ПЗ ВКР (1220008), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Рисунок 3.5 – Узловое напряжение
Предварительные данные проведенных испытаний дают основания судить о том, как деформируется и какие напряжения испытает исследуемый объект. На основании этих результатов можно сказать о том, что в данных конкретных условиях значительные и максимальные перемещения получат полоз, каретки, верхняя рама и синхротяга токоприёмника. Максимальные напряжения и деформации возникают в обеих каретках, нижней части верхней рамы, в месте крепления несущего рычага и основания и самом основании.
Рисунок 3.6 – Эпюра перемещений
Также было выполнено исследование силы трения (рисунок 3.7) в месте контактного нажатия полоза и контактной сети. В этом расчете мы добавили вертикально направленную силу, действующую на контактный провод в месте нажатия токоприемника.
На рисунке 3.8 мы видим эпюру, полученную в модуле «SolidWorks Flow Simulation». На ней показана сила трения в месте нажатия полоза и контактного провода.
Рисунок 3.7 – Модель нажатия полоза на контактную сеть
Рисунок 3.8 – Сила трения в месте нажатия полоза на контактный провод
Из полученного графика мы видим, что, в месте контактного нажатия, при движении полоза с максимальной скорость, в нашем случае 110 км/ч, возникает сила трения, равная 243 Н. Проведя этот расчет можно сделать вывод, что при максимальной скорости движения электровоза, в месте контакта полоза и провода возникает критическая сила трения. Это отрицательно сказывается на качестве токосъема, а также приведет к более быстрому износу контактного провода и угольных вставок на полозе.
Предварительные данные проведенных испытаний дают основания судить о том, как деформируется и какие напряжения испытает исследуемый объект. На основании этих результатов можно сказать о том, что в данных конкретных условиях значительные и максимальные перемещения получат полоз, каретки, верхняя рама и синхротяга токоприёмника. Максимальные напряжения и деформации возникают в обеих каретках, нижней части верхней рамы, кулисной тяге, синхротяге, в месте крепления несущего рычага и основания и самом основании. Нужно отметить, что значения данных напряжений малы, и примерно в пять раз меньше максимально допустимых но, тем не менее, эти факторы мешают нормальной эксплуатации токоприёмника. Задача инженеров конструкторов максимально учесть возможные критические условия, и снизить их влияние, оказываемое на исследуемое изделие. Заложить необходимый запас прочности в тех местах, где это необходимо. Например, для данных условий, рациональным действием было бы увеличение прочности передней, несущей части основания, места крепления несущего рычага и основания, верхней рамы и кареток. Это уменьшит напряжения, деформацию и перемещения токоприёмника. Некоторое облегчение задней части основания и полоза напротив, позволило бы уменьшить количество материала, используемого в конструкции, немного уменьшить её вес и габариты, а соответственно и общую стоимость. Но необходимо принять во внимание одно условие – перечисленные выше меры возможно принять для данных смоделированных условий. Чтобы учесть всевозможные варианты, необходимо выполнить целый ряд испытаний, охватывающих все эксплуатационные условия, выбрать наиболее критические из них и на основании этих результатов, составить общую картину нагрузок, деформаций и перемещений.
4 ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ ТОКОПРИЕМНИКА ПРИ КРИТИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ
Согласно предыдущим расчетам, заданные нагрузки были малы и примерно в пять раз меньше максимально допустимых. Было принято решение, задать нагрузки, близкие к критическим. А также уменьшить геометрический размер одного из элементов токоприемника.
Были заданы вертикально-действующая на полоз сила, равная 900 Н и закрепления, температура окружающей среды -50
. Выполнено уменьшение диаметра несущего рычага в 2 раза, это способствует уменьшению веса и габаритов токоприемника, затрат на материалы. На рисунке 4.1 изображена эпюра деформации, на рисунке 4.2 – узловое напряжение, на рисунке 4.3 – эпюра перемещений.
Рисунок 4.1 – Эпюра деформации
Рисунок 4.2 – Узловое напряжение
Рисунок 4.3 – Эпюра перемещений
На основании выполненных расчет можно сделать вывод, что, деформация и напряжения возникают в тех же местах, что и в предыдущих испытаниях, значения перемещений токоприемника увеличились, о чем говорит шкала значений на эпюре перемещений. Не смотря на уменьшения диаметра несущего рычага, токоприемника выдерживает критические значения и находится в рабочем состоянии.
5 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ТОКОПРИЕМНИКА НА КОНТАКТНУЮ СЕТЬ
Токоприёмники работают в сложных условиях. Они подвержены воздействию атмосферных явлений (дождь, снег, ледообразование, ветер). При больших скоростях движения ухудшается взаимодействие токоприемника с контактным проводом. Неисправность токоприемника отрицательно влияет на состояние не только ЭПС, но и контактной сети (быстрый износ провод, его пережог и обрыв, излом фиксаторов и т.д.).
5.1 Основные неисправности токоприемника
Повреждения контактной сети из-за неисправностей токоприемников могут вызвать длительные перерывы в движении поездов и большие материальные затраты на восстановление. В процессе эксплуатации могут проявляться такие неисправности, как:
- перекашиваются подвижные рамы токоприемника вследствие ненормального взаимодействия с деталями контактной сети или плохого качества ремонта;
- ослабляется крепление нижней неподвижной рамы, основания, повреждаются амортизаторы, появляются изгибы, вмятины, прожоги у труб подвижных рам из-за ударов полоза о контактный провод;
- изнашиваются валики и отверстия шарнирных соединений из за трения;
- наблюдаются перекрытие, ослабление, трещины, сколы и повреждение глазури у опорных изоляторов из-за неблагоприятных погодных условий, а также динамических нагрузок;
- ослабляется крепление и происходит перекрытие воздушного рукава из-за циклических нагрузок;
- ослабляются и перетираются шунты, теряются шплинты и гайки из за вибраций и плохо смонтированных деталей;
- изнашиваются, растрескиваются и высыхают манжеты поршней из-за цикличного намокания и высушивания, загрязняются цилиндры из-за попадания сквозь фильтры микроскопических частичек грязи;
- перекашиваются шарниры механизма подъема и опускания, в них происходит заедание; ослабляется натяжение пружин, теряются их упругость из-за циклических нагрузок и старения металла;
- удар полоза о контактный провод происходит из-за того, что контактный провод не натянут по всей своей длине равномерно. В некоторых местах он провисает, а в некоторых наоборот слишком сильно натянут.
Особое внимание следует уделять контактному узлу – кареткам и полозу. Здесь бывают изгиб, трещины, вмятины рычагов и основания каретки; излом и потеря упругости у пружин; износ втулок и осей, болты, крепящие полоз к держателю каретки, трещины каркаса полоза на боковых стенках, крепление медных или металлокерамических накладок, их толщину, которая должна быть в эксплуатации не менее 2.5 мм, прожоги, пропилы, забоины. Накладки должны быть расположены на одном уровне и не иметь острых выступающих кромок. Головки винтов, крепящие накладки, должны быть заподлицо или утоплены. Угольные вставки, кроме износа и ослабления, могут иметь поперечные трещины, сколы, пропилы. В эксплуатации также происходит изменение характеристик токоприемника, т.е. изменяется нажатие полоза на контактный провод.
На работу токоприемника существенное влияние оказывают продольные и боковые колебания, передающиеся от кузова электропоезда. Высота подвески контактного провода над уровнем головок рельсов не везде одинакова, поэтому при движении электропоезда токоприемник то опускается, то поднимается вновь. В момент отрыва токоприемника от контактного провода образуются электромагнитные излучения, создающие радиопомехи. Поэтому к токоприемнику предъявляется требование: он должен быть легким, чтобы во время скольжения его полоза по контактному проводу, высота подвески которого изменяется, он не отрывался бы от контактного провода при увеличении высоты подвески и не создавал сильных ударов при уменьшении высоты.
Для хорошего токосъема без дутообразования и искрения существенное значение имеет сила нажатия полоза на контактный провод. Она не должна быть меньше определенной величины, обеспечивающей необходимое контактное нажатие, но и не должна быть излишне большой во избежание опасного отжатия контактного провода и повышенного механического износа провода и контактных вставок.
Оптимальная величина статического нажатия зависит от величины тока нагрузки, конструктивного выполнения контактной сети и токоприемника, материала контактных элементов токоприемника и их размеров.
Механизм подъема и опускания должен быть прост и надежен в работе. Должна быть предусмотрена возможность дистанционного управления подвижной системой при всех условиях работы.
В момент отрыва между токоприёмником и проводом образуется электрическая дуга. Восстановление контакта происходит с ударом токоприёмника о провод. Также происходит раскачивание токоприёмников. Перечисленные явления ускоряют износ контактного провода и токоприёмников, ухудшают качество токосъёма, а также создают радиопомехи. Избежать этих явлений позволяют:
- эластичная подвеска. При этом, проходя точку подвеса, токоприёмник приподнимает подвес;
- регулировка натяжения провода с целью уменьшения стрелы провисания. Регулировка может осуществляться как вручную, два раза в год, так и автоматически, с помощью противовесов. Некоторые разновидности подвесок, например, маятниковая, не требуют специальных приспособлений для регулировки натяжения.
Также в процессе эксплуатации могут возникать следующие неисправности:
- износ контактного провода;
- износ несущего троса. Уменьшение площади сечения троса вследствие обрыва жил превышает 15% площади полного сечения;
- износ анкеровочных ветвей. Механические повреждения, трещины, расслоения. Образование следов прохода токоприемника на контактном проводе анкеровочных ветвей. Снижение площади сечения несущего троса вследствие обрыва жил, свыше 15% площади полного сечения.
Съем тока с контактного провода сопровождается изнашиванием как контактных пластин или вставок токоприемника, так и контактного провода. Износ провода и пластин токоприемника зависит от материала контактных пластин и провода, снимаемого тока, качества токосъема (прежде всего в отношении искрения), состояния трущихся поверхностей и от других причин.
Изнашивание элементов скользящего контакта — сложный электромеханический процесс. Иногда для удобства изучения износ разделяют на электрический и механический. Такое разделение весьма условно, поскольку электрические и механические явления в контакте взаимозависимы.
Электрический износ вызывается электрической эрозией металла, т. е. испарением и выбросом металла под воздействием искровых и дуговых разрядов. Он зависит не только от плотности снимаемого тока, но и от состояния контактирующих поверхностей, так как наличие жестких точек, вибрация провода, схватывание и задиры трущихся поверхностей нарушают стабильность контакта, вследствие чего возрастает электрическая эрозия. Механический износ является следствием таких видов воздействия при трении, как абразивных, окислительных, усталостных и схватывания, зависящих не только от свойств материала контактного провода и токосъемных пластин, но и от состояния поверхностей. В свою очередь электрическая эрозия вызывает повреждение контактирующих поверхностей и тем самым приводит к возрастанию механического износа.
Износ контактного провода зависит главным образом от материала контактных пластин (вставок) токоприемников. Наибольший износ контактных проводов происходит при медных контактных пластинах, наименьший — при угольных вставках, промежуточное положение занимают токосъемные пластины из спеченных материалов. Износ провода в основном определяется значением тока, снимаемого токоприемником: с увеличением тока он значительно возрастает. Поэтому на двухпутных участках износ провода на подъемах значительно (иногда в несколько раз) превосходит износ провода на спусках; заметное повышение наблюдается в местах трогания и разгона электроподвижного состава.
На однопутных участках при двустороннем движении средний износ провода примерно на 30% выше, чем на двупутных участках при одностороннем движении, ввиду изменения характера механического износа.
Износ контактного провода в различных его точках — в струновом пролете, в пролете контактной подвески, в анкерном участке, на перегоне — неравномерен. На износ контактного провода значительно влияет наличие на нем различных сосредоточенных масс — фиксаторов, питающих зажимов электрических соединений, стыковых зажимов, средних анкеровок, а также резкое уменьшение эластичности подвески на сопряжениях анкерных участков, стрелках.
Особым видом является волнообразный износ контактного провода. Волнообразный износ наблюдается в местах трогания и разгона электроподвижного состава и на подъемах. Он характеризуется интенсивным электрическим износом и тяжелыми дуговыми повреждениями контактного провода на последовательно расположенных коротких участках (100—150 мм), разделенных еще более короткими (10—30 мм) участками с хорошо пришлифованной поверхностью.
Появлению волнообразного износа контактного провода способствовала применявшаяся ранее конструкция коробчатого полоза с двумя медными контактными пластинами, все пространство между которыми было заполнено сухой графитовой смазкой. В какой-то момент с проводом соприкасались не пластины, а слой плохо проводящей сухой графитовой смазки. При этом съем тока пластины осуществлялся через электрическую дугу, образуя первые две «волны».
Последующие проходы полозов расширяли зону волнового износа провода и усиливали его там, где он уже возник.
После установки на полозы внутренних пластин волнообразный износ в большинстве случаев прекратился. Однако средний ряд пластин должен быть длинным (1000 мм), поскольку при коротких средних пластинах также возможен волнообразный износ (особенно в зоне фиксаторов). Кроме того, волнообразный износ неизбежно возникает в случае, если внутренние пластины утоплены по отношению к наружным и покрыты слоем сухой смазки, а также при избыточном нанесении этой смазки на полозы.
Таким образом, чтобы избежать волнообразного износа контактного провода, удлиняют внутреннюю пластину, устанавливают ее по оси полоза, строго следят за тем, чтобы уровень внутреннего и наружного рядов пластин был одинаковым, чтобы смазка не возвышалась над пластинами. Это одновременно предупреждает и пережоги контактного провода. Широкие полозы рамной конструкции (например, у токоприемника 10РР) не вызывают, как правило, волнообразного износа провода.
Волнообразный износ не возникает и при использовании угольных вставок (независимо от числа их рядов на полозе), так как они не требуют нанесения сухой смазки.
На тех участках, где ранее наблюдался волнообразный износ, после замены медных пластин угольными вставками он был полностью ликвидирован.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
