CC BY
70
Модификация одной из сопрягаемых поверхностей канавками малой глубины - реальный способ восстановления и повышения несущей способности соединений с натягом при проведении ремонтных работ.
Список литературы
1. Пат. 2106544 Российская Федерация, МКИ 6 Б 164/00. Соединение с натягом [Текст] / Бородин А. В., Волков В. М.; заявитель и патентообладатель Омская гос. академия путей сообщения. - № 596746; заявл. 21.02.95; опубл. 10.03.1998, Бюл. № 7. - 2с.: ил.
2. Бородин, А. В. Моделирование цилиндрического прессового соединения с дискретной поверхностью в контакте [Текст] / А. В. Бородин, И. Л. Рязанцева, В. М. Волков: информ.-аналит. журн. // Вестник ВНИИЖТа. - 1999. - № 6. - С. 29 - 34.
3. Бородин, А. В. Несущая способность прессового соединения с криволинейными канавками в стыке [Текст] / А. В. Бородин, И. Л. Рязанцева: информ.-аналит. журн. / Вестник машиностроения. - 2000. - № 5. - С. 3 - 7.
4. Бородин, А. В. Соединения с натягом повышенной несущей способности [Текст] / А. В. Бородин, И. Л. Рязанцева. / Омский гос. техн. ун-т - Омск, 2006. - С. 152.
5. Балацкий, Л. Т. Прочность прессовых соединений [Текст] / Л. Т. Балацкий. - Киев: Техника. - 1982. - С. 152.
6. Гречищев, Е. С. Соединения с натягом [Текст] / Е. С. Гречищев, А. А. Ильяшенко. -М.: Машиностроение. - 1981. - С. 240.
7. Иванов, А. С. Расчет соединений с натягом на несдвигаемость с учетом контактной жесткости сопрягаемых поверхностей [Текст] / А. С. Иванов, А. В. Воронцов, С. А. Терехин: информ.-аналит. журн / Вестник машиностроения. - 2003. - № 2. - С. 19 - 22.
УДК 621.336
Г. П. Маслов, М. А. Дятлова
АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТОКОПРИЕМНИКОВ СКОРОСТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
В статье рассматриваются аэродинамические свойства токоприемников 17РР, ТП-250, ТАсС-11, Сп-6М, предназначенных для скоростного движения электрического подвижного состава. Приводятся их спектры обтекания. Определены аэродинамические коэффициенты, необходимые для расчета аэродинамических характеристик. Построены аэродинамические характеристики токоприемников.
Аэродинамические свойства токоприемников принято оценивать по его аэродинамическим характеристикам [1, 2], которые представляются в виде зависимостей аэродинамических сил ло -бового сопротивления и подъемной силы от скорости встречного воздушного потока воздуха [3]. Эти характеристики можно получить при продувке токоприемника в аэродинамической трубе или на натурном эксперименте на участке электрической железной дороги, а также путем расчета аэродинамических сил по классическим формулам.
Аэродинамическое лобовое сопротивление
Рвтх = СА р V2, с1)
где Сх - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления токоприемника;
8х - площадь миделевого сечения токоприемника, м2;
р - массовая плотность воздуха, кг/м ;
V - скорость воздушного потока, м/с.
20 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ^
Аэродинамическая подъемная сила
Р = СуБхг Ц-, (2)
где Су - аэродинамический коэффициент подъемной силы токоприемника.
Из формул (1), (2) видно, что аэродинамические силы токоприемника зависят наряду с другими показателями и от аэродинамических коэффициентов. На их величину влияют формы элементов, из которых состоит конкретная конструкция. Варьируя формами отдельных элементов, можно влиять на аэродинамическую характеристику токоприемника, что особенно важно на стадии проектирования.
Аэродинамические коэффициенты элементов токоприемника можно получить, используя либо экспериментальные данные, либо спектры обтекания токоприемника потоком воздуха. Существуют различные методы визуализации обтекания физических тел воздушными потоками [4]: оптический, теневой, шлирный, интерферометрический, голографический, дымовой, виртуальный. При проведении исследований использовался виртуальный метод.
В таблице 1 приводятся спектры обтекания и другие сведения об отдельных элементах токоприемника, которые могут быть использованы для расчета аэродинамических сил.
Таблица 1 - Спектры обтекания и аэродинамические коэффициенты элементов токоприемников
Наименование элемента токоприемника
Форма сечения и размеры элемента токоприемника, мм
Миделе-вое
сечение,
2
Спектры обтекания
дымовой
виртуальный
Аэродинамические коэффициенты
подъем -ной силы
С,
1
2
Полоз
70 I 100 ^ 70
0,080
0,156
60 , 380 60
0,075
0,064
1^301 к 240 >1 501
ч 45 (
0,074
0,018
<7аМ 410 ^
0,062
0,104
30 X 240 X 30
0,074
0,014
Горизонтальные связи
0,005
0,084
Л
3
4
5
6
7
жмт
Ш20Т0
Окончание таблицы 1
Верхние связи
0,015
0,310
Диагональные связи
0,013
0,244
Нижние связи
.100
ЛУ1
,гСЛ
0,021
0,200
Основание
25
0,095
0,430
1
2
3
4
5
6
7
*Примечание. Аэродинамические коэффициенты приведены для угла атаки а = 0°.
Рассмотрим приведенные спектры обтекания элементов (см. таблицу 1).
Полоз. В верхней части полоза, на его передней кромке, создается пограничный слой, который постепенно уменьшается. В концевой части поток стекает, создавая за вертикальной стенкой вихревую зону. На определенном расстоянии от вертикальной стенки турбулентность снижается и переходит в общие ламинарное течение. В нижней части полоза вихревая зона также создается за передней стенкой, и во всем пространстве между передней и задней стенками имеет место турбулентный поток.
Горизонтальные связи представляют собой цилиндр диаметром 20 мм, расположенный
о
под углом 90 к линии тока. В этом случае наблюдается симметричное обтекание. На спектре видно (см. таблицу 1), что за обтекаемым элементом создается зона турбулентности («мертвая зона»), а сорвавшиеся линии тока присоединяются к общему течению на некотором удалении.
Верхние связи имеют цилиндрическую форму. Они изменяют свое положение по отношению к направлению потока при изменении рабочей высоты токоприемника. В связи с этим картина их обтекания зависит от того, под каким углом направлены воздушный поток. Основное отличие заключается в протяженности «мертвых зон». При этом характер течения соответствует обтеканию цилиндра.
Диагональные связи имеют аналогичный спектр обтекания.
Нижние связи отличаются большим разнообразием форм: двутавр, конус, цилиндр, эллипс и др. Более плавный характер течения наблюдается при обтекании элемента в виде эллипса. В этом случае вихри вытягиваются по направлению потока, увеличивается длина «мертвой зоны» (см. таблицу 1).
Неподвижное основание. В таблице приведено основание, передняя и задняя часть которого представляет собой уголок, расположенный за валом подвижной рамы. В этом случае набегающий ламинарный поток при встрече с лобовой частью основания переходит в турбулентный, обтекающий заднюю часть. Подъемно-опускающий механизм в данном случае не показан.
Аэродинамические силы всего токоприемника можно получить также при расчете его спектра обтекания. Ниже приведены спектры обтекания токоприемников Сп-6М, ТАсС-11, ТП-250, предназначенных для скоростного движения, а также 17РР (10РР), установленного на электровозах, обеспечивающих пассажирские перевозки на электрифицированных участках железных дорог постоянного тока.
На рисунке 1 показан спектр обтекания токоприемника 17РР (10РР). Расчеты проведены для скорости 160 км/ч (44,3 м/с) при встречном ветре 20 м/с.
Характер течения воздушного потока различен при обтекании полоза, подвижной рамы, неподвижного основания и обтекателя подъемно-опускающего механизма.
В общем случае картина обтекания токоприемника может быть представлена разными зонами. Турбулентные потоки стекают с полоза, элементов подвижных Рисунок 1 - Спектр обтекания токоприемника 17РР рам, неподвижного основания и обтекателя
подъемно-опускающего механизма. В створе между элементами подвижной рамы характер течения набегающего потока не меняется и определяется для переднего токоприемника лобовой частью локомотива, а для заднего
Картина распределения давления по поверхности токоприемника приведена на рисунке 2. Наибольшее давление в горизонтальной плоскости создается на передней стенке полоза и составляет 103021 Па, а наименьшее - за полозом и обтекателем подъемно-опускающего механизма, которое равно 97948 Па.
Давление на полоз вызывает положительную аэродинамическую подъемную силу. В элементах подвижной рамы эта сила создается при их расположении встречно воздушному потоку, а отрицательная - по направлению его течения.
На основании полученных спектров обтекания и картин распределения давления всех указанных выше токоприемников определены их аэродинамические силы и коэффициенты (таблица 2).
На основании приведенных в таблице 2 аэродинамических коэффициентов определены аэродинамические характеристики лобового сопротивления и подъемной силы рассматриваемых токоприемников.
Таблица 2 — Сведение о токоприемниках скоростного электрического подвижного состава
Тип токоприемника Общий вид Миделевое 2 сечение, м Аэродинамические коэффициенты
подъемной силы Су лобового сопротив -ления Сх
1 2 3 4 5
17РР 0,690 0,095 0,367
- расположением крышевого оборудования.
Рисунок 2 - Распределение давления при обтекании токоприемника воздушным потоком
№ШЩ Ш20Т0
Окончание таблицы 2
1 2 3 4 5
Сп-6М 1,149 0,112 0,470
ТАсС-11 0,410 0,037 0,509
ТП-250 V 0,435 0,092 0,637
Аэродинамическое лобовое сопротивление (рисунок 3,а) каждого токоприемника возрастает с увеличением скорости воздушного потока, например, у токоприемника Сп-6М при скорости 33,3 м/с (120 км/ч) она составляет 235 Н, при 44,3 м/с (160 км/ч) ее величина достигает 520 Н, а при 55,3 м/с (200 км/ч) - 856 Н. Однако величина этой силы у каждого токоприемника различна при одинаковой скорости потока воздуха. Так, у токоприемника ТП-250 при скорости 55,3 м/с сила составит 535 Н, 17РР - 464 Н, ТАсС-11 - 385 Н.
Аэродинамическая подъемная сила (рисунок 3,б) также возрастает с ростом скорости воздушного потока. Так, у токоприемника Сп-6М при скорости 33,3 м/с она составляет 15 Н, при 44,3 м/с достигает 45 Н, а при 55,3 м/с - превышает 100 Н. При одинаковой скорости, например, 55,3 м/с, эта сила составит у 17РР - 115 Н, ТП-250 - 79 Н, ТАсС-11 - 28 Н.
1400
Н 1000 800 600 Рвтх 400 200 0
Сп-6М
ГП-250 N V V
17РР \
\ ТА ^сС-11
Рв
33,3 38,8 44,3 49,8 м/с 60,8 К -►
180 Н 140 120 100 80 60
40 20 0
С п-6М
17РР Ч
ТП-25( )
Т АсС-11
33,3 38,8 44,3 49,8 м/с 60,
К -^
б
Рисунок 3 - Аэродинамические характеристики токоприемников: а - лобового сопротивления; б - подъемной силы
а
24 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ^
Из приведенных данных видно, что аэродинамическая подъемная сила при скорости свыше 55,3 м/с (200 км/ч) превышает статическое нажатие подвижных рам токоприемников. Следовательно, при расчете взаимодействия токоприемника и контактной подвески необходимо учитывать возникающие аэродинамические силы. Величину этих сил можно принимать согласно приведенным аэродинамическим характеристикам.
Приведенные спектры (см. таблицу 1) дают возможность получить картину распределения давления по поверхности элементов. По классическим формулам производится расчет аэродинамических коэффициентов, которые даны в таблицах 1 и 2. Полученные аэродинамические коэффициенты позволяют определить аэродинамическую характеристику любого элемента токоприемника.
Таким образом, аэродинамические свойства токоприемника зависят от аэродинамических показателей отдельных элементов, что необходимо учитывать при его разработке для скоростного движения. Численные значения аэродинамических коэффициентов элементов токоприемников могут быть получены путем расчета их спектров обтекания. Аэродинамические характеристики токоприемника можно определить по классическим формулам, используя приведенные аэродинамические коэффициенты.
Список литературы
1. Маслов, Г. П. Влияние аэродинамической подъемной силы токоприемника на качество токосъема [Текст] / Г. П. Маслов, Е. Н. Панзо // Совершенствование схем устройств электроснабжения транспорта и проектирование их конструкций: Сб. науч. тр. / Уральский гос. ун-т путей сообщения. Екатеринбург, 2006. - Вып. 48 (131). - С. 168 - 174.
2. Маслов, Г. П. О выборе рациональный аэродинамической характеристики токоприемника [Текст] / Г. П. Маслов, О. И. Поздняков, Е. Н. Панзо // Исследования и разработка ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте: Межвуз. сб. науч. тр. с междунар. участием / Самарский ин-т инж. ж-д. трансп. Самара, 2002. - Вып. 23. - С. 70, 71.
3. Маслов, Г. П. О методах определения аэродинамических показателей полоза токоприемника [Текст] / Г. П. Маслов, О. И. Поздняков, А. В. Широкова, А. П. Стариков // Повышение надежности работы устройств электроснабжения железных дорог: Сб. науч. тр. / Уральская гос. акад. путей сообщения. Екатеринбург, 2000. - Вып. 13(95). - С. 53 - 57.
4. Кузнецов, А. К. Аэродинамические показатели элементов для высокоскоростного движения [Текст] / А. К. Кузнецов // Повышение качества токоснимания при высоких скоростях движения и в условиях БАМа: Межвуз. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж-д. трансп. Омск, 1980. - С. 28 - 31.
УДК 629.001.1
С. М. Овчаренко
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСНАЩЕННОСТИ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЛОКОМОТИВОВ
На основе анализа составляющих затрат на поддержание работоспособного состояния локомотивного парка предложен критерий оценки эффективности оснащенности диагностического процесса. Критерий может быть использован для оптимизации параметров системы диагностирования локомотивов.
Одной из основных перспективных задач локомотивного хозяйства является задача снижения энергоемкости перевозочного процесса и повышения эффективности использования локомотивов. В современных условиях невозможно представить эксплуатацию и ремонт локомотивного парка без диагностического сопровождения [1 - 3].
жмт
Ш20Т0
