CC BY
36
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Москалев Юрий Владимирович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрические машины и общая электротехника», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-18-27.
E-mail: yuriyvm@mail.ru.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Москалев, Ю. В. Определение параметров компенсирующего устройства с несимметричной структурой для уменьшения несимметрии напряжений и компенсации реактивной мощности в низковольтной трехфазной электрической сети [Текст] / Ю. В. Москалев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2016. - № 4 (28). - С. 101 - 108
Moskalev Yuriy Vladimirovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation. Cand. Tech. Sci., Associate Professor of the department «Electric machines and electrical engineering», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-18-27. E-mail: yuriyvm@mail.ru.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Moskalev Yr. V. Determination of parameters of compensating devices with asymmetric structure for reduction of voltage unbalance and reactive power compensation in the low-voltage three-phase electrical network. Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 28, no. 4, pp. 101 -108. (In Russian).
УДК 629.435.2
О. А. Сидоров, А. В. Тарасенко
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТОКОПРИЕМНИКОВ МОНОРЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА ДЛЯ ВЫСОКИХ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ
Аннотация. В статье рассмотрены конструктивные особенности системы токосъема Московской монорельсовой дороги и выявлены ее недостатки, ограничивающие возможности повышения скорости движения электроподвижного состава. Рассмотрены особенности перспективной монорельсовой транспортной системы нового поколения с увеличенной скоростью движения (до 150 км/ч) сообщением «город -аэропорт», в которой предлагается использовать контактную систему токосъема с плоскими рабочими поверхностями токоприемника и токопровода.
Цель работы заключалась в разработке мероприятий и технических решений по совершенствованию токоприемников для обеспечения надежной, экономичной и экологичной передачи электрической энергии на борт электроподвижного состава монорельсовых транспортных систем.
Предложенные технические решения позволили увеличить средний срок эксплуатации контактных элементов токоприемников электроподвижного состава на действующих участках Московской монорельсовой дороги с 30 дней до 5 месяцев. Разработан эскизный проект и изготовлен макетный образец токосъемного устройства подвижного состава для монорельсовой транспортной системы нового поколения с увеличенной скоростью движения. Разработана базовая модель токоприемника, позволяющая унифицировать все основные узлы и детали вариантов токоприемников для различных скоростей движения, нагрузочного тока и других условий эксплуатации и выбирать необходимую модель с учетом технической и экономической целесообразности.
Результаты работы могут быть использованы при совершенствовании существующих и разработке новых конструкций токоприемников электроподвижного состава монорельсовых транспортных систем для обеспечения высоких скоростей движения.
Ключевые слова: монорельсовый транспорт, токосъем, токоприемник, токопровод, совершенствование.
108 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28) 2016
к —— faV 1 V
Oleg A. Sidorov, Alexandr V. Tarasenko
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
IMPROVEMENT CURRENT COLLECTORS MONORAIL TRANSPORT
FOR HIGH SPEEDS
Abstract. The article describes the design features of the current collection system of the Moscow monorail and revealed its shortcomings, limiting the possibility of increasing the speed of electric rolling stock. The features of a promising new generation of monorail transport system with increasing speed (up to 150 km / h), the message "city - the airport," which is proposed to use the contact current collection system with flat working surfaces of the current collector and the current lead.
The aim of the work was to develop measures and technical solutions for improving the current collectors to provide reliable, cost-effective and environmentally-friendly electric power transmission on board the electric rolling monorail transport systems.
The proposed technical solutions have allowed to increase the average life of the contact elements of the current collectors of electric rolling on the active sites of the Moscow monorail from 30 days to 5 months. A preliminary design and manufactured model sample collector rolling device for the new generation of monorail transport system with increased speed. A basic model of the pantograph, which allows to unify all the major components and spare parts for the current collectors of options for different speeds, load current, and other operating conditions and choose the appropriate model, taking into account technical and economic feasibility.
The results can be used for the improvement of existing and development of new designs for current collectors of electric rolling monorail transport systems for the high speeds.
Keywords: monorail transport, current collector, the current collector, conductor, improving.
В ноябре 2004 г. была введена в эксплуатацию Московская монорельсовая дорога (ММД) [1], на электроподвижном составе которой используются токоприемники, аналогичные конструкции швейцарской фирмы Intamin (рисунок 1) и содержащие контактный элемент 1, который шарнирно закреплен на раме, образованной верхним 2 и нижним 3 рычагами. Нажатие на токопровод осуществляется пружиной 4, работающей на растяжение. Этот токоприемник предназначен для скоростей движения до 60 км/ч.
Специалистами ОАО «Московские монорельсовые дороги» (ОАО «ММД») токоприемник Intamin был доработан (рисунок 2, а) в части оснащения подрессоривания контактного
элемента и использования для создания нажатия на токопровод (рисунок 2, б) пружины, работающей на сжатие. Эти конструктивные изменения позволяют увеличить скорость движения электроподвижного состава и обеспечить более надежный токосъем [2].
За время эксплуатации ММД выявлены некоторые особенности ее системы токосъема, в частности, наличие трех троллеев, расположенных в одной плоскости, позволяет минимизировать геометрические размеры, в которых реализована система токосъема. Однако специфическая форма токопровода охватывающего типа, по внутренним граням которого перемещается токоприемник, не позволяет развивать скорость выше 60 км/ч. Кроме того, наличие температурных стыковых соединений в секциях токопровода неминуемо приводит к ударам в контактной паре «токоприемник - токопровод» [3] и ведет к ее повышенному износу.
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС) с 2002 г. по 2005 г. принимал участие в отладке и запуске в эксплуатацию системы токосъема ММД. Предложенные специалистами кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» технические решения позволили увеличить средний срок эксплуатации контактных элементов с 30
дней до 5 месяцев [4, 5]. Однако конструктивные особенности охватывающей системы токосъема с самоустанавливающимися в ней контактными элементами не позволяют рассматривать данную систему в качестве перспективной, рассчитанной на более высокие скорости движения [6].
^_С
гттт
Рисунок 2 - Устройства токосъема ММД: а - токоприемник электроподвижного состава; б - токопровод
В 2004 г. в г. Москве при участии ОАО «ММД» выполнено эскизное проектирование монорельсовой транспортной системы нового поколения с увеличенной скоростью движения (до 150 км/ч) сообщением «город - аэропорт». По рекомендации специалистов ОмГУПСа в проекте использована контактная система токосъема с плоскими рабочими поверхностями токоприемника и токопровода, которые размещены по разные стороны и симметрично относительно оси эстакады.
Схема расположения подвижного состава указанной монорельсовой системы на эстакаде приведена на рисунке 3.
Согласно техническому заданию «Система токосъема ТМС» и в соответствии с техническими требованиями, предъявляемыми к токоприемникам монорельсового транспорта, для проектируемой трассы ОмГУПСом разработан эскизный проект и изготовлен макетный образец токосъемного устройства силового питания подвижного состава для монорельсовой транспортной системы нового поколения с увеличенной скоростью движения [7].
Токоприемник для монорельсовой транспортной системы нового поколения с увеличенной скоростью движения [8] (рисунок 4) содержит корпус 1 с закрепленными в нем направляющими 2, на которых установлено подвижное основание 3. На основании установлен вал 4, с которым сочленена штанга 5 токоприемника. На штанге установлен ролик 6, взаимодействующий с копиром 7. На конце штанги 5 с помощью пружин 8 установлен контактный элемент 9, оснащенный фиксатором 10.
7
12 11
10
9
Рисунок 3 - Схема расположения подвижного состава скоростной монорельсовой транспортной системы нового поколения на эстакаде: 1 - кузов; 2 - тележка; 3 -опорные колеса; 4 - индукторы линейного двигателя; 5 - боковые катки; 6 - балка; 7 - стабилизирующие катки; 8 - опора; 9 - токоприемник; 10 - токопровод; 11 - изолятор; 12 - реактивная шина
110 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28)
2016
Для осуществления выдвижения и задвижения токоприемника корпус оборудован проемом 11. Нажатие контактного элемента на токопровод осуществляется с помощью нажимной пружины 12, установленной между штангой и подвижным основанием. Перемещение основания по направляющим обеспечивается с помощью винта 13, двигателя 14 и гайки 15. Передача вращающего момента от двигателя на винт осуществляется с помощью клиноремен-ной (или зубчатой) передачи через шкивы (зубчатые колеса) 16 и 17.
Для герметизации внутреннего объема корпуса токоприемника используется закрепленная на основании заслонка 18, оснащенная гибкими манжетами 19.
Общий вид токоприемника ТМС показан на рисунке 5.
Токоприемник работает следующим образом. При включении двигателя основание перемещается в правое положение до касания заслонки стенок корпуса. Траектория движения контактного элемента задается формой копира, который обеспечивает необходимый уровень высотного положения контактного элемента в каждой точке указанной траектории.
4
3
5 6
7 18 8
17
16
15
14
13
V
12
19
9
10
11
Токопровод
б
Рисунок 4 - Кинематическая схема токоприемника: а - нерабочее положение; б - рабочее положение
После касания контактным элементом нижней поверхности токопровода ролик выводится из взаимодействия с копиром, что позволяет реализовать статическую характеристику при изменении высотного положения токоприемника в диапазоне от -40 до +40 мм относительно среднего положения штанги. При этом граница поверхности копира выполняет роль ограничителя сверху, а посадочный упор на основании - ограничителя снизу. Заслонка и манжеты обеспечивают герметизацию отсека токоприемника для предотвращения попадания на трущиеся и вращающиеся узлы пыли, влаги, снега, посторонних предметов, которые могут ока-
2
1
а
заться в воздухе в зоне установки токоприемника (листья, фрагменты бумаги и т. п.). После срабатывания концевых выключателей, установленных в соответствии с крайними положениями токоприемника (рабочим и нерабочим), происходит выключение двигателя.
Рисунок 5 - Общий вид токоприемника ТМС
Для оценки работоспособности токоприемника при высоких скоростях движения в конце 2015 г. проведен цикл износных испытаний с использованием дискового стенда лаборатории «Конструкции контактных сетей, линии передачи и токосъема» кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ОмГУПСа [9].
Цель испытаний - оценить возможность применения в качестве контактных элементов композитных медно-графитовых пластин (ПМГ), рекомендованных для проверки ГУП «Московский метрополитен» (также эксплуатирует ММД), для дальнейшего использования на перспективных линиях метрополитена и монорельсового транспорта при скорости движения до 300 км/ч. Характеристики пластин ПМГ для токоприемника ТМС в сравнении с применяемыми ранее контактными элементами приведены в таблице.
Характеристики контактных элементов токоприемника ТМС
Материал контактного элемента Наименование параметра
твердость, НВ плотность, г-см-3 удельная теплоемкость, Дж/(кг-К) удельное электрическое сопротивление, мкОм-м
ПМГ 45,00 6,400 550 12
Сталь (Ст3) 170,00 8,350 460 14
Бронза (БрНХК(ф)) 72,47 7,514 385 10
Испытания проводились при максимальной линейной скорости в контакте до 84 м/с (300 км/ч), нагрузочном токе до 2000 А и нажатии в контакте от 20 до 200 Н. Кроме того, для максимальной приближенности к реальным условиям эксплуатации на испытательном стенде была выполнена имитация стрелы провеса (2 мм) стального токопровода.
Величина износа измерялась методом отпечатков [10]. Варьирование нажатия в контакте осуществлялось изменением рабочей длины нажимной пружины токоприемника.
В ходе обработки массива экспериментальных данных получены зависимости удельного износа от нажатия в скользящем контакте (рисунок 6) и скорости движения (рисунок 7).
№ 4(28)
20 мкм/км
12 8
У
4
1
/ /' / ✓ X /
2 \/ у / * / ✓
\ 3
20
мкм/км 12 8
У
4
1 /
<4 ч\ \ N / / / / / / ✓ *
N •ч ---- _ и "
.......... \ 3
50
100
Н
200 0
Рк
50 100
Р _
Н
200
б
Рисунок 6 - Зависимость удельного износа контактных элементов от нажатия: а - I = 0; б - I = 500 А; 1 - ПМГ; 2 - БрНХК(ф); 3 - сталь
По результатам испытаний можно сделать следующие выводы.
1. Для систем токосъема с плос-
20
мкм/км
12
/ /
: / / : / / ' / ' / *
1 2
20
40
м/с
80
Рисунок 7 - Зависимость удельного износа контактных элементов от скорости: 1 - ПМГ; 2 - БрНХК(ф); 3 - сталь
костным контактом и стальным токо-проводом при скорости движения до 55 км/ч пластины ПМГ изнашиваются аналогично бронзовым. Несмотря на меньший на 15 - 20 % ожидаемый срок эксплуатации контактные элементы, изготовленные из ПМГ, значительно дешевле, чем из БрНХК(ф), что позволяет рекомендовать их как для метрополитена, так и для монорельсовых транспортных систем.
2. При скорости свыше 55 км/ч наблюдается существенное увеличение изнашивания пластин ПМГ по сравнению с БрНХК(ф), поэтому для высокоскоростных систем с жестким токопро-водом целесообразно использовать бронзовые контактные элементы. 3. Контактные элементы из стали при высоких скоростях движения использовать не рекомендуется ввиду значительного изнашивания как самих контактных элементов, так и то-копровода.
Список литературы
1. Сидоров, О. А. Системы контактного токосъема с жестким токопроводом: Монография [Текст] / О. А. Сидоров. - М.: Маршрут, 2006. - 119 с.
2. Сидоров, О. А. Разработка и исследование устройств токосъема Московской монорельсовой транспортной системы [Текст] / О. А. Сидоров, А. В. Тарасенко // Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте: Сб. науч. ст. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2007. - С. 154 - 161.
3. Сидоров, О. А. Математическое моделирование ударных процессов при взаимодействии скоростных токоприемников с жестким токопроводом [Текст] / О. А. Сидоров, И. Л. Саля, А. С. Голубков // Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы меж-дунар. науч.-практ. конф. / Южно-Российский гос. техн. ун-т (НИИ). - Новочеркасск, 2005. -Ч. 2. - С. 57 - 59.
№ 4(28) 2016
0
а
4. Сидоров, О. А. Исследование электромеханического изнашивания контактных пар устройств токосъема электрического транспорта [Текст] / О. А. Сидоров, В. М. Филиппов, С. А. Ступаков // Трение и износ. - 2015. - T. 36. - № 5. - С. 511 - 517.
5. Сидоров, О. А. Прогнозирование износа контактных пар устройств токосъема электрического транспорта [Текст] / О. А. Сидоров, И. Л. Саля, А. В. Тарасенко // Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы междунар. науч.-практ. конф. / ЮжноРоссийский гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск, 2005. - Ч. 2. - С. 55 - 57.
6. Сидоров, О. А. Токосъем в монорельсовых системах [Текст] / О. А. Сидоров // Мир транспорта. - 2004. - № 3. - С. 30 - 39.
7. Тарасенко, А. В. Повышение качества токосъема на электрическом монорельсовом транспорте [Текст]: Дис ... канд. техн. наук: 05.22.07: защищена 23.05.2007: утв. 12.10.2007 / Тарасенко Александр Владимирович. - Омск, 2007. - 125 с.
8. Пат. 58082 Российская Федерация, МПК В 60 L 5/00. Токоприемник транспортного средства [Текст] / Сидоров О. А., Смердин А. Н., Чертков И. Е., Тарасенко А. В., Томи-лов В. В.; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. -2006116292/22; заявл. 11.05.2006; опубл. 10.11.2006. Бюл. № 31.
9. Тарасенко, А. В. Универсальный дисковый стенд для испытаний токоприемников монорельсового транспорта и метрополитена [Текст] / А. В. Тарасенко // Современные техника и технологии ССТ-2005: Материалы Х1 междунар. науч.-практ. конф. / Томский политехн. ун-т. Томск, 2005. С. 65 - 67.
10. Сидоров, О. А. Методы исследования износа контактных пар устройств токосъема монорельсового электрического транспорта: Монография [Текст] / О. А. Сидоров, С. А. Ступаков / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2009. - 154 с.
References
1. Sidorov O. A. Sistemy kontaktnogo tokos'ema s zhestkim tokoprovodom (Contact current collection system with a rigid current lead). Mos^w, 2006, 119 р.
2. Sidorov O. A., Tarasenko A. V. Development and research of current collection devices Moscow Monorail [Razrabotka i issledovanie ustroistv tokos'ema Moskovskoi monorel'sovoi transportnoi sistemy] Innovatsionnye proekty i novye tekhnologii na zheleznodorozhnom transporte: sbornik nauchnykh statei (Innovative projects and new technologies in railway transport: collection of scientific articles). - Omsk, 2007. рр. 154 - 161.
3. Sidorov O. A., Salya I. L., Golubkov A. S. Mathematical modeling of impact processes in the interaction of high-speed pantographs with tough current lead [Matematicheskoe modelirovanie udarnykh protsessov pri vzaimodeistvii skorostnykh tokopriemnikov s zhestkim tokoprovodom] Modelirovanie. Teoriia, metody i sredstva: materialy mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi kon-ferentsii (Modeling. Theory, methods and tools: materials of the international scientific-practical conference). - Novocherkassk, 2005. Part 2. pp. 57 - 59.
4. Sidorov O. A., Filippov V. M., Stupakov S. A. A study of the electromechanical wear contact pairs of current collection devices electric vehicles [Issledovanie elektromekhanicheskogo iznashivaniia kontaktnykh par ustroistv tokos'ema elektricheskogo transporta]. Trenie i iznos -Friction and wear, 2015, V. 36, no 5, рр. 511 - 517.
5. Sidorov O. A., Salya I. L., Tarasenko A. V. Prediction wear contact pairs of current collection devices electric vehicles [Prognozirovanie iznosa kontaktnykh par ustroistv tokos'ema elektricheskogo transporta] Modelirovanie. Teoriia, metody i sredstva: materialy mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Modeling. Theory, methods and tools: materials of the international scientific-practical conference). - Novocherkassk, 2005. Part 2. pp. 55 - 57.
6. Sidorov O. A. Current collector in monorail systems [Tokos'em v monorel'sovykh siste-makh]. Mir transporta - Lamport World, 2004. no 3, pp. 30 - 39.
7. Tarasenko A. V. Povyshenie kachestva tokos'ema na elektricheskom monorel'sovom transporte (Improving the quality of current collection on electric monorail transport). Candidate's thesis, Omsk, OSTU, 2007, 125 p.
114 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28) 2016
—— faV 1 V
8. Sidorov O. A., Smerdin A. N., Chertkov I. E., Tarasenko A. V., Tomilov V. V. Patent RU 58082, 10.11.2006.
9. Tarasenko A. V. The universal disc stand for testing power-consuming equipment, monorail transport and metro [Universal'nyj diskovyj stend dlja ispytanij tokopriemnikov monorel'sovogo transporta i metropolitena] Sovremennye tehnika i tehnologii SST-2005: materialy XI mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Modern equipment and technology SST-2005: materials of the international scientific-practical conference). - Tomsk, 2005. рр. 65 - 67.
10. Sidorov O. A., Stupakov S. A. Metody issledovanija iznosa kontaktnyh par ustrojstv tokos'ema monorel'sovogo jelektricheskogo transporta (Research methods wear contact pairs current collection devices monorail electric transport). Omsk, 2009, 154 р.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Сидоров Олег Алексеевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Доктор технических наук, заведующий кафедрой «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ОмГУПСа, заслуженный изобретатель РФ, академик Академии электротехнических наук РФ, академик Петровской академии наук и искусств, почетный железнодорожник, ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-34-46.
E-mail: egt@omgups.ru
Тарасенко Александр Владимирович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-34-46.
E-mail: alessandro-tar@yandex.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Сидоров, О. А. Совершенствование токоприемников монорельсового транспорта для высоких скоростей движения [Текст] / О. А. Сидоров, А. В. Тарасенко // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2016. - № 4 (28). - С. 108 - 115.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Sidorov Oleg Alekseevich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Doctor of Technical Sciences, Professor, head of the department «Power supply of railway transport» Omsk State Transport University, Honored Inventor of the Russian Federation, academician of the Academy of Electrical Sciences of Russia, Academician Peter's Academy of Arts and Sciences, Honorary Railwayman., OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-34-46.
E-mail: egt@mail.ru
Tarasenko Alexandr Vladimirovich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the department «Power supply of railway transport», OSTU.
Тел.: +7 (3812) 31-34-46.
E-mail: alessandro-tar@yandex.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Sidorov O. A., Tarasenko A. V. Improvement current collectors monorail transport for high speeds. Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 28, no. 4, pp. 101 -115. (In Russian).
УДК 621.331
В. А. Чернорай
Западно-Сибирская дирекция по энергообеспечению (Зап.-Сиб. НТЭ), г. Омск, Российская Федерация
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЖИМНОЙ АВТОМАТИКИ РЕЗЕРВНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ГРАФИКОВ НАГРУЗКИ ПРИ СУЩЕСТВУЮЩИХ УСТАВКАХ
Аннотация. В статье рассмотрен алгоритм работы существующей режимной автоматики преобразовательных агрегатов. Ранее считалось, что применение автоматики включения-отключения резервных преоб-
