Проектирование контактной сети

Исходные данные к курсовой работе принимаем в соответствии с шифром 640.

На станции электрифицируются все пути, кроме подъездного к тяговой подстанции. Стрелки и стрелочные улицы, примыкающие к главному пути, имеют марки 1/11, остальные стрелки - марки 1/9.

На схеме станции цифрами указаны условные пикеты остряков стрелок, входных светофоров, тупиков и пешеходного мостика. Показаны расстояния между осями путей.

Схема станции в виде рабочего эскиза на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема станции

Таблица 1. Пикеты входных сигналов и искусственных сооружений на перегоне

Рисунок 2. Эскиз перегона

Примечания:

1) Высота моста через реку 6,5 м (расстояние от головки рельса до нижней части ветровых связей моста).

2) На расстоянии 200 м по обе стороны моста путь расположен на насыпях высотой 7 м.

Метеорологические условия приведены в таблице 2.

Таблица 2. Метеорологические условия

Примечания:

1) гололед цилиндрической формы с удельным весом 0,9 г/см3;

2) температура гололедных образований -5 С;

3) температура, при которой наблюдаются ветры максимальной интенсивности, 5 С;

4) проектируемый участок расположен в местности, не защищенной от ветра.

На перегоне принимается система подвески одинарная, компенсированная, полукосая на прямых участках и вертикальная на кривых участков пути, с рессорным тросом.

На станции на главном пути - компенсированная цепная подвеска с рессорным тросом, площадь сечения подвески такая же, как на перегоне. На остальных станционных путях - полукомпенсированная подвеска.

Таблица 3. Характеристики контактных подвесок

Характеристики проводов и тросов приведены соответственно в таблицах 4 и 5.

Таблица 4. Основные геометрические и физико-механические параметры принятых в проекте контактных проводов

Таблица 5. Основные геометрические и физико-механические параметры принятых в проекте несущих тросов

Эскизы проводов и тросов представлены на рисунках 3, 4.

Основные геометрические и физико-механические параметры принятых в проекте несущих тросов и контактных проводов заносятся соответственно в таблицы 4 и 5. Значения этих параметров приведены в [1].

Рисунок 3 - Эскиз сечения контактного провода МФ-100

Рисунок 4 - Эскизы сечения несущих тросов: а -ПБСМ-95, б - ПБСМ-70

Все нагрузки разделяют на постоянные, действующие всегда, и временные, которых в отдельные периоды строительства и эксплуатации может не быть. Временные нагрузки в свою очередь делятся на длительные, кратковременные и особые. Применительно к условиям работы контактной сети к постоянным относят все нагрузки от собственного веса (кроме веса электромонтеров), усилия, определяемые нормальными натяжениями проводов, и воздействия предварительного напряжения конструкций. Длительные временные нагрузки на контактную сеть не действуют. К кратковременным относят нагрузки, возникающие при экстремальных температурах воздуха, воздействии ветра, гололедных и снеговых образований, при транспортировке и монтаже опор и других конструкций. К особым относят нагрузки, возникающие при обрыве проводов контактной сети, сейсмических и взрывных воздействиях, а также в некоторых других условиях.

В зависимости от того, какие нагрузки учитывают в расчете совместно, различают основные сочетания их, состоящие из постоянных и кратковременных нагрузок, и особые сочетания, при которых к указанным добавляется одна из особых нагрузок.

В особые сочетания включают усилия, возникающие при обрыве одного из проводов и оказывающие наиболее существенное влияние на напряженное состояние рассчитываемого элемента конструкции, а также возможные в этих условиях нагрузки основных сочетаний. При этом вводят различные допущения, например, учитывают гололедные образования, но при отсутствии ветра и др.

Нагрузки на провода и тросы в курсовом проекте принять равномерно распределенными линейными и относить их к одному метру длины провода.

Расчет выполняется для всех типов подвесок, используемых при электрификации главных и боковых путей станции и перегона.

Задачи, решаемые с помощью определения погонных нагрузок:

1) определение ветроустойчивости подвески;

2) определение изменения вертикального габарита подвески;

3) определение исходных данных для динамического расчета;

4) определение исходных данных для механического расчета.

Допущения, принимаемые при расчете погонных нагрузок:

1) вблизи точки фиксации несущего троса и контактного провода на консоли ветровая нагрузка от контактного провода на несущий трос не передается;

2) при расчете ветроустойчивости ветровая нагрузка на контактный провод цепной подвески рассчитывается как для простой;

3) гололед, выпадающий на провода, принимается цилиндрической формы;

4) гололед, выпадающий на контактный провод, располагается только в верхней половине.

Рисунок 5 - Погонные нагрузки, действующие на контактный провод

и несущий трос при ветре без гололеда в точки фиксации

Нагрузки от собственного веса проводов gk и тросов gн выбираем из таблиц 4, 5.

Нагрузка от собственного веса контактной подвески с учётом зажимов и струн определяем по формуле (14) [ 1, c.24 ]

g = gн+nk(gk + 0,1),

где nk - число контактных проводов, nк=1.

На главном пути и на перегоне:

g = 0,783+0,89+0,1=1,749 даН/м.

На боковых путях:

g = 0,606+0,89+0,1=1,596 даН/м.

Нагрузки от веса гололеда на 1 м контактного провода или несущего троса определяем по формуле (15)[ 1, c.24]

gг.i = 2,77bг ( di +bг )10-3 ,

где bг - расчетная толщина стенки гололеда, мм;

di - диаметр провода (для контактных проводов среднее значение из высоты и ширины его диаметрального сечения), мм.

dк = (Н+А)/2

-главный путь - dн = 12,5 мм.

gг.н = 2,779( 12,5 + 9 )10-3 = 0,536 даН/м

dк = (11,8+12,81)/2=12,305 мм;

gг.к = 2,774,5(12,305+4,5)10-3 = 0,209 даН/м;

-боковой путь - dн = 11 мм.

gг.н = 2,89( 11 + 9 )10-3 = 0,504 даН/м

dк = (11,8+12,81)/2=12,305 мм.

gг.к = 2,774,5(12,305+4,5)10-3 = 0,209 даН/м.

Нагрузку от веса гололеда на контактной подвеске определяем по формуле

gг = gг.к +gг.н,

- главный путь - gг = 0,209+0,536 = 0,745 даН/м;

- боковой путь - gг = 0,209+0,504 = 0,713 даН/м.

Нагрузку от веса цепной подвески с гололёдом определяем как сумму (g+gг ), результаты заносим в таблицу 6.

Нагрузку от действия ветра на провода и тросы , свободные от гололёда, Рк и Рн определяем по формуле (16) [ 1, c.25]

Pi = 0,615Схvp2di10-4,

где Сх - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления ;

vp - расчётная скорость ветра при отсутствии гололёда, м/с;

di - диаметр провода (для контактных проводов - вертикальный размер диаметрального сечения, т. е. di = Н), мм.

Для ветрового района 1 расчетная скорость ветра:

- на станции vp = 25 м/с, (кп = 1);

- на перегоне в незещищенной местности vp = 29 м/с,

- на перегоне с насыпью vp = 31 м/с.

Аэродинамический коэффициент:

- для провода МФ-100 Сх =1,25;

- для троса ПБСМ-70 Сх =1,25;

- для троса ПБСМ-95 Сх =1,25.

На станции:

- главный путь

Рн = 0,6151,2525212,510-4 = 0,601 даН/м;

Рк = 0,6151,2525211,810-4 = 0,567 даН/м;

- боковой путь

Рн = 0,6151,252521110-4 = 0,529 даН/м;

Рк = 0,6151,2525211,810-4 = 0,567 даН/м.

На перегоне:

- в незащищенной местности

Рн = 0,6151,2529212,510-4 = 0,794 даН/м;

Рк = 0,6151,2529211,810-4 = 0,75 даН/м;

- на насыпи

Рн = 0,6151,2531212,510-4 = 0,938 даН/м;

Рк = 0,6151,2531211,810-4 = 0,886 даН/м.

Нагрузки от действия ветра на провода и тросы, покрытые гололедом, Рг,н и Рг,к определяем соответственно по формулам (1.6) и (1.7)

Рг,н = 0,615Схvг2(dн + 2bг)10-4,

Рг,н = 0,615Схvг2(Нк + bг)10-4,

где vг - расчётная скорость ветра при гололёде на тросе, м/с;

Нк - высота сечения контактного провода, мм.

Для второго ветрового района расчетная скорость ветра при гололеде:

- на станции Vг = 12 м/с;

- на перегоне в незащищенной местности Vг = 12 м/с;

- на перегоне с насыпью Vг = 12 м/с.

На станции:

- главный путь

Рг.н= 0,6151,25122(12,5+29)10-4 =0,338даН/м;

Рг.к = 0,6151,25122(11,8+9)10-4 =0,23 даН/м;

- боковой путь

Рг.н = 0,6151,25122(11+29)10-4 =0,321 даН/м;

Рг.к = 0,6151,25122(11,8+9)10-4 =0,23 даН/м.

На перегоне:

- в незащищенной местности

Рг.н = 0,6151,25122(12,5+29)10-4 =0,338 даН/м;

Рг.к = 0,6151,25122(11,8+9)10-4 =0,23 даН/м;

- на насыпи

Рг.н = 0,6151,25122(12,5+29)10-4 =0,338 даН/м;

Рг.к = 0,6151,25122(11,8+9)10-4 =0,23 даН/м.

Результирующую нагрузку на несущий трос при ветре без гололёда определяем по формуле (1.8)

.

даН/м.

Остальные результаты сведены в таблицу 6.

Результирующую нагрузку на несущий трос при ветре с гололёдом определяем по формуле (22) [1, c.26]

,

даН/м.

Таблица 6. погонные нагрузки, действующие контактные подвески

2. Определение допускаемых длин пролетов между опорами контактной сети

Длина пролета между опорами контактной сети во многом определяет ее надежность и экономичность. Чем больше длина пролета, тем меньше число опор и, следовательно, существенно меньше строительная стоимость контактной сети (стоимость опор и фундаментов достигает 40% общей стоимости сети). Но с увеличением длины пролета становятся больше отклонения проводов под действием ветра (их называют ветровыми отклонениями), в результате чего при определенных условиях контактный провод может сойти с полоза токоприемника и попасть под него. Это приводит к разрушению токоприемника и повреждению струн и фиксаторов, а в отдельных случаях к обрыву контактного провода. Кроме того, увеличение длины пролета затрудняет соблюдение вертикальных габаритов и повышает неравномерность жесткости (эластичности) подвески вдоль пролета, что может нарушить нормальный токосъем. Ветровые отклонения проводов необходимо знать и для проверки их допустимых горизонтальных габаритов.

Для токоприемников, эксплуатируемых на отечественных железных дорогах, ширина рабочей части которых составляет около 1,3 м, установлены максимальные допускаемые ветровые отклонения контактных проводов bк дп от оси токоприемника: 0,5м для прямых участков пути и 0,45 м для кривых. Эти значения необходимо соблюдать, учитывая возможную порывистость ветра, влияние отклонения несущего троса, а также дополнительного (под действием ветра) прогиба опор на уровне контактного провода.

При проектировании контактной сети максимальную допускаемую длину пролета определяют из условия

bк max = bк дп,

где bк max - максимальное ветровое отклонение контактного провода в пролете.

Для выполнения условия необходимо очень тщательно соблюдать параметры контактной сети, заданные проектом, при ее эксплуатации.

Максимальное ветровое отклонение контактных проводов обычно наблюдается при ветре наибольшей интенсивности и отсутствии гололеда, но в отдельных случаях может возникнуть и при воздействии ветра меньшей силы на провода, покрытые гололедом. При расчетах ветровых отклонений контактных проводов не учитывают их возможный износ, так как в этом случае ветровые отклонения уменьшаются.

Для определения ветровых отклонений контактных проводов и обусловленных ими длин пролетов между опорами применяют методику, учитывающую статическое воздействие ветра. Влияние динамических процессов приближенно учитывают при определении расчетной скорости ветра, умножая нормативное ее значение на так называемые коэффициенты порывистости, которые принимают в зависимости от условий трассы. Это существенно упрощает все расчеты и в большинстве случаев дает вполне приемлемые результаты. Скорость ветра имеет постоянную и переменную составляющие, поэтому и полное отклонение провода под действием ветра можно определить как сумму статической и динамической составляющих. Статическая составляющая перемещения провода определяется по обычно применяемым формулам, но с учетом изменения натяжения провода, вызванного его колебаниями. Так как пульсации скорости ветра случайны, то динамическая составляющая перемещения провода определяется средним квадратичным отклонением значения этого перемещения. Точные расчетные формулы для практического проектирования довольно сложны. Поэтому приводятся только упрощенные расчетные формулы динамической методики, погрешность которых не превышает 5% (по сравнению с результатами расчетов по точным формулам).

В местностях с особо сильными ветровыми воздействиями целесообразно проектировать контактные подвески повышенной ветроустойчивости. К ним относятся подвески косые, ромбовидные при двух контактных проводах и с оттяжными тросами при одном контактном проводе. Косые подвески очень сложны в эксплуатации, для них требуются специальные поддерживающие устройства, вследствие чего их практически не применяют. Наиболее широко используются ромбовидные подвески. Так как при ромбовидных подвесках увеличивается износ средней части контактных пластин токоприемников, то их общая протяженность в пределах участка обслуживания не должна превышать 20%.

2.1 Расчет длин пролетов по условиям ветровых нагрузок

Определение максимально допустимых длин пролетов для прямых участков пути производится по формуле

lmax = 2

где рк - нагрузка от ветра на контактный провод, даН/м;

К - номинальное натяжение контактного провода, даН/м;

bкдоп - отклонение провода от оси пути в плане, принимаем 0,5 м;

а - зигзаг принимаем 0,3 м,

г = 0,015 при Vp=25 км/ч,

для и главного станционного пути для МФ-100:

lmax ==77,4 м.

для бокового станционного пути для МФ-100:

lmax = 2=77,4 м.

для перегона:

lmax = 2=65,4 м.

для перегона с насыпью:

lmax = 2=61,9 м.

для кривых участков пути расчёт производим по формуле

lmax = 2

где R - радиус кривой , м.

для кривой радиусом R = 600 м

lmax = 2= 52,4 м;

для кривой радиусом R=1200 м с насыпью

lmax = 2= 64,6 м;

2.2 Расчет длин пролетов по вертикальным габаритам

где коэффициенты А и В равны

,

где x1 - расстояние до первой не рессорной струны

= 0,3

для главного пути

м.

Результаты расчетов максимальных длин пролетов представлены в таблице 7.

Таблица 7. Результаты расчета максимально допустимой длины пролетов

Максимальную допускаемую длину пролета принимают меньшую из значений, определяемых расчетами в условиях ветра наибольшей интенсивности и ветра при наличии гололедных образований на проводах контактной сети. Исследованиями установлено, что длина пролета в случае гололеда с ветром получается меньше, чем при максимальном ветре без гололеда, только в районах со значительной интенсивностью гололедных образований. А после того как гололед, даже частично, будет удален (плавкой или механическими средствами) или образование гололеда будет предотвращено профилактическим подогревом проводов, ветровое отклонение контактного провода станет меньше, чем при ветре максимальной интенсивности. Таким образом, уменьшение длины пролета из-за ветровых отклонений контактного провода при гололедном режиме в ряде случаев приведет к неоправданному увеличению строительной стоимости контактной сети.

Стрела провеса определяется по следующей формуле

где g - нагрузка от собственного веса контактной подвески с учетом зажимов и струн;

l - длина пролета;

T - Номинальное натяжение несущего троса, даН.

Длина струн определяется по следующей формуле

сi =-Fi,

= 1,8 м для станции

Рассмотрим расчет стрелы провеса и длин струн на примере главного станционного пути, последующие результаты сведены в таблице 8:

при х = 16,3 м,

С2 = 1,8 - 0,43 = 1,37 м.

Значения расчетов стрел провесов несущего троса, а также расчетные значения длин струн и выбранные места расположения струн в пролете приведены в таблице 8.

Таблица 8. Значение стрелы провеса несущего троса, длин и расположения струн

3.2 Расчет коэффициента неравномерности жесткости контактной подвески