Введение к работе
Актуальность проблемы. В декабре 1999 г. состоялась Всероссийская научно-практическая конференция "Транспорт России на рубеже веков", на которой были рассмотрены его состояние и проблемы развития. Отмечен рост показателей работы транспорта до 21%, при 5,2% в экономике страны в среднем.
Среди транспортных проблем в докладах и резолюции были указаны: повышение скоростей движения до 160-200 км/ч на 6,7 тыс. км ж.д. к 2010 г.; превращение РФ в "главного перевозчика в мире", интегрированного в мировую транспортную систему (II и IX коридоры, Севморпуть, Транссиб); обновление технических средств и технологий.
Обновление техники для электрифицированных ж. д. регламентировано "Программой модернизации и развития хозяйства электроснабжения на 2000 -2005 г.г.", созданной в 1999 г., определившей, что балансовая стоимость контактной сети на 8900 км ж. д. за счет выплаты амортизации уже равна нулю, а повреждаемость в 2,7 раза выше, чем на участках со сроком службы до 10 лет.
Повышение маршрутных и технических скоростей движения на ж. д. целесообразно в грузовых перевозках (особенно контейнерных) и пассажирских (на электротяге- после 200 км/ч). Международный опыт свидетельствует, что электропоезда, способные развивать скорость 300-350 км/ч, экономически выгодны, они успешно конкурируют с автомобильным транспортом и авиацией (Япония, Италия, Швеция, Франция, Германия, Испания и др.), они потребляют меньше энергии в расчете на одного перевезенного пассажира и являются экологически чистым транспортом.
В связи с этим в Постановлении коллегии МПС РФ от 28.09.94 рассматривать необходимость увеличения скоростей на всех участках действующей скоростной магистрали Санкт-Петербург - Москва (СМ) до 200 км/ч с обеспечением требований по повышению надёжности. Проектирование реконструкции магистрат велось с учётом и на основании указания Министра путей сообщения РФ № 19Ц от 27.02.95 "О программе по разработке технических средств железнодорожного транспорта для организации движения пассажирских поездов со скоростью 200 км/ч ", отраслевой научно-технической Программы "Разработка и создание технических средств железнодорожного транспорта для организации движения пассажирских поездов со скоростью 200 км/ч".
Генподрядчиком по разработке контактной сети постоянного тока для скорости 200 км/ч стала организация "Универсаі - Контактные сети", структура которой утверждена Зам. Министра путей сообщения РФ, работы осуществлялись на основании "Программы разработки контактной сети типа КС-200 постоянного тока", утвержденной 17.08.95г. начальником ЦЭ МПС РФ. Методики
расчёта и узлы этой КС-200 легли в основу проектов для участков Санкт-Петербург - Москва, Москва - Брест, Москва - Нижний Новгород на скорости 250 - 350 км/ч, и для участков СМ перспективного плана (например, Екатеринбург - Новосибирск).
Провозные возможности магистрали Москва - Санкт-Петербург ограничены, целесообразна новая отдельная высокоскоростная магистраль (ВСМ). В связи с этим вышли Указы Президента РФ № 120 от 13.09.91 г. о РАО ВСМ, а 17.07.92 г. о строительстве для нее ЭПС. Правительство РФ 15.06.94 г. издало Постановление за № 671 "О финансировании высокоскоростной ж.-д. магистрали Санкт-Петербург - Москва" переменного тока.
Необходимость создания подсистем ВСМ, лимитирующих скорость, была учтена путем их включения в Федеральную программу "Транспорт России"' ГПТР.ТТ.03.002.00 PAT. Среди них - токосъемные устройства (контактная сеть и токоприемники).
Цель и задачи исследований. Цель работы - обеспечение повышения скоростей движения на РЖД путем экспериментальных и теоретических исследований и совершенствования подсистем токоприемников и контактной сети. К основным задачам исследований относятся: 1. Разработка алгоритма расчета характеристик контактной подвески (ПКС). 2. Исследование скоростных возможностей полукомпенсированной рессорной ПКС. 3. Исследование возможности увеличения скоростей движения по полукомпенсированной рессорной ПКС. 4. Исследование характеристик элементов подсистем контактных сетей, усовершенствованных в ОмГУПСе. 5. Исследование критических скоростей движения для ПКС различных типов. 6. Предварительная оценка характеристик проектируемых скоростных ПКС на стендах* с цепями. 7. Анализ статических и динамических характеристик скоростных ПКС КС-200 и Re-200 и получение массива данных для расчета на ЭВМ по результатам их линейных испытаний. 8. Теоретические исследования на ЭВМ характеристик жесткости скоростных ПКС, с целью выявления рациональных вариантов.
Научную новизну составляют: 1. Массивы экспериментальных характеристик и параметров для расчетов взаимодействия вариантов ПКС и типов токоприемников РЖД при повышении скоростей движения. 2. Методика и результаты расчетов коэффициентов моделирования характеристик вариантов ПКС на цепных стендах с оригинальными кинематическими схемами. 3. Методика и результаты расчета коэффициентов динамичности колебаний проводов ПКС скоростных и высокоскоростных магистралей. 4. Последовательность работ при создании скоростных контактных сетей (функциональная классификация, нормированные критерии, алгоритм расчета характеристик и параметров). 5. Методы расчета на ЭВМ взаимодействия токоприемников с ПКС, учитывающие переменную массу и жесткость полозов, коэффициенты надежности и
экономичности. 6. Компенсирующие элементы, улучшающие характеристики переходных пролетов сопряжений анкерных участков и рессорных струн ПКС. 7. Способ улучшения токосъема при высоких скоростях за счет расчета рациональной жесткости ПКС.
Новизну материалов подтверждают также заявки на два патента и две полезные модели с оригинальными кинематическими схемами.
Внедрение результатов диссертации: Осуществлялось путем сдачи научно-технической продукции следующим заказчикам хоздоговорных НИР: ООО "Универсал Контактные Сети" - методика и результаты расчетов жесткости КС-200 с рекомендациями по ее улучшению, порядок расчета скоростных ПКС, массив расчетных данных для токосъемных устройств; ЦЭ МПС РФ - методика и анализ статических и динамических приемочных испытаний характеристик КС-200 на Октябрьской ж. д., обеспечивающих монтаж на участке Москва - Санкт-Петербург; ЗАО "Универсал Контактные Сети" - методика и анализ статических и динамических испытаний характеристик Re-200 на Октябрьской ж. д.; Цтех - рекомендации по контактной сети при увеличении скоростей на Транссибе; Служба электроснабжения Западно-Сибирской ж. д. - анализ характеристик полукомпенсированной ПКС; Цтех - совершенствование токоприемников ЮРР для увеличения скорости движения по полукомпенсированной ПКС.
Практическая ценность работы - в обеспечении экологически чистых скоростных пассажирских перевозок на СМ и ВСМ РЖД (постоянного тока и переменного тока), повышении надежности реконструируемых" линий. Экономический эффект получается от предотвращения ущерба от повреждений, снижения износа контактирующих элементов, дохода от сокращения времени хода международных контейнеровозов, бизнесс-поезда Новосибирск-Омск, уменьшения капиталовложений на реконструкцию полукомпенсированной ПКС и т.п.
Основные положения работы апробировались: на конференциях Омского, Уральского, Ростовского и Дальневосточного университетов путей сообщения (1998-1999 г.г.), в службе электроснабжения Западно-Сибирской ж. д. (2000 г.), семинарах электромеханического факультета и кафедры электроснабжения ж.-д. транспорта ОмГУПСа (1998, 1999, 2000 г.г.).
Достоверность результатов диссертации подтверждается статистической обработкой результатов измерений, сходимостью теоретических и экспериментальных значений параметров и характеристик ПКС и токоприемников, внедрением КС-200.
Публикации. Основные результаты опубликованы в 12 печатных работах, из которых 1 депонированная рукопись, 6 статей, 4 тезиса, и, кроме этого, изложены в 6 отчетах по научно-исследовательской работе.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает: введение, восемь глав, заключение с выводами-и рекомендациями, список использованных источников f^'наименований)'^'страниц,2'4рисунков wCJтаблиц.