Обоснование конструктивно-технологических решений металлических опорных и поддерживающих конструкций контактной сети с применением гнутых профилей

Железнодорожный транспорт занимает ведущее место в транспортной системе России. На его долю приходится около 75% всех перевозок. Электрификация железных дорог (в соответствии с принятой в 2003 г МПС РФ Программой до 2010 года) является основным направлением железнодорожного транспорта, обеспечивающим преимущественное повышение провозной способности по сравнению с другими видами тяги.

При общей доле затрат, приходящихся на устройства электроснабжения железных дорог, около половины составляет контактная сеть, работоспособность которой в значительной степени зависит от надежности и долговечности опорных и поддерживающих конструкций.

Проведенный анализ видов и состояния опорных и поддерживающих конструкций контактной сети (ОиПККС) показал что, несмотря на достигнутый высокий уровень разработки таких конструкций, проведение исследований направленных на их совершенствование по снижению расхода стали, трудоемкости монтажа и повышению надежности является актуальным.

На металлические опорные и поддерживающие конструкции контактной сети (опоры, жесткие поперечины, консоли и кронштейны) приходится более половины объема стали, расходуемой на электрификацию железных дорог. Для изготовления таких конструкций традиционно применяют горячекатаные профили (уголки, швеллеры, трубы, листовой и полосовой прокат), которые приводят к значительным затратам, связанным с их технологическим переделом (необходимость применения большого объем сварочных работ), а также значительные затраты для обеспечения защиты от атмосферной коррозии.

Более надежные, экономичные и менее трудоемкие конструкции могут быть созданы путем совершенствования конструктивных схем и методов расчета с более широким внедрением автоматизированных методов на ЭВМ, и использования новых видов проката, а именно гнутых профилей;

ОиПККС подвергаются значительным внешним воздействиям, в связи с их большим износом от неблагоприятных условий воздействия окружающей среды и несовершенства конструкции. В последнее время участились случаи аварий этих конструкций.

Актуальность темы

В России электрифицировано более 40 тыс. км. железных дорог, что составляет 46% общей длины сети. На электрифицированных железных дорогах выполняется более 75% всего объема перевозочных работ.

Электрификация железных дорог является наиболее важным технико-экономическим показателем состояния железнодорожного транспорта. При электрической тяге железных дорог затраты на перевозки снижаются в 1,57 раза по сравнению с дизельной тягой.

В настоящее время на значительной части электрифицированных ж.д. магистралей проводят реконструкцию устройств контактной сети (КС). Это связано с тем, что большинство конструкций отработали свой ресурс и работают в аварийном или близком к нему режиме.

Анализ опорных и поддерживающих конструкций контактной сети показал что, несмотря на достигнутый высокий уровень разработки таких конструкций, проведение исследований, направленных на их совершенствование (снижение расхода стали, трудоемкости изготовления, монтажа и эксплуатации и повышение надежности), является актуальным.

На металлические опорные и поддерживающие конструкции контактной сети (опоры, жесткие поперечины, консоли и кронштейны) приходится более половины расхода стали, расходуемой при электрификации железных дорог. Традиционно применяемые для изготовления таких конструкций горячекатаные профили (уголки, швеллеры, трубы), что приводит к значительным затратам, связанным с технологическим переделом (заготовки, механической обработки и большого объема сварочных работ).

Новые конструктивно-технологические решения металлических опорных и поддерживающих конструкций контактной сети (ОиПККС) должны обеспечить увеличение их срока службы, снизить производственные и эксплуатационные затраты на содержание КС.

Применение гнутых профилей позволит в отличие от прокатных профилей проектировать более рациональное поперечное сечение элементов металлических конструкций КС, а также позволит расширить область применения атмосферостойких сталей.

Целью работы является разработка металлических опорных и поддерживающих конструкций контактной сети из гнутых профилей, с обоснованием их рациональных геометрических параметров с помощью математической модели, адаптированной к современным программным комплексам, с экспериментальным подтверждением её адекватности реальным условиям работы конструкции. Задачи исследования: «>

— анализ отечественного и зарубежного опыта по применению металлических ОиПККС;

— определение критериев и ограничений к ОиПККС;

— выбор рациональных параметров сечений из гнутых профилей для ОиПККС;

— разработка металлических ОиПККС из гнутого профиля с рекомендациями по их монтажу и эксплуатации;

— экспериментальные исследования опытных образцов опорных и поддерживающих конструкций КС;

— технико-экономическое обоснование применения ОиПККС из гнутого профиля.

Методы исследования: анализ отечественного и зарубежного опыта проектирования и эксплуатации ОиПККСобоснование рациональных параметров сечений ОиПККС с последующим экспериментальным подтверждением, разработка и исследование новых конструкций. Научная новизна работы: 1. Выполнено обоснование целесообразности применения гнутых профилей для ОиПККС;

2. Разработана математическая модель для обоснования рациональных параметров гнутых профилей для ОиПККС, адаптированная для широко применяемых программных комплексов;

3. Разработаны новые конструктивно-технологические решения металлических ОиПККС из гнутых профилей;

4. Разработана методика проведения исследования прочностных и деформа-тивных характеристик ОиПККС из гнутого профиля для проверки адекватности адаптированной математической модели.

Практическая значимость работы:

1. На сновании выполненных автором исследований разработаны новые опорные (опоры — проект № 4359) и поддерживающие (консоли и кронштейны — проект № 4183) конструкции контактной сети из гнутых профилей. Для участков постоянного и переменного тока, обеспечивающие надежную защиту от коррозии и требуемый срок службы не менее 70 лет;

2. Выполнена экспериментальная оценка правильности принятых технических решений ОиПККС.

Апробация работы: рассмотренные в работе вопросы были обсуждены на научно-практической конференции «Актуальные проблемы использования металлических конструкций в строительстве и архитектуре», проходящей в рамках выставки METALLBUILD-2003, а так же на научно-технической конференции «Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов» проходившей в 2003 г в МИИТе.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1. Для снижения стоимости изготовления и эксплуатационных затрат, увеличения срока службы целесообразно изготавливать ОиПККС из гнутых профилей, в том числе из атмосферостойких сталей. Применение гнутых профилей позволит в отличие от горячекатаных профилей проектировать более рациональное поперечное сечение элементов металлических конструкций КС;

2. Разработана математическая модель для обоснования новых рациональных параметров гнутых профилей для ОиПККС, адаптированная для широко применяемых программных комплексов;

3. Разработана методика исследования прочностных и деформативных характеристик ОиПККС из гнутого профиля для проверки адекватности адаптированной математической модели реальным условиям работы конструкции;

4. Проведена оценка НДС конструкций из гнутых профилей по математическим моделям реализованным с помощью программных комплексов LIRA и MathCad. Результаты поиска рациональных параметров гнутого профиля и математического моделирования напряженно деформированного состояния подтверждены данными экспериментальной проверки опытных образцов;

5. Разработаны проекты новых металлических конструкций из гнутых профилей:

— № 4359 «Металлические консольные опоры контактной сети из гнутых элементов» ;

— № 4183 «Поддерживающие конструкции контактной сети из гнутого профи «» ля.

Новые конструкции ОиПККС обеспечивают: снижение расхода металла и трудоемкости изготовления конструкций в результате уменьшения количества свариваемых элементов, увеличение несущей способности опор вдоль пути в 3 раза и расширяют возможность применения атмосферостойких сталей;

6. При общем максимальном объеме затрат из расчета 1000 опор в год при переходе на конструкции из гнутого профиля капитальные затраты составят.

8500 тыс. руб., при сложившейся экономической ситуации срок окупаемости составит 3,5 года, а рентабельность 6,8%;

7. В перспективе применение гнутых профилей позволит более полно обеспечить автоматизацию технологического процесса производства опорных и поддерживающих конструкций контактной сети с совмещением процесса профилирования с другими технологическими операциями (уменьшением трудоемкости сварочных работ).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Представленные ОАО &bdquo-Опытный завод «Гидромонтаж» на предварительные испытания металлические опоры контактной сети из гнутых элементов соответствуют требованиям нормативно-технической документации.

2. Испытания показали, что обе опоры выдержали механические испытания по прочности. При испытании по деформативности в опоре по I варианту прогиб превысил нормируемую величину на 12%, опора по П варианту испытания по деформативности выдержала.

3. Исходя из результатов предварительных испытаний, для серийного производства рекомендуется опора по II варианту, выдержавшая испытания по прочности и деформативности.

Председатель А. П. Чучев.

Члены комиссии А. А. Орел.