автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование конструкции токопроводящего рельсового стыка в системе тягового электроснабжения

БОШКАРЕВА Татьяна Владимировна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ТОКОПРОВОДЯЩЕГО РЕЛЬСОВОГО СТЫКА В СИСТЕМЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О ОЕВ 2011

САМАРА 2011

4854029

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный университет путей сообщения» (СамГУПС) на кафедре «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

ГАРАНИН Максим Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

СИДОРОВ Олег Алексеевич кандидат технических наук, доцент САМОХВАЛОВА Жанна Владимировна

Ведущая организация: Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Петербургский

государственный университет путей сообщения» (ПГУПС)

Защита состоится «18» февраля 2011 г. в 14-30 часов на заседании диссертационного совета Д 218.011.01 при ГОУ ВПО «Самарский государственный университет путей сообщения» по адресу: 443066, г. Самара, ул. Свободы, 2а, ауд.5216.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СамГУПС.

Автореферат разослан «&» ¿V 2011г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета университета.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 218.011.01 кандидат технических наук, доцент

В.С. Целиковская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В соответствие с федеральным законом № 261 от

23.11.2009 «Об энергосбережении и повышении энергетической

эффективности...», особую актуальность приобрели вопросы, связанные с

экономией топливно-энергетических ресурсов.

Наряду с железнодорожным транспортом, который в год потребляет 5-6 %

вырабатываемой в стране электроэнергии, существенно-значимым по

энергоемкости является городской электрический транспорт (2-3 %

вырабатываемой в стране электроэнергии). Существенная доля данного расхода

приходится на системы тягового электроснабжения (СТЭ) рельсового городского

электрического транспорта.

К показателям, характеризующим эффективность работы СТЭ, относится

потеря электроэнергии в ее элементах, и в частности в токопроводящих элементах

рельсовой сети, к которым относятся: рельсы, дроссель-трансформаторы,

соединители рельсовых стыков, дроссельные и междроссельные перемычки. К

наиболее нестабильным, с позиции обеспечения характеристик

электропроводности среди данных элементов, относится конструкция элементов

токопроводящих рельсовых стыков.

Использование в эксплуатации консгруктивно-оптимальных сборных

элементов токопроводящего рельсового стыка, позволяет обеспечить реализацию

безаварийного режима работы СТЭ и гарантированного обеспечения пропуска

электроподвижного состава (ЭПС). Вследствие динамического характера и

нестабильности факторов, воздействующих на конструктивные элементы

рельсового стыка - механических (ударный характер взаимодействия колес

электроподвижного состава и рельса в зоне стыков); электрических (протекания

обратных тяговых токов до 1000А); климатических и ряда других факторов,

существенно подвержены изменению электрические, электромеханические,

теплофизические характеристики токопроводящих элементов рельсового стыка.

Данная нестабильность особенно характерна для условий эксплуатации городских

видов рельсового транспорта, что определяет актуальность проведения

3

исследований в области совершенствования конструкций токопроводящих рельсовых стыков, в области разработки конструктивно-оптимальных его сборных элементов, обеспечивающих протекание обратного тягового тока в системе тягового электроснабжения рельсового городского транспорта (трамвай, метрополитен, скоростной трамвай).

Целью работы является разработка конструкций токопроводящих рельсовых стыков, обеспечивающих требования технической эксплуатации и повышение энергоэффективности системы тягового электроснабжения рельсового городского транспорта (трамвая).

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1) провести анализ конструкций токопроводящих рельсовых стыков с позиции их соответствия требованиям эксплуатации системы тягового электроснабжения рельсового городского транспорта (трамвая);

2) провести теоретические и экспериментальные исследования характеристик рельсового стыка и нафузочной способности его токопроводящих элементов различной конструкции;

3) усовершенствовать методику расчета нагрузочной способности системы тягового электроснабжения городского рельсового транспорта по элементам обратной тяговой сети;

4) разработать конструктивно и технологически обосновать решение по выбору типа и характеристик элементов рельсового стыка на базе расчетов их параметров для рельсовой сети трамвая;

5) выполнить оценку технико-экономической эффективности внедрения разработанных конструкций рельсовых стыков с тарельчатыми пружинами.

Объект исследования: токопроводящий рельсовый стык системы

тягового электроснабжения транспорта.

Предмет исследования: электрические и теплофизические

характеристики токопроводящего рельсового стыка.

Методика исследования: при решении поставленных задач

4

использовались методы математического моделирования тепловых процессов в элементах рельсового стыка, их характеристик и режимов работы на основе существующих законов и уравнений теплопроводности; основы теории планирования эксперимента.

Научная новнзна состоит в разработке методов расчета и конструирования моделей токопроводящих рельсовых стыков, отличающихся улучшенными электротехническими характеристиками и обеспечивающих требования технической эксплуатации, а также повышение энергоэффективности системы тягового электроснабжения рельсового городского транспорта.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Алгоритм оценки электропроводности конструкций рельсовых стыков со стыковыми соединителями, основанный на сопоставительном измерении сопротивления участка рельса и токопроводящего рельсового стыка.

2. Методика и математическая модель оценки энергоэффективности рельсовой сети с токопроводящими рельсовыми стыками усовершенствованной конструкции, основанная на использовании положений оценки наличной пропускной способности по условиям электроснабжения;

3. Методика и результаты расчета конструктивного элемента токопроводящего рельсового стыка - тарельчатой пружины, основанные на использовании метода конечных элементов.

Достоверность полученных результатов диссертационной работы основывается на использовании современных методов и устройств измерений; лабораторными и натурными исследованиями, обоснована теоретически и подтверждена практикой эксплуатации на путях трамвая г. Самары.

Практическая ценность. На основе проведенных теоретических и натурных испытаний разработана рельсовая сеть трамвая с конструкциями рельсовых стыков, в которых повышается энергоэффективность обратной тяговой сети; устраняется необходимость использования стыковых

соединителей; сопротивление рельсовых стыков уменьшается на 40 %.

5

Реализация результатов работы. Конструкции рельсовых стыков внедрены на трамвайных путях г. Самары. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе специальности 190401 - Электроснабжение железных дорог по дисциплине «Рельсовые сети электрифицированного транспорта».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались: на XXXIII научной конференции студентов и аспирантов СамГАПС «Дни студенческой науки» (Самара, 2006), второй Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2007), четвертом и пятом международных симпозиумах «Электрификация и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте» и «Электрификация, инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте» (Санкт -Петербург, Eltrans 2007), на IV и V международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (Самара, 2008, 2009 гг.), на Международной научно-практической конференции «Наука и образование транспорту» (Самара, 2009), на научно-технических семинарах кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» СамГУПС (Самара, 2008, 2009, 2010 гг.).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 12 печатных работах, которые включают в себя 9 статей (в том числе 2 в журналах из перечня ВАК РФ), один патент на полезную модель и тезисы 2 докладов, общим объемом - 2,1 п.л., авторский вклад составляет 65 %.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемых источников и приложения. Общий объем диссертации составляет 154 страницы, включая 54 иллюстрации, 5 таблиц, список использованных источников из 105 наименований, 2 приложения на 12 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы и выбранного направления исследований, дана краткая характеристика диссертационной работы, ее цели, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ различных конструкций рельсовых стыков с позиции электропроводности.

Большой вклад в изучение и развитие токопроводящих элементов СТЭ внесли ученые и отраслевые научные школы страны: МГУПС (МИИТ), ПГУПС, ОмГУПС, ДвГУПС, УрГУПС, ИрГУПС, РГУПС, СамГУПС. Особый вклад внесли ученые: МП. Бадер, А.Т. Бурков, М.Ф. Верига, А.Г. Галкин, B.JI. Григорьев, В.Т. Доманский, Ю.И. Жарков, А.Н. Колков, Ю.М. Коссой, В.Н. Ли, P.P. Мамошин, А.Н. Марикин, Г.П. Маслов, Н.И. Молин, В.А. Назаренко, B.C. Науменко, Ю.П. Неугодников, Е.В. Овечников, В.Н. Пупынин, A.A. Пышкин, В.Г. Рыжков, О.Н. Садиков, Ж.В. Самохвалова, O.A. Сидоров, П.П. Супрун, В.Г. Сыченко, С.А. Тархов, Д.В. Тропин, А.Е. Федяков, А.Б. Фенкличев и многие другие ученые.

Особый вклад в изучение обратной тяговой сети внесли ученые В.Л. Григорьев, Ю.В. Козин, Ю.М. Косой, В.Т. Сосянц, В.В. Хиценко, исследования которых нацелены на совершенствование рельсовой сети как токоведущего элемента тяговой сети.

Однако до настоящего времени как на сети железных дорог, так и на сетях трамвая, в основном применяются сборные рельсовые стыки, использующие в качестве токопроводящего элемента стыковые соединители.

В рамках решения поставленной задачи анализа токопроводящих рельсовых стыков с позиции их соответствия требованиям эксплуатации системы тягового электроснабжения рельсового городского транспорта (трамвая), для оценки электропроводности существующих конструкций рельсовых стыков со стыковыми соединителями, были произведены измерения электрического сопротивления данного типа стыков.

Поскольку стандартные средства измерения не позволяют измерить сопротивление отдельных элементов токопроводящего рельсового стыка, были разработаны алгоритм и прибор для измерения сопротивления элементов рельсового стыка (рис.1).

14 ""■*' 1 1 5 16 13 17

2 "** 7 9

6 8 Г 10 11

-о / Г о-_]_

ф Ф Ф ' I

) II п <

1 I г 3

Рис. 1. Структурная схема прибора для измерения сопротивления рельсовых стыков: 1 - аккумулятор, подключаемый к рельсу; 2 - стабилизатор тока; 3 - выключатель; 4,5 - разъемные магнитопроводы; 6 - стабилизатор напряжения; 7,8 - усилители малых сигналов датчиков Холла; 9 - вычитатель; 10,11 - дифференциальные милливольтметры; 12,13 - делители; 14,17 - блоки эталонных сигналов; 15,16 - блоки сравнения; 18 - регистрирующий прибор

Полученное устройство позволяет измерять сопротивление как всего стыка в целом, так и отдельно сопротивление стыкового соединителя. Данный

прибор пригоден для использования на магистральных железных дорогах, рельсовом городском электрифицированном транспорте и метрополитене.

Используя данный алгоритм, были произведены замеры электрических сопротивлений рельсовых стыков, объем выборки составил 68 измерений. Результаты статистического анализа полученной выборки приведены на рис. 2.

При проверке гипотезы о принадлежности полученной выборки одному из законов распределения, было выявлено, что распределение значений сопротивлений существующих рельсовых стыков со стыковыми соединителями, соответствует логарифмически-нормальному закону. Из анализа полученного графика видно, что модальное значение лежит за пределами допустимого (2,5 метра целого рельса), согласно «Правилам технической эксплуатации трамвая» и всего 26 % значений сопротивлений рельсового стыка лежат в рамках допустимого значения.

wswj'am (Sceaastieen lOv'Sec) va'i 156'1'логтаЦк J 9663 2Wi Van = SSTlMnormrv i jeO 0=512:

van «tss'v-avteigh!»:

Рис. 2. Гистограмма и усеченные законы распределения значений сопротивления рельсовых стыков со стыковыми соединителями: I - нормальный закон; 2 - логарифмически-нормальный закон; 3 - закон Релея; 4 - граница нормативного сопротивления рельсового стыка

Таким образом, подтверждена необходимость совершенствования конструкции токопроводящего рельсового стыка.

Во второй главе проведены теоретические и экспериментальные исследования характеристик рельсового стыка и его токопроводящих элементов.

По исследованиям Григорьева В.Л., переходное сопротивление токопроводящего рельсового стыка зависит от площади контактирования рельса и накладки 8рн и величины затяжки стыкового болта СЬ (рис. 3), которые связаны следующим соотношением:

4402

*ПЕР ~ „0,42 с0,15 , МКОМ (1)

Уз ' ЛРН

Из рис. 3 выявлено, что при затяжке стыковых болтов до величины 45 кН достигается такой же эффект по уменьшению переходного сопротивления, как и при приварке стыкового соединителя.

О 10 20 30 40 50 60 Оз. кН

Рис. 3. Зависимость переходного сопротивления стыка от величины натяжения стыковых болтов: 1 -без стыкового соединителя; 2 - при наличии стыкового соединителя; 3 - экспериментальное поле точек

Самым «узким» местом сборного токопроводящего рельсового стыкая, с точки зрения нагрузочной способности, является приварной стыковой соединитель. В настоящее время на путях трамвая применяются медные (Б = 70 мм2) и стальные (Б = 60 мм2) соединители. В работе рассматривается оценка нагрузочной способности токопроводящего рельсового стыка, где в качестве основного

критериального параметра используется нагрузочная способность приварного стыкового соединителя.

Для оценки термической устойчивости различных типов стыковых соединителей были проведены теоретические и стендовые тепловые испытания.

Известна формула для определения наибольшего допустимого тока стыкового соединителя:

^наиб -\1 г* ■ (2)

" к„ ■ а

Величина суммарной теплоотдачи определяется из уравнения:

где \Ур - потери тепла с поверхности соединителя, согласно закону радиации Стефана-Больцмана:

Г'т1+в,у (г,

(4)

100 ) и 00

где 1сс - ток в стыковом соединителе, А; Кса - сопротивление стыкового соединителя при температуре 0,, Ом; ©, - превышение температуры соединителя за время I; Т1 - температура окружающей среды; е - коэффициент черноты тела; а - постоянная Стефана-Больцмана; I' - площадь поверхности излучения, м2; а - температурный коэффициент расширения металла, 1/°С.

Время, в течение которого соединитель нагреется до температуры плавления (перегорит) можно определить по следующей формуле:

1п 1-0.

(5)

SgP

где /3- удельная теплоемкость; ц - масса провода; 8 - площадь сечения соединителя; Яо - сопротивление стыкового соединителя сразу после его приварки к рельсу.

Аналитический расчет показал, что при протекании по соединителю тока I = 1000А медный соединитель перегорит через 18 мин, стальной - через 2,5 мин.

Кроме теоретических исследований были проведены испытания соединителей на тепловом стенде (рис. 4), состоящем из мотор-генератора, двух отрезков рельса длиной 1,5 м, регистрирующей аппаратуры и ВАБ-43. Распределение температуры по поверхности соединителя приведено на рис. 5. Результаты эксперимента приведены на рис. 6.

Рис. 4. Тепловой стенд

R„<r!32 мкОм

84 85 89 80

L_\

Г*"-110 102 107 г ' ' 93

70 77

Рис. 5. Температурное поле медного приварного соединителя, S = 70 мм2 в установившемся режиме, I = 500 А

Анализ полученных кривых свидетельствует о том, что медный стыковой

соединитель способен выдерживать обратные тяговые токи. Что же касается

стального соединителя, он не может служить шунтирующим элементом в зоне

стыка из-за низких допустимых токов и большого сопротивления (R^ = 700 мкОм).

Однако приварка соединителей является лишь временной мерой поддержания

электропроводности в зоне рельсового стыка и не исключает необходимости

постоянного восстановления натяжения стыковых болтов.

12

а)

0„,"С 337

135 125 115

105 95 85 75 65 55 45

35

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 Г,мин

б)

0„,°С 115

105

95

85

75

65

55

45

35

0 123456789 10 11 12 2",мин

Рис. 6. Характеристики нагревания: а) медного стыкового соединителя,

Б-70 мм2; б) стального соединителя, Б = 60 мм2 13

^120 А

Доп] стии МИД 1ите/ ЬНЫ1 ток

100V

/

У .80/

/ А у

/ у *

г\ ( --■ / /60 А

& ч ч А

В третьей главе в рамках поставленной задачи, была усовершенствована методика расчета нагрузочной способности системы тягового электроснабжения городского рельсового транспорта по элементам обратной тяговой сети.

Обратная тяговая сеть проверяется по нагрузочной способности следующих элементов:

- путевых дроссель-трансформаторов;

- дроссельных и междроссельных перемычек;

- сборных рельсовых стыков;

- отсасывающих фидеров.

Под нагрузочной способностью токопроводящего рельсового стыка понимается допустимая токовая нагрузка, определяемая его лимитирующим элементом (стыковым соединителем).

Проверка элементов обратной тяговой сети производилась посредством сравнения полученных значений токов рельсовой сети с допустимыми. В качестве допустимых использовались значения для двух вариантов состояния рельсовых стыков, согласно инструкции по расчету пропускной способности -болты затянуты (40 кН) либо ослаблены.

Недостатком данной методики является отсутствие возможности оценки межпоездного интервала непосредственно по элементам обратной тяговой сети. Кроме того, существующая методика оценки пропускной способности, предусматривающая проверку по элементам обратной тяговой сети, не учитывает промежуточных состояний натяжения стыковых болтов, что характерно при использовании упругих элементов, в качестве которых можно использовать тарельчатые пружины.

С целью совершенствования данной методики предлагается при оценке межпоездных интервалов использовать допустимый ток стыкового соединителя как лимитирующего элемента не только сборного рельсового стыка, но и всей обратной тяговой сети.

Тогда допустимый минимальный межпоездной интервал по элементам обратной тяговой сети можно определить по аналитическому выражению:

= 1г

' ^ [ лг «Б/(/ЛлЛ1

+ I теЛ/

Япе

2 I

дг '

те М

N

neN

Пп\

п\

+ I

те М

(б)

где к кп2 - значение весового коэффициента характеристики

токораспределения ТП или фидера для нечетного и четного направлений:

_ /II ■ схр(Д1 ■ /)

или к„ =

А1-1 + В1

, ¿я =0-1,

(7)

-1 нормир. 1 нормир.

А1, В1 - коэффициенты, определяющие характер зависимости;

1 нормир. ~ значение нормированной токовой нагрузки;

^П\' ~ сРеднее значение тока поезда заданной массы при

дискретизации п по 1-му и 2-му пути;

М, п - количество точек и текущий номер точки дискретизации токовых реализаций в межподстанционной зоне 5 или секции т (участке между 2-мя соседними раздельными пунктами);

У - расчетное значение межпоездного интервала;

5, .у - количество и текущий номер расчетной межподстанционной зоны на участке;

М, т- количество и текущий номер расчетной секции на участке;

1дг - допустимый ток стыкового соединителя как лимитирующего элемента сборного рельсового стыка;

Ка - коэффициент надежности, 0,97.

Указанное выражение учитывает зоны питания тяговых подстанций. Величина 1дг определяется по следующей формуле:

где кш - коэффициент шунтирования соединителя:

2 • й + й„

2Л,,„+Й„+Л„ RpH - переходное сопротивление «рельс-накладка»; R„ - сопротивление накладки; Rcc - сопротивление соединителя; Р - периметр провода; g,r - масса соединителя; Rcc - сопротивление стыкового соединителя; tx - время, в течение которого ток протекает по соединителю;

/2-л„ W

(10)

-"л

где И - постоянная, зависящая от размеров проводника и температуры.

Используя указанные аналитические зависимости, можно осуществить расчег допустимых межпоездных интервалов по элементам обратной тяговой сети как дополнительного критериального параметра нагрузочной способности.

При этом нагрузочная способность сборного рельсового стыка определяется в зависимости от усилия натяжения стыковых болтов, которое может изменяться в больших пределах.

На рис. 7 представлена экранная форма разработанной программы в составе «Программно-технологического комплекса расчета энергообеспеченности», на основе которого можно осуществлять расчет минимальных межпоездных интервалов движения электрифицированного рельсового транспорта по нагрузочной способности токопроводящего рельсового стыка.

Таким образом, в рамках совершенствования методики расчета нагрузочной способности системы тягового электроснабжения рельсового транспорта по элементам обратной тяговой сети, была разработана программа, учитывающая различные промежуточные состояния рельсового стыка.

Программно-технологический комплекс расчета энергообеспеченности

РНПС

Рис. 7. Экранная форма программы расчета межпоездных интервалов

трамвая

В четвертой главе приведены результаты разработки конструкций рельсовых стыков с тарельчатыми пружинами, позволяющие длительное время сохранять монтажное натяжение стыковых болтов, а также уменьшить сопротивление рельсового стыка более чем на 40 % по сравнению со стыками, где используются приварные стыковые соединители. Основное назначение тарельчатых пружин - длительное сохранение натяжения стыковых болтов на необходимом уровне. Это достигается тем, что при ударе колеса подвижного состава о принимающий конец рельса упруго сжимается пружина и не происходит дополнительного растяжения болта либо смятия неровностей поверхностей накладок и рельсов. После прохода подвижного состава восстанавливается прежнее натяжение болтов.

При разработке типоразмеров тарельчатых пружин для рельсовых стыков трамвая были исследованы основные методики их расчета (ГОСТ 3057-90, «Христиан Бауэр», СамГУПС В.Л. Григорьев). Анализ полученных результатов показал, что оптимальным является расчет по методике В.Л. Григорьева, при котором существенно (в 1,9 раза) снижается расход металла на изготовление пружин.

Для подтверждения правильности полученных типоразмеров и характеристик тарельчатых пружин было произведено моделирование натяжения стыковых болтов в рельсовых стыках с использованием разработанных тарельчатых пружин на основе метода конечных элементов (МКЭ) в программном комплексе ANSYS, сертифицированном серией стандартов ISO 9000 и ГОСАТОМНАДЗОРОМ России.

Численное исследование прочности конструкции методом конечных элементов состоит из этапов:

- идентификация задачи, создание геометрии модели, пригодной для МКЭ;

- разбиение на сетку конечных элементов;

- приложение к модели граничных условий и нагрузок;

- численное решение системы уравнений (автоматически);

- анализ результатов.

Изображение сетки конечных элементов приведено на рис.8.

Исходя из соответствия характеристик, полученных в результате моделирования (рис. 9) (а1т = 2152,30 МПа, при Р = 45 кН) и аналитических

Рис.8. Сетка конечных элементов.

расчетов (сгт„ =2126 МПа, при Р = 45 кН) лимитирующие напряжения в кромках тарельчатой пружины с погрешностью 1,2 % совпали, что позволяет сделать вывод о возможности использования модели тарельчатой пружины на основе МКЭ для расчета рельсовых стыков.

Рис. 9. Хронограмма поля механических напряжений в меридиальном сечении тарельчатой пружины

На основе теоретических исследований в работе предложены рельсовые стыки для любых типов рельсов, конструкции которых показаны на рис. 10.

Рис. 10. Рельсовые стыки с тарельчатыми пружинами: а) Рельсовый стык Тв 60 трамвая с одной тарельчатой пружиной; б) рельсовый стык Р65 с двумя тарельчатыми пружинами

Совместно со службой ТТУ г. Самара был заложен опытный участок с разработанными и изготовленными тарельчатыми пружинами. С целью оценки эффективности повышения электропроводности были произведены экспериментальные замеры сопротивления полученных рельсовых стыков (рис. 11).

Полученная выборка составляет 76 значений сопротивлений. При проверке гипотезы о принадлежности полученной выборки одному из законов распределения, было выявлено, что распределение значений рельсовых стыков с тарельчатыми пружинами соответствует нормальному закону.

Histogia.^i (Sfxeadsheetl 10v"?ficj Varl = 7S'0 5'погтз|{х 19454 0 7852] Varl - 76"0 5"lognor~(x 0 5506 0 5492) Varl = 7ß'0 5'rayleigh/x 1.432]

Рис. 11. Гистограмма и усеченные законы распределения значений сопротивления рельсовых стыков со стыковыми соединителями: 1 - нормальный закон; 2 - логарифмически-нормальный закон; 3 - закон Релся;

4 - граница нормативного сопротивления рельсового стыка

Из графика видно, что модальное значение, а также 88 % всех значений лежит в пределах нормативного значения (2,5 м.ц.р.), согласно «Правилам технической эксплуатации трамвая».

Таким образом, сопоставляя рис. 2 и рис. 11 можно сделать вывод о том, что внедрение разработанных конструкций рельсовых стыков с тарельчатыми пружинами позволяет уменьшить сопротивление стыка более чем на 40 %.

В пятой главе выполнена оценка технико-экономической эффективности внедрения конструкций рельсовых стыков с тарельчатыми пружинами в рельсовую сеть трамвая.

Годовой экономический эффект в расчете на 1 км трамвайного пути составит в целом по г. Самара 28,6 млн руб.

20

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании выполненных исследований в диссертации получены следующие основные результаты и выводы:

1. Разработанный метод оценки электропроводности конструкций рельсовых стыков со стыковыми соединителями показал, что сопротивление рельсовых стыков с приварными стыковыми соединителями лишь на 26 % лежит в пределах нормативного значения, тогда как сопротивление рельсовых стыков с разработанными тарельчатыми пружинами на 88 % лежит в пределах нормативного (2,5 м.ц.р.).

2. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования характеристик рельсового стыка и нагрузочной способности его токопроводящих элементов различной конструкции показали, что приварка стыковых соединителей является временной мерой по поддержанию электропроводности рельсового стыка.

3. Разработанная методика и математическая модель оценки энергоэффективности рельсовой сети с токопроводящими рельсовыми стыками усовершенствованной конструкции позволяет при оценке межпоездных интервалов использовать допустимый ток стыкового соединителя как лимитирующего элемента не только сборного рельсового стыка, но и всей обратной тяговой сети.

4. Конструктивно разработано и технологически обосновано решение по выбору типа и характеристик элементов рельсового стыка для рельсовой сети трамвая. При этом разработана методика и приведены результаты расчета конструктивного элемента токопроводящего рельсового стыка - тарельчатой пружины, основанная на использовании МКЭ. Погрешность расчетов по полученной методике составляет 1,2 %.

5. Выполненная оценка технико-экономической эффективности внедрения тарельчатых пружин в рельсовые стыки трамвая, показала, что

годовой экономический эффект составляет в целом по г. Самара 28,6 млн. руб. Инвестиционный проект является эффективным.

Большой вклад в данную работу внес д.т.н. профессор В.Л. Григорьев. Также автор выражает благодарность за оказанную помощь д.т.н., профессору А.Н. Митрофанову и инженеру В.В. Игнатьеву.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях

1. Гончарова Т.В. Статистические характеристики тарельчатых пружин после длительной эксплуатации / В.Л. Григорьев, Т.В. Гончарова // Актуальные проблемы развития транспортных систем Российской Федерации: сборник научных трудов. - Самара : СамГАПС, 2005. - С.100-104.

2. Гончарова Т.В. Расчет годовых расходов на потери энергии в рельсовых стыках трамвая / В.Л. Григорьев, Т.В. Гончарова // Дни студенческой науки : сборник научных трудов студентов и аспирантов / Сам. гос. акад. путей сообщ. - Выпуск 7. - Самара: СамГАПС, 2006. - С.147-148.

3. Гончарова Т.В. Совершенствование конструкций рельсовых стыков трамвая / В.Л. Григорьев, Т.В. Гончарова // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии : труды всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. - Тольятти : ТГУ, 2007. - 4.2. - С.27-30.

4. Гончарова Т.В. Результаты длительной эксплуатации рельсовых стыков трамвая с тарельчатыми пружинами / В.Л. Григорьев, Т.В. Гончарова // Электрификация и организация скоростных и тяжеловесных коридоров на железнодорожном транспорте : тезисы докладов на Четвертом международном симпозиуме Екгапз-2007 . - Санкт-Петербург : ПГУПС, 2007. - С. 30-31.

5. Гончарова Т.В. К вопросу о применении стальных стыковых соединителей на путях трамвая / Т.В. Гончарова // Актуальные проблемы развития транспортного комплекса: материалы междунар. науч.-практ. конф., 45 марта 2008г. - Самара: СамГУПС, 2008. - С. 157-159.

22

6. Гончарова T.B. Выбор площади сечения стыкового соединителя трамвая / Т.В. Гончарова // Актуальные проблемы развития транспортного комплекса: материалы междунар. науч.-практ. конф., 25-27 февраля 2009 г. - Самара: СамГУПС, 2009. - С. 172-174.

7. Гончарова Т.В. Эксплуатация рельсовых стыков трамвая различных конструкций / Т.В. Гончарова // Наука и образование транспорту: материалы междунар. науч.-практ. конф., 5-7 октября 2009 г. - Самара : СамГУПС, 2009. -С.172-173.

8. Гончарова Т.В. Экономия электроэнергии в рельсовой сети трамвая / Т.В. Гончарова // Электрификация, инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное движение па железнодорожном транспорте: тезисы докладов на Пятом международном симпозиуме Eltrans-2009 . - Санкт-Петербург : ПГУПС, 2009. - С.29.

9. Пат. 88629 Российская Федерация, МПК B61L 23/00. Устройство для измерения сопротивления рельсовых стыков / Григорьев B.J1., Гончарова Т.В..; заявитель и патентообладатель ГОУ BIIO «Самарский государственный университет путей сообщения». - 2009127054/22; заявл. 14.07.2009; опубл. 20.11.2009, Бюл. № 32 - 2с.: 1ил.

10. Бошкарева Т.В. Расчет кривых нагревания рельсовых стыковых соединителей / М.А. Гаранин, Т.В. Бошкарева // Вестник транспорта Поволжья. - Самара : СамГУПС, 2010. - Вып. 3. - С. 85-90.

11. Гончарова Т.В. Трамвайные рельсовые стыки с тарельчатыми пружинами / Ю.В. Козин, B.JI. Григорьев, Т.В. Гончарова // Путь и путевой хозяйство. - М., 2010.-№10.-С. 16-18.

12. Бошкарева Т.В. Коэффициенты шунтирования и использования площади сечения стыковых соединителей / М.А. Гаранин, Т.В. Бошкарева // Наука и образование транспорту: материалы III Всероссийской научно-практической конференции (2010; Самара - Пенза). Всероссийская научно-практическая конференция «Наука и образование транспорту», 2010 г. - Самара : СамГУПС, 2010.-С. 85-86.

Бошкарена Татьяна Владимировна

Совершенствование конструкции токопроводящего рельсового стыка в системе тягового электроснабжения

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация Подписано в печать 12.01.2011. Формат 60*90 1/16. Усл. печ. листов 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 1.

Отпечатано в Самарском государственном университете путей сообщения. 443022, г. Самара, Заводское шоссе, 18.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ТОКООТОВОДЯЩИЙ РЕЛЬСОВЫЙ СТЫК В СИСТЕМЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.

1.1 Анализ конструкций рельсовых стыков.

1.2 Оценка электропроводности существующих рельсовых стыков.

1.3 Статистический анализ характеристик рельсовых стыков.

1.4 Выводы по первой главе.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЛЬСОВОГО СТЫКА И ЕГО ТОКОПРОВОДЯЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ.

2.1 Площади контактирования накладок и рельсов.

2.2 Переходное сопротивление стыка и стыковых соединителей.

2.3 Коэффициенты шунтирования и использования площади сечения различных типов соединителей.

2.4 Расчет кривых нагревания стыковых соединителей.

2.5 Нагревание стыковых соединителей токами нагрузки.

2.6 Испытания соединителей на тепловом стенде.

2.7 Принципы совершенствования конструкции рельсовых стыков.

2.8 Выводы по второй главе.

3 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА ПО

ЭЛЕМЕНТАМ ОБРАТНОЙ ТЯГОВОЙ СЕТИ.

3.1 Методика расчета пропускной способности железных дорог по элементам нагрузочной способности системы тягового электроснабжения.

3.2 Совершенствование методики расчета нагрузочной способности.

3.3 Программное средство расчета минимального межпоездного интервала городского электрифицированного транспорта.

3.4 Выводы по третьей главе.

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ РЕЛЬСОВЫХ СТЫКОВ С УПРУГИМИ

ЭЛЕМЕНТАМИ.

4.1 Основные соотношения расчета параметров тарельчатых пружин.

4.2 Анализ методов расчета типоразмеров тарельчатых пружин.

4.3 Конструкции рельсовых стыков с тарельчатыми пружинами.

4.4. Моделирование натяжения стыковых болтов рельсового стыка

4.5. Результаты эксплуатационных испытаний рельсовых стыков с тарельчатыми пружинами.

4.6. Выводы по четвертой главе.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ

РЕЛЬСОВЫХ СТЫКОВ С ТАРЕЛЬЧАТЫМИ ПРУЖИНАМИ.

5.1 Составляющие экономической эффективности конструкций рельсовых стыков с тарельчатыми пружинами. i \ g

5.2 Методики расчета потерь электрической энергии в зоне рельсовых стыков. цд

5.3 Расчет экономической эффективности применения конструкций' рельсовых стыков с тарельчатыми пружинами методом дисконтирования.

5.4 Выводы по пятой главе.

В соответствие с федеральным законом № 261 от 23.11.2009 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности.» [98], особую актуальность приобрели вопросы, связанные с экономией топливно-энергетических ресурсов.

Наряду с железнодорожным транспортом, который в год потребляет 5-6 % вырабатываемой в стране электроэнергии, существенно-значимым по энергоемкости является городской электрический транспорт (2-3 % вырабатываемой в стране электроэнергии). Существенная доля данного расхода приходится на системы тягового электроснабжения (СТЭ) рельсового городского электрического транспорта.

К показателям, характеризующим эффективность работы СТЭ, относятся потери электроэнергии в ее элементах, и в частности в токопроводящих элементах рельсовой сети, к которым относятся: рельсы, дроссель-трансформаторы, соединители рельсовых стыков, дроссельные и междроссельные перемычки. К наиболее нестабильным, с позиции обеспечения характеристик электропроводности, среди данных элементов, относится* конструкция токопроводящего рельсового стыка.

Рельсовый стык — место соединения двух рельсов. Стык включает в себя зазор для свободного удлинения рельсов при изменении температуры. Рельсы удерживают от сдвига металлические накладки, прижимаемые к рельсам 4/6 болтами с двух сторон.

Использование в эксплуатации конструктавно-оптимальных сборных элементов токопроводящего рельсового стыка, позволяет обеспечить реализацию безаварийного режима работы СТЭ и гарантированного обеспечения пропуска-электроподвижного состава (ЭПС). Вследствие динамического характера и нестабильности факторов, воздействующих на конструктивные элементы рельсового стыка — механических (ударный характер взаимодействия колес электроподвижного состава и рельса в зоне стыков); электрических (протекания обратных тяговых токов до 1000А); климатических и ряда других факторов, существенно подвержены изменению электрические, электромеханические, теплофизические характеристики токопроводящих элементов рельсового стыка. Данная нестабильность особенно характерна для условий эксплуатации городских видов рельсового транспорта, что определяет актуальность проведения исследований в области совершенствования конструкций токопроводящих рельсовых стыков, разработки конструктивно-оптимальных его сборных элементов, обеспечивающих протекание обратного тягового тока в системе тягового электроснабжения рельсового городского транспорта (трамвай, метрополитен, скоростной трамвай).

В качестве критериев совершенствования конструкции токопроводящих рельсовых стыков рассматриваются: повышение пропускной способности по элементам обратной тяговой сети; увеличение продолжительности сохранения нормативного натяжения стыковых болтов.

Как известно, пропускной способностью участка называется наибольшее число поездов установленной массы, которое может быть пропущено по данному участку в течение суток при определённой её технической оснащенности в принятой системе организации движения [52,53].

Целью работы является разработка конструкций токопроводящих рельсовых стыков, обеспечивающих требования технической эксплуатации и повышение энергоэффективности системы тягового электроснабжения рельсового городского транспорта (трамвая).

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1) провести анализ конструкций токопроводящих рельсовых стыков с позиции их соответствия требованиям эксплуатации системы тягового электроснабжения рельсового городского транспорта (трамвая);

2) провести теоретические и экспериментальные исследования характеристик рельсового стыка и нагрузочной способности его токопроводящих элементов различной конструкции;

3) усовершенствовать методику расчета нагрузочной способности системы тягового электроснабжения городского рельсового транспорта по элементам обратной тяговой сети;

4) разработать конструктивно и технологически обоснованное решение по выбору типа и характеристик элементов рельсового стыка на базе расчетов их параметров для рельсовой сети трамвая;

5) выполнить оценку технико-экономической эффективности внедрения разработанных конструкций рельсовых стыков с тарельчатыми пружинами.

Объект исследования: токопроводящий рельсовый стык системы тягового электроснабжения транспорта.

Предмет исследования: электрические и теплофизические характеристики токопроводящего рельсового стыка.

Научная новизна состоит в разработке методов расчета и конструирования моделей токопроводящий рельсовых стыков, отличающихся улучшенными- электротехническими характеристиками и обеспечивающих требования технической эксплуатации, а также повышение энергоэффективности системы тягового электроснабжения рельсового городского транспорта.

Основные положения, выносимые на защиту:,

1. Методика оценки электропроводности конструкций рельсовых стыков со стыковыми соединителями, основанный на сопоставительном измерении сопротивления участка рельса и токопроводящего рельсового стыка.

2. Методика и математическая модель оценки энергоэффективности рельсовой сети с токопроводящими рельсовыми стыками усовершенствованной конструкции, основанная на использовании положений оценки наличной пропускной способности по условиям электроснабжения;

3. Методика и результаты расчета конструктивного элемента токопроводящего рельсового стыка - тарельчатой пружины, основанные на использовании метода конечных элементов.

Методика исследования: в диссертационной работе использованы основы теории вероятности и математической статистики; решения нестационарных дифференциальных уравнений теплопроводности.

Достоверность полученных результатов диссертационной работы основывается на использовании современных методов и устройств измерений; лабораторными и натурными исследованиями, обоснована теоретически и подтверждена практикой эксплуатации на путях трамвая г. Самары.

Практическая ценность. На основе проведенных теоретических и натурных испытаний разработана рельсовая сеть трамвая с конструкциями рельсовых стыков, в которых повышается энергоэффективность обратной тяговой сети; устраняется необходимость использования стыковых соединителей; сопротивление рельсовых стыков уменьшается на 40%.

Реализация результатов работы. Конструкции рельсовых стыков внедрены на трамвайных путях г. Самары. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе специальности 190401 - Электроснабжение железных дорог по дисциплине «Рельсовые сети электрифицированного транспорта».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались: на XXXIII научной конференции студентов и аспирантов СамГАПС «Дни студенческой науки» (Самара, 2006), второй Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2007), четвертом и пятом международных симпозиумах «Электрификация и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте» и «Электрификация, инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте» (Санкт -Петербург, ЕИгаш 2007, 2009 гг.), на IV и V международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (Самара, 2008, 2009 гг.), на Международной научно-практической конференции «Наука и образование транспорту» (Самара, 2009), на научно-технических семинарах кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» СамГУПС (Самара, 2008, 2009, 2010 гг.).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 12 печатных работах, которые включают в себя 9 статей (в том числе 2 в журналах из перечня ВАК РФ), один патент на полезную модель и тезисы 2 докладов, общим объемом - 2,1 п.л., авторский вклад составляет 65%.

1. ТОКОПРОВОДЯЩИЙ РЕЛЬСОВЫЙ СТЫК В СИСТЕМЕ тягового

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

На основании- выполненных исследований в диссертации получены следующие основные результаты и выводы:

1. Разработанный метод оценки электропроводности конструкций рельсовых стыков со стыковыми соединителями показал, что сопротивление рельсовых стыков с приварными стыковыми соединителями лишь на 26% лежит в пределах нормативного значения, тогда как сопротивление рельсовых стыков с разработанными тарельчатыми пружинами на 88% лежит в пределах нормативного (2,5 м.ц.р.).

2. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования характеристик рельсового стыка и нагрузочной способности его токопроводящих элементов различной конструкции показали, что приварка стыковых соединителей является временной мерой по поддержанию электропроводности рельсового стыка.

3. Разработанная методика и математическая модель оценки энергоэффективности рельсовой1 сети с токопроводящими рельсовыми стыками усовершенствованной конструкции позволяет при оценке межпоездных интервалов использовать допустимый ток стыкового соединителя как лимитирующего элемента не только сборного рельсового стыка, но и всей обратной тяговой сети.

4. Конструктивно разработано и технологически обосновано решение по выбору типа и характеристик элементов рельсового стыка для рельсовой сети трамвая. При этом разработана методика и приведены результаты расчета конструктивного элемента токопроводящего рельсового стыка -тарельчатой пружины, основанная на использовании МКЭ. Погрешность расчетов по полученной методике составляет 1,2 %.

5. Выполненная оценка технико-экономической эффективности внедрения тарельчатых пружин в рельсовые стыки трамвая, показала, что годовой экономический эффект составляет в целом по г. Самара 28,6млн. руб. Инвестиционный проект является эффективным.

Большой вклад в данную работу внес д.т.н. профессор В.Л. Григорьев. Также автор выражает благодарность за оказанную помощь д.т.н., профессору А.Н. Митрофанову и инженеру В.В. Игнатьеву.

1. Almen J.О. ГИе Uniform-Section Disk Spring. Transactions of the A.S.MIE. / J.O. Almen, A.Laszlo // V.Voe.58, 1936. №4. - P.305-314.

2. Die C.B. Welzheim Christian Bauer / C.B. Die // Tellerfeder. KG,1972. - 96 p.

3. Алиев И.И. Электротехнические материалы и изделия : справочник / И.И. Алиев. М. : РадиоСофт, 2005. - 351 с.

4. Афанасьев A.C. Контактные и кабельные сети трамваев и троллейбусов : учебник для: техникумов / A.C. Афанасьев, Г.П. Долаберидзе, В.В.Шевченко. 2-е изд;, перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1992. - 327 с.

5. Бейченко В.И. Контактные соединения: токоведущих шин / В .И. Бейченко, H.H. Дзекцер. JI. : Энергия, 1978. - 144 с. .

6. Белоусов А.К. Электрические, разъемные контакты; в радиоэлектронной аппаратуре / А.К. Белоусов, B.C. Савченко: -М. : Энергия; 1967. 232 с.

7. Быков Е.И. Тяговые сети метрополитенов / Е.И. Быков, Б.В. Панин, В.Н. Пупыниш- Mil ¡.Транспорт, 1987. 256 с.8 : Васильев К.А. Нужны ли рельсовые соединители? / К.А. Васильев // Путь и путевое хозяйство. 1957. -№12.- С. 8-1Ш.

8. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов / С.Б. Васютинский. Л. : Энергия, 1970. - 432 с.

9. Вольдек А.И: Электрические машины : учеб. пос. для студ. высш. техн;, учеб. заведений; 2-е изд., доп. и перераб: / А.И. Вольдек. - Л. : Энергия, 1974. - 840 с.

10. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика : учеб. пос. для вузов / В.Е. Гмурман. 9-е изд., стер. — М. : Высшая школа, 2003. -479 с.

11. Н.Гончарова Т.В. Выбор площади сечения стыкового соединителя трамвая / Т.В. Гончарова // Актуальные проблемы развития транспортного комплекса: материалы междунар. науч.-практ. конф., 25-27 февраля 2009 г. Самара : СамГУПС, 2009. - С. 172-174.

12. Гончарова Т.В. Эксплуатация рельсовых стыков трамвая различных конструкций /Т.В. Гончарова // Наука и образование транспорту: материалы междунар. науч.-практ. конф., 5-7 октября 2009 г. — Самара : СамГУПС, 2009. С. 172-173.

13. ГОСТ 9.015 -74. Единая, система защиты от коррозии и' старения. Подземные сооружения. Общие технические требования . М. : Изд-во стандартов, 1974. - 80*с.

14. ГОСТ 2283-79. Лента холоднокатаная из инструментальной и пружинной стали. Технические условия-. Переизд. с измен. М. : Изд-во стандартов, 1990.-20 с.

15. ГОСТ 8193-73> Накладки двухголовые к рельсам типов Р43, Р50, Р65 и Р75. Конструкция и размеры . М.: Изд-во стандартов, 1998. - 5 с.

16. ГОСТ 7419-90. Прокат стальной горячекатаный для рессор Текст.

17. ГОСТ 3057-90. Пружины тарельчатые. Общие технические условия . М. : Изд-во стандартов, 2000. - 64 с.

18. ГОСТ Р 51685-2000. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия Текст. М.: Госстандарт России, 2001. — 27 с.

19. ГОСТ 14959-79. Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. Технические условия. М. : Стандартинформ, 2008. -15 с.

20. Григорьев B.JI. Технико-экономическое обоснование площади сечения, стыкового рельсового соединителя / B.JL Григорьев // Вестник ВНИИЖТ. М. : ВНИИЖТ - 1978. - Вып.5. - С.43-45.

21. Григорьев B.JI. Определение участков эффективного применения стыковых соединителей с использованием ЭВМ / B.JT. Григорьев // Межвуз. сб. науч. тр. УрЭМИИТ. Свердловск : УрЭМИИТ, 1988. - Вып. 80. - С.128-134.

22. Григорьев B.JI. Повышение надежности рельсовых стыков / B.JI. Григорьев // Проблемы безопасности движения на железнодорожном транспорте : межвуз. сб. науч. тр. ВЗИИТа. 1988. - Вып. 142. - С. 71-75.

23. Григорьев В. Л. Рельсовая сеть в системе электроснабженияtэлектрических железных дорог : учеб. пос. для вузов ж.-д. трансп. / B.JI. Григорьев. М. : ВЗИИТ, 1988. - 68 с.

24. Григорьев B.JI. Повышение электропроводности рельсовой сети системы электроснабжения / B.JI. Григорьев, Л.И. Брятова // Тезисы докл. XXXVI науч.-техн. конф. Хабаровск : ХабИИЖТ, 1989. - С.230-231.

25. Григорьев В.Л. Рельсовые стыки с тарельчатыми пружинами : учебное пособие / В.Л. Григорьев. Куйбышев : КИИТ, 1990. - 72 с.

26. Григорьев В.Л. Тепловой контроль контактной подвески : учеб. пос. / В.Л. Григорьев, В.Л. Бажанов. Самара : СамИИТ, 1994. - 80 с.

27. Григорьев В.Л. Диагностика рельсовых стыков тяговой сети системы электроснабжения : учеб. пос. для вузов ж.-д. трансп. / В.Л. Григорьев. — Самара : СамИИТ, 1995. 60 с.

28. Григорьев В.Л. Выбор конфигурации рельсовых стыков на основе теории конформных отображений / В.Л. Григорьев // Проблемы транспортного строительства и транспорта: материалы междунар. науч.-техн. конф. -Саратов : СГТУ, 1997. Т.4. - С.17-21.

29. Григорьев В.Л. Рельсовые сети систем тягового электроснабжения : автореф. дис. докт. техн. наук / В.Л. Григорьев. М. : МИИТ, 1999. - 46 с.

30. Григорьев В.Л. Комплексное решение проблемы рельсового стыка электрифицированного транспорта / В.Л. Григорьев, Л.С. Лабунский. -Самара : СамГАПС, 2005. 93с.

31. Григорьев В.Л. Тепловые процессы в устройствах электроснабжения1: учеб. пос. для вузов ж.-д. трансп. / В.Л. Григорьев, В.В. Игнатьев. М. : ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 182*с.

32. Гуделайтис И.В. Проблемы развития и функционирования городского электрического транспорта России / И. В. Гуделайтис, Ю.М. Коссой // Транспорт Российской Федерации. 2005. - №1. — С. 32-33.

33. Декабрун И.Е. Контакты аппаратов низкого напряжения / И.Е. Декабрун. М.: ВИНИТИ, 1970. - С. 126-212.

34. Демиденко А.Б. О влиянии стыковых соединителей на индуктивность рельсовой цепи / А.Б. Демиденко // Труды ДИИТ. Днепропетровск : ДИИТ, 1959. - Вып. 29. - С. 67-69.

35. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей / Н.Б. Демкин. -М.: Наука, 1970.-227 с.

36. Динамическая модель дислокации поездов для оценки электропотребления на участках железной дороги / А.Н. Митрофанов,

37. М.А. Гаранин, E.B. Добрынин // Интеллектуальный продукт зарегистрирован ВНТИЦ 21.09.03., Свидетельство № 73200300195. М: ВНТИЦ, 2003.

38. Елистратов П.С. Уравнение для расчета электрического контакта / П.С. Елистратов // Электротехника. 1972. - №11.- С. 59-63.

39. Ефимов A.B. Надежность и диагностика систем электроснабжения железных дорог : учебник для вузов ж.-д. трансп. / A.B. Ефимов,.А.Г.Галкин. М. : УМПК МПС России, 2000. - 512 с.

40. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике М.: Мир, 1975:

41. Инструкция по расчету наличной пропускной способности железных дорог. -М.: «Транспорт»; 1991.

42. Инструкция по содержанию верхнего строения пути. М. : Транспорт, 1992. - 286 с.

43. Калитин Н.Г. Содержание пути- на участках с электротягой / Н.Г. Калитин, H.F. Коган, М.Я. Липкинд // Путь и путевое хозяйство. 1957. -№4. - С. 6-8.

44. Камаев Б. Работа рельсовых цепей без стыковых соединителей / Б.Камаев, в. Пушкаренко, П; Голдобин // Железнодорожный транспорт. -1952.-№9.- С. 81-84.

45. Караев Р.И. Электрические сети и энергосистемы / Р.И. Караев, С.Д. Волобринский. М.: Транспорт, 1978. - 312 с.51 .Комаров A.A. Электрические контакты : учебно-методическое пособие / A.A. Комаров, В.Н. Яковлев. Самара : СамИИТ, 2001. — 51 с.

46. Коссой Ю.М. Рельсовые пути трамваев и внутризаводских дорог : учебник для техникумов / Ю.М. Коссой. М. ¡ Транспорт, 1987. -269 с.

47. Коссой Ю.М. Рельсовый путь на городской улице : учеб. пос. для вузов / Ю.М. Коссой. Н.Новгород : НГУ, 1992. - 99 с.

48. Коссой Ю.М. Городской транспорт : учеб. пос. для вузов. 4:1 / Ю.М: Коссой. Н.Новгород : НГУ, 1993. - 43 с.

49. Коссой Ю. М. Ваш друг трамвай. Век нижегородского; трамвая / Ю.М. Коссой. Н. Новгород : «Елень», «Яблоко», 1996. - 160 с.

50. Коссой Ю.М. Городской; транспорт :. учеб. пос. для- вузов; 4.2 / Ю.М. Коссой. -Н.Новгород : НГЛСА, 1998.- 104 с. .

51. Коссой Ю.М. Городской транспорт в зеркале экологии / Ю.М. Коссой // Энергия.-2001.

52. Коссой Ю.М. Как "развязать" очередной? узел, или сколько можно наступать на грабли? // Омнибус. Н;Новгород. - 2005. - №1/2.

53. Коссой Ю.М. Путь и путевое хозяйство трамвая : учебник / Ю.М; Коссой. Н.Новгород : Изд-во "Штрих-Н", 2008. - 332 с.

54. Ломазов Д.Б. Нужны ли соединители при нормальном содержании рельсовых стыков? / Д.Б. Ломазов // Железнодорожный транспорт. 1952.- №7. С. 68-73.

55. Ломазов Д.Б. Электрические свойства рельсовых стыков / Д.Б. Ломазов // Труды ДИИТ. Днепропетровск : ДИИТ. - 1959. - Вып. 29. - С. 60-65.

56. Марквардт, Г.Г. Исходные положения по созданию математической модели процесса работы устройств энергоснабжения электрических железных дорог / Г.Г. Марквардт / ВЗИИТ. М. - 1969. - вып. № 37. - С. 46-52.

57. Митрофанов А.Н. Прогнозирование и управление электропотреблением тяги поездов / А.Н. Митрофанов // Автореф.дисс. на соиск. уч. ст. докт. техн. наук по спец. 05.22.07 «Подв.состав.ж.д., тяга поездов и эл-кация»- Самара: СамГАПС, 2006. 48с.

58. Николаев В.И. Работа рельсовых соединителей / В.И. Николаев // Железнодорожный транспорт. -1952. №9.

59. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

60. На основании выполненных исследований в диссертации получены следующие основные результаты и выводы:

61. Выполненная оценка технико-экономической эффективности внедрения тарельчатых пружин в рельсовые стыки трамвая, показала, что

62. Пат. 2073765 Российская Федерация, МПК В60М 1/30, Е01В11/00. Рельсовое электрическое стыковое соединение / .Касылкасов Ж.М.; заявитель и патентообладатель Касылкасов Ж.М. №5019744/11; заявл. 29.12.1991; опубл. 20.02.1997.

63. Пат. 2098535 Российская Федерация, МПК Е01В11/04. Стыковая накладка к железнодорожным рельсам / Бородин A.B.; заявитель и патентообладатель Омская государственная академия путей сообщения. -№96112987/11; заявл. 19.06.1996; опубл. 10.12.1997.

64. Пат. 98102289 Российская Федерация, МПК В60М5/00. Токопроводный рельсовый стык / Супрун П.П.; заявитель и патентообладатель Дальневосточный государственный университет путей сообщения. -98102289/28; заявл. 27.01.1998; опубл. 27.10.1999.

65. Пат. 2229548 Российская Федерация, МПК Е01В11/00. Рельсовое стыковое соединение / Скворцов Н.П.; заявитель и. патентообладатель Скворцов Н.П. №2002113145/11; заявл. 18.05.2002; опубл. 27.05.2004.

66. Технология XXI века". 32003118100/11; заявл. 16.06.2003; опубл. 12.10.2004.

67. Правила технической эксплуатации трамвая. М.,2001. - 89 с.

68. Садиков О.Н. Трамвайные пути. Устройство, ремонт, содержание / О.Н. Садиков. М.: Транспорт, 1976. - 175 с.

69. Самохвалова Ж.В. Тепловые и электрические характеристики соединений проводов, при магнитно-импульсной сборке / Ж.В. Самохвалова, В.Н.

70. Самохвалов // Актуальные проблемы развития транспортного комплекса: материалы IV Международной научно-практической конференции. -Самара.: СамГУПС, 2008. С.Л40-142.

71. Сидоров О. А. Системы контактного токосъема с жестким токопроводом / О. А. Сидоров//Монография. М.: Маршрут, 2006.119 с.

72. Соколов А.Н. Электрические стыковые соединения / А.Н. Соколов, В.В". Спасский // Труды НИИ ЭЖД11КПС. 1934. - Вып. 7. - С. 9-11.

73. Сосянц В .Т. Современные: конструкции трамвайных путей / BIT. Сосянц. М.: Изд-во Мин. Коммунального хоз-ва РСФСР, 1962. - 150с.

74. Тер-Оганов, Э.В. Приминение имитационного моделирования для расчета и анализа работы системы тягового электроснабжения: уч. пособ. / Э.В. Тер-Оганов. Екатеринбург: Уральский энергетический ин-т инженеров транспорта, 1993. - 56 с.

75. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника / В.И. Тихонов. М. : Советское радио, 1966. - 345 с.

76. Толстов В.Ф. Пружинные кольца (шайбы) для рельсовых стыков / В.Ф. Толстов. М. : Транспорт НКПС, 1930. - 16 с.

77. Транспорт в России 2009 : статистический сборник Росстат. М., 2009. -Т65 М. -215 с.

78. ТУ 14-2Р-320-96. Рельсы трамвайные желобчатые. Технические условия.

79. Федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности.»II Российская газета : Центральный выпуск. 2009, - 27 нояб. - № 5050.

80. Хиценко В.В. Скоростной трамвай / В.В. Хиценко. JI. : Стройиздат, 1976.- 180 с.

81. Хиценко В.В. Развитие скоростного трамвайного транспорта / В.В. Хиценко. М. : ВИНИТИ, 1992. - 206 с.

82. Хольм Р. Электрические контакты / Р. Хольм. М. : Изд-во иностр. лит., 1961.-461 с.

83. Шаманов В.И. Стальные стыковые соединители на участках переменного, тока / В.И. Шаманов // Автоматика, связь, информатика. -1999.-№7.-С. 8-10.

84. Шиловская, Р.В. Математическая модель расчета' системы энергоснабжения метрополитена на ЭВМ / Р.В. Шиловская // Вопросы энергоснабжения и тяги поездов на электрических железных дорогах / Тр. ВЗИИТа. М. - 1969. - вып. № 27.

85. Шиловская, Р.В. Математическая модель расчета системы энергоснабжения метрополитена на ЭВМ / Р.В. Шиловская / ВЗИИТ. М. - 1973.-вып. №65.

86. Электротехнический справочник / под ред. Грудинского П.Г. М. : Энергия, 1974. - Т.1 - 237 с.143nPHJIO^CEHHE 11. ANSYS1. Project

87. First Saved Tuesday, April 21. 2009last Saved Tuesday, April 21^2009

88. Source CADocuments and SettmgsVasdtanM ßnnXHECKt>U4\Cone springs\Cone spring, agdbj

89. Type Length Unit Element Control Display Style1.ngthY* ~ Length Z

90. DesignModeler Millimeters Program Controlled Part Color1. Bounding Box1. Propertie«1. Volume Mass1. Bodies,7,e-002 m " 8.4251e~003m ~ 7.®-Ö02 m1,0277e^005m?" 8,0676e^Ö02 kg1. Statistic«1

91. Active Bodies Nodes' Elements1.port Solid Bodies Jmpoit Surface Bodies Importune Bodies i Parameter Processing Personal Parameter Key CAD Attribute Transfer11. Jä679 16841. Preference«1. Yes Ye»1. Yes1. Yes1. DS~1. No"

92. Named Selection Processing

93. Material Propertie6 Transfer1. CAD Associativity Import Coordinate Systemsj Reader Save Part File

94. Import Using Instances Do Smart Update Attach File Via Temp File1. AnalysisType1. Mixed Import Resolution

95. Enclosure and Symmetry Processing.1. No No " "Yes"1. No ' Yes No No1. None Yea1. Mesh

96. Nonlinear Material Effects

97. TABLE 3 M<del>aeor^ry > P«rh>

98. Sold Meshed Graphics Propertl—

99. Visible! " Ye« Transparency! 11. Definition1. Suppressed^ No

100. Material! structural Steel Stiffness Behavior Flexible1. Bounding Box1.ngth x. 7,e-002 m1. Length Y; 8,4251e-003 m1.ngth zj 7,e-002 m Properties

101. Physics Preference' Relevance; Advanced JRetewmce Center! Element Size i1. Mesh1. Solved1. Mechanical 1001. Coarse1. Default

102. Shape Checking I Standard Mechanicalsolid Element Midside Nodes1 Program Controlled . Straight Sided Elements Noj Initial size Seed Active Assemblyj Smoothing j Low1. Transition' Fast1. smtetlmj "*" Nodes1 ~~36791. Elements1684J

103. FIGURE1 Model > Mesh > Figure1. Static Structural1. TABLE 6 Model > Analyst*

104. Object Name Static Structural State Fully Defined1. Definition1. Physics Type Structura)

105. Analysis Type State Structural1. Options1. Reference Temp 22, tbC1. TABLE e

106. Model > Static Structural > Analysis Settings

107. Object Name Analysis Settings1. State Fully Defined1. Step Controls1. Number Of Steps 1,1. Current Step Number 1,1. Step End Time 1, s

108. Auto Time Stepping Program Controlled1. Solver Controls

109. Solver Type Program Controlled

110. Weak Springs Program Controlled1.rge Deflection Off1.ertia Relief Off1. Nonlinear Controls

111. Force Convergence Program Controlled

112. Moment Convergence Program Controlled

113. Displacement Convergence Program Controlled

114. Rotaton Convergence Program Controlled1.ne Search Program Controlled1. Output Controls1. Calculate Stress Yes1. Calculate Strain Yes

115. Calculate Results At All Time Points1. Analysis Data Management

116. Solver Files Directory C:\Documents and SettingsVascftHnCi flnJ!XHEO<MU\Cone spnngs\Cone spring Simulation Fäes\Static Structural <2>1. Future Analysis None1. Save ANSYS db No1. Delete Unneeded Files Yes1. Nonlinear Solution1. Noj <0000

117. TABLET Mod«! > Static Structural > Load*1. Object Name! State!force1. Displacement i1. FuJIy Defined Scop*

118. Scoping Method« Geometry Selection Geometry! 1 Edge1. Definition""

119. Define By Vector Components1. forca ' Displacementf M»gnïtude75000 N (rarnped)1. Direction ; Defined • „.

120. Suppressed; X Component I Y Component. Z Component!0, m (ramped) (0, m (ramped); 0. m (ramped))

121. FIGURE 2 Model > Static Structural > Foroe1. FIGURES

122. Model > Static Structural > Diapiaoamentw

123. CJÎJ Oßi -<U2i 0. ' -0.U3 0.Mefts•0,5 ~1. Solution1. TABLE 8

124. Model > Static Structural > Solution

125. Object Name Solution stjrtajsotyed Adaptiv* Mesh Refinement Max Refinement Loops ' 1, Refinement Depth' 2,1. TABLE «

126. Modal > Statte Structural > Solution > Solution Information

127. Object Name ' Solution Information ' State;" " Sotvod Solution Information

128. Solution Output- Solver Output Newtori-Raphson Residuals1 0

129. Update Interval; Display Points25 51. All""1. TABLE 10

130. Model > Statlo Structural > Solution > Résulta

131. Object Namej Total Deformation Directional Deformation I1. Sjate|1. Geometry!

132. Normal Elastic Strain t Shear BlattK Strain

133. Type Display Time: Orientation1. Equivalent Elastic Strain1. Solvid„„,. . '1. Scope1. All Bodes "~1. Definition

134. Totd Deformation Directional DeformationjEquivalent (von-Mises) Elastic Strain;Normal Elastic Strain Shear Elastic Strain;1. End Time

135. Minimum! 0, m Maximum! 7,1705e-004 m-2.47S8e-004m 2.4763^004 m1. X Alte1. XY Plane

136. Time Load Step Substep Iteration Number1. Result*1.0533e-003 m/m 1,60396-002 m)m Information1.» 1 1 1-1,602e-002 rtVm -8,2066^003 m/m6.5796e-003 m/m , 1,206^002 m/m1. FIGURE 4

137. Model > Static Structural > Solution > Total Deformation > Figure0 OOP 0020 (m)0010

138. FIGURE S Mod») > Static Structural > Solution >1. TABLE 11

139. Modal > Static Structural » Solution > Results

140. Object Name Maximum Principal Elastic Strain Minimum Principal Elastic Strain Normal Stress Shear Stress Vector Principal Stress1. State Solved1. S CO pa

141. Geometry All Bodies Definition

142. Type Maximum Principal Elastic Strain Minimum Principal Elastic Strain Normal Stress Shear Stress Vector Principal Stress1. Display Time End Time

143. Orientation: j XAxis XY Plane1. Results

144. Minimum 1,3534e-004 m/m -1.63486^302 m/m |-3.4408e+009 Pa -6.3l28«+008 Pa6,8392*003 m/m """ } " "-6,8112e-004 m/m : 7,7736w»008 Pa ! 8,2925e+008 PaJ1.formation1, a11. TABLE 12

145. Modal > Statte Structural > Solution > Prot»s

146. Object Name: Deformation Prob? , State | Solved !1. Definition :

147. Type Deformation j Loc»bonMetho^Geoi^rySele<:tion| Geometry 1 Edge 11. Option*„'

148. Jissult Selection' Y Aids ^Display, All Time Panto • Spatial Resolution^ Use Maximum I Maxlmtun Value Over Time !

149. YAjAb ~ -6,3613e-004 m " Minimum Value Over Time Y Axis'-6,3613e-004 m1. Material Data1. MawmumJ1. Time.i Load Step. ' Sut»tep! !Iteration Number:1. Structural Steel

150. TABLE 13 Structural Steel > Constant*1. Structural

151. Young's Modulus 1 Potsson* Ratio.2,e+011 Pa" 0.3 ""1. Density; 7850,kg/m?

152. Elartroi^iM^o« Relative PermeabBityi 10000

153. Resistivity j1.7e4307 Ohnrtfim

154. FIGURE 6 Structural Steel > Alternating Stress1. JJTJt^ 3«+«ljMtrl