CC BY
35
УДК 629.423.33
А. Н. Смердин, А. С. Голубков, М. А. Капралова
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПОДСИСТЕМЫ ТОКОПРИЕМНИКА
В статье приводятся спектры обтекания воздушным потоком аэродинамического устройства токоприемника «АИСТ», полученные путем расчета, с использованием которых определены аэродинамические характеристики данного устройства. Приведены экспериментальные аэродинамические характеристики токоприемника «АИСТ» тяжелого и легкого типа, оснащенного аэродинамическим устройством.
В ходе выполнения проекта «Разработка и организация высокотехнологичного производства нового магистрального токоприемника для применения на линиях с модернизированной инфраструктурой системы токосъема» были разработаны два исполнения токоприемника «АИСТ» для магистрального электроподвижного состава: тяжелого и легкого типа. Токоприемник тяжелого типа применяется в сетях постоянного тока, а легкого типа - в сетях переменного тока. Данные типы токоприемников имеют разные аэродинамические характеристики [1].
В результате воздействия воздушного потока на токоприемник возникают дополнительная аэродинамическая составляющая контактного нажатия РВТ и лобовое сопротивление токоприемника РВТХ, это ухудшает качество токосъема и увеличивает сопротивление движению поезда [2]. Оптимальная характеристика аэродинамической подъемной силы должна быть такой, чтобы эта сила могла эффективно влиять на сокращение длительности отрывов полозов от контактного провода и не вызывать увеличения изнашивания элементов скользящего контакта и появления таких отжатий контактного провода, при которых возможны аварийные ситуации.
Сумма вертикальной составляющей аэродинамической силы на поднятый рабочий (задний по ходу) токоприемник и активного нажатия не должна превышать 198 Н для тяжелого токоприемника и 144 Н для легкого при условии, что электроподвижной состав (ЭПС) движется с наибольшей скоростью (160 км/ч), при встречном ветре не более 10 м/с (36 км/ч) [3, 4].
Конструкция токоприемника «АИСТ» без дополнительных аэродинамических устройств имеет аэродинамическую подъемную силу выше установленной в техническом задании при движении токоприемника «коленом» назад [1]. В связи с этим для обеспечения заданной аэродинамической подъемной силы при максимальной скорости необходимо использовать дополнительные аэродинамические устройства.
Прототипом предлагаемого аэродинамического устройства послужил экран, выполненный в виде наклонной металлической прямоугольной пластины [4].
Недостатком данной конструкции является низкая аэродинамическая эффективность. Для создания большей аэродинамической подъемной силы требуется увеличение размеров устройства, что приводит к повышению приведенной массы верхнего узла токоприемника, сопротивления движению, нагрузок на систему подвижных рам.
В проекте разработано аэродинамическое устройство, компенсирующее аэродинамическую подъемную силу токоприемника (рисунок 1). Поскольку наибольшая доля аэродинамической подъемной силы приходится на полоз, целесообразно использовать аэродинамические устройства в верхнем узле токоприемника [2]. Чтобы снизить влияние завихрений, создаваемых элементами токоприемника, аэродинамическое устройство располагают на рогах соединительного вала, где оно будет обтекаться «свободным» потоком.
На рисунке 1 изображен асимметричный скоростной токоприемник 1, на рогах 2 соединительного вала 3 закреплены между стойками 4 боковыми стенками 5 аэродинамические устройства 6, а соединенный вал 3 связан синхронизирующей тягой 7 с верхней частью ниж-
40 ИЗВЕСТИЯ Транссиба _№ 4(16) 2013
= _
него рычага 8. Вертикальное положение рогов, а значит, и аэродинамических устройств, остается неизменным за счет синхронизирующей тяги, при этом механическая нагрузка на каретки остается постоянной.
Л у
Рисунок 1 - Модель скоростного токоприемника «АИСТ» с аэродинамическими устройствами
Выбор профиля аэродинамического устройства основан на аэродинамических исследованиях различных профилей крыльев Центрального аэрогидродинамического института им. Н. Е. Жуковского [5]. Благодаря заданию толщины профиля создаваемая подъемная сила будет выше, чем при использовании обычного экрана, применяемого в настоящее время как аэродинамическое устройство.
Профиль характеризуется площадью миделя Я = 0,00031 м2, размахом / = 120 мм, сужением ц= 1, хордой Ъ = 76,5 мм и толщиной профиля с = 6 мм (рисунок 2). Задание аэродинамическому устройству установочного угла (р позволяет использовать это устройство в обоих направлениях движения.
С ростом скорости движения и увеличением инерционных сил при движении «коленом» вперед контактное нажатие в моменты появления отрицательных динамических составляющих может оказаться равным нулю, т. е. контакт между полозом токоприемника и проводом нарушается. Для предупреждения таких явлений целесообразно увеличение аэродинамической подъемной силы токоприемника.
Рисунок 2 - Профиль аэродинамического устройства
№ 4(16) 2013
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
При движении «коленом» вперед необходимо выбирать угол установки аэродинамического устройства таким образом, чтобы создаваемая аэродинамическая подъемная сила была положительной (рисунок 3). При движении «коленом» назад из-за значительной аэродинамической подъемной силы, создаваемой токоприемником, ее необходимо компенсировать (рисунок 4).
Движение «коленом» вперед
а б
Рисунок 3 - Спектр обтекания аэродинамического устройства при движении «коленом» вперед
Движение «коленом» назад
а б
Рисунок 4 - Спектр обтекания аэродинамического устройства при движении «коленом» назад
Так как аэродинамическое устройство имеет профиль крыла, то удобнее использовать понятие угла атаки а как угла между хордой крыла и направлением скорости набегающего воздушного потока. Угол атаки крыла можно получить, зная угол атаки токоприемника а' (угол между продольной осью ОХ и направлением скорости набегающего воздушного потока [7]). Угол атаки а' = 1° (последний по ходу движения токоприемник) и а' = 3° (первый по ходу движения токоприемник).
Таким образом, формула для опрделения угла атаки аэродинамического устройства при движении «коленом» вперед токоприемника имеет вид:
а = ф + а\ (1)
при движении «коленом» назад
а = ф-а'.
(2)
Аэродинамические характеристики данного устройства в зависимости от различных углов установки и скорости набегающего воздушного потока при движении токоприемника «коленом» вперед представлены на рисунке 5, а при движении «коленом» назад - на рисунке 6.
Исходя из рисунков 5 и 6 можно заключить, что аэродинамическое качество крыла будет
42 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(16) 2013
1 1
наилучшим при угле установки устройства в 10°, что позволит регулировать аэродинамическую подъемную силу в независимости от направления движения.
Рисунок 5 - Характеристики подъемной силы аэродинамического устройства при движении токоприемника «коленом» вперед
Рисунок 6 - Характеристики подъемной силы аэродинамического устройства при движении токоприемника «коленом» назад
На линии Москва - С.-Петербург Октябрьской железной дороги были проведены испытания токоприемника «АИСТ» с установленными на нем рассматриваемыми в данной статье аэродинамическими устройствами. При испытаниях были получены аэродинамические характеристики и контактное нажатие токоприемника (Ркт) обоих типов при движении «коленом» назад и вперед.
Рассмотрим аэродинамические характеристики подъемной силы при различном высотном положении (И) токоприемника легкого типа при движении «коленом» назад (рисунок 7, а) и тяжелого типа (рисунок 7, б).
Значение максимальной аэродинамической составляющей силы на поднятый токоприемник по результатам испытаний для токоприемника легкого типа составляет 57,4 Н на высоте 800 мм и при скорости набегающего воздушного потока 176 км/ч, а для токоприемника тяжелого типа при той же высоте - 54,5 Н.
№ 4(16) 2013
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
Суммы вертикальной составляющей аэродинамической силы и активного контактного нажатия (Ра) токоприемника приведены в таблице.
а
P
60 Н
I 40
30 20
10
ВТ
h = 800 м
í ^^
\ 600 400
16U км/ч i "6
100 110 120 130 140 1?0
Vb --
б
Рисунок 7 - Аэродинамические характеристики подъемной силы токоприемника легкого (а) и тяжелого (б) типа
при движении «коленом» назад
Экспериментальное значение контактного нажатия токоприемника «АИСТ»
Высотное положение h, мм Токоп] зиемник
легкого типа тяжелого типа
400 600 800 400 600 800
Рвт, Н 42,6 51,3 54,4 40,3 54,9 54,5
Ра, Н 87,4 85,1 83,7 106,5 104,4 103,0
Ркт, Н 130,0 136,4 138,1 146,8 159,3 157,5
Из данных таблицы видно, что сумма вертикальной составляющей аэродинамической силы на поднятый рабочий (задний по ходу) токоприемник и активного нажатия не превышает значе-
44 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(16) 2013
Ш
ния 140 Н для токоприемника легкого типа (190 Н для токоприемника тяжелого типа) при условии, что ЭПС движется с наибольшей скоростью и при встречном ветре не более 10 м/с.
Исходя из сказанного можно сделать вывод о том, что применение разработанного аэродинамического устройства позволяет поддерживать аэродинамическую силу в пределах технического задания проекта.
Использование предлагаемого устройства позволит повысить надежность и качество токосъема при высоких скоростях движения путем стабилизации контактного нажатия и, как следствие, обеспечить снижение износа контактных элементов токоприемника и контактных проводов за счет оптимизации аэродинамической подъемной силы путем изменения профиля аэродинамического устройства и выбора оптимального угла его установки.
Список литературы
1. Капралова, М. А. Оценка аэродинамических свойств токоприемника при его проектировании [Текст] / М. А. Капралова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - № 4 (12). - С. 19 - 25.
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. участ. / Самарский ин-т инж. ж-д. трансп. - Самара, 2002. - Вып. 23. - С. 70, 71.
3. ГОСТ Р 54334-2011. Токоприемники железнодорожного электроподвижного состава [Текст] / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. - М., 2011. -26 с.
4. Обоснование рациональных технических параметров токоприемников для эксплуатации со скоростью более 200 км/ч [Текст] / В. М. Павлов, И. Е. Чертков и др.// Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на постоянном токе: Сб. науч. тр. - М.: Интекст, 2010. - 192 с.
5. Атлас аэродинамических характеристик профилей крыльев, испытанных в трубе Т-1 ЦАГИ [Текст] // Труды / Центральный аэрогидродинамический ин-т им. Н. Е. Жуковского. -М., 1935. - Вып. 193. - 78 с.
6. ГОСТ 20058-1980. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 54 с.
УДК 629.471
А. В. Шимохин
ОРГАНИЗАЦИЯ РЕМОНТА ПО ФАКТИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ БУКСОВЫХ УЗЛОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
В статье рассматриваются организация и совершенствование процесса ремонта буксовых узлов подвижного состава по результатам диагностики. Приводятся диагностическая модель объекта и методика совершенствования ремонта по фактическому состоянию с применением технической диагностики и аналитических средств, основанная на концепции ТРМ.
Впервые концепция «всеобщий уход за оборудованием» (ТРМ) появилась в Японии как необходимость действий, направленных на снижение затрат и брака, возникающих по причине дефектов и поломок оборудования.
Под оборудованием в ТРМ понимается абсолютно все основные фонды организации. С точки зрения вагонного хозяйства под объектом, требующим повышения надежности, а следовательно, снижения поломок и дефектов, рассматривается вагонный парк, а средством
№ 4(16) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 45
