Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Уральский государственный университет путей сообщения

Факультет электромеханический

Кафедра «Электроснабжение транспорта»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Контактные сети и ЛЭП»

Тема работы:

Проект участка контактной сети переменного тока

Выполнил А.Е. Менщиков

Студент 5 курса Группы СОэ-525(з)

Руководитель: Д.А. Ефимов

Екатеринбург - 2020



Задание на курсовой проект

Студент Менщиков А.Е. гр. СОэ-525(з)

Тема проекта (работы): Проект участка контактной сети переменного тока

Срок сдачи работы

Перечень вопросов, подлежащих исследованию или разработке:

1. Исходные данные

2. Определение нагрузок на провода контактной сети

3. Расчет натяжения несущих тросов

4. Расчет допустимых длин пролетов

5. Схема питания и секционирования контактной сети

6. Составление плана контактной сети станции и перегона

7. Механический расчет анкерного участка

8. Выбор способа прохода подвески в искусственном сооружении

9. Расчет и выбор опор контактной сети

10. Индивидуальное задание в рамках НИР: «Контактные провода, применяемые при скоростном и высокоскоростном движении в России и за рубежом, их механические и электрические характеристики»

Исходные данные приведены в разделе 1.

Руководитель Д.А. Ефимов

Задание принял к исполнению А.Е. Менщиков



План-график выполнения курсового проекта

Студент Менщиков А.Е. гр. СОэ-525(з)

Тема проекта: Проект участка контактной сети переменного тока

Этапы работы	Сроки выполнения	Вид отчетности	Отметка о выполнении
Раздел 1		Письменный отчет
Раздел 2		Письменный отчет
Раздел 3		Письменный отчет
Раздел 4		Письменный отчет
Раздел 5		Письменный отчет
Раздел 6		Письменный отчет
Раздел 7		Письменный отчет
Раздел 8		Письменный отчет
Раздел 9		Письменный отчет
Раздел 10		Письменный отчет
Прикрепление КП в bb.usurt.ru		Электронный отчет
Сдача КП на кафедру		Оформление КП

Подпись студента А.Е. Менщиков

Подпись руководителя Д.А. Ефимов



Реферат

В курсовом проекте всего: стр. 54, рис. 7, табл. 6, использованных источников 6.

В проекте выполнено определение нагрузок на провода и тросы контактной сети для различных расчетных режимов. Проведен расчет максимально допустимых длин пролетов и натяжений проводов, механический расчет анкерного участка и расчет опорных конструкций, произведен выбор способа прохода искусственного сооружения. Построен план контактной сети станции и перегона, составлена схема питания и секционирования станции.

Ключевые слова: контактная сеть, цепная подвеска, пикетаж, габарит, критический пролет, монтажная кривая, стрела провеса, искусственное сооружение, суммарный изгибающий момент, механический расчет контактной подвески



Содержание

• Введение
• 1. Исходные данные
• 2. Определение нагрузок на провода контактной сети
• 3. Расчет натяжения несущих тросов
• 4. Расчет допустимых длин пролетов
• 5. Схема питания и секционирования контактной сети
• 6. Составление плана контактной сети станции и перегона
• 7. Механический расчет анкерного участка
• 8. Выбор способа прохода подвески в искусственном сооружении
• 9. Расчет и выбор опор контактной сети
• 10. Контактные провода, применяемые при скоростном и высокоскоростном движении в России и за рубежом, их механические и электрические характеристики
• Заключение
• Список использованных источников


Введение

Контактная сеть магистрального железнодорожного транспорта в силу своей специфики не имеет резерва. Однако, в то же время она должна обеспечивать надежный токосъем в любых атмосферных условиях при установленных скоростях движения и весах поездов. Поэтому при проектировании контактной сети необходимо гарантировать высокую механическую прочность ее основных устройств: проводов, опорных и поддерживающих конструкций, - и надежное взаимодействие с токоприемником ЭПС.

В соответствии с этим необходимо правильно определять действующие на контактную подвеску нагрузки, точно рассчитывать максимальную длину пролета между фиксирующими устройствами и соблюдать ее при расстановке опор. Проектируемая система питания и секционирования должна обеспечивать как можно меньшие потери напряжения и энергии в нормальном режиме работы и минимальные нарушения графика движения поездов при выходе из работы какой-либо секции контактной сети.

При проектировании контактной сети также необходимо получить данные для производства монтажных работ и регулировки проводов при различных температурах, а также провести проверку вертикальных и горизонтальных габаритов, в том числе и при проходе искусственных сооружений.

В данном курсовом проекте производится проектирование участка контактной сети переменного тока, включающего станцию и примыкающий к ней справа перегон.



1. Исходные данные

1. Род тока переменный;

2. Тип подвески:

- на главных путях станции: полукомпенсированная с рессорными струнами, полукосая, марка провода М-95 + МФ-100;

- на боковых путях станции: полукомпенсированная со смещенными струнами, полукосая, марка провода М-95 + МФ-85;

- на перегоне: на прямых участках пути компенсированная с рессорными струнами, полукосая; на кривых участках пути компенсированная с рессорными струнами, вертикальная, марка провода М-95 + МФ-100.

3. Метеорологические условия:

Климатическая зона - 2а, минимальная температура воздуха раз в 10 лет t_min = -38^оС, максимальная температура воздуха раз в 10 лет t_max = 35^оС;

Ветровой район - 1, нормативная скорость ветра (повторяемость раз в 10 лет) V_Н = 20,6 мс, коэффициент ветра: для станционных путей - 0,9, для перегона - 1, для насыпи - 1,25;

Гололедный район - 3, нормативная толщина стенки гололеда (повторяемость 1 раз в 10 лет) b_Н = 15 мм, коэффициент гололеда: для станционных путей - 0,75, для перегона - 1, для насыпи - 1.

4. Станция:

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 (рисунок 1.1), цифрами указаны условные пикеты (расстояние от оси пассажирского здания в метрах) остряков стрелок, входных светофоров, тупиков и пешеходного мостика.

Также показаны расстояния между осями смежных путей.



Рисунок 1.1 - Схема проектируемой станции

4. Перегон

Пикетаж основных объектов перегона двухпутного участка приведен в таблице 1. Расстояние от УГР (уровня головки рельса) до нижней части ветровых связей моста через реку составляет 6,2 м. На расстоянии 300 м по обоим сторонам моста через реку путь располагается на насыпи высотой 7 м.

Таблица 1

Пикетаж основных объектов перегона проектируемого участка

Объекты	Пикетаж
Входной сигнал заданной станции	24 км 1+16
Начало кривой R = 600 м, центр слева	4+20
Конец кривой	6+75
Ось каменной трубы с отверстием 1,1 м	6+96
Начало кривой R = 850 м, центр справа	8+20
Конец кривой	25 км 2+34
Мост через реку с ездой понизу: пикет оси моста	6+05
длина моста, м	120
Ось ж/б трубы с отверстием 3,5 м	8+85
Начало кривой R = 1000 м, центр слева	26 км 2+06
Конец кривой	4+76
Входной сигнал следующей станции	27 км 2+70



2. Определение нагрузок на провода контактной сети

Расчет линейных нагрузок выполняется для контактной подвески главного пути станции. Для остальных подвесок нагрузки рассчитываются аналогично. Нагрузка от собственного веса одного метра контактной подвески определяется по формуле

, (1.1)

где - нагрузка от собственного веса несущего троса, Н/м;

- то же, но от контактного провода [2] , Н/м;

- то же, но от струн и зажимов, g_c = 1 Н/м;

- число контактных проводов.

Нагрузка от собственного веса несущего троса или контактного провода определяется по формуле

, (1.2)

где - площадь поперечного сечения провода, м²;

- плотность материала провода, кг/м³;

- коэффициент, учитывающий конструкцию провода, для цельного провода , для многопроволочного (троса) .

В соответствии с [2] для несущего троса М-95 площадь поперечного сечения , плотность материала для контактного провода МФ-100 площадь поперечного сечения сечения , плотность материала

Нагрузка от собственного веса контактного провода

Нагрузка от собственного веса несущего троса

Нагрузка от собственного веса одного метра контактной подвески

Нагрузка от веса гололеда на один метр длины провода или троса при цилиндрической форме его отложения определяется по формуле

, (1.3)

где - толщина стенки гололеда, мм;

- диаметр провода [2], для несущего троса М-95 составляет 12,6 мм.

Так как обслуживающий персонал и токоприемники удаляют гололед с контактных проводов, то будем считать, что толщина стенки гололеда условно равна половине заданной по гололедному району. Весом гололеда на струнах можно пренебречь.

Расчетное значение толщины стенки гололеда определяется по формуле

(1.4)

где - коэффициент гололеда, для станции составляет 0,75;

- толщина гололедного слоя в соответствии с заданием, мм.

Расчетный диаметр контактного провода берется усредненный из высоты и ширины его сечения

, (1.5)

где H - высота сечения провода, для МФ-100 составляет 11,8 мм;

A - ширина сечения провода, для МФ-100 составляет 12,81 мм.

Нагрузка от веса гололеда на один метр длины провода и троса

Суммарный вес одного метра контактной подвески с гололедом определяется из выражения

, (1.6)

где - вес контактной подвески, Н/м;

- вес гололеда на несущем тросе и контактном проводе, соответственно, Н/м.

Суммарный вес одного метра контактной подвески с гололедом равен

Ветровая нагрузка на провод без гололеда определяется по формуле

, (1.7)

где - расчетная скорость ветра, находится по формуле , м/с;

- аэродинамический коэффициент лобового сопротивления, зависящий от формы и положения поверхности объекта, согласно [2] принимаем для несущего троса равным 1,25, для контактного провода - 1,25;

- диаметр провода, для контактного провода - высота его сечения (Н), м.

Ветровая нагрузка при наличии на проводе гололеда



, (1.8)

где - расчетная скорость ветра при гололеде, она равна , м/с;

- поправочный ветровой коэффициент, на станции принимается равным 0,9.

Ветровые нагрузки на главных путях станции на несущий трос и контактный провод при наличии и отсутствии гололеда по формулам (1.7) и (1.8) равны

Результирующая нагрузка на несущий трос цепной подвески определяется без учета ветровой нагрузки на контактный провод, так как ее основная часть воспринимается фиксаторами. И она определяется как

, (1.9)

То же при наличии гололеда, определяется по формуле

, (1.10)

Результирующая нагрузка на контактный провод при отсутствии гололеда определяется как

, (1.11)

То же, при наличии гололеда, определяется по формуле

, (1.12)

Результаты расчета приведены в таблице 2.

Для подвесок бокового пути, перегона и насыпи нагрузки рассчитываются аналогично. Результаты расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2

Нагрузки на провода контактной сети

Нагрузка, Н/м	Гл. путь	Бок. Путь	Насыпь	Перегон
От веса НТ	8,412	8,412	8,412	8,412
От веса КП	8,731	7,421	8,731	8,731
От веса подвески	18,143	16,833	18,143	18,143
От веса гололеда на НТ	7,432	7,432	16,282	11,468
От веса гололеда на КП	2,794	2,634	5,630	4,114
От веса подвески с гололедом	28,369	26,900	40,056	33,725
От действия ветра на НТ	3,329	3,329	6,423	4,110
От действия ветра на КП	3,118	2,854	6,015	3,849
От ветра при гололеде на НТ	3,339	3,339	9,193	5,003
От ветра при гололеде на КП	2,193	2,098	5,606	3,147
Результирующая на НТ без гололеда	18,446	17,160	19,246	18,603
Результирующая на КП без гололеда ,	10,218	8,892	11,440	10,465
Результирующая на НТ с гололедом	28,565	27,106	41,097	34,094
Результирующая на КП с гололедом	12,715	11,253	16,352	14,199

3. Расчет натяжения несущих тросов

Проведем расчет максимального натяжения используемых несущих тросов М-95.

Максимальное допустимое натяжение несущего троса определяется

, (1.13)

где - коэффициент, учитывающий разброс механических характеристик отдельных проволок, ;

- временное сопротивление разрыву материала проволоки, Па;

- расчетная площадь поперечного сечения, м²;

- коэффициент запаса.

В соответствии с [2] для расчета были выбраны следующие значения: для несущего троса М-95 , .

Тогда по формуле (1.13)

В качестве расчетных примем согласно [4] обычно принимаемые при расчетах значения

Натяжение несущего троса при беспровесном состоянии контактного провода предварительно равно для медного и биметаллического провода

; (1.14)

Натяжение несущего троса в режиме ветра максимальной интенсивности при температуре t_min = -38 ^оС в соответствии с [1] для медного провода определяется по формуле

, (1.16)

Действительные значения и определяются при механическом расчете контактной подвески. Для одного контактного провода МФ-100 номинальное натяжение в соответствии с [2] округленно равно .

4. Расчет допустимых длин пролетов

Максимально допустимая длина пролета на прямом участке пути определяется по формуле

, (1.18)

где K - натяжение контактного провода, Н;

- ветровая нагрузка на контактный провод, Н/м;

- эквивалентная нагрузка на контактный провод от несущего троса, Н/м;

В соответствии с [2] величина при одинаковых разносторонних зигзагах определяется по формуле

, (1.19)

где - допустимое отклонение контактного провода от оси пути, на прямом участке, м;

- прогиб опоры под действием ветра на уровне контактного провода, согласно [3] для расчетной скорости ветра 18,5 м/с прогиб равен 0,01 м;

a - зигзаг контактного провода, одинаковый по величине на соседних опорах, м.

Эквивалентная нагрузка определяется по формуле



где L - длина пролета, м;

h_и - длинна гирлянды изоляторов на участке переменного тока, принимаем равной 0,73 м;

- прогиб опоры от ветра на уровне несущего троса [3], 0,015 м;

е_ср - средняя длинна струны в средней части пролета, равной 0,5 L, при заданной конструктивной высоте цепной подвески h_о, определяемая по формуле (1.21).

, (1.21)

где h_o - конструктивная высота подвески, h_o = 1,8 м.

Поскольку в формуле (1.20) имеется неизвестное значение L, то расчет максимально допустимой длины пролета проводится методом последовательного приближения. Для этого по формуле (1.18) определяется длина без учета влияния несущего троса (p_э=0). Полученное значение L подставим в формулу (1.20) и определим эквивалентную нагрузку p_э. Определенную величину p_э подставим в формулу (1.18) и рассчитаем уточненное значение длины пролета. Если полученная длина пролета отличается от первоначальной не более чем на 5 м, то ее принимаем за окончательный результат. В противном случае расчет повторяется до тех пор, пока разность между длинами пролетов не станет менее 5 м.

По формулам (1.18), (1.20) и (1.21) проведем расчет допустимой длины пролета на прямом участке главного пути станции

При p_э = 0

Так как 6,6 м > 5 м, следовательно проводим корректировку нагрузки , продолжая расчеты.

При -0,432 Н/м

Так как 0,1 м < 5 м, значит получившееся значение следует принять за окончательный результат. По условиям обеспечения качественного токосъема длина пролета ограничена 70 м, поэтому окончательно принимаем длину пролета на главных путях станции равной 70 м.

Определим максимальную длину пролета на перегоне в кривой радиусом R = 600 м. Максимальная допустимая длина пролета в кривой определяется по формуле

, (1.22)



где - радиус кривой, м;

В_кр - максимальный вынос контактного провода, определяется по формуле (1.23).

. (1.23)

В соответствии с [3] принимаем следующие значения прогибов опор: для перегона для насыпи .

При p_э = 0

Так как 0,8 м < 5 м, значит получившееся значение следует принять за окончательный результат.

Аналогично рассчитываются максимальные длины пролетов для других случае. Результаты расчетов представлены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты расчета допустимых длин пролетов

Участок пути	Зигзаг, м	Длина пролета, м
Станция	Главный путь	0,3	70
	Боковой путь	0,3	70
	Горловина, радиусом 500 м	0,4	53
Перегон	Прямая	0,3	70
	Кривая радиусом 600 м	0,4	56
	Кривая радиусом 850 м	0,4	64
	Кривая радиусом 1000 м	0,4	67
Насыпь	Прямая	0,3	70

5. Схема питания и секционирования контактной сети

При составлении схемы питания и секционирования в соответствии с рекомендациями [4, 5, 6] станция делится секционными изоляторами СИ на 2 секции: I, 2 и 4 пути, 3, 5, 7 и 9 пути. Секции соединены нормально разомкнутым поперечным разъединителем П с моторным приводом. Путь 9, примыкающий к пакгаузу, также отделяется от своей секции изоляторами.

Каждый из тупиков станции был оборудован специальным разъединителем с ручным приводом и заземляющим контактом З1, З3. Таким же разъединителем З2 был оборудован путь, примыкающий к пакгаузу.

Контактная сеть главного пути перегона и станции секционируются путем установки трехпролетных изолирующих сопряжений. Последовательно установленные изолирующие сопряжения между станцией и перегоном, примыкающим слева, образуют нейтральную вставку. Изолирующие сопряжения нейтральной вставки шунтируются продольными секционными разъединителями А и Б с ручными приводами, а изолирующее сопряжение между станцией и перегоном, примыкающим справа - разъединителем В с моторным приводом. Причем разъединители находятся в нормально отключенном состоянии.

Питание контактной сети левого и правого перегонов осуществляется от тяговой подстанции посредством отдельных питающих фидеров. Фидера оборудуются разъединителями с моторным приводом (входят в РУ-27,5 кВ, на плане контактной сети не показаны). Также фидера, питающие контактную сеть перегонов слева и справа имеют линейные разъединители Фл1, Фл2. Для возможности оперативного изменения схемы питания и секционирования приводы разъединителей приняты моторными.

Схема питания и секционирования приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Схема питания и секционирования

6. Составление плана контактной сети станции и перегона

нагрузка контактный сеть провод опорный

План контактной сети станции составляется согласно [3] в следующем порядке: подготовка плана станции; размещение опор в горловинах, по концам и в средней части станции; разбивка анкерных участков; расстановка зигзагов; трассировка питающих и отсасывающих линий; выбор опор и поддерживающих конструкций; обработка плана контактной сети и составление необходимых спецификаций. При расстановке опор учитываются максимальные длины пролетов, рассчитанные в главе 4. По краям станции размещаются изолирующие сопряжения.

Трассировку питающих линий осуществляют на опорах контактной сети, подвешивая их полевой стороны на кронштейны. Одновременно с трассировкой размещают спроектированные в схеме питания и секционирования разъединители и секционные изоляторы. План контактной сети станции приведен приложении А.

На плане перегона ось каждого из двух путей изображают прямой линией, на которую наносят условные обозначения искусственных сооружений, переездов и объектов в соответствии с таблицей 1.1. Ниже этих прямых размещают план линии, на котором показывают кривые, их длины и радиусы.

Перед расстановкой опор, перегон разбивается на три анкерных участка для обоих путей. И после этого, производят расстановку промежуточных опор на анкерных участках, в зависимости от имеющихся на перегоне кривых, насыпей и искусственных сооружений. Так на перегоне имеется мост с ездой понизу, по обе стороны от которого имеется насыпь длиной 300 м, наличие которой, как и кривых приводит к уменьшению длины пролетов.

Опоры на станции и перегоне по возможности расставляются с максимально допустимыми длинами пролетов, причем каждый пролет должен быть согласован с соседними пролетами, не отличаясь от них более чем на 25%. В средней части каждого анкерного участка перегона располагается средняя анкеровка, размещенная в двух пролетах, длина которых для компенсированной подвески уменьшается на 5%. На мосту длина пролета ограничена 45 м. Точки подвеса на мосту располагаются симметрично. Опоры размещают на расстоянии не менее 5 м от края каменных и железобетонных труб.

Выбор опорных и поддерживающих конструкций производится по методике, описанной в [4]. Выбранные типы устройств заносятся в сводные таблицы, которые располагаются выше и ниже чертежа спрямленных путей перегона. План контактной сети перегона приведен в приложении Б.

7. Механический расчет анкерного участка

Для расчета выбираем анкерный участок 1б НК станции общей длиной 1452 м, с числом пролетов 28 шт. Длина эквивалентного пролета определяется по формуле

, (1.24)

где L_i - длина i-го пролета, м;

L_а - длина анкерного участка, м;

n - число пролетов.

Величина критического пролета при установившемся режиме определяется из выражения

, (1.25)

где Z_max - максимальное приведенное натяжение подвески, Н;

- приведенные линейные нагрузки на подвеску, соответственно,

при гололеде с ветром и при минимальной температуре, Н/м;

- температурный коэффициент линейного расширения материала несущего троса, 1/°С.

Приведенные величины Z_x и W_x для режима x и эквивалентного пролета вычисляются по формулам

, (1.26)

, (1.27)

где g_x и q_x - соответственно, вертикальная и результирующая нагрузки на несущий трос в режиме x, Н/м;

K - натяжение контактного провода, Н;

T_o - натяжение несущего троса при беспровесном положении контактного провода, Н;

- конструктивный коэффициент цепной подвески.

, (1.28)

где . (1.29)

Величина c в (1.29) означает расстояние от оси опоры до первой простой струны в эквивалентном пролете. Принимаем эту величину равной 10 м.

По формулам (1.25)-(1.29) определим величину критического пролета:

Так как длина критического пролета существенно больше длины эквивалентного пролета (89,4 м > 54,3 м), то в качестве расчетного выбираем режим «минимальная температура».

Определим натяжение несущего троса при беспровесном положении контактного провода. Для этого определяется температура беспровесного состояния контактного провода по формуле

t₀ = t_ср - t', (1.30)

где t_ср - средняя температура района, ^оС;

t' - коррекция на отжатие контактного провода токоприемником в середине пролета, при двойном контактном проводе t' = 15 - 20 ^оС.

Натяжение несущего троса при беспровесном положении контактного провода определяется из выражений

, (1.31)

где , (1.32)

. (1.33)

Здесь величины с индексом 1 относятся к режиму максимального натяжение несущего троса, а с индексом 0 - к режиму беспровесного положения контактного провода. Индекс н относится к материалу несущего троса.

Согласно [2], для троса М - 120 значения модуля упругости и площади сечения соответственно равны

Пусть натяжение несущего троса при беспровесном положении контактного провода равно. Проверим равенство формулы (1.31) температуре беспровесного положения t₀:

Равенство выполняется, значит и есть натяжение несущего троса при беспровесном положении контактного провода.

Натяжение разгруженного троса определяется по формуле

, (1.34)

где А₀ - расчетный коэффициент исходного режима, определяется по формуле (1.35);

В_Р - расчетный коэффициент расчетного режима, определяется по формуле (1.36).

, (1.35)

, (1.36)

где q_н - нагрузка от собственного веса несущего троса, Н/м.

Пусть натяжение разгруженного несущего троса равно . Проверим равенство формулы (1.34) температуре -38 ^оС (крайней точки интервала температур):

Равенство выполняется, значит и есть натяжение разгруженного несущего троса при температуре -38 ^оС. Уменьшая значения Т_р, определяем заданные значения температур, результаты заносим в таблицу 4, по ним строим кривую натяжения разгруженного несущего троса (приведена на рисунке 7.1).

Стрелы провеса разгруженного несущего троса при температурах t_x в реальных пролетах L_i выбранного анкерного участка определяются по формуле

. (1.37)

Найдем стрелу провеса несущего троса для пролета длиной 70 м при натяжении троса

Аналогично рассчитываются стрелы провеса для пролетов 60, 50 и 40 м. При изменении значения Т_р вычисления по формуле (1.37) повторяются. Полученные значения F_р, по которым строятся монтажные кривые, приведенные на рисунке 7.3, заносим в таблицу 4.

Таблица 4

Результаты механического расчета для разгруженного несущего троса

Температура	Натяжение	Стрелы провеса несущего троса при длинах пролетов
		L = 70 м	L = 60 м	L = 50 м	L = 40 м
t, оС	T, Н	F1, м	F2, м	F3, м	F4, м
-38	14247	0,362	0,266	0,185	0,118
-30	12746	0,404	0,297	0,206	0,132
-20	10938	0,471	0,346	0,240	0,154
-10	9248	0,557	0,409	0,284	0,182
0	7734	0,666	0,489	0,340	0,218
10	6456	0,798	0,586	0,407	0,261
20	5440	0,947	0,696	0,483	0,309
30	4667	1,104	0,811	0,563	0,360
35	4356	1,183	0,869	0,603	0,386



Натяжение нагруженного несущего троса при изменении температуры определяется по формуле

, (1.38)

где В_Р - расчетный коэффициент расчетного режима, определяется по формуле (1.39).

. (1.39)

Величина q_x представляет собой результирующую нагрузку на несущий трос, которая принимается равной: при расчете кривой T_х(t_х) - g, при расчете точки гололеда - q_гн, при расчете точки гололеда - q_н.

Пусть натяжение нагруженного несущего троса равно . Проверим равенство формулы (1.38) температуре -38 ^оС (крайней точки интервала температур):

Равенство выполняется, значит и есть натяжение нагруженного несущего троса при температуре -38 ^оС. Таким образом подтверждается правильность выбора расчетного режима «минимальная температура». Уменьшая значения Т_2КП, определяем заданные значения температур. Полученные значения Т_2КП, по которым строится монтажная кривая, приведенная на рисунке 7.1, заносим в таблицу 5.

Расчеты натяжения несущего троса при режимах с дополнительными нагрузками производятся по формулам (1.38) и (1.39), где все величины с индексом x относятся к режимам: гололед с ветром и ветер максимальной интенсивности.

Определим точку ветра. Пусть натяжение нагруженного несущего троса для точки ветра равно . Проверим равенство формулы (1.38) температуре -5^оС для этих режимов:

Равенство выполняется, значит - натяжение нагруженного несущего троса для режима «ветер максимальной интенсивности».

Определим точку гололеда. Пусть натяжение нагруженного несущего троса для точки гололеда равно. Проверим равенство формулы (1.38) температуре -5 ^оС для этих режимов:

Равенство выполняется, значит - натяжение нагруженного несущего троса для режима «гололед с ветром».

Эти натяжения наносятся на график T_х(t_х) двумя точками - T_г и T_в.

Стрелы провеса несущего троса F_xi в пролете L_i вычисляются по формулам

, (1.40)

где W_хi - приведенная нагрузка, Н/м, определяемая по формуле (1.41);

Z_хi - приведенное натяжение, Н, определяемое по формуле (1.42).

; (1.41)

, (1.42)

где ц_хi - конструктивный коэффициент, определяется по формуле (1.43)

, (1.43)

где л_i - относительное удлинение, м, определяется по формуле (1.44).

. (1.44)

Найдем стрелу провеса несущего троса для пролета длиной 70 м при натяжении троса по формулам (1.40) - (1.44)

Аналогично рассчитываются стрелы провеса для для пролетов 60, 50 и 40 м. При изменении значения Т_2КП вычисления по формулам (1.40) - (1.44) повторяются.

Стрелы провеса контактного провода для реальных пролетов определяются по формулам:

; (1.45)

. (1.46)

Найдем стрелу провеса контактного провода для пролета длиной 70 м при натяжении троса :

Аналогично рассчитываются стрелы провеса для пролетов 60, 50 и 40 м. При изменении значения Т_2КП вычисления по формулам (1.45) и (1.46) повторяются. Полученные значения и , по которым строятся монтажные кривые, приведенные на рисунке 7.2, заносим в таблицу 5.

Таблица 5

Результаты механического расчета для нагруженного несущего троса при двойном контактном проводе

Температура	Натяжение	Стрелы провеса несущего троса F и контактного провода f при заданных длинах пролетов
		L = 70 м	L = 60 м	L = 50 м	L = 40 м
t, оС	T, Н	F1, м	f1, м	F2, м	f2, м	F3, м	f3, м	F4, м	f4, м
-38	15700	0,728	-0,033	0,533	-0,021	0,368	-0,012	0,234	-0,005
-30	14432	0,779	-0,013	0,571	-0,008	0,396	-0,005	0,253	-0,002
-20	12956	0,848	0,013	0,624	0,008	0,434	0,005	0,278	0,002
-10	11620	0,923	0,040	0,681	0,026	0,476	0,014	0,307	0,006
0	10441	1,002	0,067	0,742	0,043	0,521	0,024	0,338	0,011
10	9420	1,085	0,092	0,806	0,059	0,568	0,033	0,370	0,015
20	8550	1,168	0,116	0,870	0,075	0,616	0,042	0,403	0,019
30	7817	1,250	0,139	0,934	0,089	0,663	0,050	0,437	0,022
35	7495	1,290	0,149	0,966	0,095	0,687	0,054	0,453	0,024

Рисунок 7.1 - Кривые натяжения несущего троса

Тг - натяжение в режиме "гололед с ветром"; Тв - натяжение в режиме "максимальный ветер"; Т(t) - натяжение нагруженного несущего троса; Тр(t) - натяжение разгруженного несущего троса

Рисунок 7.2 - Стрелы провеса нагруженного несущего троса и контактных проводов

F1(t) - F3(t) - стрелы провеса несущего троса при длине пролета соответственно 70, 60, 50 и 40 м;

f1(t) - f3(t) - стрелы провеса контактного провода при длине пролета соответственно 0, 60, 50 и 40 м

Рисунок 7.3 - Стрелы провеса разгруженного несущего троса

F1(t) - F3(t) - стрелы провеса несущего троса при длине пролета соответственно 0, 60, 50 и 40 м

8. Выбор способа прохода подвески в искусственном сооружении

Проход контактной подвески под искусственными сооружениями, ширина которых не более межструнового расстояния (2-12 м), в том числе под пешеходными мостами, может быть осуществлен по одному из трех способов:

использование искусственного сооружения в качестве опоры;

пропуск подвески без крепления к искусственному сооружению;

анкеровка несущего троса на искусственное сооружение.

Для выбора одного из этих способов необходимо выполнение соответствующего условия:

для первого случая

, (1.50)

для второго случая при наличии отбойников

, (1.51)

для третьего случая

, (1.52)

где h - расстояние от уровня головок рельсов до края искусственного сооружения, принимаем равным 8,2 м;

h_кmin - минимальная допустимая высота контактных проводов над уровнем головок рельсов, равна 5,75 м;

f_max - наибольшая стрела провеса контактных проводов при F_max, наблюдается при температуре 35^оС для пролета длиной 70 м (таблица 1.5), равна 0,149 м;

e_min - минимальное расстояние между несущим тросом и контактным проводам в середине пролета;

F_max - максимальная стрела провеса несущего троса по таблице 1.5, равна 1,290 м;

F_min - минимальная стрела провеса несущего троса по таблице 1.5, равна 0,728 м;

h_и - длина изоляторного звена или гирлянды, составляет 0,730 м;

y_tmin - часть F_min на расстоянии от наибольшего приближения к искусственному сооружению до середины пролета;

h_от - расстояние от края отбойника до края искусственного сооружения;

u - допустимое расстояние от провода до отбойника.

Значение e_min определим по формуле

, (1.53)



где h₀ - конструктивная высота подвески, h_o = 1,8 м;

F₀₇₀ - стрела провеса несущего троса для пролета длиной 70 м при беспровесном положении контактного провода, значение формулы (1.38).

По формуле (1.51) проверим выполнение условия использования искусственного сооружения в качестве опоры

Поскольку данное неравенство не выполняется, использование моста в качестве опоры невозможно.

Значение y_tmin определим по формуле:

, (1.54)

где X - половина ширины моста, принимаем Х = 2.

Величины и при температуре -38 ^оС для пролета длиной 70 м были определены по формулам (1.41) и (1.42).

По формуле (1.52) проверим выполнение условия пропуска подвески без крепления к искусственному сооружению при наличии отбойников с учетом, что мост расположен в середине пролета

Таким образом, неравенство выполняется, следовательно, данный способ применим для прохода подвески под искусственным сооружением. Очевидно, что третий способ прохода подвески тоже допустим. На станции, для прохода контактной подвески под пешеходным мостом будем применять способ, при котором подвеска пропускается без крепления к искусственному сооружению при наличии отбойников (рисунок 8.1).



Рисунок 8.1 - Схема прохода контактной подвески под искусственным сооружением

9. Расчет и выбор опор контактной сети

Для расчета и выбора опор составляется схема загружения опоры, на которой указываются все нагрузки: вертикальные и горизонтальные. Также на схеме указываются суммарные изгибающие моменты от внешних сил относительно условного обреза фундамента и пяты консоли опоры, плечи для определения изгибающих моментов от действия нагрузок.

Расчетная схема для подбора опор приведена на рисунке 9.1.

Для расчета выбираем промежуточную опору, находящуюся на прямом участке перегона (опора 2). При компенсированной подвеске режим минимальной температуры не является расчетным. Определим некоторые нагрузки и величины внешних сил.

Нагрузки от веса провод линии ДПР в режимах максимального ветра и гололеда с ветром определяются с помощью формул (1.2) и (1.3), где для провода АС - 50/8 в соответствии с [2] площадь поперечного сечения, плотность материала конструктивный коэффициент для многопроволочного провода

Ветровые нагрузки на провода ДПР в расчетных режимах определяются по формулам (1.7) и (1.8):

Рисунок 9.1 - Расчетная схема для подбора опор

Вертикальная нагрузка от веса контактной подвески для расчетного режима определяется по формуле

, (1.55)



где g_j - линейная нагрузка от веса подвески в i - ом режиме, ;

L - расчетная длина пролета, равная полусумме длин пролетов смежных с расчетной опорой, в нашем случае для рассматриваемой опоры L = (70+70) = 70 м;

G_и - нагрузка от веса изоляторов, принимается при расчете на постоянном токе - 200 Н;

- нагрузка от веса половины фиксаторного узла, = 100 Н.

Для ранее определенных значений (см. таблицу 2) вертикальные нагрузки равны

Вертикальная нагрузка от веса проводов линии ДПР для j-го расчетного режима определяется по формуле

, (1.56)

Вертикальные нагрузки от веса консоли и кронштейна находятся по формулам

, (1.57)

, (1.58)



Горизонтальная нагрузка на опору под действием ветра на провода контактной сети определяется из выражения

, (1.59)

где - линейная ветровая нагрузка на i-ый провод контактной сети при j-ом режиме, ;

i - провод контактной сети (н - несущий трос, к - контактный провод, пр - линия ДПР).

Режим гололеда с ветром

Режим максимального ветра

Усилия от изменения направления контактных проводов при зигзагах на прямых участках пути, имеющих на соседних опорах равные по величине и противоположные по направлению значения, определяются по формуле

, (1.60)

где a - величина зигзага на прямом участке пути, принимаем м.

Усилия от изменения направления контактных проводов при зигзагах на прямых участках пути в режимах максимального ветра и гололеда с ветром равны

Нагрузка от давления ветра на опору определяется из выражения

, (1.61)

где C_x = 0,7 - аэродинамический коэффициент;

V_р - расчетная скорость ветра, мс;

S_оп - площадь поверхности, на которую действует ветер;

, (1.62)

где b - ширина опоры в направлении поперек пути, м;

h_оп - высота опоры, м.

Согласно [4] принимаем = 10 м, = 0,22 м.

Проведем расчет горизонтальных нагрузок от давления ветра на опору в режимах гололеда с ветром и максимального ветра

м²,

Результаты расчетов по определению нагрузок на промежуточную опору на прямом участке пути записываются в таблицу 7.

Таблица 6

Расчетные нагрузки на опору контактной сети

Нагрузки	Значения нагрузок на опору для режима, Н
	гололед с ветром	максимальный ветер
	2660,8	1570,0
	784,0	676,2
	1846,7	415,7
	255,1	215,8
	350,2	287,7
	220,3	269,5
	651,1	438,4
	0,0	0,0
	166,3	166,3
	0,0	0,0
	144,7	401,9

Суммарные изгибающие моменты от внешних сил при расчетных режимах относительно условного обреза фундамента опоры определяются из выражения

где Z, h - плечи действия соответствующих нагрузок (см. рисунок В.1).

Знак "+" принимается по направлению действия нагрузки от контактной подвески.

Расчет суммарного изгибающего момента от внешних сил при расчетных режимах относительно условного обреза фундамента произведем для промежуточной опоры на прямой. Выбор опоры производится из условия

М_о < М_н, (1.64)

где М_н - нормативный момент выбранного типа опоры [4], Нм.

При направлении действия ветра с поля наблюдаются максимальные суммарные моменты. По формуле (1.63) найдем значения максимальных суммарных изгибающих моментов от внешних сил при расчетных режимах, учитывая, что Значение большего момента сравним с нормативным моментом по формуле (1.64).

Режим ветра с гололедом

Режим максимального ветра

Тогда

По наибольшему изгибающему моменту 20080 Нм для прямого участка пути перегона в качестве промежуточной выбираем опору МКГ 10-60 с нормативным моментом 59000 Н·м. Для остальных участков пути принимаем: для промежуточных опор на заданном участке - МКГ 10-60, для переходных опор на всех сопряжениях анкерных участков, а также для промежуточных опор в кривых участках - стойки МКГ 10-80, для анкерных опор и стоек жестких поперечин - стойки МКГА 10-100.

10. Контактные провода, применяемые при скоростном и высокоскоростном движении в России и за рубежом, их механические и электрические характеристики

Контактная подвеска на скоростных и высокоскоростных участках движения поездов.

Тип контактной подвески для перегонов и станций определяется проектом в зависимо...