Рельсовые сети электрифицированного транспорта

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 ресурсои 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

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.

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

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;

=75 000 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.

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

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

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.