umm_186

4.1.4Вычислить стрелы провеса НТ и КП, а также зависимость tX = f(TX)

изаполнить остальные графы табл. 1.2.

Для компьютерного расчета с помощью программы «лабораторные работы по контактной сети» требуется вручную посчитать стрелы провеса НТ и КП, а также температуру по известным формулам, учитывая уже рассчитанные компьютером натяжение НТ при беспровесном положении КП и приведенной нагрузки подвески.

Для расчета используются следующие формулы:

f

x

=ϕ

x

F

x

−F

;

(1.3)

0

Fx

=

Wx l2

; F

=

g l2

;

(1.4)

8 Zx

8 T0

где

0

K

Wx = g

1+ϕx

; Zx =Tx +ϕxK ;

T

o

g2l2

T0

2

2

Tx

Wx l

tx =

t0

−

+

+

−

, (1.5)

2

α ES

2

α ES

24α T0

24 α Zx

где: f - стрела провеса КП, м;

F0 - стрела провеса НТ при беспровесном положении КП, м; FX - стрела провеса НТ в "х"-ом режиме, м;

Т0 - натяжение КТ при беспровесном положении КП, Н; ТX - натяжение КТ в "х"-ом режиме, Н;

g - вес контактной подвески, Н/м;

φX - конструктивный коэффициент, φX = 1;

WX - приведенная нагрузка подвески, Н/м;

ZX - приведенное натяжение подвески, Н;

α - коэффициент температурного расширения, 1/°С; E - модуль упругости провода, Па;

S - сечение провода, м2.

Затем следует ввести полученные значения (для указанного натяжения) в соответствующие ячейки, после чего нажать кнопку «Проверить». Компьютер сверит введенные величины с теми, которые должны получиться для выбранной контактной подвески. Программа позволяет производить проверку для трех марок контактного провода (МФ100, 2МФ100, МФ150) и несущего троса (М95, М120, ПБСМ95). Если значения верны, то дальнейший расчет (при других натяжениях контактного провода) уже произведет компьютер. После этого программа отрисовывает монтажные кривые стрел провеса НТ и КП от температуры в графическом редакторе AutoCAD. (см. рисунок 1.2).

10

Рисунок 1.2 – Окно для расчета экспериментальных данных

4.1.5 Основные данные для расчетов Расчетные данные проводов, тросов и проволок, их физико-

математические характеристики следует принимать по соответствующим ГОСТам или техническим условиям (см. табл. 2.3).

Таблица 2.3 – Справочные данные

Провода,	Фактическая	Расчетный	Линейная	24α ,	α ES,
тросы	площадь се-	диаметр, мм	плотность,	10-6/oC	даН/oС
и проволоки	чения, мм2		кг/м
МФ100	100,00	(11,8/12,81)	0,890	408	0,0461
МФ150	150,00	(14,5/15,5)	1,335	408	0,0308
М120	117,00	14,00	1,058	408	0,0464
ПБСМ70	72,20	11,00	0,598	319	0,0714
ПБСМ95	93,3	12,5	0,774	319	0,0522

Примечание: в графе «Расчетный диаметр» в скобках приведены в числителях высота, а в знаменателях – ширина сечения контактного провода.

11

4.2 Компенсированная подвеска

4.2.1Подготовить табл. 1.3. по форме табл.1.1, не заполняя графу натяже-

ния НТ.

4.2.2Установить натяжения: НТ - ТНОМ = 18Н, КП - К = 10H и не менять их в процессе опытов.

4.2.3Установить с помощью струн беспровесное положение КП.

4.2.4Заполнить третью строчку табл. 1.3. данными, снятыми с модели.

4.2.5Изменяя температуру на 20° с помощью температурных винтов в НТ

иКП (сдвигая их на 10 мм), снять 5 точек и заполнить остальные строчки табл. 1.3.

4.2.6Подготовить и заполнить табл. 1.4 с учетом принятых масштабов мо-

дели.

4.2.7По данным табл. 1.4. построить кривые зависимости f=U1(t) и F=U2(t).

Таблица 1.4 – Результаты измерений параметров контактной подвески

ТНОМ, кН	t, 0C	F, м	f, м
18	-40
18	-20
18	0		0
18	20
18	40
18	60

5 Содержание отчета по работе

5.1Указать цель работы

5.2Нарисовать эскиз модели и ее масштабы

5.3Составить таблицы замеров и расчетов

5.4Привести формулы, используемые при расчетах, и примеры расчета нескольких величин.

5.5Построить экспериментальные и расчетные зависимости.

5.6Сделать выводы по работе.

6 Контрольные вопросы

6.1Как изменяются стрелы провеса НП и НТ у полукомпенсированной подвески в зависимости от изменения температуры окружающей среды?

6.2За счет каких физических свойств проводов увеличиваются их стрелы провеса при увеличении температуры?

6.3Что такое температура беспровесного состояния контактного провода, положительная и отрицательная стрелы его провеса?

6.4Что такое монтажные кривые? Когда и как они используются?

12

6.5 Каковы преимущества компенсированной цепной подвески перед полукомпенсированной?

РАБОТА № 2

Исследование влияния гололедных нагрузок на стрелы провеса и натяжение проводов контактной подвески

1 Краткие теоретические сведения

Причина появления гололеда - конденсация имеющихся в воздухе паров на охлажденных поверхностях элементов сооружений. На проводах и конструкциях контактной сети отложения гололедных образований наблюдаются обычно при неустойчивой погоде, когда оттепель сменяется похолоданием, в туманную погоду или при выпадении переохлаждающего дождя. Различают три основных вида гололедных образований: гололед, представляющий собой плотное твердое прозрачное или полупрозрачное вещество плотностью 600 – 900 кг/м3; изморозь – кристаллический налет плотностью 20 – 100 кг/м3 и

смесь, образующуюся при наслоениях гололеда и изморози, плотностью 200600 кг/м3.

Гололед, изморозь и смесь, как правило, образуются при ветре со скоростью до 10-15, реже – 20-25 м/с и температуре -5оС. Форма сечения на проводах разнообразна. Чаще всего встречается эллиптическая форма, когда гололедные образования находятся в основном с одной стороны провода. Плотность гололеда – случайная величина.

Натяжение и стрелы провеса проводов контактной сети зависят от дополнительных нагрузок и, в первую очередь, от гололедных отложений. Толщина корки гололеда может достигать значительных величин (до 20 мм и более). Особенно часто гололед наблюдается на южных и юго-западных районах страны.

Значительные гололедные отложения вызывают обрывы проводов и разрушения опорных и поддерживающих конструкций. При наличии гололеда на проводах контактной сети существенно ухудшается токосъем, а в отдельных случаях его осуществление становится невозможным.

На электрифицированных участках применяются различные меры по предупреждению гололедообразований (подогрев проводов электрическим током) и его удаления с проводов (плавка и механическая очистка). Однако возможность появления гололеда должна учитываться еще при проектировании контактной сети, так как в гололедных районах натяжение НТ при полукомпенсированной подвеске может оказаться выше, чем при минимальной температуре. Для таких участков за исходный (наиболее тяжелый) принимают режим гололеда с ветром. У монтажных кривых Т = U (t) при этом на всем рабочем диапазоне натяжение НТ будет меньше, чем при гололеде с ветром. Такое проекти-

13

рование позволяет гарантировать необходимую надежность контактной сети на случай возможного гололедообразования.

Исследования и опыт эксплуатации показывают, что наибольшую опасность представляет гололедообразование при более длинных пролетах. С увеличением гололедных нагрузок возрастают стрелы провеса проводов. В компенсированных подвесках это влияние наиболее заметно.

2 Цель работы

Исследование влияния гололедных нагрузок на стрелы провеса и натяжение проводов полукомпенсированной и компенсированной контактных подвесок.

3 Подготовка стенда

3.1Для проведения исследований используется модель контактной подвески, что и в предыдущей работе (см.рис.1.1), с теми же масштабами.

3.2Гололедная нагрузка имитируется специальными грузиками (1 грузик весит 0,1Н), подвешиваемыми с помощью подвесок на контактный провод возле каждой струны. Это позволяет считать, что "гололедная" нагрузка передается на несущий трос, равномерно распределяясь по обоим проводам.

а)

б)

5	5
1	1
13	13
4	4

Рисунок 2.1 – Возможные варианты схем торможения компенсаторов: а) специальной струбциной; б) зажимом; 1 - несущий трос, 4 - компенсатор, 5 - опора, 13 - струбцина, 14 - кронштейн с зажимом

14

4 Порядок выполнения работы

4.1 Полукомпенсированная подвеска.

4.1.1 Подготовить табл.2.1. для фиксирования необходимых экспериментальных данных.

Таблица 2.1 – Экспериментальные данные стрел провеса и натяжения НТ

Тип подвески	Число	GГ,	F, мм	f, мм	L,	TГ, H
	грузов	H/м			мм
	0
	1
Полукомпенси-	2
	3
рованная
	4
	5
	0
	1
Компенсированная	2
	3
	4
	5

4.1.2Установить натяжение НТ, соответствующее беспровесному состоянию КП по заданию преподавателя. При этом натяжение КП регулируется беспровесно, а НТ закрепляют жестко со стороны компенсатора, рис.2.2., (компенсатор затормаживается).

4.1.3Нагружая подвеску "гололедом", измеряются стрелы провеса НТ и

КП, а также удлинение ( L) пружинного компенсатора, имитирующее упругое удлинение провода. Результаты измерений заносят в табл.2.1.

4.1.4 Натяжение НТ при воздействии на контактную подвеску дополнительной нагрузки (гололеда) определяют по формуле

ТГ = T0 + L /δ ,

(2.1.)

где: Т0 - натяжение НТ при беспровесном положении КП, Н;

L- удлинение пружинного компенсатора, мм;

δ- гибкость пружины, δ=1 мм/H.

Результаты расчетов заносят в табл.2.1.

15

4.2 Компенсированная подвеска

4.2.1 При компенсированной подвеске натяжение НТ устанавливается номинальное, равное натяжению беспровесного состояния КП (по заданию преподавателя). КП регулируется беспровесно. Компенсатор растормаживается.

4.2.2 Нагружая подвеску "гололедом", измеряют стрелы провеса НТ и КП. Результаты измерений заносят в табл.2.1.

4.3 Расчетная и графическая часть

4.3.1 Подготовить табл.2.2. для заполнения результатами расчетов, в которую переносятся из табл.2.1 значения веса подвески с гололедом gГ.

Таблица 2.2 – Расчетные данные стрел провеса и натяжения HТ

Тип подвески	Число гру-	gГ,	F,	f, мм	TГ, H
	зов	H/м	мм
	0
	1
Полукомпенсирован-	2
	3
ная
	4
	5
	0
	1
Компенсированная	2
	3
	4
	5

Компьютерный расчет производится для двух видов подвесок: полукомпенсированной и компенсированной. Поэтому перед началом расчета надо выбрать тип подвески. Ввести последовательно натяжение несущего троса при беспровесном положении контактного провода Т0 (задается преподавателем), натяжение контактного провода (для подвески М-120+2МФ-100), и рассчитанное значение веса подвески без гололеда.

Затем ввести текущее значение веса подвески с гололедом и предполагаемое значение несущего троса при гололеде. Необходимо найти такое значение натяжения Тг, чтобы выполнялось равенство уравнения состояния полукомпенсированной цепной подвески:

16

2

2

ES

−Wг2l2ES

W0 l

=T −T (2.2) ,

24

Z2

24 Z2

0

г

где

0

г

ϕxK

ϕxK

W

= g

+g

; W

= g

г

+g

г

;

0

0

0 T

г

T

o

г

Z0 =T0 +ϕxK ; Zг =Tг +ϕxK .

В процессе расчета натяжения следует поочередно заполнять таблицу расчетных данных стрел провеса и натяжения НТ, записывая вес подвески с гололедом и натяжение несущего троса при гололеде. По окончании всех расчетов нажать кнопку расчета стрел провеса. Затем повторить расчет, но для компенсированной подвески.

Расчет стрел провеса НТ и КП для полукомпенсированной и компенсированной подвесок осуществляется по формулам:

		W l2
	F =	г	,	(2.3)
		8 Zг
	г
	f =ϕx (FΓ −F0 ).			(2.4)

В (2.2) - (2.4) приняты следующие обозначения:

W0 - приведенная нагрузка цепной подвески при исходном режиме (беспровесном состоянии КП), Н/м;

Z0 - приведенное натяжение цепной подвески при исходном режиме, Н; WГ - приведенная нагрузка цепной подвески при гололеде, Н/м;

ZГ - приведенное натяжение подвески в гололедном режиме, Н; l - длина пролета, м;

gГ - вес подвески с гололедом, Н/м; g - вес подвески без гололеда, Н/м ;

ϕК - конструктивный коэффициент, ϕК =1; К - натяжение КП, K=10000 Н;

TГ - натяжение НТ в гололедном режиме, Н ;

F0 - стрела провеса НТ при беспровесном положении КП, м.

4.3.3 По полученным результатам строятся кривые зависимостей:

- экспериментальных -	FH Э=V1(gГ), fK Э= V2(gГ), TГ Э= V3(gГ).
- расчетных -	FH P=U1(gГ), fK P= U2(gГ), TГ P= U3(gГ).

17

Экспериментальные и расчетные зависимости для сравнения строятся совмещенно при одинаковом масштабе. Для проверки полученные зависимости можно отрисовать в AutoCADе.

5 Содержание отчета по работе

5.1Указать цель работы.

5.2Нарисовать эскиз модели, рис. 2.1.

5.3Построить таблицы замеров и расчетов.

5.4Привести формулы, используемые при расчетах, и примеры расчета.

5.5Построить экспериментальные и расчетные зависимости.

5.6Сделать выводы по работе.

6 Контрольные вопросы

6.1Как изменяются стрелы провеса и натяжение НТ и КП у полукомпенсированной подвески при появлении и увеличении гололедной нагрузки?

6.2За счет каких физических свойств происходит увеличение стрелы провеса проводов при увеличении гололедной нагрузки?

6.3Как учитывается гололедная нагрузка при проектировании контактной сети (при расчете монтажных кривых)?

6.4Как изменяются стрелы провеса и натяжение НТ и КП у компенсированной подвески при появлении и увеличении гололедной нагрузки?

6.5Каковы преимущества полукомпенсированной подвески перед компенсированной по влиянию гололедной нагрузки на их работу?

6.6Какие мероприятия применяются на дорогах по предупреждению и удалению гололёда?

РАБОТА № 3

Исследование влияния ветра на контактные подвески

1 Краткие теоретические сведения

Контактная сеть периодически подвергается ветровому воздействию. Ветер, создавая горизонтальную нагрузку на провода, вызывает отклонение КП от оси пути на величину, зависящую от квадрата скорости ветра, длины пролета и других параметров контактной сети: диаметра и натяжения проводов, вида подвески и пр.

Учитывая, что рабочая длина полоза токоприемника ограничена, отклонения КП от оси пути не должны превышать 0,5м – на прямых участках пути и

18

0,45 - на кривых. Величина отклонения контактного провода от оси пути под действием ветра является определяющей при расчетах максимальных длин пролетов.

Поскольку снижение ветрового отклонения за счет сокращения длин пролетов неэкономично, а увеличение натяжения проводов и тросов ограничено их механическими характеристиками, то наибольшее распространение получил способ повышения ветроустойчивости подвески путем различной ориентации КП и НТ относительно оси пути. При этом, вследствие наклона струн, в проводах возникают горизонтальные усилия, противодействующие смещению провода от заданного положения.

Взависимости от взаимного расположения НТ и КП цепные подвески разделяются на вертикальные, полукосые и косые.

Вертикальная подвеска характерна тем, что ее НТ и КП имеют равные по знаку и величине зигзаги относительно оси пути. Все струны при этом располагаются в вертикальной плоскости.

При полукосой подвеске НТ располагается по оси пути, а КП - зигзагообразно. Струны этой подвески в точках подвеса имеют незначительное отклонение от вертикальной плоскости.

Вкосой подвеске НТ и КП у опоры имеют смещения относительно оси пути в противоположные стороны. Смещения НТ относительно оси пути могут быть значительно больше, чем КП (до 1000 мм), вследствие чего увеличивается влияние горизонтальной составляющей от натяжения струн.

Врайонах и отдельных зонах с повышенной ветровой активностью применяют специальные контактные подвески с повышенной ветровой устойчивостью: подвеска с двумя несущими тросами, ромбовидная подвеска и пр.

2 Цель работы

Исследование влияния скорости ветра на величину максимального отклонения КП по длине пролета простой и цепной подвесок при различном расположении проводов относительно оси пути.

3 Подготовка стенда

3.1Работа выполняется на стенде (см.рис.1.1), где можно подготовить модель одного пролета длиной 34,5 м простой подвески контактного провода МФ100, или одного пролета длиной 69 м цепной подвески M120 + М100.

3.2Натяжение проводов устанавливается и поддерживается компенсаторами. Давление ветра имитируется специальными грузиками, оттягивающими провод при помощи гибких нитей, переброшенных через блоки, закрепленные на стойках поддерживающей конструкции против каждой струны, рис.3.1.

3.3На представленной модели последовательно монтируются и исследуются простая подвеска без зигзага и с зигзагами, цепная подвеска: вертикальная, полукосая и косая.

19