже двухступенчатые («двуэтажные») токоприемники были разработаны и во Франции (компанией Фэвлей). Но в отличие от токоприемника, разработанного во ВНИИЖТе, в токоприемнике конторы Фэвлей авторегулирование не применимо и стабилизация положения нижней системы осуществляется лишь довольно массивным демпфером. При таком выполнении приведенная масса складывается не только лишь из массы полоза и приведенной массы верхней системы, да и части приведенной массы нижней системы. Это доказывается, а именно, тем, что средние значения отжатий контактного провода у опор и размаха вертикальных перемещений полоза в просветах при скоростях выше 215—263 км/ч оказались в главном больше, чем при испытаниях одной верхней системы, установленной на крыше электровоза на недвижном основании. Это гласит о необходимости внедрения авто регулирования в двухступенчатых токоприемниках при применении их на скоростном электроподвижном составе.
Линейные тесты макетов токоприемников с различными полозами проявили, что обязательным условием обеспечения размеренного контакта меж полозом и контактным проводом является расширение полоза по последней мере до 400 мм. В авторегулируемых токоприемниках типов ТСп-1М и Сп-6М ширина полоза принята равной 440мм
В первых образчиках авторегулируемого токоприемника каретка была выполнена с применением пакетов листовых пружин, что разъяснялось их демпфирующими качествами, содействующими гашению высокочастотных колебаний. Но потом листовые пружины из-за их усталостных разрушений были изменены на спиральные и каретка стала иметь вид, показанный на рис. 11.
Принципиальной индивидуальностью авторегулируемых токоприемников является их способность автоматом опускаться при ударе полоза передвигающегося э. п. с. о какое-либо препятствие на контактном проводе. действие данной системы основано на нарушении симметрии верхней подвижной системы в итоге удара. Вследствие этого при любом искажении симметрии поршень золотника сдвигается в ту сторону, при которой нижняя подвижная система опускается.
Тесты токосъема на электропоезде ЭР200, проводившиеся не один раз (поначалу на полигоне Белореченская — Майкоп, а потом на полосы Москва — Ленинград), дозволили оценить свойство контакта токоприемника с проводом при разных контактных подвесках (возмещенных, полукомпенсированных, рессорной, рычажной) и различных скоростях движения. Эти тесты проявили, что во всех вариантах фронтальный токоприемник имеет наиболее устойчивый контакт с проводом, чем крайний; к примеру, на участках с типовой рессорной возмещенной подвеской больший коэффициент отрыва для фронтального токоприемника составил 0,2 %, а для крайнего 0,3—0,4 %.
Большая стабильность контакта при наибольшей скорости движения наблюдалась при статическом нажатии 90—110 Н. В этом случае при скорости движения 210 км/ч по участкам с возмещенными подвесками коэффициент отрыва не превосходил 0,08 и 0,26 % соответственно для первого и третьего токоприемников. Для крайнего токоприемника несколько больший коэффициент отрыва зарегистрирован на участках с полукомпенсированными подвесками, искусственно введенными в режим наибольшей и малой температуры окружающего воздуха соответственно 0,31 и 0,40 %. Крайние значения свидетельствуют, что авторегулируемые токоприемники (нормально запараллельные на электропоезде меж собой) обеспечивают надежный токосъем при скоростях до 200 км/ч не только лишь на участках с возмещенными, да и с полукомпенсированными контактными подвесками.
При опытнейших поездках электропоезда средством датчиков, смонтированных на опорах контактной сети (на стационарных и временных специально установленных в серединах и четвертях пролетов), были измерены отжатия контактных проводов проходящими токоприемниками. Результаты этих измерений представлены на рис.12. зависимостью Ah (v).
Если учитывать, что типовые сочлененные фиксаторы контактной сети неизменного тока допускают отжатие контактного провода 300 мм (а в неких вариантах и наиболее) при возмещенной подвеске и 275 мм при полукомпенсированной в режиме наинизшей температуры окружающего воздуха (—40° С), то на основании приведенной зависимости можно прийти к выводу, что во всех вариантах типовые сочлененные фиксаторы обеспечивают надежный проход авторегулируемых токоприемников, установленных на электропоезде ЭР200.
Такие результаты испытаний токосъема явились основанием для отказа от планировавшейся ранее подмены полукомпенсированной подвески в возмещенную на ряде перегонов и станций полосы Москва — Ленинград.
Динамическое исследование авторегулируемого токопртемника в переходном режиме
В крайние годы в связи с предстоящим возрастанием скоростей движения электроподвижного состава животрепещущее определения воздействия отдельных характеристик его на свойство токосъема и оптимизации их. Одним из решений трудности токосъма при больших скоростях движения является применение двухступенчатого авторегулируемого токоприемника.
Данная статья посвящена динамическому исследованию авторегулируемых токоприемников в переходном режиме, т. е. когда сразу срабатывают верхняя и нижняя ступени, и авторегулируемый токоприемник можно разглядывать как механизм с пятью степенями подвижности. Обобщенными координатами такового механизма будут горизонтальное х0 и вертикальное у0 перемещения основания токоприемника, угловое перемещение нижней системы , абсолютное вертикальное перемещение верхнего шарнира В верхней системы уВ и абсолютное вертикальное перемещение подрессоренного полоза уд.
Для динамического исследования переходного режима воспользуемся уравнением Лагранжа второго рода.
( 1.19)
где Т -кинетическая энергия токоприемника; П -потенциальная энергия упругих частей; qі— обобщенная координата; Qi-отнесенная к обобщенной координате сила либо момент.
Требуется найти приведенные к обобщенной координате силы и моменты. Для этого составим уравнение суммарной мощности всех работающих на токоприемник сил и моментов.
Действие кузова на основание токоприемника заменяем силой реакции R0, составляющие которой . С учетом этого суммарная мощность N
( 1.20)
где РN — контактное нажатие; аэродинамическая подъемная сила полоза; приведенная к точке В аэродинамическая подъемная сила верхней ступени; приведенная к точке В сила трения верхней ступени; ТВ (Телевидение (греч. — далеко и лат. video — вижу; от новолатинского televisio — дальновидение) — комплекс устройств для передачи движущегося изображения и звука на расстояние) — сила натяжения подъемных пружин верхней системы;
tЦ — сила возвратимой пружины пневмоцилиндра; РЦ — сила давления воздуха на поршень пневмоцилиндра; fЦ — сила трения в пневмоцилиндре; Мтр.н — момент от сил трения на основных осях нижней ступени; Маэ.н— момент на оси нижней ступени от аэродинамического действия встречного воздушного потока; Gп — масса полоза; Gl, G2, G3, G4, — масса звеньев; вертикальные скорости в точках соответственно А, В, Д, S., S2, S3, S4; — угол меж стержнем AM и горизонталью; — угол меж стержнем AM и рычагом подъемной пружины верхней системы.
Необходимо подчеркнуть, что в уравнении (2) знаки перед силами трения и fЦ, также моментом трения Мтр.н должны выбираться таковыми, чтоб мощности постоянно были отрицательными, потому что для их преодоления требуются доп Издержки энергии. Так, при движении верхней системы вниз (в отрицательна), при движении поршня пневмоцилиндра справа влево (-отрицательна), а нижней системы по часовой стрелке ( отрицательна) они берутся со знаком плюс, при обратных направлениях движения — со знаком минус. При движении электроподвижного состава в обозначенном на рис.13 направлении (на лево) Маэ.н необходимо брать со знаком минус, в обратном направлении — со знаком плюс.
характеристики пружины (ее твердость с, длина рычага r и угол меж рычагами пружин и нижних рам) подбираются так, что момент от сил натяжения ТВ (Телевидение (греч. — далеко и лат. video — вижу; от новолатинского televisio — дальновидение) — комплекс устройств для передачи движущегося изображения и звука на расстояние) относительно основных осей верхней ступени при хоть какой рабочей высоте уравновешивает момент относительно этих же осей от сил массы звеньев и полоза, также некой хорошей силы статического нажатия Рсm, приложенной в точке В. На основании этого из построенного повернутого плана скоростей верхней ступени ( рис. 14 ) с применением аксиомы Жуковского сумма всех моментов относительно точки Р равна
Умножив обе части этого уравнения на масштаб плана скоростей и приняв во внимание, что
получим
Если в этом выражении все скорости выразить через обобщенные скорости, то опосля соответственных математических преобразований
где Rц — длина рычага, к которому присоединен шатун от пневмоцилиндра; — угол меж стержнем нижней подвижной системы и рычагом, к которому присоединен шатун от пневмоцилиндра; —угол меж штоком пневмоцилиндра и шатуном; — отношение расстояния меж шарниром О и центром тяжести S1 стержня нижней ступени к полной длине этого стержня l1.
В этом выражении коэффициент перед обобщенными скоростями представляет собой силы, приведенные к подходящим обобщенным координатам, входящим в уравнение Лагранжа второго рода, т. е.:
где GB.С — полная масса верхней ступени с подвижным основанием
GB.C=GП+2G4+2G3+G2
Приобретенные значения приведенных к обобщенным координатам сил в предстоящем можно употреблять в динамической модели двухступенчатого авторегулируемого токоприемника.
порядок динамического расчета возмещенных контактных подвесок скорстных и скоростных магистралей
Расчеты возмещенной подвески предлагается проводить в последующей последовательности
1) индивидуальности конструкции варианта, задаваемые характеристики, значения скорости движения поезда и токовых нагрузок;
определение погонных нагрузок проводов подвески с учетом данных метеоданных;
определение стрел провеса несущих тросов и контактных проводов для данных натяжений в обычном режиме;
определение стрел провеса несущих тросов и контактных проводов для данных натяжений при гололеде;
определение длин пролетных струн данных характеристик подвески;
определение подготовительных провесов рессорных струн при данных параметрах подвески;
определение допустимости ветровых отклонений контактной подвески при данных параметрах и конфигурациях натяжений проводов (либо допусков);
определение жесткости подвески в просвете для данных характеристик подвески;
9) оценка воздействия конфигураций характеристик жесткости подвески на аспекты ее оптимальности для разных вариантов;
проверка вариантов подвески по критичным скоростям и коэффициентам надежности и экономичности;
оценка воздействия на аспекты оптимальности жесткости подвески количества и расположения струн;
проверка вариантов количества и расположения струн на критичные скорости и коэффициенты надежности и экономичности;
выявление рационального варианта подвески с определенными параметрами;
определение для рационального варианта подвески:
а) стрел провеса несущего троса;
б) длин струн и вспомогательных тросов рессорных струн;
в) коэффициента экономичности;
г) ветровых отклонений;
15) проверка необходимости мероприятий по предотвращению автоколебаний рационального варианта подвески.
Предлагаемый порядок работ по созданию подвесок контактной сети для скоростей 250—300 км/ч связан с выбором конструктивных решений и расчетами оптимальных статических и динамических черт из критерий надежного и экономного взаимодействия с токоприемниками Варианты поочередного выполнения критерий схожих способов были разработаны и использованы в ОмГУПС при расчете высокоскоростной ПКС неизменного тока КС-200.
Предлагаемая последовательность расчетов является разделом рассмотренного порядка сотворения ПКС и базируется на том, что свойства и характеристики современных высокоскоростных ПКС априорно нормированы. например, длина просвета 65 м; рессорный трос от 16 до 22м; число струн в просвете от 6 до 14шт.; натяжения проводов и тросов порядка 10—27 кН.
Расчеты возмещенной ПКС предлагается проводить с определением коэффициентов экономичности и надежности; проверок на ветроутойчивостъ и гололед, с учетом характеристик токоприемника и т.д.
]]>