| Задание: |
Тема: Механическое взаимодействие движущегося токоприёмника и
контактной сети.
Система «контактная подвеска — токоприемник» предназначена для
передачи электроэнергии на электроподвижной состав через электрический и
механический контакты. Таким образом, взаимодействие токоприемника с
контактным проводом также можно разделить на электрическое и механическое.
Электрический контакт между движущимся токоприемником и
неподвижным контактным проводом является скользящим, следовательно, для
него характерно наличие непрерывного трения и повышенный износ контактных
поверхностей. При этом в скользящем контакте один из материалов должен быть
более мягким и иметь повышенную пластичность, поэтому в качестве
контактных вставок используют материалы на основе углерода, который имеет
самое большое по сравнению с другими проводниковыми материалами
напряжение дугообразования. Переходное сопротивление контакта не должно
быть большим, так как при этом уменьшается проводимость в точках
соприкосновения, а так как оно обратно пропорционально контактному усилию,
то было бы логично увеличивать силу нажатия с целью уменьшения переходного
сопротивления. Однако такое увеличение будет приводить к залипанию
скользящего контакта и к увеличению износа контактных поверхностей. По
этому выбирается наиболее оптимальный вариант, позволяющий решить обе эти
задачи.
Механическое взаимодействие токоприемника и контактного провода
является одним из ключевых в работе этой системы и определяет такие
параметры, как максимальная скорость движения и затраты, связанные с износом
поверхностей.
При движении на токоприемник действуют различные механические силы,
такие как контактная сила нажатия, аэродинамическая подъемная сила полоза, а
также сила реакции кузова на основание токоприемника, сила сухого трения
67
контактного элемента и каретки, сила вязкого трения в системе подвижных рам.
Контактную силу нажатия можно разложить на статическую силу
нажатия токоприемника и динамическую инерционную силу нажатия.
Статическая сила нажатия представляет собой нажатие неподвижного
токоприемника на контактный провод и создается подъемными пружинами.
Динамическая инерционная сила нажатия зависит от приведенной
массы токоприемника, высоты его полоза и характеризует способность
токоприемника реагировать на изменение высоты контактного провода.
Аэродинамическая подъемная сила зависит от скорости движения
электроподвижного состава, направления и скорости ветра, конструкции
токоприемника, обтекаемости крыши и передней части локомотива. Наибольшее
воздействие аэродинамической подъемной силы испытывает первый по ходу
движения токоприемник.
Кроме того, контактная подвеска подвержена различным колебаниям
(пляскам проводов), связанным с распространением, отражением и
преломлением механических волн. Токоприемники также подвержены
колебаниям в вертикальной и боковой плоскостях. При скоростях
электроподвижного состава, сопоставимых со скоростью распространения
волны, в системе возможно появление резонансных явлений. Также резонанс
возможен при одновременной работе двух токоприемников, так как второй по
ходу токоприемник будет работать в условиях сложения амплитуд колебаний
контактной подвески и колебаний, вызванных взаимодействием с контактным
проводом первого токоприемника.
Рассмотрим основные моменты взаимодействия токоприемника с
контактной подвеской: момент поднятия токоприемника, момент трогания,
момент опускания и работу контакта при движении электроподвижного состава.
Поднятие токоприемника должно производиться при отключенных
силовых и вспомогательных цепях электроподвижного состава. Это связано с
тем, что при контакте полоз токоприемника подходит к контактному проводу с
определенной скоростью. При их соударении в контактных поверхностях
68
происходит ударная деформация. Это приводит к отбросу полоза токоприемника
на сотые или десятые доли миллиметра. Затем под действием пружин контакт
вновь замыкается. Такой процесс вызывает вибрацию и электровзрывную
эрозию (искрение) контактных поверхностей в связи с пробоем воздушного
промежутка и появлением электрических дуг.
Процесс трогания подвижного состава, ввиду его большой
инерционности, сопровождается значительным увеличением токов, проходящих
через электрический контакт. При этом увеличение тока должно происходить
постепенно, чтобы не допустить обрыва поезда. Это связано с тем, что последние
вагоны подвижного состава приходят в движение позже всех и резкое
увеличение тягового тока приведет к их отрыву от состава. В местах трогания
подвижного состава наблюдается повышенный износ контактного провода. Это
связано с тем, что перенос тока происходит не по всей поверхности контакта, а в
отдельных его точках. Увеличение тока приводит к значительному нагреву и в
некоторых случаях может привести даже к пережогу контактного провода. В то
же время в зонах трогания из-за невысокой скорости движения редки случаи
отрывов токоприемника.
Опускание токоприемника связано с разрывом электрической цепи,
поэтому скорость отрыва токоприемника от контактного провода должна быть
высокой. В противном случае возникающая при этом дуга станет устойчивой и
может повредить оборудование и привести к серьезным последствиям.
При движении электроподвижного состава в системе «токоприемник—
контактная подвеска» основными проблемными зонами являются так
называемые «жесткие» точки (например, места крепления контактного провода
к фиксаторам).
При прохождении токоприемника через жесткие точки может произойти
его отрыв от контактного провода, а затем удар о его поверхность. Отрыв
происходит в тех случаях, когда подвижная система токоприемника не успевает
среагировать на увеличение подвеса контактного провода. При отрыве между
токоприемником и контактным проводом образуется электрическая дуга,
69
которая вызывает оплавление обеих контактных поверхностей, что значительно
ухудшает последующий токосъем как в точке отрыва, так и по пути следования
электроподвижного состава, усиливает электрический износ, приводит к
появлению электромагнитных полей, вызывающих помехи в радиосвязи,
нарушает работу тягового оборудования электроподвижного состава.
После отрыва токоприемника от контактного провода при последующем
понижении высоты подвеса происходит удар полоза, который приводит к
образованию на поверхности контактного провода и контактных пластин
трещин, выбоин, сколов и других механических повреждений.
|