Исследование влияния токовой нагрузки на износ контактных элементов токоприемника электроподвижного состава

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных позволяет сделать вывод об адекватности разработанной модели. Введение в расчетную схему изгибной жесткости контактных проводов и применение конечных элементов в виде недеформируемых связанных стержней позволило повысить точность вычислений при исследовании динамики волновых процессов в контактной подвеске при токосъеме.

Список литературы

1. Применение конечно-элементных моделей взаимодействия контактной сети и токоприемников с целью оптимизации их параметров / А. В. Ефимов, А. Г. Галкин и др. // Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов // Тезисы докл. междунар. конф. BEM&FEM-99 XVII / - СПбГУ. СПб, 2000. -С. 72, 73.

2. Barenburg, В. G. Designing a Class Libraryfor Interactive Simulation of Rigid Body Dynamics [Текст] / В. G. Barenburg / Eindhoven University of Techmology. - Eindhoven, 2000. - 143 p.

УДК 621.336.7

С. А. Ступаков, В. М. Филиппов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОКОВОЙ НАГРУЗКИ НА ИЗНОС КОНТАКТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТОКОПРИЕМНИКА ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

В статье представлены результаты экспериментальных исследований износа контактных вставок для токоприемников высокоскоростного электрического транспорта.

Решение проблемы надежной и экономичной передачи электроэнергии подвижному составу является актуальной задачей, которая обусловлена необходимостью экономии как электроэнергии, так и ресурсов, в частности, элементов контактной пары устройств токосъема. Проблема надежности и экономичности токосъема особенно актуальна в настоящее время в условиях создания в России высокоскоростного электрического транспорта. В свете этой проблемы при разработке новых или совершенствовании существующих устройств токосъема наряду с требованиями надежности и экономичности к ним предъявляется требование увеличения срока их службы. Увеличение срока службы элементов устройств токосъема может быть обеспечено различными способами, в том числе путем выбора таких материалов контактной пары, которые наиболее полно отвечают требованиям качества токосъема [1].

Коллектив кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» (ЭЖТ) Ом-ЕУПСа с 1977 г. принимает участие во всех отечественных программах, связанных с теоретическими и экспериментальными исследованиями по совершенствованию и разработке новых вариантов токоприемников. В настоящее время коллектив кафедры принимает участие в выполнении комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства с участием российского высшего учебного заведения по теме «Разработка и организация высокотехнологичного производства нового магистрального токоприемника для применения на линиях с модернизированной инфраструктурой системы токосъема» (договор от 7 сентября 2010 г. № 13.025.31.0034). Токоприемник предназначен для использования на электроподвижном составе постоянного и переменного тока и должен обеспечивать передачу тока до 2000 А при движении со скоростью 160 км/ч.

Полоз токоприемника оснащается контактными вставками, материал которых должен обеспечивать пропускание необходимого для подвижного состава тока и отвечать требова-

ниям к сроку службы для этих элементов. Для полозов токоприемников могут быть использованы контактные вставки угольные (ТУ 1916-020-27208846-99) или металлокерамические (ТУ 32 ЦТ 2041-97), причем металлокерамические - на медной или железной основе. В соответствии с планом-графиком договора предусмотрены следующие исследования контактных вставок токоприемника (рисунок 1): механические исследования материалов (трибосовме-стимость, задиростойкость и износостойкость), исследования износа от плотности тягового тока, исследования износа от температуры, исследования износа от контактного давления.

Результаты исследований физико-механических характеристик исследуемых материалов приведены в таблице.

Методика исследований износа материалов контактных вставок реализована на кольцевой установке горизонтального типа (рисунок 2), входящей в состав экспериментального комплекса лаборатории кафедры ЭЖТ. С целью исследования влияния абразивного потока на износ контактных вставок указанная установка использовалась совместно с аэродинамической.

Результаты исследований износа контактных вставок от нагрузки и от плотности тягового тока приведены на рисунках 3-8.

Рисунок 1 - Виды испытаний контактных вставок токоприемника

Параметр

Материал сопротивление, Ом удельное сопротивление, Ом-мм2/м твердость по Бри-неллю плотность, г/см3 водопо- глощение, % удельная теплоемкость, Дж/кг-К

Угольные вставки 1,15 27,633 86,81 1,749 0,992 720

Металлокерамические вставки на медной основе М 26,432 121,23 9,508 0,076 385

Металлокерамические вставки на железной основе 1,2 28,834 129,04 8,627 0,091 444

Контактный провод БрМгО,25Ф 1,52 22,000 102,56 8,143 0,082 390

Кольцевая установка содержит раму 1 с установленным на ней кольцевым токопроводом 2, с возможностью вращения в горизонтальной плоскости со скоростью улк, управляемый привод 3 вращения и испытуемый токоприемник 4, контактные элементы 5 которого введены в контакт с указанным токопроводом 2. Вентилятор 6 оснащен регулятором скорости ув воздушного потока 7, датчиком скорости воздушного потока в зоне контакта 8, датчиком линейной скорости кольца 9 и блоком формирования сигнала управления 10, выход которого связан с управляющим входом указанного регулятора 7, а входы - с выходами упомянутых датчиков 8 и 9. Блок 10 выполнен в виде соединенных последовательно элемента сравнения 11 и усилителя мощности 12, причем входы элемента сравнения 11 соединены с выходами датчиков 8 и 9 через делители напряжения 13.

Рисунок 2 - Схема взаимодействия кольцевой и аэродинамической установок

На основе исследования совместимости элементов трибосистемы «контактная вставка -контактный провод» и их износостойкости можно сделать вывод о том, что металлокерами-ческие контактные вставки менее подвержены износу по сравнению с угольными. Результаты исследований износа контактных вставок от нажатия в контакте приведены на рисунке 3.

№ 1(5) 2011

Рисунок 3 - Износ контактных вставок от нажатия в контакте: - угольных; -- - металлокерамических на основе железа; - металлокерамических на основе меди

На рисунках 4-8 условные обозначения материалов соответствуют обозначениям, при нятым на рисунке 3.

Рисунок 4 - Износ контактных вставок от нажатия при наличии абразива в контакте

Рисунок 5 - Износ контактных вставок от плотности тягового тока

Рисунок 6 - Износ контактных вставок от плотности тягового тока

Рисунок 7 - Абразивный износ контактных вставок от плотности тягового тока

Рисунок 8 - Абразивный износ контактных вставок от плотности тягового тока

По результатам проведенных испытаний можно сделать следующие выводы:

1. Все исследуемые материалы контактных вставок (углерод, металлокерамика на железной основе и металлокерамика на медной основе) при взаимодействии с бронзовым контактным проводом являются трибосовместимыми.

2. Для всех исследуемых материалов наблюдается увеличение износа с ростом токовой нагрузки в контакте.

3. Более износостойким материалом из исследуемых является металлокерамика на железной основе. Сравнение значений износа при одинаковых значениях плотности тока в контакте позволяет сделать вывод о том, что износ металлокерамических вставок на основе железа 47,2 % ниже, на чем угольных, а износ металлокерамических вставок на основе меди на 41,5 % ниже износа угольных.

4. Привнесение частиц абразива в зону контакта повышает износ контактных вставок на основе углерода в 1,8 раза. Наименее чувствительными к воздействию абразива в контакте являются металлокерамические вставки на железной основе, износ которых увеличился в 1,3 раза. При наличии в контакте тягового тока тенденция увеличения износа для всех материалов сохраняется.

5. Наиболее чувствительным к повышению влажности окружающей среды являются угольные контактные вставки, повышение влажности до 80 % увеличивает их износ в 1,44 раза. Повышение влажности незначительно повышает износ металлокерамических контактных вставок рассматриваемых типов.

6. Характер износа угольных и металлокерамических контактных вставок не изменяется от рода тока (постоянный или переменный ток).

о

7. Повышение плотности тягового тока до 1000 А/см сопровождается увеличением износа угольных вставок в 3,13 раза, металлокерамических на железной основе - в 2,6 раза, металлокерамических на медной основе - в 2,75 раза.

1. Сидоров, О. А. Методы исследования износа контактных пар устройств токосъема монорельсового электрического транспорта: Монография [Текст] / О. А. Сидоров, С. А. Ступа-ков / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2009. - 155 с.

УДК 621.331:621.311

А. А. Хряков, М. М. Никифоров

СНИЖЕНИЕ КОММЕРЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ТЯГУ ПОЕЗДОВ НА ПОЛИГОНЕ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

В статье рассмотрена структура потерь электрического энергни на тягу поездов, представлен новый г^афровой электронный счетчик электроэнергии постоянного тока, дана оценка техннко-экономнческой эффективности его внедрения на электроподвижном составе и фидерах контактного сети тяговых подстангщй.

Уровень потребления электрической энергии на тягу поездов на полигоне постоянного тока сети железных дорог в 2010 г. составил 12,24 млрд кВт-ч. При этом небаланс электрической энергии, отпущенной на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций и потребленной по счетчикам электроподвижного состава (далее - небаланс электрической энергии на тягу поездов), на полигоне постоянного тока за указанный период составил 18,6 %. Согласно методике, представленной в работе [1], составляющие технологических потерь электрической энергии на полигоне постоянного тока не превышают 10,4 %, а уровень нерациональ-