Рельсовые сети электрифицированного транспорта

Рельсовые сети электрифицированного транспорта

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Задание и исходные данные

. Определение переходного электрического сопротивления «рельс - накладка» и рельсового стыка

. Определение потерь электрической энергии в рельсовом токопроводящем стыке

. Расчет тарельчатых пружин для рельсовых стыков

. Присоединение дроссель - трансформаторов к рельсовой сети

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе строительства электрифицированных железных дорог и эксплуатации существующих остро стоит проблема ресурсо- и энергосбережения. К важнейшей составляющей этого вопроса можно отнести мероприятия (и в частности в рельсовой сети) по снижению расхода цветных металлов, потерь и расхода электрической энергии, а также её рационального использования в системах тягового электроснабжения. Основной особенностью энергетической политики железнодорожного транспорта всех видов является всемерное энергосбережение и сбережение цветных металлов с одновременным повышением эффективности потребления этих ресурсов. В этом направлении проводятся следующие мероприятия:

1. продолжение работ по стабилизации уровня сопротивления движению поезда. С этой целью необходимо разработать конструкции рельсовых токопроводящих стыков с меньшими просадками при следовании подвижного состава в этой зоне;

2.       разработка ресурсо и энергосберегающий рельсовой сети электрифицированного рельсового транспорта.

Сопротивление рельсовой сети состоит из сопротивления собственно рельсов и рельсовых стыков. Сопротивление рельсовых стыков в эксплуатационных условиях изменяются в широких пределах в зависимости от различных факторов, основными из которых являются:

1.       состояние контактирующих поверхностей рельсов и накладок;

2.       величина натяжения стыковых болтов и других факторов, зависящих от состояния окружающей среды (температура, влажность).

Вследствие ударного взаимодействия пути и подвижного состава в зоне стыка, происходит быстрое снижение давления накладок к рельсам и резкому возрастанию переходного сопротивления стыка.

От состояния стыка зависят:

1.       потери электрической энергии в рельсовой сети;

2.       расход энергии на тягу поездов;

.        работа рельсовых цепей автоблокировки;

.        расходы на содержание стыков;

.        безопасность движения поездов;

.        величины блуждающих токов и, как следствие, электрокоррозия подземных металлических сооружений, оболочек различных кабелей.

В рамках курсовой работы ставится задача изучения работы рельсовых токопроводящих стыков и методы их совершенствования.

1.  ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Тип рельсов: Р38.

Площадь поперечного сечения: 4900/408 мм2.

Значение тока в рельсовой сети: 100 А.

Сопротивление приварного медного стыкового соединителя: 430.10-6 Ом.

Тип путевого дроссель-трансформатора: 2ДТ-1-150.

Осевое усилие натяжения стыковых болтов: 10  70 кН.

Осевое перемещение пружин: 0  2,5 мм.

ЗАДАНИЕ

В соответствии с заданием необходимо выполнить следующие расчеты:

.Определить переходное электрическое сопротивление «рельс - накладка» RРН при незащищенных поверхностях контактирования накладок и рельсов при различных осевых усилиях натяжения стыковых болтов.

.Определить сопротивление токопроводящего стыка RСТ со стыковым соединителем при осевых натяжениях и сопротивлениях п. 1.

.Определить переходное электрическое сопротивление «рельс - накладка» RРН при зачистке поверхностей контактирования накладок и рельсов, согласно требованиям, при различных усилиях натяжения стыковых болтов (QЗ).

.Определить сопротивление токопроводящего стыка RСТ со стыковым соединителем при осевых натяжениях и сопротивлениях по п. 3.

.По п.п. 1 и 2 построить зависимости RРН=f(QЗ) и RСТ=f(QЗ) на одном рисунке.

.По п.п. 3 и 4 построить зависимости RРН=f(QЗ) и RСТ=f(QЗ) на одном рисунке.

.Определить годовые потери электрической энергии в токопроводящем стыке в зависимости от сопротивлений стыка, значения которых получены в п.п. 2 и 4. Построить зависимость А=f(RСТ).

.Рассчитать типоразмер тарельчатой пружины для рельсового стыка и напряжения в её кромках.

.Построить нагрузочную характеристику тарельчатой пружины Р=f(f).

.Привести назначение путевых дроссель - трансформаторов и схемы их присоединение к рельсовой сети.

.Привести рисунок рельсового стыка с тарельчатыми пружинами

Примечание. Удельное сопротивление рельсовой стали, ρ=210 Ом.мм2/м.

В знаменателе площадь поперечного сечения в медном эквиваленте.

. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕХОДНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ «РЕЛЬС - НАКЛАДКА» И РЕЛЬСОВОГО СТЫКА

Переходное сопротивление «рельс - накладка»  при не зачищенных поверхностях контактирования:

электрический сопротивление рельсовый стык

где - осевое усилие натяжения стыковых болтов, кН;

- номинальная площадь контактирования между накладкой и рельсом. В расчетах может быть принята

Переходное сопротивление «рельс - накладка»  при зачищенных поверхностях контактирования:

Результаты расчета занесены в таблицу 1.

Зависимость переходного сопротивления «рельс - накладка» от усилия натяжения стыковых болтов

По полученным данным строим график зависимости переходного сопротивления «рельс - накладка» при незачищенных и зачищенных поверхностей контактирования накладки и рельсов от усилия натяжения стыковых болтов, рисунок 1.

Рис. 1. График зависимости переходного сопротивления «рельс - накладка» от усилия натяжения стыковых болтов

Вывод: Из графика видно что, при не зачищенных поверхностях контактирования «рельс - накладка» и при малом осевом усилие натяжения стыковых болтов переходное сопротивление очень большое: при

 При наибольшем натяжении стыковых болтов переходное сопротивление заметно уменьшается при:

При зачищенной поверхности контактирования накладки и рельсов, переходное сопротивление гораздо меньше и составляет при а при

Из этого следует что предпочтительнее зачищенная поверхность контактирования накладки и рельсов, в связи с наименьшими потерями.

Сопротивление стыка:

где  - переходное сопротивление «рельс - накладка» при не зачищенных и зачищенных поверхностей контактирования накладки и рельсов.

При не зачищенной поверхности контактирования накладки и рельсов.

При зачищенной поверхности контактирования накладки и рельсов.

Результаты расчета занесены в таблицу 2.

Таблица 2

Зависимость сопротивление стыка от усилия натяжения стыковых болтов

По полученным данным строим график зависимости сопротивления стыка при незачищенных и зачищенных поверхностей контактирования накладки и рельсов от усилия натяжения стыковых болтов, рисунок 2.

Рис. 2. График зависимости сопротивления стыка от усилия натяжения стыковых болтов

Вывод: Из рисунка 2 видно, что сопротивление стыка при малом осевом усилие натяжения стыковых болтов и незачищенной поверхности контактирования накладки и рельсов очень велико, и постепенно уменьшается при большем натяжении стыковых болтов.

При зачищенной поверхности контактирования накладки и рельсов сопротивление стыка практически не изменяется, не зависимо от натяжения стыковых болтов.

. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В РЕЛЬСОВОМ ТОКОПРОВОДЯЩЕМ СТЫКЕ

Определение потерь электрической энергии в стыках:

где  - ток в рельсах, А;

 - число часов году;

 - сопротивление соединителя, Ом;

- переходное сопротивление «рельс - накладка» при незачищенных и зачищенных поверхностях контактирования накладки и рельсов.

При не зачищенной поверхности контактирования накладки и рельсов.

При зачищенной поверхности контактирования накладки и рельсов.

Результаты расчета занесены в таблицу 3.

Таблица 3

Зависимость потерь электрической энергии от усилия натяжения стыковых болтов

По полученным данным строим график зависимости потерь электрической энергии в рельсовом токопроводящем стыке при незачищенных и зачищенных поверхностей контактирования накладки и рельсов от усилия натяжения стыковых болтов, рисунок 3.

Рис. 3. График зависимости потерь электрической энергии в рельсовом токопроводящем стыке от усилия натяжения стыковых болтов

. РАСЧЕТ ТАРЕЛЬЧАТЫХ ПРУЖИН ДЛЯ РЕЛЬСОВЫХ СТЫКОВ

Тарельчатая пружина (рис. 4) представляет собой малоподъемную коническую обмотку, которая в процессе деформации получает значительные перемещения. При расчете тарельчатых пружин определяют величину сжимающей силы  при заданной осадке и геометрических размерах  и Затем определяют напряжения в кромках пружины и

Рис. 4. Тарельчатая пружина

Рис. 5. Рельсовые стыки с одной (а) или двумя (б) тарельчатыми пружинами

Зависимость между  и перемещением пружины  в любой точке характеристики:

где

=1,8 - отношение наружного диаметра тарельчатой пружины к внутреннему диаметру;

=75000 Н - усилие, воспринимаемое пружиной;

E =2100 Н/мм2 - модуль нормальной упругости;

S - толщина пружины, мм;

f - осевое перемещение пружин, мм;

h - высота нагружаемой пружины, мм;

=0,3 - коэффициент Пуассона;

D - наружный диаметр тарельчатой пружины, см.

При осевом перемещении пружин f=0:

При осевом перемещении пружин f=0,5:

При осевом перемещении пружин f=1:

При осевом перемещении пружин f=1,5:

При осевом перемещении пружин f=2:

При осевом перемещении пружин f=2,5:

По полученным данным строим график зависимости, усилия воспринимаемой пружины  и перемещением пружины f, рисунок 6.

Рис. 6. График зависимости, усилия воспринимаемой пружины  и перемещением пружины f.

Вывод: Из рисунка 6 видно, что чем больше усилие на тарельчатую пружину, тем больше она перемещается.

Толщина пружины:

где =1,8 мм - наибольший изгиб;

 - усилие, воспринимаемое пружиной, Н;

 - допустимое напряжение.

Наружный диаметр пружины:

где  - наибольший изгиб, мм;

E =2100 Н/мм2 - модуль нормальной упругости;

S - толщина пружины, мм;

 - допустимое напряжение.

Высота нагруженной пружины:

где  - наибольший изгиб, мм;

S - толщина пружины, мм.

Объем металла в тарельчатой пружине:

где S - толщина стенки пружинs, мм;

D - наружный диаметр тарельчатой пружины, см;

d - внутренний диаметр тарельчатой пружины, см.

Масса тарельчатой пружины:

,

где r = 7,85 г/см3 - плотность стали;

S - толщина пружины, мм;

D - наружный диаметр тарельчатой пружины, см;

d - внутренний диаметр тарельчатой пружины, см.

При нагружении в кромках тарельчатой пружины возникают напряжения растяжения и сжатия, которые определяются по следующим уравнениям.

При уменьшении осадки пружины (сплющивании) в её четырех кромках возникают напряжения, от правильного выбора которых зависит долговечность пружин. Эти напряжения определяются по следующим формулам:

I - верхняя кромка отверстия:

,

где S - толщина стенки пружины, мм;

m = 0,3 - коэффициент Пуассона;

f - осевое перемещение пружины, мм.

Значения коэффициентов b и g, зависящие от отношения D/d, определяются графиком (рис. 2.2 [3]), b =1,13, g =1,26.

При осевом перемещении пружин f=0:

При осевом перемещении пружин f=0,5:

При осевом перемещении пружин f=1:

При осевом перемещении пружин f=1,5:

При осевом перемещении пружин f=2:

При осевом перемещении пружин f=2,5:

II - нижняя кромка отверстия:

;

При осевом перемещении пружин f=0:

При осевом перемещении пружин f=0,5:

При осевом перемещении пружин f=1:

При осевом перемещении пружин f=1,5:

При осевом перемещении пружин f=2:

При осевом перемещении пружин f=2,5:

III - нижняя кромка наружного диаметра

,

где  - внутренний диаметр тарельчатой пружины.

При осевом перемещении пружин f=0:

При осевом перемещении пружин f=0,5:

При осевом перемещении пружин f=1:

При осевом перемещении пружин f=1,5:

При осевом перемещении пружин f=2:

При осевом перемещении пружин f=2,5:

IV - верхняя кромка наружного диаметра

,

При осевом перемещении пружин f=0:

При осевом перемещении пружин f=0,5:

При осевом перемещении пружин f=1:

При осевом перемещении пружин f=1,5:

При осевом перемещении пружин f=2:

При осевом перемещении пружин f=2,5:

По полученным данным строим график зависимости, напряжения растяжения и сжатия , от перемещением пружины f, рисунок 7.

Рис. 7. График зависимости, напряжения растяжения и сжатия , от перемещением пружины f.

Вывод: Из рисунка 7 видно, что кромки пружины работают по парно. Верхняя кромка отверстия - I, и верхняя кромка наружного диаметра - IV тарельчатой пружины работают на сжатие, а нижняя кромка отверстия - II, и нижняя кромка наружного диаметра - III работают на растяжение.

5. Присоединение дроссель-трансформаторов к рельсовой сети

На участках, оборудованных автоблокировкой, для сохранения непрерывности цепи тягового постоянного тока с каждой стороны изолирующего стыка 1 (рис. 8) устанавливают дроссель-трансформаторы (ДТ), концы обмоток которых присоединяют к обеим рельсовым нитям. Для прохождения тягового тока в обход изолирующего стыка 1 средние точки обмоток ДТ соединяют между собой проводом 2. Междупутные соединители 3 устанавливают, соединяя между собой средние точки обмоток ДТ соседних изолирующих стыков.

Рис. 8. Схема прохождения тягового в обмотках дроссель-трансформаторов:

- изолирующий стык; 2 - провод; 3 - междупутный соединитель; I и II - пути

Общий вид дроссель-трансформатора и схемы соединения его обмоток приведены на рис. 9 и 10. Сопротивление изоляции обмоток дроссель-трансформатора относительно корпуса и между собой при температуре окружающего воздуха +15 0С - +25 0С и относительной влажности 75% должно быть не менее 25 МОм.

- чугунный корпус; 2 - крышка; 3 - основная обмотка; 4 - ярмо;

- сердечник; 6 - дополнительная обмотка; 7 - муфта для разделки кабеля

Рис. 10. Схема соединения обмоток дроссель-трансформаторов:

А1-А2 - выводы основной обмотки для подключения к рельсам;

К - средний вывод для подключения отсасывающего фидера, заземляемой конструкции; I - основная (первичная) обмотка; II - дополнительная вторичная обмотка; 0-1-2-3-4 - выводы вторичной обмотки

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.         Григорьев В.Л., Лабунский Л.С., Щукин Б.Д., Гаранина Н.Л. Методические указания по оформлению дипломных проектов. - Самара: СамИИТ, 2001. - 27 с.

.           Григорьев В.Л. Рельсовая сеть в системе тягового электроснабжения электрических железных дорог. - М.: ВЗИИТ, 1988. - 68 с.

.           Григорьев В.Л. Рельсовые стыки с тарельчатыми пружинами. - Куйбышев: СамИИТ, 1990. - 72 с.

4.         Михеев В.П. Контактные сети и линии электропередачи: Учебник для вузов ж.-д. транспорта. - М.: Маршрут, 2003. - 416 с.

5.         В.В. Мунькин, А.М. Василянский и др. Контактная сеть и воздушные линии. Нормативно-методическая документация по эксплуатации контактной сети и высоковольтным воздушным линиям: Справочник: Департамент электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения РФ. - М.: ТРАНСИЗДАТ, 2001. - 512 с.