Рельсовые сети электрифицированного транспорта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Задание и исходные данные

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

3. Определение потерь электрической энергии в рельсовом токопроводящем стыке

4. Расчет тарельчатых пружин для рельсовых стыков

5. 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;

3. работа рельсовых цепей автоблокировки;

4. расходы на содержание стыков;

5. безопасность движения поездов;

6. 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:

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

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

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

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

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

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

7.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).

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

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

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

11.Привести рисунок рельсового стыка с тарельчатыми пружинами

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

В знаменателе площадь поперечного сечения в медном эквиваленте.

2. 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.

Таблица 1

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

Усилие натяжения стыковых болтов, кН	Переходное сопротивление «рельс-накладка», мкОм
	Не зачищенная поверхность контактирования	Зачищенная поверхность контактирования
10	530,568	35,315
20	402,095	26,764
30	341,895	22,757
40	304,731	20,283
50	278,71	18,551
60	259,108	17,246
70	243,614	16,215

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

Усилие натяжения стыковых болтов, кН	Сопротивление стыка, мкОм
	Не зачищенная поверхность контактирования	Зачищенная поверхность контактирования
10	265,284	17,657
20	201,048	13,382
30	170,947	11,378
40	152,366	10,142
50	139,355	9,276
60	129,554	8,623
70	121,807	8,108

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.

3. 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

Усилие натяжения стыковых болтов, кН	Потери электрической энергии в стыках, кВт.ч
	Не зачищенная поверхность контактирования	Зачищенная поверхность контактирования
10	20,806	2,859
20	18,202	2,207
30	16,684	1,893
40	15,623	1,697
50	14,813	1,558
60	14,163	1,453
70	13,623	1,369

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

Вывод: Из рисунка 3 видно, что наименьшие потери электрической энергии в рельсовом токопроводящем стыке возникают при зачищенной поверхности контактирования накладки и рельсов и практически не изменяются от усилия натяжения стыковых болтов.

4. 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 = 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;

D - наружный диаметр тарельчатой пружины, см;

= 0,3 - коэффициент Пуассона;

f - осевое перемещение пружины, мм.

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

1 - 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.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Дроссель-трансформатор типа 2ДТ-1-150:

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

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



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

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.

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

3. 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.

Размещено на Allbest.ru