CC BY
110
УДК 621.332.(076.5)
ОЦЕНКА РАЗРЕГУЛИРОВОК ФИКСАТОРНЫХ УЗЛОВ КОНТАКТНОЙ ПОДВЕСКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Ковалев А. А., к.т.н., доцент, кафедра «Электроснабжение транспорта», Уральский государственный университет путей сообщения
(УрГУПС), тел.: +7(343) 221-25-27, e-mail: kovalev@k66.ru
Несмелов Ф.С., научный сотрудник НИЛ «САПР КС», Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС),
тел.: +7 (343) 221-25-27, e-mail: saprks@mail.ru
Система токосъема является очень важным звеном в работе электрифицированного железнодорожного транспорта. Для повышения ее надежности большое внимание уделяется поддерживающим конструкциям, в частности фиксаторам контактного провода, положение которых влияет на износ контактных проводов и качество токосъема. Разрегулировка фиксаторныхузлов проявляется в переходных пролетах контактной подвески на сопряжениях анкерных участков, а так же в местах различных по величине длин смежных пролетах. Это происходит по причине изменение температуры окружающей среды, наклона опорных конструкций, смещения положения консоли от проектного значения и др. В статье авторами проводится оценка сил и вибраций, действующих в фиксаторном узле, предлагается способ, уменьшающий вероятность возникновения жесткой точки.
Ключевые слова: фиксатор, контактный провод, разрегулировка, зигзаг.
EVALUATION OF THE MISCALIBRATION NODE OF THE CATENARY RAILWAYS
Kovalev A., Ph.D., associate professor, Transport Electrification chair, Urals State University of Railway Transport (USURT), tel.: +7 (343) 22125-27, e-mail: kovalev@k66.ru Nesmelov F., scientific researcher of the NIL «SAPR KS», tel.: +7 (343) 221-25-27, e-mail: Fnesmelov@mail.ru
Current collection system is an important link in the electrified rail. To increase the reliability of its great attention supporting structures, in particular the contact wire retainers whose position affects the wear of wires and contact quality of current collection. Misalignment detent assemblies shown in the transition spans of overhead catenary on the dual anchor sites, as well as in areas of different size lengths of adjacent spans. This is due to ambient temperature changes, the tilt support structures cantilevered from the offset position of the design value, and others. The article assesses the forces and vibrations acting in misalignment node, a method that reduces the likelihood of a fixed point.
Keywords: lock, contact wire, misalignment, zigzag.
На дополнительный стержень фиксатора контактного провода действуют, как вертикальные, так и горизонтальные силы. Если дополнительный стержень фиксатора «жестко» закреплен в месте его крепления к стойке, то он начинает работать на излом. Повреждения металлических конструкций (фиксаторов) подразделены на четыре основные группы:
- разрывы из-за механических перегрузок, вызванных ошибками проектирования и монтажа;
- деформации от наездов, ударов токоприемников;
- хрупкие разрушения при низких температурах;
- разрушения из-за коррозии.
Составим расчетную схему перемещения стандартного фиксаторного узла (рис.1).
Рис. 1. Расчетная схема перемещения стандартного фиксаторного узла (вид сверху).
Под действием окружающей среды контактный провод (КП) меняет свою длину и сдвигается вдоль оси железнодорожного пути. Такое перемещение ни чем не ограничено и может достигнуть критического смещения (рис. 2).
Необходимо отметить, что фиксатор располагают с наклоном от опоры к контактному проводу для того, чтобы он не препятствовал проходу токоприемника при подъеме им провода. Он должен допускать продольное перемещение контактного провода при изменении температуры. Форма фиксатора должна обеспечивать проход полоза токоприемника при отжатии контактного провода у опор на 300 мм [1].
Рис. 2 . Схема перемещения контактного провода при температурных изменениях
В некоторых случаях для уменьшения отклонения контактного провода под действием ветра в середине пролета устанавливают фиксирующие опоры, на которых крепят только фиксаторы. При этом учитывают, что эластичность подвески в средней части пролета обычно выше, и принимают расчетное отжатие равным 500 мм.
Более точно эти значения могут быть получены в результате динамического расчета, причем исходят из наиболее неблагоприятного начального положения контактного провода по высоте, что будет иметь место при низшей расчетной температуре. Устройство фиксатора должно допускать регулирование зигзага контактного провода. В зависимости от конструкции фиксаторы бывают жесткие, сочлененные и гибкие. По направлению воспринимаемого усилия от перелома линии расположения контактного провода в плане жесткие фиксаторы отказываются растянутыми и сжатыми.
При зигзаге провода в сторону от опоры на прямом участке пути (рис. 3, а) или при расположении опоры с внутренней стороны кривой (рис.3, б), фиксатор сжимается с силой Р (вдоль фиксатора). С такой силой Р направленной в противоположную сторону, фиксатор действует на контактный провод. Эта сила может быть представлена суммой двух составляющих: горизонтальной Р и вертикальной Р . Первая удерживает контактный провод в нужном положении в плане, а вторая вызывает нажатие на контактный провод (вниз). Сила Р препятствует подъему контактного провода под действием нажатия токоприемника, т.е. уменьшает эластичность подвески, создавая в этом месте так называемую жесткую точку.
Рис. 3 . Силы, действующие на фиксатор контактного провода при расположении опоры на прямом (а) и на кривом (б) участке пути
В местах крепления жестких фиксаторов, работающих на сжатие, значительно ухудшаются условия токосъема и повышаются местные износы провода. У растянутого фиксатора вертикальная сила Р направлена вверх, и износ контактного провода в этом месте будет несколько меньше. Жесткие фиксаторы даже и растянутые, вследствие передающего на провод части силы тяжести фиксатора и изолятора создают значительные сосредоточенные нагрузки, что неблагоприятно отражаются на токосъеме.
Поэтому жесткие фиксаторы используют на путях с небольшими скоростями движения. На главных и приемоотправочных путях, где скорость движения превышает 50 км/ч, на консолях и жестких поперечинах устанавливают сочлененные фиксаторы, которые состоят из двух стержней. К контактному проводу крепят легкий дополнительный фиксатор, который шарнирно закреплен с помощью специальной стойки на основном стержне. Один конец основного фиксатора через изолятор соединяют с опорной или поддерживающей конструкцией, а второй конец с помощью двух струн подвешивают к несущему тросу в точках, удаленных от консоли в ту и другую сторону на 1500 - 2000 мм.
Для улучшения качества токосъема дополнительный фиксатор необходимо устанавливать так, чтобы он был растянут усилием от изменения направления контактного провода [1]. Основной же стержень фиксатора будет растянут или сжат в зависимости от изменения направления контактного провода. Для выполнения этого условия приходится применять прямые и обратные фиксаторы. Прямые фиксаторы устанавливают при растянутом основном стержне, а обратные при сжатом. В данном случае основные стержни выполнены из уголковой стали, а дополнительные - из штампованной профильной полосы.
При нагревании проводов контактной подвески они смещаются по вертикали. При некоторой средней температуре контактный провод занимает горизонтальное (беспровесное) положение.
Выполняя инженерные расчеты на прочность неизбежен этап создания моделей прочностной надежности элементов конструкций. С помощью таких моделей, возможно, выбрать материал и необходимые размеры конструкций и оценить ее сопротивление внешним воздействиям [2].
Моделью называется система представлений, зависимостей, условий и ограничений, описывающих исследуемый и рассчитываемый процесс или явление. Она представляет собой отображение объективной реальности и может иметь разную природу, структуру и форму представления.
В практике расчетов используют как аналитические, так и численные методы. Первые базируются на математических методах решения краевых задач, обычно сложных и трудоемких, и зачастую ограничены достаточно простыми геометрическими формами тел и схем нагружения. Численные методы, к которым относятся, в частности, методы: конечных разностей, граничных интегральных уравнений, граничных элементов, конечных элементов и другие, напротив не ограничены ни формой тел, ни способом приложения нагрузки [3].
Учитывая, что причины обрыва контактных проводов часто связаны с работой фиксаторного узла, то для предотвращения их, необходимо смоделировать процесс взаимодействия фиксатора с контактным проводом.
Для этого, работниками НИЛ «Системы автоматизированного проектирования контактной сети» УрГУПС был проведен эксперимент. На фиксаторе, располагающимся в пролете контактной подвески М120+2МФ100 установили прибор «виброметр», анализатор спектра SVAN-946 и проводили замеры вибраций в фиксаторном узле при имитации прохода электроподвижного состава (рис. 4).
Имитация нажатия токоприемника на контактный провод осуществлялась ручным нажатием на контактный провод. Сила нажатия измерялась с помощью электронного динамометра. Измерительный датчик динамометра устанавливается между контактным проводом и устройством имитирующее нажатие токоприемника.
Измерения производились при имитации нажатия токоприемника с усилием 200Н в трех плоскостях: Ох; Оу и Oz.
Рис. 4. Схема установки SVAN-946 и измерительного динамометра
1 - прибор для измерения «Виброметр, анализатор спектра 8УЛМ-946»; 2 - провод с датчиком для измерения; 3 - человек имитирующий нажатие на контактный провод; 4 - имитатор токоприемника; 5 - съемная изолированная вышка; 6 - опора контактной сети; 7 - фиксатор с фиксаторным изолятором; 8 - контактная сеть; 9 - рельсовый путь.
Далее 8УЛЫ-946 был подключен к персональному компьютеру (ПК). На ПК с применением программного комплекса 8уапРС++ произведена обработка результатов.
Результаты измерений представлены в виде графических изображений, по которым можно определить амплитуду колебаний, время затухания колебаний, максимальные и минимальные значения и др. (рис. 5).
По результатам полученных данных сделаны выводы о том, что максимальная амплитуда колебаний возникающая в контактном проводе в результате движения ЭПС наиболее максимальна до точки фиксации контактного провода к дополнительному стержню фиксатора. В точки фиксации контактного провода максимальная амплитуда колебаний меньше.
После точки фиксации контактного провода к дополнительному стержню фиксатора амплитуда колебаний затухает и имеет минимальные значения.
В случаи, когда дополнительный стержень фиксатора «поджат» в точке крепления к стойке дополнительного стержня фиксатора амплитуда колебаний в точке фиксации контактного провода и дополнительного стержня минимальна, а до точки фиксации - принимает свои максимальные значения. В результате чего происходит удар токоприемника о контактный провод в момент прохождения точки фиксации с «поджатым» фиксатором.
Любой отказ связанные с выводом из работы фиксатора приводит к нарушению работы технических средств и длительным перерывам в движении ЭПС.
Для решения этой проблемы был разработан новый вид стойки дополнительного стержня фиксатора. Каждое ушко стойки выполнено в форме эллипса с вырезом, большой диаметр которого равен двум диаметрам ушка стойки дополнительного стержня, выполненного в форме кольца с вырезом, вырез эллипса в рабочем состояние ушка стойки дополнительного стержня расположен ближе к стойке.
В результате такого перемещения увеличена подвижность контактного провода контактной подвески, и уменьшается местный износ контактного провода, улучшается токосъем.
Кроме того предлагаемая конструкция узла крепления дополнительного стержня к стойке дополнительного стержня позволяет соблюдать допустимый зигзаг контактного провода относительно оси железнодорожного пути и высоту расположения контактного провода над уровнем головки рельса.
На предложенный вариант крепления дополнительного стержня фиксатора получен патент на полезную модель [4], а так же проведены успешные натурные испытания на полигоне Пермской дистанции электроснабжения, которые доказали положительное влияние
Рис. 5. Вибрационные процессы в фиксаторном узле при силе нажатия 200 Н вертикальные колебания в фиксаторном узле; горизонтальные колебания в фиксаторном узле; колебания вдоль контактного провода.
нового узла фиксации.
Для описания процесса разрегулировки нового фиксаторного узла математически используем уже известную модель марковского процесса с дискретными пространством состояний и временем. Все пространство состояний зигзага от 0 до 600 мм разбито на кванты шириной 100 мм. Число состояний пролета подвески в этом случае составит 62=36. Для описания процесса достаточно найти переходные вероятности [5]. Оценки переходных вероятностей по методу максимального правдоподобия рассчитываются по формуле:
п (т)
Ч, (т)= п (т)/[п, (т-1)],
- число реализаций зигзагов, наблюдаемых в состоянии I в момент и в состоянии, в момент
(1)
П (т - 1)
^ ' число реализаций зигзагов, наблюдаемых в состоянии I в момент
Для стационарных переходных вероятностей
л к 1к-1 Ч- = 1 п (т)/1п(т)
т=1 / т=0 (2)
где к - число отсчетов.
Исходя из предположений стационарности процесса, по формуле (2) необходимо рассчитать оценки переходных вероятностей. Стационарность процесса необходимо проверять расчетом оценки критерия хи-квадрат
X2 = х\т(т-1)
, т
л л
Ч,(т Ь Ч,
(3)
X
Если верна гипотеза, что процесс стационарный, то сумма, стоящая справа в (5.20), имеет распределение ^ с г степенями свободы. Число степеней свободы может быть найдено по формуле
где т - число уровней квантования; г - число отсчетов.
г с = т
X
(т - 1)(г -1)
Для рассматриваемого случая получено значение ™ =425 при г =210. Вероятность того, что опытные данные не противоречат гипотезе стационарности процесса, составляет 0,73. На основании этого можно сделать вывод, что гипотеза о стационарности переходных вероятностей зигзага правдоподобна.
Порядок марковской цепи оценивают по формуле
л л
X
2
п,
Ч, - Ч
1
к-1
П =Хп (с}
т=1
2
138 ТКЛЫБРОЯТ БШШБББ Ш КШБТЛ | №2 2015 |
где
А
Ъ,
оценка переходной вероятности для стационарной марковской цепи второго порядка;
А
= Ъщ,(О/(т),
Пш ( )- число реализаций зигзага, наблюдаемых в состоянии г в момент времени и2, в состоянии] в момент времени и в состоянии ч в момент времени t.
2
X
Если стационарная цепь Маркова имеет первый порядок, то сумма из (4) имеет асимптотически л -распределение с числом степеней
г = т (т — 1) х2
свободы т \ / . Для рассмотренного случая г =150, ™ =221. Вероятность того, что опытные данные не противоречат
гипотезе о первом порядке марковской цепи, составляет 0,64. Можно считать, что гипотеза о первом порядке марковской цепи правдоподобна.
Математическое ожидание величины зигзагов будет равно
|[г (( )]=1пР1 ( )
г=1
(5)
где г. - средняя величина зигзага для ¿-того кванта; (( )
4 - вероятность нахождения зигзага в г-том кванте в момент времени t.
Автокорреляционная функция в нестационарном режиме имеет вид:
т т . ч . ч т т
Яг t +т )= Цг1г]Р1 () ( )— Iгг IРш (( )• IгР1 (t)
г=1 ш=1 г=1 ш=1 г=1
для стационарного процесса:
, т т , , т
Яг (т ) = II гг гш Р1 (т )— I г. IРш qJÍ (т )■ I гг Р
1=1 1=1 г=1 1=1 г=1
(6)
(7)
При t = 0 матрица дг. вырождается и в ней остаются только диагональные элементы, величина каждого из которых равна единице. Автокорреляционная функция при t = 0 будет равна
2
Яг (0 )= !г1 Рг — |,Рг)
.=1 г=1 (8) Для получения нормированной автокорреляционной функции полученные выражения необходимо разделить на квадрат среднего
квадратического отклонения или дисперсию. Выражение (8) как раз и является дисперсией. Коэффициент вариации зигзага может быть получен из отношения
V
(0 )=! г1Р1, г=1
I гг Рг — I ггРг
г=1
\2
г=1
Спектральная плотность найдена по известным соотношениям:
Ог(/)= 41Яг(т)соз(2п/т)Ат, 0 </ <
т=0
; Ат
продолжительность шага процесса по времени.
~ Яг (0 .
т ■=25 Ат-
Время корреляции процесса будет равно г
Финальные вероятности найдены из решения известной системы уравнений
(9)
IРг ■ Ч = Рш,для ше 1...т;
г=1
I Рш = 1.
г=1
(10)
Время корреляции процесса составляет около 50 месяцев, что больше на 20 месяцев по сравнению с существующими видами фиксаторов, что еще раз подтверждает тот факт, что применение предлагаемого фиксаторного узла повышает качество токосъема.
т= 2
оо
Литература:
1. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог. - Москва 2002 г.— 184с.
2. Ковалев А.А. Несмелов Ф.С. Применение современных методов моделирования для повышения надежности устройств контактной сети железнодорожного транспорта / Инновационный транспорт. — 2012. — № 1(2). — С. 49-52
3. Смердин А.Н., Голубков А.С., Жданов В.А Совершенствование методики исследования волновых процессов в контактной подвеске на основе конечно-элементной модели // Известия Трансиба. 2011. №1. С.30-37
4. Ковалев А.А., Несмелов Ф.С Узел крепления дополнительного стержня фиксатора контактного провода контактной подвески // Пат на ПМ 125524, Рос. Федерация:2012121074 — 28.05.2012.
5. Галкин, А.Г. Теория и методы расчетов процессов проектирования и технического обслуживания контактной сети. дис. докт. тех. наук: 05.22.07: защищена 22.11.2002: утв. 15.10.2003 /Галкин Александр Геннадьевич. — Екатеринбург, 2002. —300с. — Библиогр.:с 287-298.
УДК 656.2.072.052.438(571.6)
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ПАССАЖИРСКИХ ПЕРЕВОЗОК
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ В ДАЛЬНЕМ И МЕСТНОМ СООБЩЕНИИ В ДАЛЬНЕВОСТОЧНОМ РЕГИОНЕ И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПАССАЖИРСКОГО КОМПЛЕКСА
Китанина К.В., преподаватель кафедры «Организация перевозок и безопасность на транспорте», Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск, Россия, e-mail: kitanina_ksenya@mail.ru Каликина Т.Н., заведующий кафедрой «Организация перевозок и безопасность на транспорте», к.т.н., доцент, Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск, Россия, e-mail: kalikina@mail.ru
В статье проведен анализ состояния перевозок пассажиров в Дальневосточном федеральном округе. Определено целевое состояние железнодорожного транспорта в оказании услуг перевозок пассажиров в дальнем и местном сообщении в Дальневосточном регионе. Исследована динамика пассажирооборота в течении 2013 и 2014 г.г. и предложены способы сглаживания неравномерности. Произведена оценка степени влияния конкурентных видов транспорта на основных направлениях следования пассажиров. Проведены исследования по использованию программы скидок разрабатываемых Открытым акционерным обществом «Федеральная пассажирская компания» в Дальневосточном регионе. Выполнен анализ факторов, влияющих на эффективность организации перевозок пассажиров дальнем и местном сообщении в Дальневосточном Федеральном Округе и внесены предложения по повышению эффективности работы пассажирского железнодорожного комплекса, учитывая специфику региона.
Ключевые слова: перевозка пассажиров, дальнее сообщение, местное сообщение конкурентоспособность, пассажирооборот.
THE CURRENT ORGANIZATION OF PASSENGER RAILWAY TRAFFIC (LONG-AND SHORT-DISTANCE) IN THE FAR EASTERN REGION AND METHODS OF IMPROVING THE EFFICIENCY OF THE PASSENGER TRANSPORTATION SYSTEM
Kitanina K., lecturer of the Organization of transportation and transportation security chair, Far Eastern State Transport University, Khabarovsk,
Russia, e-mail: kitanina_ksenya@mail.ru Kalikina T., head of the Organization of transportation and transportation security chair, Far Eastern State Transport University, Khabarovsk,
Russia, e-mail: kalikina@mail.ru
The article analyzes the state of the passenger transportation in the Far Eastern Federal District. The target condition of the short- and longdistance passenger railway transport in the Far Eastern Region is defined. The passenger traffic patterns in 2013 and 2014 are studied and methods of smoothing traffic irregularities are suggested. The degree of influence of competing types of transportation on the main passenger routes is assessed. Research is conducted into the use of the discount program developed by the Federal Passenger Company OJSC in the Far Eastern Region. The factors affecting the organizational efficiency of long- and short-distance passenger traffic in the Far Eastern Federal District are analyzed and proposals are made for improving the passenger transportation railway system efficiency with consideration of the regional specifics.
Keywords: passenger transportation, long-distance traffic, short-distance traffic, competitiveness, passenger turnover.
Дальневосточный федеральный округ (ДВФО) - один из самых больших регионов страны, омывается водами Тихого и Северного Ледовитого океанов, из всех округов имеет самую большую береговую линию и соседствует с США, Японией, Китаем и КНДР. ДВФО обладает рядом преимуществ: близость к странам АТР, имеющим емкие рынки сбыта; наличие уникальных природных комплексов и уникального биоразнообразия; значительный потенциал обслуживания транзитных грузовых и туристских потоков. Опережающее развитие стран Азиатско-Тихоокеанского региона в сравнении с общемировыми показателями определяют место Дальнего Востока в политическом, экономическом и социальном развитии России. Поэтому в современных условиях развитие Дальнего Востока принимает все большее значение. Площадь округа 6 169,3 тыс. км2, или 36,08% территории России, при численности населения 6 226,6 тыс. чел., или 4,25 % населения России. Плотность населения составляет 1,0 чел/км2, но размещение населения по территории округа крайне неравномерно. Наиболее высокая плотность населения в При-
морском и Хабаровском краях. Крупнейшими городами являются Владивосток населением 603,244 тыс. чел. и Хабаровск 607,343 тыс. чел. [1].
Размещение населения и особенности инфраструктуры на территории ДВФО определяют транспорт, как одну из наиболее значимых отраслей экономики. Его развитие и стабильная работа являются одним из важнейших факторов, обеспечивающих создание социально ориентированной, высокоэффективной рыночной экономики. Транспорту Дальнего Востока присущи специфические особенности и трудности. Плотность автомобильных и железных дорог одна из самых низких по России, при чем сосредоточены они в южных районах округа. Авиационное сообщение недостаточно развито, что затрудняет доступ к малонаселенным субъектам округа.
Существенное значение в перевозках пассажиров принадлежит железнодорожному транспорту. Исследования показали, что более 80% отправленных пассажиров приходится на железнодорожный транспорт, но объемы отправлений пассажиров железнодорожным
