Результаты поиска

Работа посвящена рассмотрению возможности применения композиционных материалов с алюминиевой матрицей в конструкции токоприемников электроподвижного состава. В настоящее время существует тенденция повышения скоростей движения электрического транспорта. Обеспечение надежного и экономичного токосъема в таких условиях может быть обеспечено путем снижения массы конструкции токоприемников, в том числе за счет применения композиционных материалов. Проанализированы возможность применения композиционных материалов в деталях и узлах токоприемников, работающих в условиях повышенных токовых нагрузок и при высоких скоростях движения, и механические характеристики традиционных материалов, используемых в конструкции каретки, и предлагаемых композиционных материалов. Разработана конструкция каретки скоростного электроподвижного состава, в которой в качестве конструкционного материала применен алюмоматричный композит. Произведен прочностной анализ с использованием метода конечных элементов в программном комплексе SOLIDWORKS Simulation. Сравнение прочностных характеристик узлов кареток, выполненных из традиционных материалов и алюмоматричного композита, показало возможность снижения их массы в случае применения композита без снижения прочности элементов конструкции. Статическая характеристика каретки, в которой был применен композиционный материал, совпадает со статической характеристикой каретки, выполненной из традиционных материалов, что подтверждает возможность использования алюмоматричного композита без внесения значительных изменений в конструкцию каретки. Для оценки динамических характеристик композитной каретки и ее влияния на динамические характеристики токоприемника было проведено моделирование с использованием методов многотельного моделирования SOLIDWORKS Motion. Полученные результаты моделирования свидетельствует об улучшении динамических характеристик при использовании композиционных материалов, что положительно влияет на качество токосъема.

Предложен метод прогнозирования показателей системы токосъема при увеличении скорос-тей движения с помощью машинного обучения. Рассмотрены способы получения статистически достоверных данных о контактном нажатии токоприемников электроподвижного состава без необходимости прямого измерения на основе проектных данных и анализа внешних факторов (погодных, эксплуатационных), сопровождающих взаимодействие.

В статье изложены современные подходы к определению максимально допустимого длительного тока магистральных токоприемников на стоянке и в движении. Рассмотрены особенности методик, позволяющих достоверно учесть эксплуатационные факторы при проведении испытаний в лабораторных условиях. Описана математическая модель для исследования распределения токовой нагрузки в аварийном режиме обрыва токоведущего шунта.

Реальный процесс взаимодействия токоприемника с контактной подвеской связан со случайными процессами. Основными факторами, воздействующими на токоприемник, являются колебания подвижного состава на уровне установки токоприемника, аэродинамическое воздействие, нестабильность динамических свойств токоприемника и контактной подвески и т. д. Ввиду множества влияющих на токосъем факторов теоретически исследовать динамическую систему «токоприемник - контактная подвеска» в полном объеме сложно. Более рациональным для теоретических исследований и достаточным для практического использования является рассмотрение детерминированных процессов. При численном моделировании токоприемников наиболее распространены следующие типы расчетных схем (моделей): схема с малым числом степеней свободы и приведенными массами; схема, состоящая из элементов, описываемых массами и геометрическими размерами реального токоприемника; модели токоприемника, созданные в специализированных CAD-системах, которые детально описывают геометрические размеры и физические свойства каждого элемента токоприемника. При проектировании устройств токосъема необходимым является расчет взаимодействия токоприемника с контактной подвеской. Контактная подвеска в расчетах учитывается в виде сосредоточенной массы, взаимодействующей с полозом токоприемника, или в виде пространственной системы, составленной из упругих элементов конечной длины (контактная подвеска с распределенными параметрами). Второй тип модели контактной подвески активно используется в расчете взаимодействия с первыми двумя типами рассмотренных моделей токоприемников. Однако данный тип модели контактной подвески не может быть использован в CAD-системе, так как такие системы в настоящее время не позволяют выполнять динамические расчеты с учетом деформаций и волновых процессов в контактной подвеске. С учетом особенностей каждого из представленных видов моделей токоприемника предложена методика выбора модели токоприемника в зависимости от цели моделирования.

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.

Резистивный нагрев полоза токоприемника, обусловленный протеканием тягового тока по токопроводящим элементам верхнего узла, имеет неравномерное распределение вдоль конструкции каркаса и зависит от места расположения контактного провода на вставке. Целью работы является разработка математической модели расчета потерь мощности в полозе токоприемника, позволяющая оценить ее величину с учетом зигзага контактного провода при движении электроподвижного состава. Предметом исследования является полоз токоприемника. В работе приведен пример расчета каркасного полоза токоприемника, оснащенного угольными вставками. Экспериментальные исследования распределения тока по шунтам полоза в зависимости от положения контактного провода выполнены в феврале 2021 г. в лаборатории «Конструкции контактных сетей, линий электропередачи и устройств токосъема» с использованием комплекса для испытания устройств токосъема. Расчет величины мощности нагрева полоза определяется по закону Джоуля - Ленца. Результаты расчета показали, что максимальная величина мощности нагрева наблюдается при положении контактного провода в середине полоза, при этом места наибольших потерь, расположенных по его краям, - над местами крепления шунтов. Модель позволяет получить функциональную зависимость величины нагрева вдоль полоза. Полученные результаты распределения мощности нагрева полоза позволяют дополнить комплексную модель теплового состояния токоприемника, разработанную в Омском государственном университете путей сообщения с участием авторов статьи. Универсальность разработанной модели позволяет исследовать различные зигзаги контактного провода и оценивать влияние положения контактного провода в плане на распределение тягового тока по полозу в зависимости от мест установки шунтов и их количества.