Конструкция и материал проводов

Подвешенный контактный провод можно рассматривать как натянутый стержень, опирающийся в нескольких точках (Рис.6, а). Расстояние между опорными точками А и В называется длиной пролета, или пролетом. Под действием силы тяжести от собственной массы и других сил провод провисает по плавной кривой. Это провисание характеризуется стрелой провеса }, определенной как расстояние, измеренное по вертикали от точки подвешивания до наинизшей точки провода. Поперечные размеры контактного провода в сравнении с длиной пролета настолько малы, что влиянием жесткости провода при определении формы кривой провисания можно пренебречь и рассматривать ее как гибкую нить. Стрела провеса увеличивается с увеличением длины пролета и уменьшается с увеличением натяжения провода.

Наилучшие условия токосъема обеспечиваются при движении контактной части токоприемника по горизонтальной траектории, что соответствует положению провода с минимально возможными провесами. Уменьшать длину пролетов можно лишь до определенных пределов, после которых это становится экономически невыгодным вследствие больших расходов на опорные и поддерживающие устройства. Увеличение натяжения провода ограничивается его прочностью и необходимым запасом прочности для обеспечения надежной работы на весь срок службы. Натяжение провода изменяется с изменением температуры. При повышении температуры увеличивается длина провода, а следовательно, увеличивается стрела провеса и уменьшается натяжение. При понижении температуры происходит обратное явление - уменьшается стрела провеса и увеличивается натяжение.

Для обеспечения стрел провесов в допускаемых пределах периодически, в определенные сезоны, регулируют натяжение провода вручную. Такая регулировка называется сезонной регулировкой. Более совершенным является автоматическое регулирование натяжения для поддержания. его на заданном уровне. Для автоматического регулирования используются, как правило, грузовые компенсаторы (Рис.6, б). Находит также применение частичное регулирование натяжения в пределах, ограниченных средними значениями по многолетним наблюдениям наивысшие и наинизшие температуры для данной местности. Для такого реагирования используют свойства подвески изменять натяжение провода при изменении наклона подвесных струн или положения провода на криволинейном участке.

Подвески, не имеющие автоматического регулирования, называются некомпенсированными; имеющие автоматическое регулирование грузовыми компенсаторами натяжения контактного провода и продольного троса - компенсированными; цепные подвески, имеющие автоматическое регулирование натяжения только контактного провода, - полукомпенсированными; а подвески с регулированием натяжения лишь в определенных пределах - частично компенсированными.

Контактные подвески имеют несколько разновидностей', которые можно свести к двум группам: простые и цепные. Каждая из этих групп, в свою очередь, имеет несколько подвесок, отличающихся внешним видом, способом регулирования натяжения провода и троса, условиями токосъема и эластичностью. Каждый тип подвески предназначается для определенных условий движения подвижного состава и характеристик трамвайных и троллейбусных линий. Для линий и участков, где можно допустить повышенные скорости движения, как правило, применяют цепные подвески, из которых для городских условий полукомпенсированные более предпочтительны.

Эластичностью контактной подвески называется способность, ее отжиматься вверх под действием нажатия токоприемника. Она характеризуется подъемом контактного провода данной точке от вертикальной силы токоприемника, мм/Н. Величина, обратная эластичности, называется жесткостью, она характеризуется силой, которую нужно приложить к контактному проводу, чтобы отжать его вверх на 1 мм. Единица измерения жесткости - Н/мм.

Эластичность подвески положительно влияет на качество токосъема, обеспечивая надежный контакт при толчках и колебаниях токоприемника, возникающих, например, из-за неровностей пути. Под действием токоприемника провод непрерывно отжимается вверх.

При перемещении токоприемника вниз провод следует за ним, сохраняя контакт, а при толчке вверх смягчает удар.

В пролете эластичность неравномерна: наименьшая в точках подвешивания, а наибольшая в середине пролета.

По эластичности трамвайные и троллейбусные контактные подвески условно делят на жесткие, полужесткие и эластичные. Подвеска называется жесткой, если контактный провод неподвижно закреплен на жесткой конструкции, например на ферме моста, потолке тоннеля и других неупругих опорно-поддерживающих конструкциях.

Подвеска называется полужесткой, если контактный провод закреплен на гибкой поперечине из проволоки или троса, вместе с которыми он может иметь небольшие вертикальные перемещения в точке подвешивания под действием силы натяжения токоприемника.

Подвеска называется эластичной, если система подвешивания имеет упругие звенья, отклоняемые из своего. статического положения при отжиме провода токоприемником. Следует иметь в виду, что полужесткие подвески тоже обладают определенной эластичностью. Степень эластичности определяется расчетом или опытом. Под эластичными подвесками обычно понимают подвески, имеющие повышенную эластичность по сравнению с полужесткими.

Простая некомпенсированная полужесткая подвеска была применена в первых подвесках контактного провода на высоте и до сих пор используется для участков сети, где скорость движения небольшая. К ним относятся отдельные участки трамвайных и троллейбусных линий протяженностью не более 400 м, кривые участки радиусом менее 70 м, сетевые узлы контактной сети, территории депо и ремонтных мастерских, заводов и подъезды к ним, грузовые линии. Достоинством подвески является простота устройства и обслуживания.

Провода закрепляют на гибких поперечинах или кронштейнах через 30-35 м для трамвайной и через 25-30 м для троллейбусной линий (рис.7, а). Большие пролёты применяют при креплении гибких поперечин на опорах, меньшие - при закреплении на стенах зданий. При совместной подвеске линий трамвая и троллейбуса длины пролетов принимают 25-30 м. Большие длины пролетов обусловливают большие провесы проводов, что ухудшает токосъем на больших скоростях движения. Скорость движения подвижного состава, допускаемая этой подвеской на прямых участках, не более 45 км/ч. Поддержание натяжения провода в заданных пределах осуществляется сезонной регулировкой.

Рассматриваемая простая подвеска предназначена для двух линий трамвая или троллейбуса, если расстояние между проводами не более 10 м. При большем числе подвешиваемых линий становится невозможным отрегулировать и поддерживать высоту их закрепления в допустимых пределах, а большие расстояния в средней части поперечины ведут к большим провесам над серединой улицы.

В эксплуатации продолжает оставаться значительное число линий с простой полужесткой некомпенсированной подвеской. Замена таких подвесок обычно выполняется при реконструкции сети, следовательно, они еще длительное время будут оставаться в эксплуатации. Существенное улучшение токосъема трамвая при минимальных затратах можно получить и при сохранении простой Подвески, если применить автоматическую грузовую компенсацию натяжения провода. Переустройство заключается в монтаже узлов грузовой компенсации, средней анкеровки и замене подвесов на специальные скользящие.

Разновидностью простой полужесткой некомпенсированной подвески является простая подвеска на цепной гибкий поперечине с фиксирующим тросом (рис.7, б). Эту подвеску применяют для проводов двух и более линий троллейбуса, совместной подвески линий трамвая и троллейбуса, для подвески нескольких линий в депо. Основной элемент этой подвески - несущий трос поперечины - воспринимает все вертикальные нагрузки от контактных проводов, арматуры и частично от фиксирующей поперечины.

Расположение всех проводов на одной высоте достигается благодаря различной длине струнок. Под несущим тросом на высоте установки подвесов располагают фиксирующий трос, закрепляющий положение проводов в плане. Он воспринимает все горизонтальные нагрузки, возникающие при изменении направления проводов на криволинейных участках, действия ветра и боковых перемещений токоприемников. Для несущего троса, являющегося наиболее ответственной частью подвески, предусматривается трехкратный запас прочности, для фиксирующего троса - 2,5.

Подвеска провода на струнах обеспечивает большую независимость одного пути от другого. Например, повреждение проводов одного пути может не отразиться на работе другого, подвешенного раздельно на самостоятельных струнах. По основным параметрам - длине пролета и допустимой скорости движения - эта подвеска не отличается от подвески на простых поперечинах. Токосъем также может быть улучшен, если применить автоматическую. компенсацию.

Полигонная подвеска (рис.7, в, г) - это такая подвеска, при которой на прямых участках по обе стороны от проводов подвешивают несущие тросы, располагаемые в наклонных плоскостях со спуском их к контактным проводам. Несущие тросы связаны несколькими поперечными струнами, которые служат гибкими поперечинами для подвески контактных проводов. Длина пролета между точками крепления несущих тросов по сравнению с простой подвеской может быть увеличена в 1,5-2 раза, а в. особых случаях - и более. Расстояние между струнами на прямых участках 15-20 м. Подвеска пригодна для прямых и кривых участков пути, причем на кривом участке может быть несущий трос лишь с одной стороны.

По сравнению с простой подвеской полигонная обеспечивает лучший токосъем благодаря уменьшению стрел провеса провода при одном и том же его натяжении вследствие более частого подвешивания. Для этой подвески требуется меньшее число опор.

Вместе с тем подвеска обладает рядом недостатков: повреждение несущего троса или струны одного пути вызывает нарушение движения обоих направлений, довольно сложный монтаж и регулировку системы в пролетах.

Полигонная подвеска не получила широкого распространений, но в виде отдельных включений встречается довольно часто на кривых участках пути трамвая, на больших площадях, мостах, путепроводах для подвески проводов трамвая или троллейбуса, когда отсутствуют здания, а опоры можно установить только с увеличенным пролетом. Полигонную подвеску часто применяют в одном из упрощенных вариантов: ' в виде угольника или трапеции (рис.7, д, е). Допустимая скорость движения до 45 км/ч.

В частично компенсированной простой подвеске на наклонных струнах - маятниковой подвеске (рис.8) - провода располагаются зигзагообразно 'по ломаной линии с отклонением вправо и влево от оси пути.

На поперечине или кронштейне провод закрепляют на подвеске с двумя параллельными струнами, воспринимающими силу тяжести провода и арматуры и горизонтальное усилие от оттяжки провода для зигзага. Параллелограмм, образованный струнами с верхними и нижними подвесами, обеспечивает вертикальное положение оси провода при всех наклонах струн в рабочем диапазоне.

Частичная компенсация - натяжения происходит следующим образом. Наклон струн (рис.8, б) определяется равнодействующей R1 от действия вертикальной силы тяжести подвески Q и горизонтальной силой от зигзага Z1. При понижении температуры провод будет уменьшаться в длине, что повлечет увеличение натяжения его и увеличение усилия от зигзага Z2, а горизонтальная сила Q останется неизменной. Установится, новое равновесие с равнодействующей R2, которая определит направление струн. При этом провод поднимется несколько вверх, произойдет спрямление зигзагообразной линии; длина этой ломаной линии становится меньше, чем до понижения температуры. Вследствие этого натяжение в проводе увеличится несколько меньше того, каким оно было бы при отсутствии наклонных струн и зигзага.

Обратная картина наблюдается при повышении температуры - увеличение зигзага и вследствие этого компенсация натяжения. Компенсация натяжения будет частичной, поскольку лишь часть приращения длины провода компенсируется изменением зигзага. Вместе с тем подвеска позволяет сгладить резкие изменения натяжения и для определенных климатических условий автоматически поддерживать натяжение, провода в заданных пределах.

Наклонное расположение струн обеспечивает эластичность подвески. В точке подвеса под действием силы нажатия токоприемника на провод Р (рис.8, г) вертикальная составляющая будет равна разности Q - Р, а горизонтальная сила Z практически сохранит то же значение, что и при отсутствии токоприемника. С изменением усилий изменится равнодействующая, а следовательно, и наклонная струна сместится в сторону уменьшения зигзага, а провод поднимется вверх. Влияние токоприемника будет сказываться не только в точке подвешивания, но и в пролете, поскольку усилие нажатия токоприемника частично разгружает подвес.

Уменьшение зигзага при движении токоприемника благоприятно сказывается на устойчивости токосъема, так как при этом как бы скругляются вершины зигзага;

Длину струны рекомендуется принимать 0,5-0,6 м, а углы излома контактного провода в вершинах зигзага - не более 5°.

Подвеску применяют на троллейбусных линиях при радиусе криволинейных участков не менее 200 м. Длина пролета, между опорами на прямых участках 35-40 м. Скорость движения подвижного состава, допускаемая этой подвеской на прямых участках, 50 км/ч.

Компенсированная простая петлевая подвеска является улучшенным вариантом подвески благодаря креплению контактного провода в опорных точках посредством продольных оттяжных тросов и автоматической грузовой компенсации натяжения провода. Улучшение токосъема происходит вследствие повышения эластичности подвески. Подвеска рекомендована для реконструируемых участков трамвайных линий протяженностью не менее 400 м и при радиусе криволинейных участков не менее 200 м для замены простой подвески компенсированной. Подвеска по условиям токосъема уступает полукомпенсированной цепной, и поэтому ее используют лишь в случае нецелесообразности или невозможности осуществления цепной полукомпенсированной. Длина пролета между опорами на прямых участках 40-45 м, а допустимая скорость движения 60 км/ч.

В целом эту подвеску по основным качествам следует рассматривать как промежуточную между простыми и цепными. В частности, она удобна при сопряжении простой подвески с цепной.

Цепные подвески (рис.9) применяют для обеспечения нормального токосъема при повышенных скоростях движения. Характерной их особенностью является подвеска контактного провода к продольному несущему тросу, которой закрепляется на опорных конструкциях. Длина пролета Ь Между точками закрепления троса на опорных конструкциях, по сравнению с простой подвеской, значительно увеличивается и вместе с тем длина пролетов между точками закрепления провода на несущем тросе (струновые пролеты) уменьшается. Провес контактного провода при этом уменьшается, и контакт между проводом и токоприемником улучшается, что особенно необходимо при больших скоростях движения.

Цепные подвески по способу закрепления контактного провода к несущему тросу могут быть разделены, на две группы: одинарные цепные подвески, в которых контактные провода подвешивают на струнах непосредственно к несущему тросу (рис.9, а); двойные цепные подвески, в которых к несущему тросу подвешивается на струнах вспомогательный провод, а к нему, в свою очередь, крепят контактные провода. Двойная подвеска на городском электротранспорте не получила распространения из-за сложности устройства и сравнительно небольших скоростей движения.

По способу размещения и количеству струн в пролете цепные подвески могут быть:

с простыми опорными струнами (см. рис.9, а) при расположении струны под опорой или вблизи от нее (не далее 1-2 м);

без опорных струн, когда струны размещаются в пролете (рис.9_; б, в, г);

с рессорными опорными струнами (рис.9, д);

с большим числом струн в пролете (см. рис.9, а);

с малым числом струн в пролете (1-4 струны) (см. рис.9, б, в, г).

Подвеска с опорными струнами в пролете имеет большую неравномерность эластичности по длине пролета, что ухудшает токосъем. Подвеска без опорных струн имеет большую равномерность эластичности по пролету и предпочтительна для применения при повышенных скоростях движения.

Подвеска с большим числом струн в пролете характерна для железнодорожных контактных подвесок, где применяются большие пролеты (до 70-80 м) и скорости движения.

Подвески с малым числом струн в пролете" получили широкое распространение в сетях городского электротранспорта. В троллейбусной сети подвеска имеет по две струны, равномерно распределенные в пролете. Для подвески применяют скользящие струны минимальной длины. В трамвайной сети длина струнового пролета 10-15 м, а количество струн 3-4. Длина струнового пролета с фиксатором уменьшается на 2-3 м от нормального в конкретной подвеске. Длина опорных пролетов в трамвайной, троллейбусной сетях и при совместной подвеске 45-50 м.

Полукомпенсированная цепная подвеска применяется на участках трамвайных и троллейбусных линий протяженностью не менее 400 м при радиусе кривых не менее 100 м. Допустимая скорость движения для полукомпенсированных цепных подвесок 80 км/ч.

Некомпенсированная цепная подвеска применяется при отсутствии условий для применения полукомпенсированной: на участках трамвайных и троллейбусных линий протяженностью 150-400 м при радиусе кривых в плане не менее 100 м, в транспортных тоннелях и под инженерными сооружениями при высоте проема (в свету) более 5 м, а также для перекрытия отдельных больших опорных, пролетов. Допустимая скорость движения до 60 км/ч.

Цепная подвеска с одной струной в середине пролета (см. рис.9, г) является разновидностью подвесок без опорных струн. Контактный провод подвешивается на двух рядом расположенных струнах. Вторая струна ставится для резерва на случай выпадения провода из зажима в "одной из струн. При расчете обе струны ппринимаются за одну точку подвески. Подвеска имеет хорошую эластичность и обеспечивает устойчивый токосъем; в сравнении с другими подвесками наиболее проста в монтаже и эксплуатации. Длина опорного пролета до 35 км. Подвеска прошла успешно эксплуатационные испытания, но широкого распространения не получила, так как в сравнении с подвеской на двух струнах требует больших затрат на сооружение. Подвеска может быть использована в случае, когда по каким-либо соображениям окажется целесообразной подвеска с укороченными пролетами. В качестве некомпенсированной подвески она может быть применена для городов со сравнительно мягким климатом.

При наличии цепной подвески с рессорным тросом (рис.9, д) токоприемник, приближаясь к опоре, силой своего нажатия на провод постепенно уменьшает нагрузку на струну от силы тяжести подвески, а несущий трос подтягивает ее боковые ветви, вызывая пперемещения контактного провода вверх, и тем самым спрямляет траекторию движения токоприемника, улучшая токосъем. Эластичность подвески определяется длиной плеч рессорной стрелы (ее боковых ветвей). Эта подвеска широкого распространения не получила вследствие довольно частых повреждений и коротких замыканий проводов при обрыве рессорной струны.

В отдельных случаях рессорные струны используются во всех цепных подвесках, они применяются для уменьшения неблагоприятного влияния на токосъем сосредоточенных масс от фиксаторов, секционных изоляторов и т.д.

По способу взаимного расположения контактного провода и несущего троса подвески подразделяются на вертикальные, полукосые и косые.

При вертикальной подвеске контактный провод и несущий трос размещаются в одной вертикальной плоскости. Несущий трос повторяет все изменения направлений контактного провода, а в трамвайной подвеске и зигзаг. На кривом участке несущий трос имеет такое же отклонение от осн. пути, как провод. Подвеска применяется в сети троллейбуса.

В полукосой подвеске трос на прямом участке сети трамвая натянут по оси пути, а контактный провод подвешен зигзагом для уменьшения износа контактной вставки токоприемника. Наклон струны в этой подвеске очень небольшой и не сказывается на работе подвески. Полукосая подвеска проще в монтаже и эксплуатации, поэтому она обычно и применяется в трамвайной сети.

В косой подвеске на прямых участках трамвая трос и контактный провод у опоры имеют смещение от оси токоприемника в разные стороны. Провод смещается на величину, допустимую в зигзаге, а трос - в 2-3 раза больше.

Подвеска предусматривает уменьшение отклонений контактного провода под действием ветра. Применяется подвеска редко ввиду сложности монтажа и эксплуатации.

На кривом пути в косой подвеске несущий трос смешают у опор во внешнюю сторону кривой так, что все струны имеют наклон в одну сторону.

Подвеска напоминает полигонную и находит применение в одинаковых с ней условиях.

В подвеске с транспозицией провода и троса натяжение участка провода передается на, участок несущего троса, а затем снова контактному проводу. В подвеске участвуют две чередующиеся местами ветви. Подвеска обеспечивает частичную компенсацию натяжения контактного провода при изменении окружающей температуры.

Поддержание натяжения в заданных пределах достигается за счет различных температурных коэффициентов линейного расширения и упругих удлинений, материалов провода и троса. Подвеска не получила распространения вследствие громоздкости устройства и сложности обслуживания.

На открытых, не защищенных зданиями или деревьями участках, например загородных линиях, насыпях, мостах и др., контактная подвеска подвергается значительным ветровым нагрузкам.

Если не принять во внимание соответствующие меры, то ветер может отнести контактный провод в сторону и ухудшить токосъем, а при сильных порывах и совсем За пределы токоприемника.

На трамвайных и троллейбусных сетях участки с повышенной ветровой нагрузкой обычно имеют небольшую протяженность.

Для повышения ветроустойчивости сокращают длину пролетов или применяют пространственную подвеску. Выполняют цепную подвеску либо двумя несущими тросами, закрепленными у опоры с разных сторон от оси токоприемника, либо ромбовидной цепной подвеской с двумя контактными проводами (рис.10). Для простой подвески можно рекомендовать полигонную подвеску. В тяжелых условиях применяют одновременно сокращение пролетов и одну из указанных подвесок.