CC BY
4
УДК 621.336.3
О. А. Лукьянова1, И. С. Гершман2, Н. В. Миронос2, А. А. Царьков2
'Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУГТС), г. Омск, Российская Федерация;
2Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (АО «ВНИИЖГ»),
г. Москва, Российская Федерация
КОНЦЕПЦИЯ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ ТОКОСЪЕМА ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ
Аннотация. В статье рассмотрены факторы и условия эксплуатации электроподвижного состава, влияющие на взаимодействие токоприемника и контактной подвески, перечислены показатели токосъема, регламентируемые в современной отечественной нормативной документации, определение которых недостаточно для оценки работоспособности и создания системы токосъема, отвечающей заданным требованиям
На основе многолетнего опыта разработок в области организации скоростного и высокоскоростного движения сложилось два подхода к ре шению этой задачи, каждый из которых подразумевал работу только над одной из взаимодействующих подсистем Авторами предлагается третий, комплексный подход, который позволит определить технически и экономически обоснованные параметры токоприемника и контактной подвески для обеспечения качественного токосъема и требуемых скоростей движения. В качестве основных определены не учитываемые в отечественных стандартах показатели, основанные на оценке износа токосъемных элементов при проходе их по контактному проводу.
Разработанная концепция состоит из нескольких этапов, включая формирование технического задания; параллельное проектирование двух механических подсистем (токоприемника и контактной подвески); создание математической модели их взаимодействия, которое характеризуется стабильным контактным нажатием и выбор величины которого осуществляется на основе триботехнических свойств используемых материалов и величины тока в контакте; проверка и корректировка указанной модели по результатам экспериментальных исследований на соответствие требованиям технического задания.
Применение разработанной штодики позволит создать систему токосъема, обеспечивающую высокую надежность и экономичность, дополнить нормативную базу в части разработки системы токосъема и порядка оценки конструктивных решений, касающихся системы токосъема Предложенный подход позволит ускорить процесс разработки системы токосъема для высокоскоростных железнодорожньгх линий и значительно снизить затраты на это.
Ключевые слова: токосъем токоприемник, контактная подвеска, контактная сеть, испытания, моделирование.
Olesya A. Lukyanova1, Iosif S. Gershman2, Nikolay V. Mironos2, Anton A. Tsarkov2
'Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation;
2Joint Stock Company Railway Research Institute (JSC <<VNIIZ£[T>>), Moscow, the Russian Federation
CONCEPT OF CURRENT COLLECTION SYSTEM DEVELOPMENT
FOR HIGH SPEED LINES
Abstract. The article discusses the factors and operating conditions of electric rolling .stock that influence the interaction of the current collector and the catenary, lists the current collection indicators regulated in modern domestic regulatory documentation, the definition of which is not enough to assess the performance and create a current collection .system that meets the specified requirements.
Based on many years of development experience in the field of organizing high-speed and high-speed traffic, two approaches to solving this problem have emerged, each of which implied work on only one of the interacting.subsystems. The authors propose a third comprehensive approach that will allow us to determine technically and economically sound parameters of the paitograph and contact suspension to ensure high-quality current collection and the required speeds. The main indicators are those that are not taken into account in domestic standards and are based on assessing the wear of current-collecting elements as they pass along the contact wire.
The developed concept, consists of several stages, including the implementation of technical specifications; parallel design of two mechanical subsystems (pantograph and catenary); creation of a mathematical model of their interaction, which provides stable contact loads and selection of sizes, the implementation of which is based on the tribologkal properties of the supplied materials and determination of the current in the contact; checking and adjusting the specified model based on the results of experimental studies for compliance with the requirements of the technical specifications.
The application of the developed methodology will make it possible to create a current collection system thai ensures high reliability and efficiency, to supplement the regulatory framework regarding the development of a current collection system and the procedure for assessing design solutions regarding the current collection system. The proposed approach will speed up the process of developing a current collection system for high-speed railway lines and significantly reduce the costs of this.
Keywords: current collection, current collector, catenary suspension, catenary network, testing, modeling.
На качество токосъема влияют скорость движения электроподвижного состава, сипа тока и уровень напряжения в контактной сети, климатические условия эксплуатации, показатели надежности, требуемые ресурсные показатели (количество проходов токоприемников до замены контактных проводов, пробег контактных вставок до замены и т. п.), экологические требования (химическое, шумовое и электромагнитное загрязнение).
Обеспечение качественного взаимодействия токоприемника с контактной подвеской является одной из приоритетных задач, требующей выбора оптимального технического решения с учетом имеющихся технических возможностей и заданных параметров элементов системы токосъема. В соответствии с ГОСТ 32793-2014 к показателям токосъема относят среднее значение контактного нажатия, среднеквадратическое отклонение контактного нажатия, коэффициент искрения, уцельное число искрений. Следует отметить, что требования к показателям токосъема в российских нормативных документах не определены, однако их численные значения являются исходными данными для проектирования системы токосъема, результатом которого будут являться технические решения, позволяющие обеспечить электроснабжение подвижного состава с требуемыми показателями качества токосъема .
Для высокоскоростных магистралей задача обеспечения качественного токосъема усложняется, поскольку процесс взаимодействия токоприемника с контактной подвеской происходит на более высоких скоростях движения и сопровождается интенсивным износом контактного провода и токосъемных элементов. На основании существующего мирового опыта можно утверждать, что срок службы контактного провода может составлять до 50 лет, пробег токосъемных вставок токоприемника - до 200 тыс. км. Поэтому с целью определения работоспособности системы токосъема во всем мире принято проводить натурные испытания, в процессе которых становится возможным учесть большое количество факторов, конструктивные решения, свойства применяемых материалов для оценки показателей качества токосъема. Кроме того, необходимо определить концепцию разработки системы токосъема, которая позволит с наименьшими затратами разработать конструкции устройств токосъема и выбрать соответствующие им материалы, обеспечивающие оптимальные параметры токосъема. При этом оптимизационным параметром будет являться стоимость жизненного цикла, в который, в общем случае, входят все этапы от проектирования до утилизации и рекультивации прилегающих территорий.
Ученые ВНИИЖТа и отраслевых вузов на протяжении многих лет (со второй половины XX в.) совершенствовали методы и средства получения достоверных данных о токосъеме в процессе взаимодействия токоприемника и контактной подвески, при этом добиваясь сокращения временных затрат и числа экспериментальных поездок подвижного состава [1].
Совершенствование системы токосъема происходило путем поочередного улучшения параметров и характеристик токоприемника и контактной сети для повышения скоростного режима движения электроподвижного состава (рисунок 1).
Рост скоростных показателей системы токосъема
Контактная подвеска
Токоприемник
до 80 км/ч ТЭЛП-70
т-з, дж-з
до 120 km. 'i ■ ТЭЛТТ-120
1
ДЖ-5
до 160 км/ч
КС-160 -
I
П-5
1
до 200 км/ч - КС-200
Сн-бМ. ТП250
I
до 250 км/ч КС-250
SSSS7. SSS400ь
I I I I \ \ I I I I \ \ ) 1 / I к
до -100 км/ч КС-400?
Л-400?
Рисунок 1 - Итерационный путь развития системы токосъема
Для обеспечения устойчивого токосъема с существующей контактной подвеской советскими специалистами был разработан специальный авторегулируемый токоприемник Сп-бМ для подвижного состава ЭР-200 и ЧС-200 для скоростей движения до 200 км/ч.
В конце 1990-х гг. российскими производителями разработан высокоскоростной электропоезд «Сокол», оснащенный токоприемником типа ТП250, который должен был обеспечить взаимодействие с существовавшей в то время контактной подвеской на линии Москва - Санкт-Петербург. В ходе экспериментальных поездок на электропоезде засвидетельствована техническая возможность достижения заявленных скоростей движения (достигнута наибольшая скорость 236 км/ч). Результаты испытаний позволили провести параметризацию и в некоторой степени валидацию математических моделей системы токосъема, что способствовало проведению вычислительных экспериментов с целью получения качественных и количественных зависимостей показателей качества токосъема при изменении входных параметров и исключения неработоспособных вариантов.
В 200б г. ОАО «РЖД» и Siemens подписали соглашение о поставке электропоездов «Сапсан» в Россию. В то время опыта эксплуатации электроподвижного состава на линиях постоянного тока со скоростью более 220 т/ч не было, поэтому следовало обосновать возможность обеспечения надежного токосъема на линии постоянного тока 3 кВ. При вводе в эксплуатацию высокоскоростного электропоезда «Сапсан» задача по обеспечению токосъема была поставлена следующим образом - необходимо разработать контактную подвеску постоянного тока, взаимодействие с которой токоприемника Siemens обеспечило бы надежный токосъем при скоростях движения до 300 км/ч. Для разработки контактной сети постоянного тока, пригодной для эксплуатации электропоезда «Сапсан», было принято решение адаптировать существующие технические решения с учетом имеющихся данных о характеристиках и показателях токоприемников, установленных на электропоезде. Поскольку полного набора данных не было, возникла необходимость получить их экспериментальным путем.
Для решения этой задачи были применены два токоприемника типа SSS87, один из которых был установлен на электровоз ЧС-200, а другой отправлен на стендовые испытания в лабораторию. В течение четырех лет проводились экспериментальные исследования с целью определения необходимых параметров контактной подвески, которые обеспечили бы надежный токосъем при скорости движения до 300 км/ч [2].
При испытаниях на электровозе ЧС-200 была достигнута скорость движения 260 км/ч. В марте 2009 г. состоялась первая тестовая поездка «Сапсана» по маршруту Москва - Санкт-Петербург. При приемочных испытаниях скорость электропоезда превышала 290 км/ч, численные значения показателей качества токосъема соответствовали требованиям европейских стандартов. В декабре того же года поезд начал коммерческую эксплуатацию.
На основании проведенной работы была доказана возможность движения по маршруту с заявленными скоростями, при этом на второй план отошли вопросы экономичности токосъема, а также вопросы дальнейшего развития и повышения эксплуатационных характеристик. Новые типы токоприемников современного и перспективного электроподвижного состава должны были по основным техническим характеристикам соответствовать немецкому образцу, так как только в этом случае система токосъема работала в номинальном режиме. Любые попытки изменения конструкции контактной сети приводили к ухудшению токосъема и требовали дополнительных исследований по гармонизации.
Из-за отсутствия в настоящее время действующего алгоритма по проектированию системы токосъема в комплексе не было возможности ни с нормативной, ни с технической точек зрения требовать от производителей железнодорожной техники взаимоучета особенностей конструкций токоприемников и контактной сети.
Исторически сложилось два подхода к решению задачи обеспечения высоких скоростей движения электроподвижного состава (рисунок Ту.
разработка токоприемника для обеспечения взаимодействия с существующей контактной подвеской;
разработка контактной подвески для обеспечения взаимодействия с существующих! токоприемником.
А„ ( 13 на систему токосъема ) Р,
Разработка ^тематической модели токоприемника
Разработка математической модели контактной подвески
Соответствие требованиям 13?
Соответствие требованиям ТЗ?
Разработка модели взаимодействия токоприемника с существующей контактной подвеской
Разработки модели взаимодействия контактной подвески с существующим токоприемником
Моделирование динамических показателей системы токосъема
Моделирование динамических Л . показателей системы токосъема
Возможно устранение замечаний данном чтапе?^'
Возможно устрапс1ше замечаний данном чтапеТ^-"
Соответствие требованиям ТЗ?
Соответствие требованиям ТЗ?
Валндання модели взаимодействия ^^выполняется?
^^ Валндация модели взаимодействия выполняется?
Изготовление опытною обрдЗий токоприемника
Изготовление опыт ною образна контактной подвески
Испытание опытного образца токоприемника
Испытание опытного образна контактной подвески
Соответствие требованиям ТЗ?
Соответствие требованиям ТЗ?
Натурные испытания взаимодейс тих токоприемника с существующей контактной подвеской
Натурные испытания взаимодействия контактной подвески с существующим токоприемником
Возможно устранение замечаний \на данном этапе?^"
Возможно устранение замечаний \на данном этапе£^-"
Соответствие требованиям ТЗ?
Соответствие требованиям ТЗ?
^-^Верт1фнкания^\ Vодели взаимодействия выполняется?
^-^нерт I фи кац| 1я"\ модели взаимодействия выполняется''
^ Требуется ^ совершенствование •^кош. нодвескл?^
^ Требуется
совершенствование
^х^окоириемннка?^-
Подкоит рол ьная экс пл уат.зш г я
Рисунок 2 - Блок-схема традиционного подхода к разработке системы токосъема: 1 - блок проектирования токоприемника; 2 - блок проектирования контактной подвески; 3 - блок проектирования системы взаимодействия разрабатываемого токоприемника с существующей контактной подвеской; 4 - блок проектирования системы взаимодействия разрабатываемой контактной подвески с существующим токоприемником; 5 - блок испытаний системы взаимодействия разрабатываемого токоприемника с существующей контактной подвеской; 6 - блок испытаний системы взаимодействия разрабатываемой контактной подвески с существующим токоприемником
Проектирование контактной подвески и токоприемника осуществляется на основе многолетнего опыта разработки различных проектов и технических решений по контактной подвеске и токоприемникам, при этом используются модели с сосредоточенными и распределенными параметрами, а также конечно-элементным моделями в системах автоматизированного проектирования (рисунок 3) [3,4].
Рисунок 3 - Результаты моделирования контактной подвески (а) и токоприемника (б, в)
Существующий подход к разработке системы токосъема можно представить в виде логической схемы алгоритма:
АоР1ТЧ13|54г11АпРпТ1Ч33Аз1|3Н5Аз2Рз1Т31оМ4|31Рз2Т32оэТЧ4РззТ33^53А5а5,А52Р51Т5и7А5зР52-|61 Аб2Рб1 Т^^АбзРбгТ62®?1 Т^з?63©!1^ •Рб4Тб4РзТ3(0Т,312|35,
где А¡, Р; - функциональные и логические операторы соответственно (см. рисунок 2).
При выполнении алгоритма на выходе получается комплект параметров токоприемника и контактной подвески, реализация которых в виде конструкций обеспечивает требуемое качество токосъема. При этом не гарантировано достижение наилучшего из доступных результатов, так как токоприемник должен обеспечивать свои заявленные показатели назначения на всех типах контактной сети, смонтированной по ГОСТ Р 58322-2018, ГОСТ 33944-2016, а контактная сеть, в свою очередь, должна быть пригодной для эксплуатации со всеми типами токоприемников, соответствующими ГОСТ 32204-2013. Данные особенности традиционного подхода предполагают «универсальность» или функциональную избыточность в конструкции как токоприемника, так и контактной сети.
Предлагается разработать подход комплексного проектирования системы токосъема, в рамках которого повышение эффективности работы всей динамической системы будет происходить за счет скоординированного изменения как токоприемников, так и контактных подвесок.
Основным показателями качества системы токосъема должны выступать:
струн \ Л пин ч! цех-
4 струношк пролетов I
Г|У.ф|>К ИЫСШЖНП 1ЦЦ1
контактного провода для аеегэ анкерного участки
Квазистатическая траектория / юч.лн контакте, для оссго анкерного участка
1рсф)п> распрсдсдениЕ глшпнчнюти
Дим илл :> анкерит о у часка
гарантированное количество проходов токоприемника по контактному проводу до достижения его предельного износа;
гарантированный пробег токосъемных элементов токоприемника.
Эти показатели технически и экономически обоснованы при расчете операционных затрат на эксплуатацию электрифицированной линии. В настоящее время стандартных требований к системе токосъема в России нет. На международном уровне приняты стандарты МЭК (1ЕС 62486, 1ЕС 62846:2016), в разработке которых принимали участие российские эксперты, поэтому актуальной задачей является создание национальных стандартов по аналогии с международными.
Российские ученые сделали попытку переосмыслить традиционные подходы к проектированию под производство и строительство, так как токоприемники в чистом виде проектируются под производство, а контактная сеть - под производство и под строительство. От линейного проектирования к структурному проектированию необходимо выявить несколько стадий, которые связаны нелинейно и в зависимости от сложности проекта должны быть пройдены в несколько циклов [5]. Данный подход предлагается использовать и для системы токосъема.
Предлагается следующая многоэтапная методика разработки системы токосъема (рисунок 4) в первую очередь для новых высокоскоростных линий. Данная методика включает в себя несколько модулей и блоков.
Техническое задание (ТЗ) на систему токосъема разрабатывается в общих чертах с указанием основных параметров, таких как номинальное напряжение, ток, ресурсные показатели (срок службы контактного провода и токосъемных элементов) и др.
Проектирование системы токосъема проводится в единой информационной системе, которая позволяет обосновать перечень подлежащих расчету показателей с применением штрафных функций.
Блок проектирования токоприемника и контактной подвески включает в себя разработку математических моделей токоприемника и контактной подвески в соответствии с требованиями ТЗ.
Проектирование математической модели контактной подвески выполняется на основе существующих прикладных программ с использованием метода конечных элементов, теории и методов процессов проектирования контактной сети с учетом требований ТЗ и ГОСТ Р 58322-2018, ГОСТ 33944-2016. Соответствие спроектированной контактной подвески требованиям ГОСТ 33944-2016 подтверждается экспериментально на макете контактной подвески, который может быть спроектирован и построен в натуральную величину на любом полигоне или объекте, позволяющем реализовать геометрические параметры контактной подвески, в том числе без наличия железнодорожного полотна.
Макет контактной подвески разрабатывается и испытывается в соответствии с программами и методиками [ 1 ].
Аналогично выполняется проектирование математической модели токоприемника с учетом требований ТЗ и ГОСТ 32204-2013.
Блок проектирования токоприемника и контактной подвески предполагает обмен информацией между подсистемами «токоприемник» и «контактная подвеска» на каждом расчетном этапе.
Блок проектирования системы токосъема включает в себя разработку модели взаимодействия токоприемника с контактной подвеской с последующим моделированием их динамических и ресурсных (трибологических) показателей.
Разработку модели взаимодействия системы токосъема целесообразно проводить с применением систем автоматизированного проектирования, что позволит оптимизировать массогабаритные, аэродинамические и другие показатели модели.
В результате моделирования динамических процессов, происходящих в системе токосъема, определяют контактное нажатие, которое зависит от динамических свойств
токоприемника, параметров контактной подвески и скорости движения электроподвижного состава (рисунок 5).
^^Вер| |фи кация"\ модели взаимодействия выполняется?
Возможно устранение замечаний \на данном этапе?^
Соответствие требованиям ТЗ?
Соответствие требованиям ГЗ9
Возможно \ устранение замечаний \на данном этапеЪ^
^^ Валндацмя модели взаимодействия выполняется?
Соответствие требованиям ТЗ?
А„ С ТЗ на систему токосъема ~)
Единая информационная система
А„ Разработка
математической модели токоприемника
Разработка математической модели контактной подвески
Разработка модели взаимодействия системы токосъема
Моделирование динамических показателен системы токосъема
Моделирование ресурсных показателей системы токосъема
Натурные испытания системы токосъема на соответствие требованиям ТЗ
Изготовление опытного образца контактной подвески
Р=
Испытание опытного образца контактной подвески
Изготовление опытного образца токоприемника
Испытание опытного образца токоприемника
Разработка опытных образцов токоприемника п контактной подвески
5 ( Подконтрольная эксплуатация )
Рисунок 4 - Блок-схема предлагаемого подхода к разработке системы токосъема: 1 - блок проектирования токоприемника и контактной подвески; 2 - блок проектирования системы токосъема
(взаимодействие); 3 - блок испытаний системы токосъема
6600
6200
Ь 6000
5800
5600
28,00
28.00
100
0
28,00
2000
1500
1000 1 500
о
28.00
250 км/ч 150 100 50
0
28,00
28.25
28.25
28,25
28.25
28.25
28.50
28.50
28,50
28,50
28,50
29.00
29.00
29.00
29,00
29,00
Рисунок 5 - Показания датчиков при проведении экспер{-ментальной поездки: а - высотное положение токоприемника к, б- контактное нажатие е - моменты искрения /'; г - тяговый ток/; д - скорость электроподвижного состава V; / - расстояние, км
Моделирование целесообразно проводить для одного - двух анкерных участков, расположенных друг за другом, при их взаимодействии с одним или двумя токоприемниками. При моделировании взаимодействия контактной подвески и токоприемников целесообразно использовать значительный опыт по разработке существующих моделей [6 - 8]. К примеру, для анализа взаимодействия контактной подвески и токоприемника используется дифференциальное уравнение, которое позволяет определить влияние конструктивных параметров контактной подвески на качество токосъема:
с12а
/л\ —~ + дж(х) = К(х, /).
(1)
где ¡л - погонная масса проводов; / - длина пролета; д - обобщенная координата системы; г - момент времени; ж(х) - функция жесткости контактной подвески, распределенная вдоль пролета; К(х,() - сила, действующая на контактную сеть со стороны движущегося токоприемника.
В процессе ресурсных испытаний появляется возможность определения срока службы любого элемента системы токосъема при различных условиях эксплуатации.
Моделирование и прогнозирование на основе трибологической модели износа в конечном результате должны подтвердить выполнение требований по техническому заданию - износу контактного провода и токосъемных элементов токоприемника с учетом влияния таких факторов, как величина контактного нажатия, сила тока, скорость перемещения контакта, физические свойства токосъемных материалов и контактного провода (рисунок 6).
3,0
10' мм'км
1 2,0 1,5
*
1,0 0,5
\\
¡=0 А/мм
0,33
0,35
0,45
Ри '
Рисунок б - Износные характеристики контактных элементов токоприемников (г - плотность тока, у - удельный износ, р0 - удельное нажатие)
Трибологическая модель должна описывать износ пары трения «токосъемные элементы -контактный провод». Модель должна учитывать, что трение - это неравновесный процесс, поэтому основой трибологической модели будут неравновесная термодинамика, характеризующаяся производством энтропии, и теория самоорганизации. Основная формула для производства энтропии системы трения с токосъемом [9] имеет вид:
(круу
J'1R
(2)
где
<к
йг Ш2 Т
■ производство энтропии; к - коэффициент трения;р - усилие прижатия; V - скорость
скольжения; Я - коэффициент теплопроводности поверхностных слоев трущегося материала; В - площадь контакта, Т - температура в зоне контакта, - значение электрического тока, К - электрическое сопротивление в зоне контакта.
Благодаря свойствам производства энтропии можно определить влияние неконтролируемых параметров (к, X, В, Т, К) на интенсивность изнашивания с учетом зависимости контролируемых величин (р, V, Л). В источнике [9] показано, что интенсивность изнашивания линейно зависит от производства энтропии, в работе [10] была выведена формула зависимости коэффициента трения от величины электрического тока для эффекта смазывающего действия тока. Формула была подтверждена экспериментально. Дальнейшее развитие этих методов применительно к трению с токосъемом приведено в работе [11].
Валидация модели взаимодействия проводится на основании накопленного отечественного [12] и зарубежного [13] опыта эксплуатации существующих систем токосъема.
Блок испытаний системы токосъема включает в себя изготовление и испытание опытных образцов токоприемника и контактной подвески, проведение их натурных испытаний и верификации разработанной модели. Применение накопленного в ходе испытаний массива данных позволяет произвести расчет стоимости обеспечения энергией электроподвижного состава во время каждой поездки.
При отклонении результатов измерений параметров системы токосъема, полученных в ходе натурных испытаний, от нормативных значений, регламентированных техническим заданием и нормативными документами, проводится регулировка контактной подвески до получения требуемых результатов, затем соответствующие корректировки вносятся в проекты токоприемника и контактной подвески, а также в математическую модель взаимодействия системы токосъема, на основе которой проводилось проектирование.
При выполнении верификации разрабатываемой модели системы токосъема с результатами натурных испытаний переходят к подконтрольной эксплуатации.
Предлагаемый подход к разработке системы токосъема можно представить в виде логической схемы алгоритма:
Ао|35А1П(а,Р)[а]{411АиРи|11}[Р]{412А12Р12Т12},^'(а,Р)|24А21 |23|2!А22Р21 Т^-^АгзРггТ22®?1122 ' •Р2 зТ23©Т211Р24|24|34Аз1П(у,8)[у]{Аз2!31АззРз1Т31}[8]{Аз4|32Аз5Рз2Т32}^(у,5)|4АзбРззТ33®Т3^33' •Рз4Т34оэТ443РЗ5Т358,
где А/, Р/ - функциональные и логические операторы соответственно (см. рисунок 4).
Таким образом, предлагаемый подход к разработке системы токосъема отличается от существующего тем, что:
на каждом этапе проектирования системы токосъема учитываются показатели взаимодействия токоприемника и контактной подвески;
корректировка совокупности элементов системы токосъема происходит одновременно на основе полученных результатов их взаимодействия;
наличие единой информационной системы позволяет вносить изменения в проект на любой стадии, начиная с формирования технического задания и заканчивая подконтрольной эксплуатацией.
Применение предлагаемого подхода позволяет ускорить выявление ошибок и уточнение параметров элементов разрабатываемой системы токосъема, снизить затраты на создание значительного числа макетов и опытных образцов, объединить стадии проектирования и сократить при этом сроки и трудозатраты по сравнению с традиционным подходом.
Предложенная концепция системы токосъема представляет собой совокупность механической, электрической и трибол отческой моделей, позволяющую добиться оптимизации параметров, характеристик и показателей отдельных компонентов по заданным критериям [14]. При этом система демонстрирует максимальную эффективность при расчетных значениях скорости, размеров движения, климатических факторов, что не исключает возможности для ее эксплуатации и за пределами расчетных значений.
——Щ ШЕСТИЯ Транссиба 33
ш
Список литературы
1. Условия и предпосылки получения фактических параметров и характеристик контактных подвесок в ходе проведения линейных испытаний / В. М. Павлов, А. Г. Галкин, А. Н. Смердин [и др.]. - Текст : непосредственный // Транспорт Урала. - 2007. - № 3 (14). -С. 51-53.
2. Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на постоянном токе : сборник науч. тр. ОАО «ВНИИЖТ». - Москва : Интекст, 2010. - 192 с. - Текст : непосредственный.
3. Разработка контактной сети для ВСМ России / В. А. Иванов, Е. В. Кудряшов, А. Г. Галкин [и др.]. - Текст : непосредственный // Инновационный транспорт. - 2011. -№ 1 (1).-С. 16-21.
4. Смердин, А. Н. Совершенствование методики проектирования устройств железнодорожного электроснабжения посредством VR/AR-технологий / А. Н. Смердин, Д. А. Петин. - Текст : непосредственный // Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. -2020.-№4(25).-С. 63-67.
5. Ермачков, Г. Р. Применение нейронных сетей для моделирования взаимодействия контактной подвески и токоприемника /Г. Р. Ермачков, А. Н. Смердин, А. С. Голубков. - Текст : непосредственнъш // Инновационные технологии на транспорте: образование, наука, практика : материалы междунар. науч.-практ. конф. / под ред. К. М. Ибраева/ Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева- Алматы, 2018. - Т. 1. - С. 66-72.
6. Численное моделирование динамики токоприемника при взаимодействии с контактной подвеской / Е. В. Авотин, Н. В. Миронос, И. Н. Титух [и др.]. - Текст : непосредственный // Вестник ВНИИЖТ. - 2008. - № 3. - С. 42-45.
7. Тюрнин, П. Г. Изучение влияния параметров контактной подвески на качество токосъема при различных скоростях движения на основе спектрального анализа изменения контактного нажатия / П. Г. Тюрнин, М. Н. Емельянова. -Текст: непосредственный // Вестник ВНИИЖТ.-2014.-№ 3.-С. 46-49.
8. Коуата Т., Nagao К., Ikeda М. Three-dimensional Simulation of Catenary/Pantograph Dynamic Interaction, QR ofRTRI, 2021, May, vol. 62, no. 2, pp. 104-109.
9. Гершман, И. С. Реализация диссипативной самоорганизации поверхностей трения в трибосистемах / И. С. Гершман, Н. А. Буше. - Текст : непосредственный // Трение и износ. -1995.-Т. 16.-№ 1.-С. 61-70.
10. Gershman I.S., Bushe N. A. Thin films and self-organization during friction under the current collection conditions, Surface & Coating Technology, 2004, no. 186, pp. 405-411.
11. Gershman I.S. Formation of Secondary Structures and the Self-Organization Process of Tribosystems during Friction with the Collection of Electric Current, Self-Organization During Friction. Advanced Surface Engineered Materials and Systems Designed, Taylor & Francis Group. Boca Raton. London New York, 2006. Ch. 8, pp. 197-230.
12. Филиппов, В. M. Совершенствование математической модели изнашивания элементов контактных пар устройств токосъема электрического транспорта при высокоскоростном движении / В. М. Филиппов, О. А. Сидоров, Н. В. Миронос. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2020. - № 2 (42). - С. 2-8.
13. Gonzalez J.A. Chover В. Suarez and М. Vazquez. Dynamic analysis using finite elements to calculate the critical wear section of the contact wire in suburban railway overhead conductor rails. Proc. IMechEPartF: Journal of Rail and Rapid Transit, 2008. vol. 222, pp. 145-157.
14. Михеев, В. П. Контактные сети и линии электропередачи / В. П. Михеев. - Москва : Маршрут, 2003. - 416 с. - Текст : непосредственный.
References
1. Pavlov V.M., Galkin A.G., Smerdin A.N., Chertkov I.E., Finichenko V.N. Conditions and prerequisites of acquisition of factual parameters and characteristics of catenaries in the course of
field test operation. Transport Urala - Transport of the Urals, 2007, no. 3 (14), pp. 51-53 (In Russian).
2. Tokos"em i tiagovoe elektrosnabzhenie pri vysokoskorostnom. dvizhenii na postoiannom toke : sbomik nauchnykh trudov ОАО «VNIIZhT» [Current collection and traction power supply in high-speed direct current traffic: JSC «VNIIZHT» scientific papers collection], Moscow, IntextPubl., 2010, 192 p. (In Russian).
3. Ivanov V.A., Kudryashov E.V., Galkin A.G., Kovalev A. A. Development of a contact network for high-speed railways in Russia. Innovatsionnyi transport - «Innotrans» Journal, 2011, no. 1 (1), pp. 16-21 (In Russian).
4. Smerdin A.N., Petin DA. Improvement of railway power supply devices design methods through VR/AR technologies. Transport Aziatsko-Tikhookeanskogo regiona -Pacific Rim countries transportation system, 2020, no. 4 (25), pp. 63-67 (In Russian).
5. Ermachkov G.R., Smerdin A.N., Golubkov A.S. [Application of neural networks for modeling the interaction of a contact suspension and a pantograph], Innovacionnye tekhnologii na transporte: obrazovanie, пайка, praktika : materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Innovative technologies in transport: education, science, practice: materials of the XLII International Scientific and Practical Conference], Almaty, 2018, vol. 1, pp. 66-72 (In Russian).
6 Avotin E.V., Mironos N.V., Tituh I.N., Tyurnin P.G. Numerical modelling current collector dynamics when interaction with overhead catenary. Vestnik Nauchno-issledovatel'skogo instituta zheleznodorozhnogo transporta Russian Railway Science Journal, 2008, no. 3, pp. 42-45 (In Russian).
7. Tyurnin P.G., Yemel'yanova M.N. Contact pressure spectrum analysis based study of the overhead catenary parameters effect on the current collection quality at various train running speed values. Vestnik Nauchno-issledovatel'skogo instituta zheleznodorozhnogo transporta — Russian Railway Science Journal, 2014, no. 3, pp. 46-49 (In Russian).
8. Koyama Т., Nagao K., Ikeda M. Three-dimensional Simulation of Catenary/Pantograph Dynamic Interaction, OR ofRTRI, 2021, May, vol. 62, no. 2, pp. 104-109.
9. Gershman I.S., Boucher N.A. Realization of dissipative self-organization of friction surfaces in tribosystems. Trenie i iznos - Friction and wear, 1995, vol. 16, no. 1, pp. 61-70 (In Russian).
10. Gershman I.S., Bushe N.A. Thin films and self-organization during friction under the current collection conditions, Surface & Coating Technology, 2004, no. 186, pp. 405-411.
11. Gershman I.S. Formation of Secondary Structures and the Self-Organization Process of Tribosystems during Friction with the Collection of Electric Current, Self Organization During Friction. Advanced Surface Engineered Materials and Systems Designed, Taylor & Francis Group. Boca Raton. London New York, 2006. Ch. 8, pp. 197-230.
12. Philippov V.M., Sidorov O.A., Myronos N. V. Improving the mathematical model of the wear of the elements of contact pairs of electric current collection devices at high-speed movement. bvestiia Transsiha-Journal ofTranssib Railway Studies, 2020, no. 2 (42), pp. 2-8 (In Russian).
13. Gonzalez J.A. Chover B. Suarez and M. Vazquez. Dynamic analysis using finite elements to calculate the critical wear section of the contact wire in suburban railway overhead conductor rails. Proc. IMechEPartF: Journal of Rail and Rapid Transit, 2008, vol. 222, pp. 145-157.
14. Mikheev V.P. Kontaktnye seti i linii elek.tr op ere dachi [Contact networks and power transmission lines]. Moscow, Route Publ., 2003, 416 p. (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Лукьянова Олеся Андреевна
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта», ОмГУПС.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Lukyanova Olesya Andreevna
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, associate professor of the department «Electric Power Supply of Railways», OSTU.
Тел.:+7 (3812) 31-34-46.
E-mail: [email protected]
Гершм-ан Иосиф Сергеевич
Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ).
3-я Мытищинская ул., д. 10, г. Москва, 129626, Российская Федерация.
Доктор технических наук, отдел «Контактная сеть и токосъем», центр «Электрификация и теплоэнергетика», ВНИИЖТ.
Тел.:+ 7 (499) 260-41-11.
E-mail: [email protected]
Миронос Николай Васильевич
Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ;.
3-я Мытищинская ул., д. 10, г. Москва, 129626, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, отдел «Контактная сеть и токосъем», центр «Электрификация и теплоэнергетика», ВНИИЖТ.
Тел.:+ 7 (499) 260-41-11.
E-mail: [email protected]
Царьков Антон Александрович
Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ;.
3-я Мытищинская ул., д. 10, г. Москва, 129626, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, отдел «Контактная сеть и токосъем», центр «Электрификация и теплоэнергетика», ВНИИЖТ.
Тел.:+ 7 (499) 260-41-11.
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Концепция разработки системы токосъема для высокоскоростных магистралей / О. А. Лукьянова, И. С. Гершман, Н. В. Миронос, А. А. Царьков. -Текст : непосредственный // Известия Транссиба. -2024. - № 2 (58). - С. 24 - 36.
Ten.:+7 (3812) 31-34-46.
E-mail: [email protected]
Gershnian Iosif Sergeevich
Joint Stock Company Railway Research Institute (JSC «VNIIZHT»).
10, 3rd Mytishchinskaya st, Moscow, 129626, the Russian Federation.
Doctor of Sciences in Engineering, department «Contact network and current collection», center «Electrification and heat power engineering», VNIIZHT
Phone: +7 (499) 260-41 -11.
E-mail: [email protected]
Mironos Nikolay Vasilievich
Joint Stock Company Railway Research Institute (JSC «VNIIZHT»).
10, 3rd Mytishchinskaya St., Moscow, 129626, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, department «Contact network and current collection», center «Electrification and heat power engineering», VNIIZHT.
Phone: +7 (499) 260-41-11.
E-mail: [email protected]
Tsarkov Anton Alexandrovich
Joint Stock Company Railway Research Institute (JSC «VNIIZHT»).
10, 3rd Mytishchinskaya St., Moscow, 129626, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, department «Contact network and current collection», center «Electrification and heat power engineering», VNIIZHT.
Phone: +7 (499) 260-41-11.
E-mail: [email protected]
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Lukyanova O.A., Gershman I.S., Mironos N.V., Tsarkov A.A. Concept of current collection system development for high speed lines. Journal of Transsib Railway Studies, 2024, no. 2 (58), pp. 24-36 (In Russian).
УДК 621.336.3
О. А. Сидоров, А. Н. Тарасов
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ТОКОПРИЕМНИК ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ
Аннотшщя. Совершенствование токоприемников электроподвижного состава является актуальной задачей в современных условиях, характеризующихся ростом транспортной нагрузки, развитием технологий и ужесточением экологических требований. Современные токоприемники должны обеспечивать стабильный контакт с контактной подвесков чтобы минимизировать износ контактных элементов и контактного провода, уменьшить вероятность дугообразования, пережогов и отжигов контактных проводов, снижая тем самым количество отказов и сбоев в работе системы тягового электроснабжения. Особенно актуальны вопросы обеспечения надежной работы системы электроснабжения при запуске в эксплуатацию новой
36 ИЗВЕСТИЯ ТранссиШ
=
