Введение к работе
Актуальность исследования. Стратегическая программа развития компании ОАО «Российские железные дороги» до 2010 г. предполагает реализацию ряда крупномасштабных проектов по развитию инфраструктуры железных дорог, модернизации подвижного состава, организации скоростного движения. В ее основу были положены разработанные ранее отраслевые программы, в том числе «Программа развития скоростного и высокоскоростного движения пассажирских поездов в России». Согласно последней общая протяженность направлений с максимальными скоростями 160 - 200 км/ч на железных дорогах России до 2010 г. составит 6,7 тыс. км.
При движении электроподвижного состава с высокими скоростями начинают существенным образом проявляться аэродинамические силы, оказывающие влияние на взаимодействие токоприемника и контактной подвески.
Воздействие набегающего потока воздуха на токоприемник можно разложить на подъемную силу, лобовое сопротивление и опрокидывающие моменты. Подъемная сила (аэродинамическая составляющая контактного нажатия) изменяет контактное нажатие. В случае положительной подъемной силы происходит увеличение отжатий контактных проводов, а отрицательная способствует отрывам полоза от контактного провода. В обоих случаях происходит интенсивный износ контактирующих элементов, повышается вероятность повреждения токо-съемных устройств. Опрокидывающие моменты вызывают перераспределение контактного нажатия между пластинами полоза, увеличивая неравномерность износа. Все это приводит к. сокращению срока эксплуатации контактных пластин полозов токоприемников электровозов, а также к увеличенному износу контактного провода. Лобовое сопротивление токоприемника увеличивает затраты на тягу поездов.
Железные дороги проходят через территории, где имеют место сложные метеорологические условия, сопровождающиеся штормовым ветром и присутствием в атмосферном воздухе высокой влажности или взвешенных частиц, таких как снег, песок, капли дождя. В этих условиях набегающий поток становится многокомпонентным, а его воздействие на токоприемник электровоза усиливается. Таким образом, вопросы надежности и экономичности работы токосъемных устройств как при повышении скоростей движения электроподвижного состава, так и в сложных метеоусловиях являются актуальными.
РОС. НАЦИОНАЛЬНА БИБЛИОТЕКА СПс О»
Цель диссертационной работы - повышение качества токосъема в многокомпонентном воздушном потоке путем компенсации аэродинамической составляющей контактного нажатия за счет использования аэродинамических устройств, ограничивающих воздействие потока воздуха на токоприемник
Дня достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.
-
Выполнить анализ исследований воздействия набегающего воздушного потока на токоприемники и способов снижения этого воздействия.
-
Оценить влияние многокомпонентного набегающего потока на процесс токосъема при движении электрического подвижного состава с высокими скоростями и предложить новые технические решения, позволяющие обеспечить повышение качества токосъема в этих условиях.
-
Предложить метод, позволяющий рассчитать аэродинамические характеристики токоприемников, оборудованных аэродинамическими устройствами.
-
Разработать методику и провести лабораторные исследования воздействия на токоприемники одно- и многокомпонентного воздушных потоков, оценить эффективность работы аэродинамических устройств исходя из износа контактных пластин полозов токоприемников в линейных условиях.
-
Определить технико-экономическую эффективность предложенных технических решений.
Методы проведения исследований. В исследованиях были использованы приближенные математические модели двухфазного потока и численное моделирование на ЭВМ с применением универсальной математической программы MathLab и последующим экспериментальным подтверждением результатов путем испытаний токоприемников. Экспериментальные исследования проводились в аэродинамических трубах и на участках электрических железных дорог.
Научная новизна работы.
-
Предложен метод расчета аэродинамических характеристик токоприемников с учетом присутствия в воздухе ограниченного количества взвешенных частиц.
-
Разработан метод расчета аэродинамических показателей при совместном обтекании двух близко расположенных тел.
-
Создана методика лабораторных исследований взаимодействия токоприемника и двухкомпонентного потока воздуха.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена лабораторными исследованиями, а также эксплуатационными испытаниями токоприемников, оборудованных раз-
работанными аэродинамическими устройствами. Расхождение теоретических расчетов и экспериментальных результатов не превышает 7 %. Практическая ценность работы.
-
Предложенные методы расчета силового взаимодействия набегающего воздушного потока и токоприемника позволяют получить аэродинамические характеристики токоприемника на стадии проектирования.
-
Созданные новые конструкции аэродинамических компенсирующих устройств обеспечивают стабилизацию контактного нажатия, что снижает износ контактирующих элементов (контактных проводов и контактных пластин токоприемников) и ограничивают размах перемещения контактных проводов.
-
Разработанный экспериментальный комплекс позволяет проводить аэродинамические испытания токосъемных устройств в одно- и двухкомпонентных потоках со скоростями до 250 км/ч, что обеспечивает снижение затрат на испытания по сравнению с линейным экспериментом.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на II международной конференции «Состояние и перспективы развития ЭПС» (Новочеркасск, 1997), научно-технической конференции «Проблемы железнодорожного транспорта и транспортного строительства Сибири» (Новосибирск, 1997), межвузовской научно-практической конференции «Железнодорожный транспорт Сибири: проблемы и перспективы» (Омск, 1998), межвузовской конференции «Электрификация и развитие железнодорожного транспорта России» (Санкт-Петербург, 2001), научно-практической конференции «Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе» (Новосибирск, 2001), научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы транспорта России» (Ульяновск, 2002), всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (Екатеринбург, 2003), научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 2005), на постоянно действующем научно-техническом семинаре ОмГУПСа (Омск, 2006).
Реализация результатов работы. Аэродинамическое устройство прошло эксплуатационные испытания на Западно-Сибирской железной дороге в локомотивном депо Барабинск. Созданный экспериментальный комплекс, включающий в себя аэродинамическую трубу, измерители скорости воздушного потока и концентрации взвешенных частиц в нем, аэродинамические весы, устройства внесе-
ния и улавливания частиц в воздушном потоке, реализован в лаборатории устройств токосъема ОмГУПСа.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в восьми печатных работах, которые включают в себя пять статей и одну депонированную рукопись, один патент РФ на изобретение и один патент РФ на полезную модель Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем - 156 страниц, в том числе 137 страниц основного текста, 47 рисунков, 17 таблиц, 123 источника и два приложения.
