Условия работы токоприемников

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Токоприемники - аппараты, предназначенные для приема электроэнергии от контактных проводов. Основным требованием к токоприемнику является обеспечение надежного, экономичного и экологически чистого токосъема в расчетных метеоусловиях при установленных максимальных скоростях движения, типах контактных подвесок и тяговых токов электроподвижного состава.



1. Факторы, оказывающие влияние на условия работы контактной подвески

На условия работы токоприемников влияют три группы факторов: климатические, конструктивные и эксплуатационные.

К основным климатическим факторам, которые необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации, относятся: температура воздуха, скорость ветра, толщина стенки гололеда, влажность воздуха (туман, дождь), наличие активного или пассивного охлаждения, плотность абразивных (пыль, песок) и химически активных частиц в воздухе. Номинальные значения климатических факторов: высота над уровнем моря - не более 1200 м; температура окружающего воздуха - от -55 до +40° С; относительная влажность окружающего воздуха - не более 93 % при температуре +20°С; расчетная скорость ветра, воздействующего на поднятый токоприемник - 25 м/с. токоприемник диагностика контактный подвеска

Конструктивные факторы для токоприемников определяются зависимостью от габаритов контактной подвески и электроподвижного состава.

Эксплуатационные факторы воздействия - это скорость движения, величина токовых нагрузок.

В настоящее время нормативные документы определяет следующие конструктивные и эксплуатационные параметры токоприемников: рабочая высота токоприемника относительно контактной поверхности полностью опущенного токоприемника должна измениться от 400 мм (не более) до 1900 мм (не менее). Максимальная высота подъема должна быть не менее 2100 мм. Токоприемник по частотной и аэродинамической характеристикам должен удовлетворять следующим требованиям: должны отсутствовать отрывы полоза токоприемника от контактного провода или устройства, имитирующего контактный провод, колеблющегося в вертикальной плоскости с амплитудой 40 ± 2 мм и частотой 0,8 Гц; аэродинамическое воздействие на рабочий (для электровоза задний по ходу) токоприемник электроподвижного состава, движущегося со скоростью 160 км/ч (44,5 м/с), при встречном или боковом ветре, скорость которого равна 25 м/с, не должно вызывать увеличения нажатия по сравнению со средним статическим более чем в 2,5 раза для токоприемников типа Л и 2,8 раза для токоприемников типа Т.

При подъеме на стоянке и при движении электроподвижного состава со скоростью до 40 км/ч токоприемник должен обеспечивать соприкосновение полоза с контактным проводом в пределах рабочей высоты без последующего отрыва полоза. В момент полного опускания токоприемника не должно происходить отрывов подвижных рам от амортизаторов. Неработающий токоприемник должен надежно удерживаться в опущенном положении при движении электроподвижного состава со скоростью 100 км/ч и встречном или боковом ветре скоростью 50 м/с.

Скорость подъема и опускания токоприемника должна регулироваться с помощью специальных устройств, установленных на токоприемнике или в кузове электроподвижного состава. Должна быть обеспечена возможность подъема токоприемника при движении со скоростью до 120 км/ч и встречном или боковом ветре до 25м/с.

Токоприемники по величине токовой нагрузки должны изготовляться тяжелого (Т) и легкого (Л) типов:

а) токоприемники типа Т предназначены для грузовых и пассажирских электровозов постоянного тока и двойного питания; при движении электроподвижного состава они должны обеспечивать съем с контактного провода длительного токе 3200 А, а при стоянке - 300 А для расчетного зимнего режима и 160 А - для расчетного летнего режима;

б) токоприемники типа Л предназначены для грузовых и пассажирских электровозов переменного тока, для электропоездов переменного и постоянного токе; при движении электроподвижного состава они должны обеспечивать съем с контактного провода длительного тока 500 А, а при стоянке - 80 А для расчетного зимнего режима и 50 А - для расчетного летнего режима.

Величина максимального тока, снимаемого не дольше 1 минуты, для токоприемников обоих типов должна составлять не более 1,4 длительного тока, указанного выше.

Выход климатических факторов за нормируемые пределы, несоответствие контактных подвесок, пути, токоприемников техническим требованиям, превышение нормативных эксплуатационных нагрузок приводит к выходу токоприемников и контактных подвесок из строя, что часто влечет остановку движения поездов. В связи с увеличением скорости движения электроподвижного состава, увеличением веса поездов и ростом износа элементов системы электроснабжения возрастает нагрузка на все элементы контактной сети. Как следствие растет повреждаемость устройств электроснабжения.

Все повреждения на контактной сети следует разделить на 3 группы:

а) повреждения, связанные непосредственно с контактной сетью, вызванные недостатками изготовления и монтажа, дефектами узлов, некачественными материалам, метеоусловиями, неудовлетворительным содержанием, неправильными действиями обслуживающего персонала, нарушениями правил ремонта;

б) повреждения, вызванные неисправностями токоприемников, короткими замыканиями на подвижном составе, неправильными действиями локомотивных бригад;

в) повреждения, вызванные внешними факторами (сходы с рельс подвижного состава, развал, перевозимых грузов, работой подъемных машин и механизмов и т.п.).

Время подъема и опускания токоприемника - один из главных диагностических параметров токоприемника. Этот параметр не только характеризует техническое состояние токоприемника, но и определяет возможность машиниста избежать повреждения устройств электроснабжения при обнаружении им отказа одного из элементов контактной подвески (при появлении препятствий на контактной подвеске - оборванные струны, наклонившиеся струновые зажимы, посторонние предметы и др. - машинист должен успеть опустить токоприемник), что особенно важно ввиду того, что повреждаемость элементов контактной подвески (проводов, струн, зажимов, фиксаторов, воздушных стрелок) в последние годы непрерывно растет.



2. Виды испытаний токоприемников

Испытания, техническое обслуживание и текущий ремонт токоприемников электроподвижного состава регламентируется соответствующими инструкциями и руководствами, утвержденными управлением ОАО «Российские железные дороги».

Согласно токоприемники должны подвергать квалификационным, приемо-сдаточным и периодическим испытаниям.

Каждый токоприемник должен подвергаться предприятием - изготовителем приемо-сдаточным испытаниям, в объем которых входят:

а) внешний осмотр токоприемника, проверка на соответствие чертежам и установочным размерам, проверка качества сборки и действия подвижных частей;

б) проверка характеристик пружин;

в) проверка пневматического привода повышенным давлением и герметичности уплотнений;

г) определение статического нажатия;

д) определение разницы между наибольшим и наименьшим нажатиями;

е) определение двойной величины трения в шарнирах;

ж) определение времени подъема и опускания токоприемника;

з) определение характеристики опускающей силы;

и) снятие статической характеристики верхнего узла.

Проверку характеристик пружин производят до установки их на токоприемник. Результаты испытаний каждого токоприемника должны оформляется в виде протокола.

Типовые испытания проводят в объеме квалификационных. Им подвергается каждый токоприемник нового типа после освоения технологических процессов их производства и при изменении конструкции, материалов и технологических процессов, если эти изменения могли оказать влияние на характеристики токоприемника. В объем типовых испытаний токоприемника включают все приемо-сдаточные испытания и, кроме того:

а) определение приведенной массы;

б) снятие частотной характеристики токоприемника;

в) снятие аэродинамической характеристики токоприемника;

г) определение допускаемых длительных токов, снимаемых токоприемником на стоянке и при движении электроподвижного состава;

д) определение поперечной жесткости токоприемника;

е) проверка работоспособности редукционного клапана (при его наличии) и привода в диапазоне температур окружающего воздуха;

ж) испытания на ресурс;

з) испытания на определение качества антикоррозионных покрытий деталей и узлов токоприемника согласно ГОСТ 9219-75;

и) взвешивание токоприемника в целом и полозов отдельно;

к) определение угла поворота полоза;

л) построение характеристик активного и пассивного нажатия.

Периодические испытания при постоянстве конструкции и технологических процессов должны проводиться не реже одного раза в два года.

Если при типовых или периодических испытаниях токоприемники не удовлетворяют хотя бы одному из указанных требований, то проводят повторные испытания удвоенного количества токоприемников. Если при повторных испытаниях окажется, что токоприемники не удовлетворяют требованиям стандарта, то всю партию бракуют и принимают меры по устранению выявленных дефектов.

В соответствии с «Правилами текущего ремонта и технического обслуживания электровозов постоянного тока» по окончании сборки токоприемника после ТР-3 проверяются следующие параметры:

- смещение центра полоза относительно основания токопри емника поперек его оси;

- отклонение верхней поверхности полоза от горизонтали;

- максимальная высота подъема токоприемника;

- угол поворота полоза вокруг его продольной оси, который должен быть 5 - 7 град. В каждую сторону относительно среднего положения;

- отклонение контактных поверхностей обоих полозов токоприемников относительно друг друга, которое должно быть не более 2 мм;

- статическое нажатие токоприемника на контактный провод в диапазоне рабочей высоты (активное и пассивное);

- время подъема и опускания токоприемника;

- утечка воздуха из пневматической сети.

Указанные параметры должны соответствовать нормам допусков и износов и техническим данным токоприемников.

При проведении испытаний токоприемников необходимо использовать разнообразные диагностические устройства, которые позволяют автоматизировать процесс сбора информации; увеличить достоверность получаемых характеристик за счет исключения человеческого фактора; протоколировать результаты; получать массив данных для электронного паспорта электроподвижного состава.



3. Анализ устройств диагностики токоприемников

Обеспечение надежного, экономичного и экологичного (с минимальными уровнями шума, радиопомех и засорения продуктами истирания) токосъема связано с испытанием токоприемников на предмет установления соответствия их характеристик и параметров допустимым (нормируемым) показателям.



4. Диагностика токоприемников

4.1 Классификация устройств диагностики токоприемников

Диагностические устройства предназначены для обнаружения неисправностей токоприемников и контактной сети или их элементов и выдачи информации об этом локомотивной бригаде. В ряде случаев диагностические устройства выполняют функции и предохранительных устройств.

Для наибольшей эффективности устройства диагностики должны применяться комплексно, как для контактной сети, так и для токоприемников скоростного электроподвижного состава, особенно для линий со смешанным движением.

Устройства диагностики токоприемников подразделяются следующим образом ручные устройства; автоматизированные; автоматические. Все они предназначены для предотвращения повреждений.

Внешние устройства могут быть ручными, предназначенными для проверки и регулировки характеристик, автоматизированными, предназначенными для паспортизации и прогнозирования сроков ремонта и технического обслуживания по состоянию, которые могут устанавливаться в депо для выявления постепенных отказов и автоматическими для выявления случайных отказов, устанавливаемыми в контактную сеть станций при движении с малой скоростью, а также устанавливаемые в контактную сеть перегона и работающее при движении с рабочими скоростями электроподвижного состава.

Встроенные в токоприемник автоматические устройства диагностики должны соединяться с бортовым диагностическим комплексом электроподвижного состава.

Все устройства диагностики содержат манипуляторы диагностических воздействий с устройствами изоляции и датчики диагностических параметров, информация с которых через каналы связи и устройства изоляции передается в анализирующие устройства, а затем на индикаторы или регистрирующие устройства. Вместо анализирующих и регистрирующих устройств возможно использование аналого-цифрового преобразователя, ПЭВМ с программным обеспечением и принтера.



5. Выбор диагностических параметров токоприемника

Обеспечение надежного токосъема может быть достигнуто не только улучшением обслуживания токосъемных устройств, но и широким использованием автоматического и автоматизированного контроля за состоянием эксплуатируемых токоприемников, т.е. за счет применения диагностических устройств, которые являются элементом улучшения технологического процесса эксплуатации электроподвижного состава.

Процесс определения состояния токоприемника можно разделить на два этапа.

Первый этап включает в себя определение степени работоспособности токоприемника. Если токоприемник при проверке невозможно восстановить, то диагностика ограничивается этим этапом и на основании этих данных, принимается решение о дальнейшей эксплуатации токоприемника или его ремонте в условиях депо.

Второй этап включает в себя выявление причин снижения степени работоспособности или полной потери работоспособности (отказа) токоприемника.

Изменение состояния токоприемника в процессе эксплуатации можно установить только на основе анализа внутренних и внешних воздействий, которые возникают при взаимодействии токоприемника с контактной подвеской.

В общем виде методика диагностического анализа токоприемника, как технического объекта, целого или состоящего из набора подсистем, включает в себя определение математической модели его работы, анализа причинно-следственных связей между характеристиками и дефектами, выбор диагностических параметров.



5.1 Математическая модель работы токоприемника

Для токоприемника как для модели диагностики в настоящее время существует несколько расчетных схем взаимодействия токоприемника с контактной сетью, позволяющих составить математические модели и определить влияние параметров, входящих в качестве коэффициентов в систему дифференциальных уравнений, описывающих состояние токоприемника.

Однако использование определенных таким способом диагностических параметров не дает полной картины процесса диагностирования, так как анализируются только установившиеся режимы работы токосъемных устройств (их взаимодействие), а переходные режимы (подъем и опускание токоприемника, вынос контактного провода на рог полоза, наезд на препятствия и др.) не принимаются во внимание.

5.2 Выбор диагностических параметров токоприемника

Выбор диагностических параметров в установившемся режиме основан на анализе математической модели токоприемника. Основными диагностическими параметрами, которые необходимо контролировать с помощью встроенных устройств диагностики, являются контактное нажатие токоприемника на контактный провод, перекос полоза и износ контактных вставок (пластин).

выбираются следующие диагностические показатели токоприемника:

а) для встроенных устройств диагностики:

- контактное нажатие токоприемника на контактный провод;

- перекос полоза токоприемника при движении;

- износ контактных вставок (пластин) полоза;

б) для внешних устройств диагностики:

- статическое нажатие на контактный провод в диапазоне рабочей высоты (активное и пассивное);

- разница между наибольшим и наименьшим нажатиями при одностороннем движении токоприемника в диапазоне рабочей высоты;

- двойная величина трения в шарнирах, приведенная к контактной поверхности полозов;

- опускающая сила в диапазоне рабочей высоты;

- время подъема токоприемника от сложенного положения до максимальной рабочей высоты при номинальном давлении сжатого воздуха;

- время опускания токоприемника от максимальной рабочей высоты до сложенного положения при номинальном давлении сжатого воздуха;

- скорость и ускорение при подъеме токоприемника в момент касания контактного провода;

- скорость и ускорение при опускании в момент касания амортизаторов основания токоприемника;

- износ контактных пластин и геометрические параметры полоза.

5.3 Разработка алгоритма диагностирования токоприемников

Структура алгоритма (программы) диагностирования токоприемника определяется специфичностью его конструкции и условиями его диагностирования. Чтобы построить программу диагностики, необходимо учесть:

1) условия выполнения диагностики (место и время, отводимое на решение диагностических задач);

2) перечень диагностических задач;

3) структуру, характер связей и конструктивное исполнение токоприемника;

4) состояние токоприемника в период выполнения диагностики, т.е. его способность выполнять свои функции при выполнении диагностики;

5) наличие технических средств и предполагаемую степень автоматизации процесса диагностики.

Условия выполнения диагностирования токоприемников обуславливаются местом его размещения (на крыше электроподвижного состава в депо или на линии, на пантографном балконе и т.д.), что в первую очередь сказывается на объеме и характере используемой диагностической аппаратуры.

Время, необходимое на выполнение диагностики токоприемника, может оказать решающее влияние на определение степени автоматизации диагностических процедур, быстродействия и возможности совмещения отдельных проверок.

Ограниченные возможности восстановления токоприемников на линии в большинстве случаев сводят программу диагностики к решению задач определения работоспособности (например, при осмотре токоприемников на станциях). Более разветвленную программу необходимо разрабатывать для диагностики токоприемников в депо (ТО-1, ТО-2, ТО-3, ТР).

Анализ структуры и характера связей в токоприемнике показывает, какие технические параметры и характеристики, оценивающие состояние токоприемника в процессе эксплуатации, целесообразно контролировать.

Разработку алгоритма (программы) диагностирования токоприемника необходимо начинать с составления его функциональной и структурной модели. Введем определенную идеализацию в исследование токоприемника как объекта диагностики, при которой выделим существенные (для технической диагностики) черты реальных токоприемников и отбросим второстепенные, т.е. заменим реальный аппарат некоторой моделью, применимой к любому типу токоприемников. Представим его, как объект контроля, функциональной моделью. Она отличается от обычной схемы, прежде всего выбором первичных элементов, которые при технической диагностике токоприемника определяются заданной точностью локализации неисправностей, зависит от способа ремонта и определена с учетом конструктивных и экономических соображений, а ее функциональный элемент имеет только один выходной сигнал.

При составлении модели токоприемника примем следующие допущения:

1) в каждом ее элементе известны номинальные (допустимые) значения входных и выходных сигналов, их функциональная зависимость, способ контроля;

2) элемент модели неисправен, если при номинальных входных сигналах он выдает выходной сигнал, находящийся за пределами допустимых значений и, следовательно, отличающийся от номинального значения;

3) выход за пределы допустимых значений хотя бы одного из входных сигналов приводит к появлению выходного,отличающегосяотноминаль- ного;

4) в процессе контроля внешние входные сигналы всегда принимают только номинальные значения;

5) если выходной сигнал k-го функционального элемента является входным для j-го, то номинальные значения их совпадают;

6) цепи связи между элементами абсолютно надежны.

В процессе разработки функциональной модели учтены:

- возможные комбинации одновременно отказавших элементов - 21 комбинация;

- заданы комбинации допустимых воздействий, которые необходимо приложить к каждому элементу для получения допустимой реакции;

- составлена схема токоприемника с указанием всех функциональных элементов и связей между ними причем для любой пары связанных элементов выполняется условие: допустимая реакция первого из них является допустимым воздействием для второго и наоборот.

Она содержит шесть элементов. Внешние воздействия обозначены символом z, а реакции - у, причем у₁ - у₆ являются воздействиями для соответствующих элементов. По этой схеме прослеживаются связи между ними и допустимые воздействия, которые необходимо приложить к работоспособному элементу для получения допустимой реакции.

Полученная модель является автоматизированной пневмомеханической системой, которая включает в себя ряд элементов (контактные вставки, полоз, каретки, ..., управляющие устройства), которые взаимодействуют друг с другом. В этом случае выполняется условие: допустимая реакция первого элемента является допустимым воздействием для второго и т.д.. Она содержит шесть элементов. Таким образом, полученная модель является моделью последовательного, с точки зрения надежности, соединения элементов токоприемника, т.е. отказ любого из элементов приводит к отказу токоприемника (системы). При этом отказ какого-либо элемента приводит к отказу других элементов.

Функциональная модель позволяет определить проверки, которые необходимо выполнять для диагностирования состояния токоприемника, т.е. подачу допустимых воздействий на элементы и контроль ответных реакций. Каждая проверка устанавливает работоспособность или отказ группы из k элементов, а остальные (N - k) - при этом остаются непроверенными, т.е. происходит разделение множества элементов схемы на два подмножества. Всего для нее можно образовать 2^N - 1=63 различных проверок.

Учитывая конструктивные особенности токоприемника, т.е. то, что система не имеет обратной связи, составим математическую модель, заданную в табличной форме, так называемую таблицу функций неисправностей . В этом случае примем допущение, что множество допустимых проверок обладает свойствами обнаружения любых неисправностей.

Примем, что возможен отказ только одного элемента, а каждая проверка предполагает контроль ответной реакции элемента на приложенные допустимые внешние воздействия, причем алгоритм проверки должен быть приближен к реальным условиям работы токоприемников и учитывать требования действующих технических условий. При этом для рассматриваемого случая проверок будет шесть и каждая из них может иметь два исхода: положительный (1) - реакция допустима и отрицательный (0) - реакция недопустима. Если все элементы работоспособны, то исходы проверок положительны.

Исходя из выше сказанных требований, структурная схема диагностики токоприемников будет иметь следующий вид. Для получения внешнего воздействия на токоприемник применяются имитаторы эксплуатационных воздействий, при этом ответные реакции узлов регистрируются датчиками Д1 - Д6, информация с которых, через элементы связи, передается на регистрирующие и анализирующие устройства.

Одной из возможностей сокращения времени и стоимости диагностирования, а также упрощения средств его реализации является оптимизация алгоритмов, т.е. использование в процессе диагностирования наилучшего состава воздействий и ответов, а также последовательности их подачи и измерения сигналов. Это позволяет выделить состояние, в котором фактически находится токоприемник в данный момент времени.

Система диагностики должна включать следующие функциональные устройства.

1) источник сообщения - токоприемник;

2) программное устройство - задает соответствующую программу проверки;

3) кодирующее звено - датчик-преобразователь;

4) устройства связи, предназначенные для передачи информации в анализатор сигнала;

5) анализатор сигнала - сравнивает параметры сигнала с их значениями при нормальных (типовых) состояниях токоприемника;

6) оперативно-сигнализирующее устройство - выдает результаты проверки для оперативного принятия решения;

7) регистратор - фиксирует все отклонения измеряемых параметров от установленных норм, время и дату проверки.

Разработанный алгоритм диагностирования токоприемника с использованием внешних устройств диагностики заключается в следующем:

1) проверяется работоспособность всех функциональных элементов ;

2) статическая, удерживающая и опускающая характеристики подвижных рам контролируется во всем рабочем диапазоне за счет внешнего воздействия на токоприемник программного устройства;

3) временные характеристики контролируются за счет воздействия управляющих устройств токоприемника;

4) определяется исправность контактирующих элементов (отсутствие предельного износа, глубоких трещин и сколов, геометрические параметры полоза).

Несоответствие хотя бы одного из перечисленных параметров заданным нормам фиксируется как отказ.

Размещено на Allbest.ru

...