Введение к работе
Актуальность проблемы. Согласно стратегии научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. («Белая книга» ОАО «РЖД») одним из важнейших направлений развития является увеличение скоростей движения пассажирских и грузовых составов на основных железнодорожных магистралях страны для повышения пропускной способности линий, комфорта пассажиров, конкурентоспособности и экономичности перевозок.
ОАО «РЖД» планирует ввести в эксплуатацию высокоскоростные линии на участках Москва - Санкт-Петербург, Москва - Нижний Новгород и Санкт-Петербург - Хельсинки для скоростей движения до 250 км/ч. Кроме того, планируется открыть движение на скоростях до 160 км/ч на участках Западно-Сибирской железной дороге и на других дорогах. Для обеспечения надежного и экономичного токосъема при высоких скоростях движения возникает необходимость в разработке новых и совершенствовании существующих конструкций токоприемников и контактных подвесок.
При проектировании контактной подвески для скоростных линий обычно имеется множество вариантов сочетаний их параметров, пригодных для реализации. Однако выбор наиболее рационального сочетания параметров на этом этапе представляет собой сложную задачу. Для обоснованного выбора одного из вариантов контактных подвесок необходимо проводить сравнительные испытания на действующих полигонах, пригодных для скоростного движения, с использованием скоростного электроподвижного состава, который будет экс-. плуатироваться на данном участке. Проведение линейных испытаний связано с привлечением значительных материальных и людских ресурсов, а результаты испытаний позволяют выбрать один вариант из ограниченного набора имеющихся сочетаний параметров контактных подвесок.
В связи с этим разработка методик оценки влияния сочетаний параметров контактных подвесок на качество токосъема, позволяющих выбрать рациональные значения этих параметров, представляется весьма актуальной.
Цель диссертационной работы - разработка теоретических и экспериментальных методов выбора рациональных параметров скоростных контактных подвесок для обеспечения надежного и экономичного токосъема.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Выполнить анализ существующих методов расчета показателей контактных подвесок, учитывающих их конструктивные параметры.
Создать метод расчета рациональных параметров скоростных контактных подвесок на основе их конечно-элементных моделей.
Усовершенствовать методы и разработать аппаратные средста для экспериментального определения рациональных параметров скоростных контактных подвесок и токоприемников.
Провести экспериментальные исследования скоростных контактных подвесок и оценить достоверность предложенной математической модели и методики определения рациональных параметров контактных подвесок.
Выполнить оценку технико-экономической эффективности предлагаемых технических решений.
Методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования проведены на основе методов системного подхода, теории планирования эксперимента, математического моделирования на ПЭВМ, статистического и корреляционного анализа. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных установках и в условиях натурных испытаний на действующей скоростной линии Москва - Санкт-Петербург Октябрьской железной дороги.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана усовершенствованная конечно-элементная модель контактной подвески, позволяющая исследовать волновые процессы, протекающие в ней при токосъеме.
Предложен метод расчета рациональных параметров скоростных контактных подвесок с использованием конечно-элементной математической модели.
Разработана усовершенствованная методика экспериментальных исследований характеристик скоростных контактных подвесок и токоприемников с применением метода видеоизмерения.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами лабораторных и натурных экспериментов, проведенных на действующих скоростных участках Октябрьской железной дороги. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными составляет не более 8 %.
Практическая ценность диссертации заключается в следующем: 1. Предложенная методика определения рациональных параметров контактных подвесок позволяет подобрать натяжение проводов, обеспечивающее наименьшее отжатие контактных проводов при заданных скоростях движения для любых конфигураций расположения токоприемников электроподвижного
состава.
У совершенствованная методика исследования характеристик устройств токосъема на основе систем видеоизмерения позволяет повысить точность измерения и увеличить информативность набора данных, характеризующих качество токосъема при высоких скоростях движения.
Созданный универсальный измерительный комплекс для исследования устройств токосъема позволяет снизить стоимость и продолжительность проведения натурных испытаний.
Реализация результатов работы. Представленные в работе методики и разработанное программное обеспечение для оценки качества токосъема по видеоїшформации были использованы при проведении скоростных испытаний контактной подвески и токоприемников на участке Лихославль - Калашникове Октябрьской железной дороги.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных симпозиумах «Eltrans» (Саикт-Петербург, 2005, 2007); на международной научно-технической конференции «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (Екатеринбург, 2006); на всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2007» (Ростов-на-Дону, 2007); на VII международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (Новочеркасск, 2006); на VII международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2007); на научно-технических семинарах кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» Ом-ГУПСав2006-2009гг.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 19 печатных работах, включая пять статей (две - в журналах, входящих в перечень, рекомендованных ВАКом), тезисы шести докладов на международных и всеро-сийских научно-практических конференциях и симпозиумах, четыре патента на полезные модели, четыре свидетельства о регистрации программ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 116 наименований и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 148 страниц, включая 16 таблиц и 63 рисунка.
