Введение к работе
Актуальность работы. В соответствие с федеральным законом № 261 от 23.11.2009 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности...», особую актуальность приобрели вопросы, связанные с экономией топливно-энергетических ресурсов.
Наряду с железнодорожным транспортом, который в год потребляет 5-6 % вырабатываемой в стране электроэнергии, существенно-значимым по энергоемкости является городской электрический транспорт (2-3 % вырабатьшаемой в стране электроэнергии). Существенная доля данного расхода приходится на системы тягового электроснабжения (СТЭ) рельсового городского электрического транспорта.
К показателям, характеризующим эффективность работы СТЭ, относится потеря электроэнергии в ее элементах, и в частности в токопроводящих элементах рельсовой сети, к которым относятся: рельсы, дроссель-трансформаторы, соединители рельсовых стыков, дроссельные и междроссельные перемычки. К наиболее нестабильным, с позиции обеспечения характеристик электропроводности среди данных элементов, относится конструкция элементов токопроводящих рельсовых стыков.
Использование в эксплуатации консгруктивно-оптимальных сборных
элементов токопроводящего рельсового стыка, позволяет обеспечить реализацию
безаварийного режима работы СТЭ и гарантированного обеспечения пропуска
электроподвижного состава (ЭПС). Вследствие динамического характера и
нестабильности факторов, воздействующих на конструктивные элементы
рельсового стыка - механіетеских (ударный характер взаимодействия колес
электроподвижного состава и рельса в зоне стыков); электрических (протекания
обратных тяговых токов до 1000А); климатических и ряда других факторов,
существенно подвержены изменению электрические, электромеханические,
теплофизические характеристики токопроводящих элементов рельсового стыка.
Данная нестабильность особенно характерна для условий эксплуатации городских
видов рельсового транспорта, что определяет актуальность проведения
исследований в области совершенствования конструкций токопроводящих рельсовых стыков, в области разработки конструктивно-оптимальных его сборных элементов, обеспечивающих протекание обратного тягового тока в системе тягового электроснабжения рельсового городского транспорта (трамвай, мегрополитен, скоростной трамвай).
Целью работы является разработка конструкций токопроводящих рельсовых стыков, обеспечивающих требования технической эксплуатации и повышение энергоэффективности системы тягового электроснабжения рельсового городского транспорта (трамвая).
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие основные задачи:
-
провести анализ конструкций токопроводящих рельсовых стыков с позиции их соответствия требованиям эксплуатации системы тягового электроснабжения рельсового городского транспорта (трамвая);
-
провести теоретические и экспериментальные исследования характеристик рельсового стыка и наї-рузочной способности его токопроводящих элементов различной конструкции;
-
усовершенствовать методику расчета нагрузочной способности системы тягового электроснабжения городского рельсового транспорта по элементам обратной тяговой сети;
-
разработать конструктивно и технологически обосновать решение по выбору типа и характеристик элементов рельсового стыка на базе расчетов их параметров для рельсовой сети трамвая;
-
выполнить оценку технико-экономической эффективности внедрения разработанных конструкций рельсовых стыков с тарельчатыми пружинами.
Объект исследования: токопроводящий рельсовый стык системы тягового электроснабжения транспорта.
Предмет исследования: электрические и теплофгоические
характеристики токопроводящего рельсового стыка.
Методика исследования: при решении поставленных задач
использовались методы математического моделирования тепловых процессов в элементах рельсового стыка, их характеристик и режимов работы на основе существующих законов и уравнений теплопроводности; основы теории планирования эксперимента.
Научная новизна состоит в разработке методов расчета и конструирования моделей токопроводящих рельсовых стыков, отличающихся улучшенными электротехническими характеристиками и обеспечивающих требования технической эксплуатации, а также повышение энергоэффективности системы тягового электроснабжения рельсового городского транспорта.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Алгоритм оценки электропроводности конструкций рельсовых стыков
со стыковыми соединителями, основанный на сопоставительном измерении
сопротивления участка рельса и токопроводящего рельсового стыка.
2. Методика и математическая модель оценки энергоэффективности
рельсовой сети с токопроводящими рельсовыми стыками
усовершенствованной конструкции, основанная на использовании положений
оценки наличной пропускной способности по условиям электроснабжения;
3. Методика и результаты расчета конструктивного элемента
токопроводящего рельсового стыка - тарельчатой пружины, основанные на
использовании метода конечных элементов.
Достоверность полученных результатов диссертационной работы основывается на использовании современных методов и устройств измерений; лабораторными и натурными исследованиями, обоснована теоретически и подтверждена практикой эксплуатации на путях трамвая г. Самары.
Практическая ценность. На основе проведенных теоретических и
натурных испытаний разработана рельсовая сеть трамвая с конструкциями
рельсовых стыков, в которых повышается энергоэффективность обратной
тяговой сети; устраняется необходимость использования стыковых
соединителей; сопротивление рельсовых стыков уменьшается на 40 %.
Реализация результатов работы. Конструкции рельсовых стыков внедрены на трамвайных путях г. Самары. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе специальности 190401 - Электроснабжение железных дорог по дисциплине «Рельсовые сети электрифицированного транспорта».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались: на XXXIII научной конференции студентов и аспирантов СамГАПС «Дни студенческой науки» (Самара, 2006), второй Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2007), четвертом и пятом международных симпозиумах «Электрификация и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте» и «Электрификация, инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте» (Санкт -Петербург, Eltrans 2007), на IV и V международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (Самара, 2008, 2009 гг.), на Международной научно-практической конференции «Наука и образование транспорту» (Самара, 2009), на научно-технических семинарах кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» СамГУПС (Самара, 2008, 2009, 2010 гг.).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 12 печатных работах, которые включают в себя 9 статей (в том числе 2 в журналах из перечня ВАК РФ), один патент на полезную модель и тезисы 2 докладов, общим объемом - 2,1 п.л., авторский вклад составляет 65 %.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемых источников и приложения. Общий объем диссертации составляет 154 страницы, включая 54 иллюстрации, 5 таблиц, список использованных источников из 105 наименований, 2 приложения на 12 стр.
