Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время согласно стратегическим направлениям научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. («Белая книга» ОАО «РЖД») реализуется программа обновления устройств электроснабжения. Программа предусматривает комплексную модернизацию контактной сети с учетом увеличения скоростей движения и весовых норм поездов, повышения надежности работы устройств, снижения эксплуатационных затрат и внедрения международных стандартов качества. В 2008 г. Правительством Российской Федерации принята стратегия развития железнодорожного транспорта до 2030 г., которая предусматривает реконструкцию действующих линий и организацию скоростного движения между крупными региональными центрами (скорость движения – 160 –
200 км/ч, а на отдельных участках – до 250 км/ч), а также строительство выделенных высокоскоростных магистралей (ВСМ), на которых будет организовано пассажирское движение поездов со скоростями до 350 км/ч.
Задача обеспечения надежного и экономически эффективного токосъема сегодня становится как никогда актуальной, особенно в перспективе развития в России скоростного и высокоскоростного движения. При увеличении скоростей движения значительное внимание уделяется конструкции и методам расчета сопряжений анкерных участков скоростных контактных подвесок, так как именно они становятся причиной ограничения скоростей движения.
Цель диссертационной работы – повышение качества токосъема на сопряжениях анкерных участков скоростных контактных подвесок путем выбора их рациональных параметров за счет применения усовершенствованных теоретических и экспериментальных методов оценки статических и динамических показателей.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:
1) выполнить анализ параметров, показателей и характеристик сопряжений анкерных участков скоростных контактных подвесок и оценить их влияние на качество токосъема;
2) усовершенствовать метод расчета статических характеристик сопряжений анкерных участков скоростных контактных подвесок;
3) разработать метод расчета взаимодействия токоприемника с контактной подвеской на сопряжениях анкерных участков скоростных контактных
подвесок;
4) разработать метод экспериментальных исследований характеристик и показателей сопряжений анкерных участков скоростных контактных подвесок;
5) предложить рациональные параметры сопряжений анкерных участков на основе усовершенствованных методов расчета статических и динамических параметров скоростных контактных подвесок;
6) оценить технико-экономическую эффективность предлагаемых мер
повышения качества токосъема в сопряжениях анкерных участков.
Методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования проведены на основе методов системного подхода – математического моделирования на ПЭВМ с использованием универсальной математической программы MathCad, а также на основе математического моделирования методом конечных элементов. Экспериментальные исследования проводились на полигоне и на действующих участках магистральных железных дорог.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) усовершенствован метод расчета статических характеристик в переходных пролетах сопряжений анкерных участков скоростных контактных подвесок на основе двухмерной конечно-элементной модели контактной подвески с распределенными параметрами;
2) разработан метод расчета взаимодействия токоприемника с контактной подвеской на сопряжениях анкерных участков скоростных контактных подвесок с учетом изменяющейся приведенной массы, жесткости и высотного положения проводов в переходных пролетах;
3) разработан метод экспериментальных исследований характеристик и показателей сопряжений анкерных участков скоростных контактных подвесок с помощью усовершенствованных устройств для измерения эластичности и натяжения проводов, входящих в состав контактных подвесок.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами лабораторных и натурных экспериментов, проведенных на действующих электрифицированных участках Западно-Сибирской железной дороги и на полигоне Омской дистанции электроснабжения (ЭЧ-2) – филиале ОмГУПСа. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными составляет не более 5 %.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1) усовершенствованный метод расчета статических характеристик в переходных пролетах сопряжений анкерных участков скоростных контактных подвесок позволяет выбирать наиболее рациональные параметры сопряжений, что может быть использовано при реконструкции существующих и проектировании новых конструкций контактных подвесок;
2) усовершенствованный метод расчета взаимодействия токоприемника с контактной подвеской в переходных пролетах сопряжений анкерных участков позволяет выбрать рациональное количество переходных пролетов в сопряжениях анкерных участков при проектировании скоростных контактных сетей, в том числе и ВСМ;
3) разработанный метод экспериментальных исследований статических характеристик сопряжений анкерных участков контактных подвесок и созданные устройства для измерения эластичности и натяжения проводов и тросов контактных подвесок позволяют снизить стоимость и трудозатраты при испытаниях сопряжений анкерных участков контактных подвесок, а также повысить точность проведения измерений.
Реализация результатов работы. Разработанные устройство для измерения жесткости контактных подвесок MECS-2 и устройство для измерения натяжения проводов и тросов, входящих в состав контактных подвесок, УИН-3 используются на Омской дистанции электроснабжения (ЭЧ-2) Западно-Сибирской железной дороги при реконструкции и регулировке контактной подвески КС-160. Представленный в работе усовершенствованный метод расчета статических характеристик сопряжений анкерных участков использован в ЗАО «Универсал-контактные сети» при совершенствовании конструкции сопряжений анкерных участков скоростных контактных подвесок, предназначенных для применения на перспективных направлениях железных дорог России. Результаты работы использованы при разработке новых типовых проектов и элементов технологии монтажа и регулировки сопряжений анкерных участков.
Личный вклад соискателя. Разработка теоретических и экспериментальных методов исследования сопряжений анкерных участков скоростных контактных подвесок. Основные научные положения и результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийской научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2010), на научно-практической конференции с международным участием «Инновации для транспорта» (Омск, 2011), на научно-технических семинарах кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ОмГУПСа в 2011 – 2012 гг.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в девяти печатных работах, которые включают в себя семь статей и два патента РФ на полезные модели. Три статьи [1 – 3] опубликованы в изданиях, определенных в перечне ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, библиографического списка из 150 наименований и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 151 страницу, включая 18 таблиц и 52 рисунка.
