Реконструкция контактной сети участка электрифицированной железной дороги Азей — Шуба

Введение

Электрификация железнодорожного транспорта — неотъемлемая часть электрификации хозяйства страны. Устройства электроснабжения электрифицированных железных дорог, от которых получает питание не только тяга, но и другие районные потребители, прилегающие к железной дороге, в том числе и не тяговые потребители железнодорожного транспорта, являются составной частью энергоснабжающей системы России.

Основным элементом системы тягового электроснабжения является контактная сеть. Строительство и модернизация контактной сети в настоящее время должно производиться по типовым проектам КС-160. Типовые проекты и узлы должны согласовываться с Трансэлектропроектом и утверждаться Департаментом электрификации и электроснабжения МПС.

До завершения разработки всех модификаций контактных подвесок КС-160 должны применяться действующие типовые решения. Конструкции контактных подвесок в соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации должны соответствовать требованиям, обеспечивающим пропуск пассажирских поездов со скоростью движения 140 км/ч и учитывать возможность перспективного повышения скоростей движения на отдельных направлениях до 160 км/ч и увеличение грузооборота.

Все вновь разработанные конструкции контактной сети, узлы и арматура до разрешения на их применение должны подвергаться испытаниям по утвержденной Департаментом электрификации и электроснабжения методике.

Модернизация контактной сети производится для обновления основных фондов, восстановления ресурса постоянных элементов и повышения технических показателей контактной подвески.

Основные цели проведения модернизации:

— увеличение скорости передвижения пассажирских и грузовых поездов;

— повышение ресурса основных элементов и их сближение для создания предпосылок при последующей эксплуатации проведения комплексных видов капитального ремонта;

— повышение надежности и устойчивости работы за счет применения изделий и узлов с улучшенными свойствами;

— снижение расходов на обслуживание за счет исключения или увеличения периодичности работ по диагностике, осмотрам, ремонту;

— увеличение срока службы контактного провода за счет повышения показателей качества токосъема;

— на основе анализа работы контактной сети устранение причин нарушений в работе контактной сети вследствие неучета при проектировании местных особенностей климатических условий, состояния земляного полотна, инженерно-геологических условий и обеспечение устойчивости опор контактной сети;

— учет изменений в процессе эксплуатации состояния и положения пути, устранение нетиповых узлов, доведение основных параметров контактной подвески до установленных нормативными документами.

Контактная подвеска состоит из постоянных и переменных элементов. К постоянным элементам относятся опоры и анкеры, жесткие и гибкие поперечины, несущие и рессорные тросы, усиливающие и питающие провода, поддерживающие конструкции, компенсирующие устройства, изоляция, арматура и оборудование.

Замена постоянных элементов производится после повреждений или при капитальном ремонте вследствие накопления недопустимых дефектов, а также при модернизации из-за выработки ресурса. К переменным элементам относятся контактные провода, струны, замена которых производится в зависимости от степени износа. По показателям качества токосъема контактная подвеска должна обеспечивать скорости движения до 160 км/ч. Замена контактных проводов производится в зависимости от степени их износа. Решение по оставлению в работе или замене опор, установленных при капитальном ремонте, принимается при проектировании в зависимости от возможности их использования в подвеске КС-160 и от разбивки места установки опор.

Целью дипломного проекта является реконструкция контактной сети перегона Азей — Шуба Восточно-сибирскрй железной дороги с существующей подвески КС-120 на новую контактную подвеску КС-160. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

— расчет электропотребления на тягу поездов, выбор сечения контактной подвески;

— выбор типа контактной подвески по степени компенсации, определение длин пролетов;

— разработка плана контактной сети перегона;

— разбивка перегона на анкерные участки;

— расстановка опор и разметка зигзагов;

— расчеты изгибающих моментов и выбор опор устанавливаемых на перегоне;

— построение графиков монтажных кривых;

— расчёт стоимости реконструкции контактной сети перегона.

1. Исходные данные Контактная подвеска на перегоне расположена в основном на нулевых местах или на насыпях высотой 2 — 5 м в открытой равнинной местности с редким лесом.

Метеорологические условия Метеорологические условия, характерные для участка контактной сети перегона Азей — Шуба представлены в таблице 1.

Таблица 1.1 — Метеорологические данные

Гололёд цилиндрической формы с удельным весом 0,9 г/см³;

Температура гололёдных образований — -5 ?С;

Температура, при которой наблюдаются ветры максимальной интенсивности +5 ?С.

Характеристика цепной контактной подвески На перегоне принимаем систему подвески одинарную компенсированную цепную подвеску с рессорным тросом.

1.1 Характеристики контактной подвески ПБСМ-95+МФ-100

Характеристики проводов и тросов Основные геометрические и физико-механические параметры контактных подвесок приведены в таблице 1 и 2.

Таблица 1.2 — Основные геометрические и физико-механические параметры контактных проводов

Таблица 1.3 — Основные геометрические и физико-механические параметры несущего троса

1.2 Данные для трассировки контактной сети на перегоне Входной нечетный светофор 4816 5+30

Начало кривой R_1, центр справа по ходу км 4816 2+50

Конец кривой 4816 6+43

Ось путепровода 4816 7+38

Начало кривой R₂, центр слева по ходу км 4817 1+54

Конец кривой 4817 5+90

Начало кривой R₃, центр слева по ходу км 4817 5+90

Конец кривой 4817 6+69

Начало кривой R₄, центр справа по ходу км 4817 6+99

Конец кривой 4818 0+72

Начало кривой R₅, центр слева по ходу км 4818 0+72

Конец кривой 4818 4+22

Начало кривой R₆, центр слева по ходу км 4820 3+04

Конец кривой 4820 4+17

Начало кривой R₇, центр справа по ходу км 4820 5+49

Конец кривой 4820 7+49

Начало кривой R₈, центр справа по ходу км 4820 7+49

Конец кривой 4820 8+79

Начало кривой R₉, центр слева по ходу км 4821 3+76

Конец кривой 4821 7+81

Начало кривой R₁₀, центр слева по ходу км 4821 7+81

Конец кривой 4822 0+01

Начало кривой R₁₁, центр слева по ходу км 4822 0+01

Конец кривой 4822 2+80

Начало кривой R₁₂, центр слева по ходу км 4822 2+80

Конец кривой 4822 5+51

Начало кривой R₁₃, центр слева по ходу км 4822 5+51

Конец кривой 4822 7+99

Начало кривой R₁₄, центр слева по ходу км 4822 7+99

Конец кривой 4822 9+84

Ось переезда 4823 8+25

Входной нечетный светофор 4824 7+85

Радиусы кривых

R_1,м 609

R_2,м 658

R₃, м 489

R₄, м 574

R₅, м 606

R₆, м 1500

R₇, м 1332

R₈, м 3086

R₉, м 2096

R₁₀, м 2226

R₁₁, м 2046

R₁₂, м 2266

R₁₃, м 2046

R₁₄, м 2276

2. Определение сечения проводов контактной сети и выбор типа подвески, сечения питающих и отсасывающих линий Расчёт параметров системы тягового электроснабжения участка Азей — Шуба ведется с использованием нового программного комплекса КОРТЭС.

2.1 Описание программного комплекса

Для выполнения тягового расчета воспользуемся программным комплексом КОРТЭС. Программный комплекс КОРТЭС предназначен для решения на персональных ЭВМ в среде Windows 98/Me/2000/XP различных расчётных задач, связанных с выбором параметров, определением характеристик режимов и нагрузочной способности систем тягового электроснабжения и их отдельных элементов.

Во многих отношениях КОРТЭС является преемником пакета программ NORD, работающего в операционной системе MS-DOS и обладающего в связи с этим ограниченными возможностями. В реализации новых программ максимально использован принцип совместимости «вверх» с базами данных устройств и участков, созданными с помощью пакета NORD. Интерфейс пользователя, с одной стороны, соответствует стандартам современных операционных систем, с другой — в нём сохранён стиль управления программами предшествующего пакета.

Среди новых основных возможностей, реализованных в КОРТЭС, можно отметить следующие:

— определение тяговой нагрузки с учётом рекуперации энергии, а также кратности тяги по отдельным перегонам участка;

— выполнение электрических расчётов на основе моделирования графика движения поездов различных категорий — скоростных, пассажирских, грузовых (в том числе повышенной массы), пригородных и др.;

— расчёт схем питания фидерных зон от нескольких тяговых подстанций при наличии примыкающих участков;

учёт реальной схемы подключения фидеров подстанций и постов секционирования к контактной сети при заданном расположении воздушных промежутков.

2.1.1 Ввод и редактирование параметров участка Осуществляется с помощью программы Uchastk, которая является составной частью комплекса КОРТЭС и предназначена для ввода и редактирования параметров расчётных участков. К этим параметрам относятся: число главных путей, названия и координаты расположения раздельных пунктов, спрямленный продольный профиль пути с учётом фиктивных уклонов от кривых, категории и типы обращающихся на участке поездов, ограничения скорости для каждой категории поезда и др. данные.

Перечисленные параметры записываются в двоичный файл типа. PFK, который затем используется в программах тяговых расчётов и редактирования тяговой нагрузки.

Исходные данные могут быть также преобразованы из файлов предыдущих версий, созданных с помощью программ пакета NORD: TRELX (типа.PFS) и TRELC (.PFU).

Загрузка, обновление и сохранение данных осуществляется посредством основного меню Файл. Для выбора редактируемых параметров служит панель данных. В процессе работы необходимо заполнить требуемые характеристики участка и все таблицы параметров, представленные на этой панели.

Предусмотрено также специальное окно для просмотра расположения раздельных пунктов, продольного профиля и участков ограничений скорости.

Панель данных постоянно присутствует в основном окне программы и может перемещаться в его пределах. Служит панель для ввода основных характеристик участка и выбора таблиц для редактирования.

К основным характеристикам участка относятся:

— наименование дороги, к которой относится участок;

— нечётное направление от станции, выбирается наименование первой или последней станции согласно данным таблицы раздельных пунктов, выбор разрешён только при корректном заполнении этой таблицы;

— число главных путей — по умолчанию принимается равным двум, выбирается из списка в диапазоне значений от 1 до 4.

Таблица раздельные пункты служит для ввода (редактирования) списка раздельных пунктов и их характеристик. Раздельные пункты вводят последовательно по или против хода километров. Таблица должна содержать не менее двух и не более 60 станций. Рекомендуется вводить только те раздельные пункты, на которых предусмотрены остановки поездов, а также разрешены их обгон и скрещение. Общая длина участка по граничным фактическим координатам не должна превышать 320 км. При отсутствии названия станции её наименование принимается по номеру километра на плане.

Окно параметров продольного профиля участка содержит меню правка, поле выбора типа пути (бесстыковой, звеньевой) и таблицу для редактирования значений характеристик элементов профиля.

Таблица категории и типов поездов содержит:

— категории — это группа поездов, имеющих общий набор ограничений скоростей, заданный приоритет пропуска при формировании графика движения и базовую массу, для которой выполняется тяговый расчет. Максимальное число категорий 6.

— типы поездов — это поезда для каждой категории и направления движения задаются таблицами масс составов, характерных для данного участка. Эти таблицы используются в других программах для ускорения ввода параметров поездов.

Таблица ограничений скорости необходима для максимально допустимых скоростей движения поездов каждой отдельной категории на заданных участках в нечётном и чётном направлениях. Категории выбирают из списка слева от таблицы, а направления — с помощью кнопок над списком.

С помощью кнопки просмотр на панели данных открывается окно визуального контроля параметров участка. Эта кнопка становится доступной после корректного заполнения таблиц раздельных пунктов, продольного профиля, категорий и типов поездов.

2.1.2 Создание файла тяговой нагрузки Использование программы Trelk для выполнения тяговых расчётов. В этом случае требуется запустить программу тяговых расчётов Trelk, выбрать локомотив соответствующего рода тока, открыть задание на расчёт для графика движения и выполнить расчёты для всех вариантов исходных данных по категориям поездов и направлениям движения; выбрать необходимый период усреднения тока и сохранить файл тяговой нагрузки. Заданный вами период усреднения тока тяговой нагрузки будет использован в качестве шага моделирования графика движения при электрических расчётах.

Также можно использовать программу EdTrel для создания файла тяговой нагрузки. Эта программа позволяет преобразовать в требуемую форму результаты опытных поездок либо тяговых расчётов, выполненных как программе TRELX пакета NORD, так и по программам сторонних производителей. Кроме того, тяговую нагрузку можно задать упрощённо в виде отрезков пути, на которых скорость и ток поезда принимаются неизменными.

Система электроснабжения электрифицируемой железной дороги должна обеспечивать планируемые размеры движения, пропуск требуемого числа поездов с установленными весовыми нормами, скоростями и интервалами движения. При этом размещение тяговых подстанций, их мощность и сечение проводов контактной подвески должны обеспечивать заданные размеры движения при соблюдении допускаемого уровня напряжения на токоприемниках ЭПС, температуры нагрева проводов и возможности защиты от токов КЗ и тяговой сети. Установление оптимального, наиболее целесообразного в техническом и экономическом отношении варианта системы электроснабжения производится на основании технико — экономических расчетов.

Перечисленные требования изложены в нормах технологического проектирования электрификации (НТПЭ).

Исходя из этих требований, при выборе типа контактной подвески следует стремится к тому, чтобы ее сечение было возможно более близким к экономическому.

Одновременно сечение проводов контактной сети должно быть не менее минимального допустимого по току (по нагреву).

Сечение проводов контактной сети может считаться выбранным окончательно только после проверки его по допустимой потере напряжения.

2.2 Данные для расчета Двухпутный участок переменного тока U=25 000 В;

Схема питания двухсторонняя параллельная;

Расстояние между тяговыми подстанциями L=36 км;

Заданная пропускная способность участка в сутки:

N_пас =15 пар поездов; N_гр=33 пар поездов;

Вес локомотива: P_пас=184 т; P_гр=276 т;

Вес состава поезда:

В четном направлении:

Q_пас=1100 т; Q_гр =5000 т;

В нечетном направлении:

Q_пас=1100т; Q_гр =5000 т;

Скорость движения поездов;

В четном направлении:

V_пас =80 км / час; V_ГР =80км/ час;

В нечетном направлении:

V_пас =80 км / час; V_ГР =80 км/ час;

Тип рельсов Р-65;

Коэффициенты k_н=1.35; k_т=1,15;

На участке предусматривается магистральное плюс пригородное движение электропоездов;

Конструктивная высота подвески h _м=1,8 м;

Минимальная температура t_mih =-50^оС;

Максимальная температура t _max=40^оС;

Нормативная скорость ветра максимальной интенсивности V _н =29 м / с;

Скорость ветра при гололеде V_г=10 м/ с;

Толщина корки гололеда Ь_г=3 мм

Температура при максимальной скорости ветра t _v max=+5^оС;

Температура при гололеде t _г=-5^оС;

Гололед цилиндрической формы с удельным весом 0,9 г/ см ^3;

2.3 Определение проводов контактной сети и выбор типа подвески

2.3.1 Без усиливающего провода Таблица 2.1 — Нагрев проводов контактной подвески в точках подключения фидеров подстанции Нюра, Т? С

Таблица 2.2 — Нагрев проводов контактной подвески в точках подключения фидеров подстанции Тулюшка, Т? С

Таблица 2.3 — Пропускная способность участка

Из выше приведенных таблиц видно, что межпоездной интервал, на перегоне Азей — Шуба составляет 16 минут при равномерном графике движения, что допустимо. Подвеска ПБСМ-95+МФ-100 проходит по нагреванию и по допустимому току. На перегоне Азей — Шуба принимаем контактную подвеску типа ПБСМ-95+МФ-100.

2.4 Определение минимального экономического сечения контактной сети в медном эквиваленте: S _{ЭМ (МИН);}

Таблица 2.7 — Результат расчетов минимального экономического сечения контактной сети в медном эквиваленте.

По расcчитаному сечению S¹_{эм (мин)} = 187 мм² принимаем стандартное сечение цепной подвески переменного тока ПБСМ — 95 + МФ — 100

3. Расчет нагрузок на провода цепной подвески

3.1 Определение вертикальных нагрузок действующих на провода Вес несущего троса g_н/т=0,783, дан/м;

Вес контактного провода g_к/п=0,89, кг/пог.м;

Вес струн и зажимов g_стр =0,050, дан/м;

Полная вертикальная нагрузка на трос при отсутствии гололеда определяется по формуле

g_пров=g_н/т+g_к/п +g_стр (3.1)

из выражения 3.1

g_пров=0,783+0,89+0,05=1,723, даН/м.

Установим расчетную толщину стенки гололеда, в_н=5мм;

диаметр ПБСМ — 95, d=12,5 мм, для этого k¹_г=0,975,

k^II_г=1.

Расчетная толщина стенки гололеда определяется по формуле в_т =k¹_г*k^II_г*в_н (3.2)

из выражения 3.2

в_т=0,975*1*5=4,875, мм.

Нагрузка на трос от веса гололеда определяется по формуле

g¹_гт =0,0009П*в_т(d+в_т) (3.3)

из выражения 3.3

g¹_гт =0,0009*3,14*10(12,5+4,875)=0,24, даН/м.

Нагрузка от веса гололеда на контактный провод определим, исходя из в_к=0,5*в_т =0,5*4,875=2,44 мм и среднего расчетного диаметра.

g¹_гк=0,0009П*в_к(d_к/п+в_к) (3.4)

из выражения 3.4

g¹_гк=0,0009*3,14*5(12,3+2,44)=0,102, даН/м.

Нагрузка от веса гололеда на провода цепной подвески (гололед на струнах не учитываем) определяется по формуле

g¹_г =g¹_гт +g¹_гк (3.5)

из выражения 3.5

g¹_г=0,24+0,102=0,342, даН/м.

Полная вертикальная нагрузка на трос при гололеде определяется по формуле

g¹_пров +g¹_гк =1,723+0,342=2,07, даН/м.

3.2 Определение горизонтальных нагрузок действующих на провода Расчетные скоростные напоры

V=29 м/сек; V_г=10 м/сек; V_р =V_н *k^I_в; при k^I_в=1

V_р =29*1=29 м/сек.

Горизонтальную нагрузку на трос при максимальном ветре определяем по формуле Коэффициент лобового сопротивления С_х=1,25

(3.6)

из выражения 3.6

Горизонтальная нагрузка на трос, покрытый гололедом определяется по формуле

(3.7)

из выражения 3.7

Горизонтальную нагрузку на к/провод при максимальном ветре определяем по формуле

(3.8)

из выражения 3.8

Нагрузка при гололеде определяется по формуле

(3.9)

из выражения 3.9

Суммарная нагрузка на трос при максимальном ветре определяем по формуле

(3.10)

из выражения 3.10

Суммарная нагрузка на трос при гололеде с ветром определяем по формуле

(3.11)

из выражения 3.11

4. Расчет длины пролетов на перегоне

4.1 Определение длины пролета на прямом участке перегона Открытое ровное место

U_Н =29 м/с; k_в=1,15

U_Р =U_Нk_в=291,15=33,35, м/с;

Из выражения 3.9

даН/м Определяем длину пролета при Р_Э=0; _К =0,015

(4.1)

где

Р_К— ветровая нагрузка на к/провод для расчетного режима;

В _к доп =500мм (0,5м)-вынос к/провода от оси пути;

Y_К — прогиб опоры на уровне крепления к/провода принимается 0,015 м;

из выражения 4.1

Определяем нагрузку Р_Э

даН/м (4.2)

где

Тнатяжение несущего троса принимаем Т=2000кг;

Р _т — ветровая нагрузка на н/трос для расчетного режима;

lпредварительно найденный пролет;

h _u — высота седла h _u =0,16;

q _T — результирующая нагрузка на н/трос для расчетного режима;

Yпрогиб опоры на уровне крепления троса Y_Т =0,015 м;

g_к/п— вес контактного провода;

Сдлина эластичной струны, определяется по формуле:

(4.3)

где

h — конструктивная высота подвески;

q — вес проводов цепной подвески;

Т_о — натяжение троса при беспровесном положении к/провода принимается Т_о =1600кг;

из выражения 4.3

из выражения 4.2

— 0,015 даН/м Уточняем длину пролета

(4.4)

из выражения 4.4

м.

Окончательно принимаем длину пролета L=60 м.

4.2 Определение длин пролетов на кривых Определение длин пролетов для кривой R₁=609 м

U_Н =29 м/с; k_в=1,15.

U_Р =U_Нk_в=291,15=33,35, м/с.

Находим нагрузку на н/т в режиме max ветра из выражения 3.9

Определяем нагрузку на к/п в режиме max ветра из выражения 3.9

Результирующая нагрузка на несущий трос при max ветреиз выражения 3.10

Определяем длину пролета при Р_Э = 0, _К = 0,015 _Т = 0,022

(4.5)

из выражения 4.5

Определяем нагрузку Р_Э из выражения 4.3

из выражения 4.2

даН/м.

Уточняем длину пролета при Р_Э =-0,0231, даН/м

(4.6)

из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета принимаем L=50 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₂=658 м из выражения 4.1

Определяем нагрузку Р_Э

Из выражения 4.3

из выражения 4.2

— 0,0218 даН/м.

Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,0218 даН/м Из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=50 м.

Определяем длину пролета при Р_Э = 0, R₃ = 489 м из выражения 4.1

Определяем нагрузку Р_Э;

из выражения 4.3

из выражения 4.2

— 0,029 даН/м Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,029 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=46 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₄ =574 м Определяем нагрузку Р_Э

из выражения 4.3

Из выражения 4.2

— 0,0233 даН/м Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,0233 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=50 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₅=606 м Определяем нагрузку Р_Э

из выражения 4.3

Из выражения 4.2

— 0,0231 даН/м.

Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,0231 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=50 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₆=1500 м Определяем нагрузку Р_Э

из выражения 4.3

Из выражения 4.2

— 0,009 даН/м.

Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,009 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=60 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₇=1332 м Определяем нагрузку Р_Э

из выражения 4.3

из выражения 4.2

— 0,012 даН/м Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,012 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=60 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₈=3086 м Определяем нагрузку Р_Э

из выражения 4.3

Из выражения 4.2

— 0,0021 даН/м.

Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,0021 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=60 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₉=2096 м Определяем нагрузку Р_Э из выражения 4.3

из выражения 4.2

— 0,006 даН/м.

Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,006 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=60 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₁₀=2226 м Определяем нагрузку Р_Э

из выражения 4.3

Из выражения 4.2

— 0,0038 даН/м.

Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,0038 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=60 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₁₁=2046 м Определяем нагрузку Р_Э

из выражения 4.3

из выражения 4.2

— 0,0059 даН/м.

Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,0059 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=60 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₁₂=2266 м Определяем нагрузку Р_Э

из выражения 4.3

Из выражения 4.2

— 0,0038 даН/м Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,0038 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=60 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₁₃=2046 м Определяем нагрузку Р_Э

из выражения 4.3

Из выражения 4.2

— 0,0059 даН/м.

Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,0059 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=60 м.

Определяем длину пролета при Р_Э =0, R₁₄=2276 м Определяем нагрузку Р_Э

из выражения 4.3

из выражения 4.2

— 0,0034 даН/м.

Уточняем длину пролета при Р_Э=-0,0034 даН/м из выражения 4.6

Окончательно принимаем длину пролета L=60 м.

Таблица 3.1 — Максимальные длины пролета на перегоне

5. Механический расчет анкерного участка

Механический расчет анкерного участка заключается в определении беспровесного положения несущего троса при определенной температуре в установленном режиме.

5.1 Расчет эквивалентного пролета Расчетный эквивалентный пролет определяется по формуле

(5.1)

где — длинна первого пролета, м;

— длинна анкерного участка, м;

Nчисло пролетов.

Эквивалентный пролет для анкерного участка перегона согласно (5.1)

Выбор максимального допустимого натяжения н/т и номинального натяжения к/п

/м /м

Выбор режима с максимальным натяжением несущего троса Будем исходить из сравнения эквивалентного пролета с критическим, длину которого определим по формуле

м (5.2)

где Z— максимальное приведенное натяжение подвески, Н;

W, Wприведенные линейные нагрузки на подвеску соответственно при гололеде с ветром и при минимальной температуре, Н/м;

(5.3)

где с — расстояние от оси опоры до первой струны (для подвески с рессорным тросом обычно от 8−10м)

л

конструктивный коэффициент цепной подвески, определяется по формуле

(5.4)

где натяжение несущего троса при бес провесном положение к/п примем равной 75% максимального допустимого

максимальное приведенное натяжение подвески

даН/м;

даН/м.

и — приведенные линейные нагрузки на подвеску соответственно при гололеде с ветром и при минимальной температуре:

; (5.5)

даН/м;

(5.6)

даН/м.

Где — температурный коэффициент линейного расширения материала н/т;

— принимается равным 13,3*10^-6;

расчетная температура гололедных образований, принимается равной-5;

минимальная температура, равна -50;

максимальная температура, равна 40;

м Так как критический пролет оказался больше эквивалентного, максимальным натяжение н/т будет при минимальной температуре.

5.2 Определяем температуру беспровесного положения к/п

(5.7)

Где коррекция натяжения к/п в середине пролета, принимаем ?t=10⁰.

(5.8)

Определение натяжения н/т

Где

А=;

;

Тогда, А₁=-50-=53,594,

B₀==2,761*10⁷,

C⁰.

При расчетах определяем, что =1428

Определение разгруженного н/т Определяется по формуле

(5.9)

Где А₀=

Тогда

Где gн — вес несущего троса

Меняя значения, получаем следующие данные:

Таблица 5.1 — Зависимости Т_px от t_x.

По результатам расчетов строится монтажная кривая

Рисунок 1- Зависимость натяжения разгруженного несущего троса от температуры

5.3 Определение стрелы провеса разгруженного н/т При температурах в реальных пролетах анкерного участка получаем

(5.10)

Для пролета м.

Меняя длины пролетов и натяжение троса получаем следующие данные:

Таблица 5.2 — Зависимость натяжения от температуры

По результатам расчетов строится монтажная кривая

Рисунок 2- Монтажная кривая зависимости натяжения от температуры

5.4 Определение натяжения нагруженного н/т без дополнительных нагрузок

Определение натяжений нагруженного (контактным проводом) несущего троса в зависимости от температуры

(5.11)

=3,765*10⁹

Подставляя в это уравнение различные значения Т_х, определим соответствующую им температуру.

Далее меняя Т_х получаем следующие данные:

Таблица 5.3 — Зависимости натяжения от температуры

По полученным данным строим график

Рисунок 3- Натяжение нагруженного н/т без дополнительных нагрузок

5.5 Определение стрелы провеса для нагруженного несущего троса без дополнительных нагрузок

F_{X (i)}= (5.12)

Где:

W_{X (I)}=q_X*,

(5.13)

Z_{X (i)}=T_X+Ф_{X (i)}*K, (5.14)

(5.15)

Из формулы (55) следует что:

.

Меняя длины пролета и подставляя различные T_x получаем следующие стрелы провеса для несущего троса:

Таблица 5.4 — Стрелы провеса для несущего троса

5.6 Определение натяжений нагруженного несущего троса для действительных пролетов, входящих в анкерный участок

(5.17)

где

t₁— минимальная температура, С.

g₁-вес проводов цепной подвески, даН/м

lдлина эквивалентного пролета, м Е_т— модуль упругости, кг/мм²

S_т— площадь сечения несущего троса, мм²

Подставляя в это уравнение различные значения Т_х, определим соответствующую им температуру.

При Т_х=2000 кг Далее меняя Т_х получаем следующие данные:

Таблица 5.5 — Зависимости натяжения от температуры.

По этим данным строим график Рисунок 4- Натяжение нагруженного несущего троса для эквивалентного пролета

5.7 Определение стрел провеса от нагрузок Определение стрел провеса несущего троса для действительных пролетов, входящих в анкерный участок

м (5.18)

Где gвес проводов контактной подвески, даН/м

g_т— вес несущего троса, даН/м Кнатяжение несущего троса, даН/м Т₀— натяжение несущего троса при беспровесном положении, даН/м

L-длина пролета, м

eрасстояние от опоры до первой струны, м Определение стрел провеса контактного провода для действительных пролетов входящих в анкерный участок.

м (5.19)

Определяем изменение высоты расположения контактного провода у опоры

м (5.20)

Подсчитанные данные сносим в таблицу 5.6

Таблица 5.6 — Зависимости стрел провеса от нагрузок

По табличным данным строим монтажные кривые для несущего троса

Рисунок 5 — Зависимость стрелы провеса несущего троса от температуры Рисунок 6 — Зависимость стрелы провеса контактного провода от температуры Рисунок 7 — Зависимость изменения конструктивной высоты подвески от температуры

6. Расчет и подбор типовых опор контактной сети

6.1 Определяем погонные нагрузки в даН/м на провода контактной подвески во всех расчетных режимах Погонные (распределенные) на нагрузки на провода контактной подвески создаются за счет веса проводов и веса гололеда на проводах (вертикальные нагрузки) и за счет действия ветра на провода подвески (горизонтальные нагрузки).

Часть погонных нагрузок была определена ранее;

g — нагрузка от собственного веса проводов цепной подвески;

g_г — нагрузка от веса гололеда на проводах подвески;

Р_ТUmax — горизонтальная нагрузка на трос от давления ветра, при максимальной его скорости;

Р_т.г — нагрузка от давления ветра на несущий трос при гололеде с ветром.

Необходимо дополнительно определить нагрузку от давления ветра на контактные провода.

В режиме максимального ветра.

Р_Кumax=1,07 дан/м

В режиме гололеда с ветром определяем

(6.1)

из выражения 6.1 определяем

Нагрузку на несущий трос в режиме гололеда с ветром определим по формуле:

(6.2)

из выражения (6.2) определяем Нагрузку на трос в режиме максимального ветра возьмем из пункта 2.4.

Р_ТUmax=1,09 дан/м Все полученные погонные нагрузки удобно свести в таблицу 6.1

Таблица 6.1 — зависимость нагрузки от режимов

6.2 Определяем максимальные нагрузки (усилия), действующие на опору Расчет максимальных изгибающих моментов в основании опор, по которым осуществляется подбор опор, выполняется по максимальным нагрузкам.

Определение максимальных нагрузок, действующих на опору, производится отдельно для трех расчетных режимов;

гололеда с ветром;

максимального ветра;

минимальной температуры.

6.2.1 Вертикальная нагрузка от веса контактной подвески в даН/м;

для режима гололеда с ветром.

G_n =(g+g_г)?+G_из (6.3)

Из выражения 6.3 определяем

G_n =(1,723+0,876)46+20=139,5, даН где? — длина пролета на расчетной кривой ?=46 м;

G_из — вес гирлянды изоляторов, дан, G_из =20 кг.

Для режимов максимального ветра и минимальной температуры

G_n =g?+G_из (6.4)

Из выражения 6.4 определяем

G_n =1,72 346+20=99,2, даН.

6.2.2 Горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос и контактный провод Для режима гололеда с ветром Р_т=Р_тг?. (6.5)

Из выражения 6.5 определяем Р_т=0,7246=33,1, даН/м.

Из выражения 6.5 определяем Р_к=0,7146=32,6, даН/м.

Для режима максимального ветра Р_T=Р_TUmax?. (6.6)

Из выражения 6.6 определяем Р_T=1,0946=50,1, даН;

Р_К=1,0746=49,2, даН.

В режиме минимальной температуры горизонтальные нагрузки от давления ветра на несущей трос и контактный провод отсутствуют.

Горизонтальная нагрузка от давления ветра на опору Для режима гололеда с ветром

(6.7)

из выражения 6.7 определяем Для режима максимального ветра

(6.8)

из выражения 6.8 определяем где С_х — аэродинамический коэффициент лобового сопротивления, С_х=0,7 для конических опр;

K_U — ветровой коэффициент, K_U =1,15;

S_on — площадь сечения опоры, S_on=3,46 м².

В режиме минимальной температуры горизонтальная нагрузка от давления ветра на опору отсутствует.

Горизонтальная нагрузка от изменения направления (излома) несущего троса на кривой.

Для режима гололеда с ветром:

(6.9)

из выражения 6.9 определяем Для режима максимального ветра:

(6.10)

из выражения 6.10 определяем Для режима минимальной температуры:

(6.11)

из выражения 6.11 определяем Горизонтальная нагрузка от изменения направления (излома) контактного провода на кривой в дан для всех трех расчетных режимов

(6.12)

из выражения 6.12 определяем Прежде чем приступить к расчету изгибающих моментов М₀, удобно итоги расчетов нормативных нагрузок, действующих на опору, свести в таблицу 6.2.

Таблица 6.2 — Нормативные нагрузки, действующие на опору

6.3 Определение изгибающих моментов М₀ относительно условного обреза фундамента (основания) опоры должно быть выполнено в следующем порядке

6.3.1 Расчет М₀ опоры, устанавливаемой на внешней стороне кривой Принятое направление ветра — к пути.

Для режима гололеда с ветром из выражения М₀ =G_n(Г+0,5d_оп)+G_кнZ_кн+(Р_т +Р^т_из)h_т+(Р_к +Р^т_из)h_к+Р_опh_оп/210^-2 (6.13)

где

G_n — вертикальная нагрузка от веса контактной подвески, дан/м;

d_оп — диаметр опоры, м;

h_к- конструктивная высота контактной подвески, м.

из выражения 6.13 определяем М₀ =139,5(3,3+0,50,44)+41,341,8+(33,1+137)8,05+(32,6+91)6,25+

+459,6 /2 10^-2 =30,28, кН•м.

Для режима минимальной температуры из выражения 6.13 определяем

М₀ =99,2(3,3+0,50,44)+31,341,8+1828,05+ 916,2510^-2 =24,39, кН•м.

Для режима максимального ветра из выражения 6.13 определяем М₀=[99,2(3,3+0,50,44)+31,341,8+(50,1+127)8,05+(49,2+91)6,25+

+2229,6/210^-2]10^-2 =36,28 кН•м

6.3.2 Расчет М₀ опоры, устанавливаемой на внутренней стороне кривой Для режима гололеда с ветром из выражения 6.13 определяем М₀=139,5(3,3+0,50,44)+59,661,8+(33,1−137)8,05+(32,6−91)6,25+

+459,6/210^-2=-4,91, кН•м.

Для режима максимального ветра согласно выражении 6.13 определяем М₀=99,2(3,3+0,50,44)+39,661,8+(50,1−127)8,05+(49,2−91)6,25+

+2229,6/210^-2=7,5, кН•м.

Для режима минимальной температуры из выражения 6.13 определяем М₀=99,2(3,3+0,50,44)+39,661,8+(-182)8,05+

+(-91)6,2510^-2=-16,13, кН•м

Принятое направление ветра к полю Для режима гололеда с ветром из выражения 6.13 определяем М₀=139,5(3,3+0,50,44)+261,8+(-33,1−137)8,05+

+(-32,6−91)6,25−469,6/2 10^-2 =-19,29, кН•м.

Для режима максимального ветра из выражения 6.13 определяем М₀=99,2(3,5+0,50,44)+341,8+(-50,1−17)8,05+

+(-49,2−91)6,25−2229,6/2 10^-2 =-28,12, кН•м Опоры, устанавливаемые на внешней стороне кривой СС — 136.6. 3

Фиксатор контактного провода выбираем ФОИ-II;

Консоль изолированная наклонная выбираем ИТС-II;

Выбираем опору типа СС — 136.6 — 3

Опоры, устанавливаемые на внутренней стороне кривой.: СС — 136.6 — 3

Фиксатор контактного провода выбираем ФПИ-II;

Консоль изолированная наклонная выбираем ИТРII;

Выбираем опоры типа СС-136,6−3; 7 Питание и секционирование контактной сети Описание схемы питания и секционирования. На электрифицированных железных дорогах электроподвижной состав получает электроэнергию через контактную сеть от тяговых подстанций, расположенных на таком расстоянии друг от друга, чтобы обеспечивать надежную защиту от токов короткого замыкания.

В системе переменного тока электроэнергия в контактную сеть поступает поочередно от двух фаз напряжением 27,5 кВ и возвращается также по рельсовой цепи к третей фазе. Чередование питания производят для выравнивания нагрузок отдельных фаз энергоснабжающей системы.

Как правило, применяют схему двухстороннего питания, при которой каждый находящийся на линии локомотив получает энергию от двух тяговых подстанций. Исключение составляют участки контактной сети, расположенные в конце электрифицированной линии, где может быть применена схема консольного (одностороннего) питания от крайней тяговой подстанции и постов секционирования. Вдоль электрифицированной линии устраиваются изолирующее сопряжения, и каждая секция получает электроэнергию от разных питающих линий (продольное секционирование).

При продольном секционировании, кроме разделения контактной сети у каждой тяговой подстанции и поста секционирования, выделяют в отдельные секции контактную сеть каждого перегона с помощью изолирующих сопряжений. Секции между собой соединяются секционными разъединителями, каждая из секций может быть отключена этими разъединителями. На контактной сети участков переменного тока у тяговых подстанций, монтируют два изолирующих сопряжения с нейтральной вставкой между ними. Это вызвано тем, что секции, разделенные нейтральной вставкой, питаются от разных фаз и даже кратковременное соединение их между собой, например, через токоприемник, проходящий по изолирующему сопряжению, недопустимо. В данной схеме питания и секционирования тяговая подстанция через фидера контактной сети Фл1 и Фл2 питает перегон с западной стороны, находящейся за воздушным промежутком.

На фидерах установлены секционные разъединители с моторными приводами ПДЖ, нормально замкнутые.

Через фидера Фл4 и Фл5 питается перегон с востока, находящейся за воздушным промежутком.

На фидерах установлены секционные разъединители с моторными приводами ПДЖ, нормально замкнутые.

Два разъединителя В и Г питают воздушный промежуток при правильном движении, с моторными приводами.ПДЖ. Все два разъединителя нормально замкнуты.

Разъединители, А и Б соединяют станционные пути и перегон, с моторными приводами на ПДЖ, нормально отключены.

При поперечном секционировании на перегоне контактную сеть выделяют в отдельные секции и питают их от фидеров тяговой подстанции через разъединители.

8. Расчет сметной стоимости сооружения контактной сети перегона Азей — Шуба Устройства контактной сети работают в сложных метеорологических условиях (коррозия металла из-за прохождения дороги вдоль болотистых местностей, нахождении в непосредственной близости предприятий с выбросами химикатов в атмосферу и т. д.), а также на провода контактной подвески постоянно действуют механические нагрузки (ветер, вес от осадков, проход токоприемников и т. д.). Это приводит к быстрому износу и старению оборудования, поэтому основным направлением и в дальнейшем ее развитии будет повышение технического уровня и надежности работы путем использования более совершенного оборудования и современных материалов, широкого применения различных регулирующих устройств, внедрение автоматизации и телеупраления, совершенствования средств защиты, разработки и создания диагностических установок контроля состояния оборудования, повышения уровня механизации ремонтно-эксплуатационных работ.

Монтаж новой контактной подвески позволит улучшить качество токосъема, увеличить скорость движения, а также присущие ей характеристики по токовым нагрузкам позволяют успешно решать задачи нарастающего объемов движения.

На основании выше изложенного в своем дипломном проекте предлагаю произвести реконструкцию контактной сети перегона Азей — Шуба на более совершенную и произвести расчет ее экономической эффективности.

Так как технический проект на дальнейшую реконструкцию перегона еще не разработан, то для расчета капиталовложений принимаем усредненные технические данные количества применяемого оборудования исходя из параметров произведенной реконструкции на участке ЭЧ — 2 и применим их к участку предлагаемой реконструкции перегона Азей — Шуба. Показатели стоимости произведенных работ принимаем из расчетно-сметной документации на реконструкцию участка ЭЧ — 2.

Для определения срока окупаемости планируемой реконструкции необходимо определить экономию от факторов, которые при применении нового типа подвески уменьшат или утратят свое влияние на работу железной дороги в целом, а именно:

— экономию расходов от сокращения простоя грузовых поездов;

— экономию расходов от сокращения простоя пассажирских поездов;

— экономию расходов от сокращения простоя пригородных поездов;

— экономию расходов от увеличения участковой скорости;

— экономию расходов от увеличения массы поезда;

— экономию расходов от уменьшения внеплановых объемов ремонта.

Также для определения срока окупаемости необходимо рассчитать капитальные вложения в предлагаемый проект реконструкции.

Данными для составления смет на строительные и монтажные работы являются спецификации к планам контактной сети и цены на выполнение работ.

8.1 Капитальные вложения на реконструкцию контактной сети на участке Азей — Шуба Капитальные вложения по каждому виду работ рассчитываются по формуле:

К_n=Q_n*C_n, (8.1)

где Q — объем выполняемых работ;

С — стоимость одной единицы выполняемого объема работ, руб.

Цены взяты по данным экономической службы.

Полученные расчетным путем капиталовложения сносим в локальную смету (таблица 8.1)

Таблица 8.1 — Локальная смета строительно-монтажных работ при реконструкции контактной сети на участке Азей-Шуба.

Для учета арматуры и не основных мелких работ по отладке деталей контактной сети примем расходы в размере 5% от прямых затрат.