Введение к работе
Актуальность проблемы. В 60-х гг. прошлого столетия в мегаполисах развитых стран началось интенсивное сооружение монорельсовых дорог, что было обусловлено значительным увеличением автотранспорта в черте городов и необходимостью создания альтернативных транспортных систем.
Монорельсовые дороги в настоящее время находят все большее применение в крупных городах США, Китая, Австралии, Японии, Турции, Малайзии, Бразилии, Канады и др.
Разветвленная сеть монорельсового транспорта в Москве позволит обеспечить быстроту, комфорт, надежность и безопасность транспортного обслуживания населения города, освободить наиболее перегруженные городские магистрали от пассажирских маршрутов, найти дополнительные резервы для проезда автомобилей.
В соответствии с постановлением правительства Москвы № 463-1Ш от 22.05.01 в сжатые сроки выполнено проектирование и строительство уникального, не имеющего аналогов в России комплекса, состоящего из пятикилометровой трассы, шести станций и депо для обслуживания монорельсовых поездов.
Трасса Московской монорельсовой транспортной системы (ММТС) проходит в районе телецентра «Останкино» по сложившейся застройке северовосточного административного округа г. Москвы от станции метро «Тимирязевская» до станции «ВДНХ» и Экспоцентра.
Отечественными производителями во главе с ОАО «Московские монорельсовые дороги» для ММТС разработан, изготовлен и испытан монорельсовый подвижной состав. В процессе его создания кооперацией предприятий выполнен большой объем работ с целью внедрения в создаваемую технику новых технологий, технических решений и ноу-хау.
Планируемый рост скорости движения на существующей линии требует разработки новых и совершенствования существующих устройств токосъема, которые должны обеспечивать в этих условиях надежную и экономичную передачу электроэнергии. Кроме этого выявлены существенные недостатки эксплуатируемых в настоящее время на ММТС токоприемников:
в диапазоне изменения высотного положения токосъемного элемента ± 40 мм перепад нажатий токоприемника на токопровод составляет 9,5 Н (27 % от статического нажатия);
динамическая характеристика токоприемника показывает ограниченность максимальной скорости движения подвижного состава по условию надежного и экономичного токосъема до 52 км/ч;
процесс истирания контактирующей грани токосъемного элемента происходит неравномерно, что приводит к уменьшению срока службы контактных элементов.
Работы по совершенствованию конструкции токоприемников с самого начала эксплуатации экспериментальной трассьі^ДІ^С^и^ічпдішііі і і ^части-ем специалистов из ОмГУПСа.
Цель диссертационной работы состоит в повышении качества токосъема монорельсового электрического транспорта при скорости движения свыше 60 км/ч за счет совершенствования конструкции токоприемника.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи.
-
Провести анализ конструкций существующих токоприемников монорельсового транспорта и методов расчета взаимодействия токоприемника и контактной сети.
-
Разработать усовершенствованные методы расчета взаимодействия токоприемников с жесткими токопроводами в установившемся и переходных режимах с учетом влияния факторов, характерных для реальных условий эксплуатации.
3 Создать модернизированный токоприемник ММТС, обеспечивающий надежный и экономичный токосъем при скоростях движения свыше 60 км/ч.
-
Предложить усовершенствованный метод получения износных характеристик контактных пар системы токосъема ММТС и реализовать его при прогнозировании срока службы токоприемников и токопроводов.
-
Разработать метод экспериментальных исследований характеристик и параметров модернизированного токоприемника в лабораторных условиях.
-
Выполнить оценку экономической эффективности модернизации токоприемников ММТС.
Научная новизна работы состоит в следующем.
-
Предложен метод расчета взаимодействия токоприемника монорельсового транспорта с подрессоренным контактным элементом в установившемся режиме с учетом влияния стрел провеса и колебаний подвижного состава с жестким токопроводом.
-
Разработан метод расчета динамических характеристик токоприемника в переходных режимах с учетом инерционного воздействия на токосъем при разгоне и торможении подвижного состава.
-
Предложен усовершенствованный метод экспериментальных исследований износных характеристик элементов контактных пар, а также метод оценки и прогнозирования износа токоприемника и токопровода.
-
Разработаны методы стендовых экспериментальных исследований модернизированного токоприемника с учетом колебаний подвижного состава, формы провисания токопровода и аэродинамического воздействия.
Методы проведения исследований. Теоретические и экспериментальные исследования проведены на основе методов системного подхода, корреляционного и регрессионного анализа, математического моделирования на ПЭВМ с использованием универсальной математической программы MathCAD, программы проектирования и расчета механических конструкций методом конечных элементов SolidWorks, а также программной среды Borland Delphi. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных установках на осно-
ве метода планирования эксперимента и были подтверждены результатами испытаний на действующих токоприемниках электроподвижного состава ММТС.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями, а также опытом эксплуатации существующих устройств токосъема. Расхождение результатов расчета контактного нажатия с экспериментальными данными не превышает 8 %.
Практическая ценность работы заключается в следующем 1 Усовершенствованный метод расчета взаимодействия токоприемника с токопроводом при воздействии факторов, характерных для существующей трассы, позволяет рассчитать статические и динамические характеристики токоприемника и получить кривую контактного нажатия для любого заданного участка трассы.
-
Предлагаемый токоприемник, оснащенный подрессоренным контактным элементом, позволяет повысить скорость движения электроподвижного состава ММТС до 80 км/ч (при длине пролета токопровода 2 м) и увеличить срок службы контактных элементов.
-
Созданный усовершенствованный метод прогнозирования износа контактных пар токоприемников и токопроводов позволяет оценить интенсивность и характер изнашивания контактирующих элементов и на основе этого выполнить прогнозирование их ресурса.
-
Разработанные методы экспериментального получения характеристик и параметров модернизированного токоприемника ММТС обеспечивают проведение исследований работы устройств токосъема монорельсового транспорта в лабораторных условиях с учетом основных видов воздействий, характерных для эксплуатационных режимов.
Реализация результатов работы. Методы расчета взаимодействия токоприемников с токопроводом, исследования и прогнозирования износа контактных пар внедрены в ОАО «Московские монорельсовые дороги» в 2002 - 2005 гг. при разработке технической документации и выборе параметров устройств токосъема первой очереди Московской монорельсовой транспортной системы.
Разработанная методика стендовых испытаний устройств токосъема ММТС реализована на стендах лаборатории «Контактные сети и линии электропередачи» ОмГУПСа и используется в учебных и научных целях.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы обсуждались и были одобрены на региональной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на обособленных предприятиях Западно-Сибирской железной дороги» (ОмГУПС, Омск, 2003); научно-техническом семинаре ОАО «Московские монорельсовые дорога» (ФГУП МИТ, Москва, 2002); IV международной конференции «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава» (ВЭлНИИ, Новочеркасск,
2003); втором международном симпозиуме «Электрификация и ускорение научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте» (ГІГУПС, Санкт-Петербург, 2003); международной научной конференции «Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические» (РГУПС, Ростов-на-Доігу, 2004); международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» (ТПУ, Томск, 2005); международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» (Южно-Российский гос. техн. ун-т, Новочеркасск, 2005).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 14 печатных работах, которые включают в себя шесть статей и восемь тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников. Общий объем -149 страниц, в том числе 123 страницы основного текста, ПО иллюстраций, 13 таблиц, 143 источника и одно приложение.
