Исследование взаимодействия контактных подвесок и токоприёмников

Цель работы

Целью работы является исследование вертикальных перемещений проводов контактной подвески под воздействием на них токоприёмника, изучение понятий: подъём провода, эластичность, жесткость контактной подвески, траектория движения токоприёмника, контактное нажатие.

Краткие теоретические сведения

От взаимодействия контактных подвесок и токоприёмников зависит качество токосъёма, при котором должны обеспечиваться высокая надёжность работы сети и токоприёмников, длительный срок службы контактных проводов и токосъёмных элементов (вставок). Главной задачей в этом процессе является стабилизация контактного нажатия. Вследствие различной высоты контактного провода над рельсами, неодинакового отжатия его токоприёмником и наличия сосредоточенных масс, высотное положение токоприёмника при его продольном перемещении изменяется.

Подъём контактного провода зависит от эластичности подвески и нажатия токоприёмника.

Эластичность контактной подвески характеризуется подъёмом контактного провода под действием приложенной к нему вертикальной силы нажатия. Эластичность в середине пролёта обычно выше, чем под опорами. Стремление к выравниванию эластичности вдоль пролёта заставляет усложнять конструкцию подвесок.

Исследование взаимодействия контактных подвесок и токоприёмников является очень сложной задачей и его производят с применением ЭВМ или путём испытания в натурных условиях.

Для усвоения основных понятий, применяемых в теории взаимодействия контактных подвесок и токоприёмников, рассмотрим этот процесс при медленных перемещениях контактирующих элементов.

На рис.2.1 приведена схема для простой контактной подвески.

Рис.2.1. Схема простой контактной подвески

Высотное положение провода в любой точке пролёта определяют с помощью уравнения:

(2.1)

где g – нагрузка от веса провода, равномерно распределенная вдоль пролета, [даН/м];

l – длина пролета, [м];

H – горизонтальная составляющая натяжения провода, [даН].

При отсутствии в пролете токоприемника провод будет занимать положение, показанное на рис 2.1. штриховой линией. Если точки подвеса провода расположены на одном уровне, то вес провода распределяется между ними поровну, т.е.

При появлении в пролёте токоприёмника сила его контактного нажатия Р поднимает провод на величину Δh_x, и его положению будет соответствовать сплошная линия (рис.2.1). Реакции опор R_A, R_B в этом случае уменьшатся на и соответственно.

Если рассмотреть условия равновесия левой части пролёта от точки A до точки контакта С, то можно определить, что изменение момента горизонтальных сил равно изменению момента вертикальных сил

(2.2)

Тогда подъём провода

(2.3)

Эластичность провода

(2.4)

Уравнение траектории движения точки контакта

(2.5)

Из выражения (2.5) можно заметить, что при , и, следовательно, траектория будет прямолинейной.

Рис. 2.2. Схема цепной рессорной контактной подвески

Подъём контактного провода, эластичность, траектория движения токоприёмника при цепных подвесках зависят от их конструкции. Из-за особенностей конструкции опорного узла расчет по одним и тем же формулам в различных частях пролета затруднен. Поэтому в рессорной контактной подвеске обычно выделяют три расчетные зоны (рис. 2.2). В средней части пролета (Зона В) одинарной цепной рессорной и нерессорной подвесок для определения подъема контактного провода при расположении силы P под струной может быть использована формула:

(2.6)

где T – натяжение несущего троса, [даН];

K – натяжение контактного провода, [даН].

Эластичность цепной подвески

(2.7)

Эластичность цепной рессорной подвески в точках 0 и 0^/ (Зона А) может быть определена по формулам:

, (2.8)

где – натяжение рессорного троса, [даН];

а – расстояние от оси опоры до точки крепления рессорного троса, [м].

,

где с – расстояние от оси опоры до первой нерессорной струны, [м].

Эластичность рессорной подвески в точке 1 (Зона Б):

; (2.9)

.

Формула (2.9) может быть использована и для определения коэффициента эластичности нерессорной цепной подвески в зонах А и Б. При этом расстояние от оси опоры до точки крепления рессорного троса принимается равным нулю.

На рис.2.3 приведены эпюры эластичности для простой и цепной контактных подвесок.

Рис.2.3. Эпюры эластичности: а) для простой подвески,
б) для цепной подвески

Неравномерность эластичности в пролёте характеризуется отношением минимальной её величины к максимальной

(2.8)

У лучших контактных подвесок этот показатель близок к единице.

Описание стенда

На стенде смонтированы цепная рессорная подвеска и цепная нерессорная подвеска. На столах уложены модели рельсов, по которым могут перемещаться тележки с токоприёмниками. Высота расположения проводов и точек контакта измеряется линейкой от поверхности стола.

Содержание работы

Исследуют взаимодействие цепной рессорной и нерессорной подвесок с токоприёмником. Измеряют высотное положение контактного провода для обеих подвесок и вычерчивают кривые его провисания. Замеряют подъёмы провода и строят траектории движения токоприемника. Строят эпюры эластичности. Сравнивают опытные и расчётные данные, коэффициенты эластичности подвесок.

Порядок выполнения работы

Для цепной рессорной подвески:

1. Начертить схему подвески в масштабе 1:20.

2. Построить кривую высотного положения контактного провода в масштабе 1:20 при отсутствии токоприёмника (замеры производить в створе со струнами подвески и фиксаторами).

3. Установить нажатие токоприёмника по заданию преподавателя (от 50 гс до 150 гс). Перемещая токоприёмник от опоры №6 до опоры №10 замерить в тех же точках новое высотное положение контактного провода и построить траекторию движения токоприёмника.

4. Построить эпюру эластичности подвески.

5. Рассчитать эластичность подвески в середине пролёта. Принять длину пролета равной 4,5 м.

6. Сравнить опытные и расчетные данные, заполнив табл.2.1. в соответствующих единицах измерения.

7. Определить коэффициент неравномерности эластичности.

Для цепной нерессорной подвески проделать то же самое, что и для рессорной подвески, учитывая, что натяжения подвесок должны быть одинаковы и установлены согласно заданию преподавателя.

Таблица 2.1

Экспериментальные данные и результаты расчетов

Тип подвески

Величина

Точки

Рессорная

Высота без токоприемника, мм

Высота с токоприемником, мм

Подъем конт. провода, мм

Эластичность, мм/гс

опыт

расчет

Нерессорная

Высота без токоприемника, мм

Высота с токоприемником, мм

Подъем конт. провода, мм

Эластичность, мм/гс

опыт

расчет

Содержание отчёта

1. Цель работы.

2. Схемы цепной рессорной и нерессорной подвесок с основными размерами.

3. Кривые высотного положения, траектории точек контакта и эпюры эластичности для обеих подвесок.

4. Коэффициенты неравномерности эластичности.

5. Выводы.

6. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что называют эластичностью контактной подвески?

2. От чего зависит коэффициент эластичности контактной подвески?

3. Из каких составляющих складывается контактное нажатие?

4. Как влияет масса токоприемника на равномерность контактного нажатия?

5. Способы снижения износа контактного провода, токоприемника?

6. Из чего складываются приведенные затраты на эксплуатацию контактной сети?

7. Как выровнять эластичность контактной подвески?

8. Какими коэффициентами описывают эластичность контактной подвески?

9. Какие характеристики определяют работоспособность токоприемника при различных скоростях движения электроподвижного состава?

10. По каким параметрам определяют качество токосъема?

Литература

1. Горошков Ю.И., Бондарев Н.А. Контактная сеть: Учебник для техникумов.3-е изд. перераб. и доп. – М.:Транспорт, 1990. – 339 с.

2. Марквардт К.Г. Контактная сеть. – М.:Транспорт, 1977, с. 196 – 205.

3. Фрайфельд А.В., Бондарев Н.А., Марков А.С. Устройство, сооружение и эксплуатация контактной сети и воздушных линий. – М.:Транспорт, 1987. – 336 с.

Лабораторная работа №3

Часть 1