ПЗ ВКР (1220008), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Время подъема и опускания токоприемника – один из главных диагностических параметров токоприемника. Этот параметр не только характеризует техническое состояние токоприемника, но и определяет возможность машиниста избежать повреждения устройств электроснабжения при обнаружении им отказа одного из элементов контактной подвески (при появлении препятствий на контактной подвеске – оборванные струны, наклонившиеся струновые зажимы, посторонние предметы и др. – машинист должен успеть опустить токоприемник), что особенно важно ввиду того, что повреждаемость элементов контактной подвески (проводов, струн, зажимов, фиксаторов, воздушных стрелок) в последние годы непрерывно растет.

1.6 Электрическое и механическое изнашивание поверхностей подвижных контактов

Подвижные контакты по условиям работы подразделяются на скользящие и разрывные. По величине коммутирующего тока они различают слаботочные (токи от долей до единиц ампера) и сильноточные (от единиц до тысяч ампер) подвижные контакты. Примером скользящего сильноточного контакта является контакт между токосъемными элементами токоприемника и контактным проводом.

В процессе взаимодействия токосъемные элементы токоприемника и контактные провода изнашиваются. Интенсивность этого процесса зависит не только от конструкции и динамических параметров контактной подвески и токоприемника, но также в значительной мере от природы материала и технологии изготовления контактных проводов и токоприемников, силы и постоянства контактного нажатия, величины тягового тока.

Одним из основных критериев качества токосъема является интенсивность изнашивания контактных проводов. Интенсивность изнашивания угольных вставок определяют по их удельному износу в миллиметрах уменьшения высоты при пробеге токоприемника 1 тыс. км, а также по среднему пробегу между датой монтажа новых вставок и датой предельного износа хотя бы одной вставки. Наиболее информативным показателем является удельный расход вставок (и токосъемных пластин) в килограммах (тоннах) или штуках на 1 миллион километров пробега электроподвижного состава. Изнашивание материалов скользящего электрического контакта является сложным электромеханическим процессом, который условно можно разделить на процессы электрического и механического изнашивания.

1.6.1 Электрическое изнашивание скользящего контакта

Электрическое изнашивание скользящего контакта в основном вызывается электрической эрозией. Электрическая эрозия – это разрушение контактирующих материалов, связанное с расплавлением и переносом металла в газообразном и жидком (в виде мелких капель) состоянии с одной контактирующей поверхности на другую под действием электрических разрядов. Электрическая эрозия существенно проявляется в цепях постоянного тока. Она может приводить к образованию на контактирующих поверхностях наростов и кратеров. Чем выше значения удельной теплоемкости, температуры плавления, удельной теплоты плавления и температуры сублимации контактирующих материалов, тем ниже их электрическая эрозия. Так для расплавления алюминия нужно затратить тепловой энергии больше, чем для расплавления такой же массы меди, хотя медь имеет более высокую температуру плавления. Связано это с тем, что удельная теплоемкость и удельная теплота плавления алюминия выше, чем меди.

Таким образом интенсивность электрического изнашивания в результате электрической эрозии больше в местах трогания электровоза и при движении на тяжелых подъемах, там, где электроподвижной состав потребляет значительный тяговый ток, и в местах слабого контактного нажатия и отрыва токоприемника от контактного провода. По этой же причине при одинаковых эксплуатационных условиях срок службы контактных проводов на дорогах постоянного тока меньше, чем на дорогах переменного тока.

Кроме того материалы для подвижных контактов должны не только обладать высокой стойкостью к электрической эрозии, но также иметь высокую стойкость к свариванию, химической и электрохимической коррозии.

Температура поверхности контактного провода в месте контакта с токосъемными элементами в соответствии с нормативно-технической документацией является определяющим фактором при нормировании но­минального тока токоприемника в режиме стоянки. В режиме движения номинальный ток токоприемника определяется средним значением температуры токосъемных элементов в четырех наиболее нагретых точках независимо от того, в каком из возможных шести рядов они находятся. Электроэрозионное изнашивание контактного провода (даже интенсивное - волнообразное) к отказам контактного привода не приводит. Пережог контактного провода электрической дугой происходит в следующих случаях:

- при подъеме и опускании токоприемника под нагрузкой или при коротком замыкании, в том числе в цепях электроподвижного состава (если не сработает быстродействующая вставка);

- при гололеде или изморози на контактном проводе или полозе то­коприемника;

- в результате замыкания ветвей воздушного промежутка или секционного изолятора при большой разности напряжений или при заезде под током на нейтральную вставку. При этом материал токосъемных элемента мало влияет на процессы воздействия электрической дуги на контактный провод.

1.6.2 Механическое изнашивание скользящего контакта

Механическое изнашивание контактных проводов и токосъемных эле­ментов происходит в результате трения контактирующих и скользящих относительно друг друга поверхностей. Основными видами механического изнашивания материалов в скользящем контакте являются:

- окислительное;

- усталостное;

- абразивное;

- молекулярно-механическое.

Окислительное изнашивание связано с разрушением тонких оксидных пленок на поверхностях трения и образованием их вновь. Усталостное изнашивание сопряжено с деформацией, растрескиванием и удалением сильно наклепанного (упрочненного) слоя трущихся поверхностей. Абразивное изнашивание обусловлено попаданием между трущимися поверхностями твердых частиц извне (пыль, песок и т. д.), а также продуктов износа (оксиды металла и частицы из разрушенного сильно наклепанного слоя). Молекулярно-механическое изнашивание объясняется процессами схватывания, задира и вырывания частиц материалов контакта. При этом также идет процесс деформации и нагревания, отчего поверхности контакта окисляются. Существенно уменьшает молекулярно-механическое изнашивание смазка.

В скользящем контакте под действием процессов, вызванных трением, происходит пластическая деформация и наклеп поверхностного слоя кон­тактного провода. Таким образом, в поверхностном слое контактирующей поверхности возрастает плотность дислокаций и неоднородность их рас­пределения, что приводит к образованию микро областей. При дальнейшей эксплуатации образовавшиеся микро области измельчаются и дезори­ентируются. По их границам возрастает концентрация внутренних напря­жений, которые приводят к образованию микротрещин. По ним и проис­ходит разрушение поверхностных слоев с отделением механических частиц, которые принимают участие в абразивном изнашивании контактирующей поверхности контактного провода. Интенсивность образования микро областей и последующего разрушения контактирующей поверхности возрастает при увеличении скорости движения и силы нажатия токоприемника на контaктный провод.

Деструктивные процессы, вызванные пластической деформацией и наклепом поверхностного слоя, а также абразивное изнашивание и большой степени зависят от природы металла контактного провода. У данного провода, изготовленного из легированной меди, пластическая деформация поверхностного слоя меньше, чем у чистой меди, поэтому меньше и последующие деструктивные процессы. В результате стойкость контактного провода к механическому изнашиванию возрастает. У легированной меди снижается также склонность к схватыванию. Так как при легировании возрастает твердость и температура разупрочнения меди, то, следовательно, возрастает стойкость к абразивному изнашиванию и увеличивается верхний предел рабочей температуры.

Интенсивность механического изнашивания с увеличением контактного нажатия возрастает, а при улучшении качества смазки в контакте уменьшается. Поэтому большое влияние на этот показатель оказывает природа материалов контактной пары и в первую очередь их твердость. Самым неблагоприятным в этом отношении являются контактные пары, выполненные из одного и того же материала (например, контактная пара «медный контактный провод – медная токосъемная пластина»).

1.7 Взаимодействие токоприемника и контактной сети

Обеспечение движущегося электроподвижного состава качественным токосъемом является одной из трудных задач в цепи электроснабжения. Опыт эксплуатации скоростных магистралей показал, что обеспечение надежного взаимодействия движущегося токоприемника и контактной подвески является такой же сложной технической задачей, как обеспечение надежного взаимодействия движущегося экипажа с рельсами.

Надежность и необходимое качество токосъема определяются скоростью движения электроподвижного состава и конструктивными параметрами контактной подвески и токоприемника. Их взаимодействие представляет собой сложный колебательный процесс, который вызывает различную интенсивность механического и электрического изнашивания контактного провода и токосъемных элементов. На процесс колебания, в котором участвуют разнородные колебательные системы, оказывают влияние и колебания кузова локомотива и автоколебания («пляска» и вибрация) проводов контактной подвески, вызванные воздушным потоком. Все эти накладываемые друг на друга колебательные процессы имеют различные амплитуды и спектр частот, а часто и направление распространения волн.

Взаимодействие движущегося токоприемника и контактной подвески представляет собой вынужденный колебательный процесс. Этот процесс очень сложный, так как в нем участвуют разнородные колебательные системы. На вынужденные колебания, вызванные движущимся токоприем­ником и колебаниями кузова локомотива, накладываются автоколебания контактных проводов и тросов. В результате возникают волны, различные по направлению, частотам и амплитудам.

При движении вдоль пролета токоприемник совершает вертикальные колебания, вызываемые отжатиями контактных проводов токоприемником, изменениями высоты подвеса контактных проводов и другими факторами.

При движении нажатие токоприемника на контактный провод:

, (1.3)

где Р₀ — нажатие, создаваемое подъем­ными пружинами токоприемника;

Р,_гр — сила трения в шарнирах токоприемника, приведенная к контактной поверхности полоза).

Знак перед Р_тр зависит от направления вертикального перемеще­ния токоприемника, он будет положительным при движении токо­приемника вниз (Р'_ст = Р₀ + Р_тр) и отрицательным при движении его вверх (Р'_ст = Р₀ - Р_тр). Знак перед Р_д зависит от знака ускорения, получаемого приведенной массой токоприемника в вертикальном направлении, он будет положительным при движении токоприемника вверх и отрицательным при движении его вниз.

Пределом его использования является допустимое значение отжатия контактных проводов токоприемниками у опор: не более 150 мм при ветре до5 м/с и не более 250 мм— при максимальном расчетном ветре для рассматриваемого участка контактной сети. Это относится также и к компенсации отрицательных инерционных сил повышением ста­тического нажатия токоприемника. Эффективными мерами для ка­чественного токосъема при высоких скоростях движения являются: уменьшение приведенной массы токоприемников и демпфирование элементов их подвижной системы (рам, полозов).

Для обеспечения стабильного контактного нажатия необходимы также равномерная эластичность контактной подвески и одинаковая масса ее по длине пролета, отсутствие резких изменений уклонов контактного провода в вертикальной плоскости (вследствие большого провеса в пролете или разных высот его подвешивания у опор) и сосредоточенных масс на контактном проводе, т. е. «жестких» точек; токоприемник должен иметь небольшую приведенную массу и хорошую амплитудно-частотную характеристику; в системе «контактная подвеска — токоприемник» не должны возникать резонансные колебания масс, входящих в эту систему. Частоты собственных колебаний токоприемника не должны совпадать с частотой колебаний подвижного состава.

Характеристики

Список файлов ВКР