Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра "Электроснабжение железнодорожного транспорта"

ОТЧЕТ

по лабораторным работам № 1, 2, 3, 4, 5

по дисциплине: "РЕЛЬСОВЫЕ СЕТИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО ТРАНСПОРТА"

Выполнил: студент заочного

факультета 5 курса 2007-ЭС-6118

Андросов Е.А.

Проверил: Бошкарева Т. В.

САМАРА 2013

Лабораторная работа №1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТОКОПРОВОДЯЩЕГО РЕЛЬСОВОГО СТЫКА

Цель работы: изучить изменения переходного сопротивления рельсового стыка при различных натяжениях стыковых болтов. На основе полученных данных построить зависимости переходного сопротивления от натяжения (R_пер = (Q_з)). Натяжение стыковых болтов осуществляется динамометрическим ключом.

1.1 Краткие теоретические сведения

В системе тягового электроснабжения ходовые рельсы используются в качестве обратного провода (фазой системы) и поэтому, с точки зрения электропроводности, к ней предъявляются довольно жесткие требования. Во всех странах мира это техническое решение, принятое на электрифицированном рельсовом транспорте, связано с тем, что экономятся цветные металлы и снижаются потери электрической энергии, уменьшается падение напряжения в тяговой сети.

Сопротивление рельсовой сети состоит из самих рельсов и рельсовых стыков. Сопротивление рельсов определяется их типом (площадью поперечного сечения), а сопротивление стыков имеет переменную величину и может принимать значения от десятков Ом до нескольких мкОм [1].

В эксплуатационных условиях большим изменениям подвержен параметр - натяжение стыковых болтов, значения которого во времени могут отличаться в несколько раз, часто и на порядок. А сопротивление стыка в первом приближении в основном определяется величиной натяжения болтов и состоянием контактирующих поверхностей накладок и рельсов. Под переходным сопротивлением понимают сопротивление, имеющее место в относительно тонком слое контактирования выступов (шероховатостей) накладок и рельсов. Переходное сопротивление складывается из сопротивления, возникающего вследствие сужения линий тока в местах металлического контакта, и сопротивления тончайших пленок, проводящих электрический ток.

Поверхности рельсов и накладок обладают шероховатостью и волнистостью, вследствие чего они контактируют только в определенных точках, совокупность которых образует фактическую площадь касания контакта. Сопротивление стягивания обусловлено тем, что линии тока вблизи точек касания суживаются, в результате чего сопротивление увеличивается.

Для расчета электрического сопротивления контакта рекомендуется учитывать следующие факторы, влияющие на его величину:

1) материал, образующий контакт, его физические свойства: удельное электрическое сопротивление, прочность и твердость;

2) искажение изопотенциальных поверхностей и кажущееся увеличение сопротивления, вызванное этим явлением;

3) соприкасающиеся поверхности, образующие контакт: их размер, форма, характер обработки, состояние;

4) условие образования контакта: влияние приложенного давления и его характер (статистическое, динамическое, однократное, многократное, со скольжением, без скольжения). В рельсовом стыке приложены все эти виды давлений.

1.2 Описание стенда

Принципиальная электрическая схема стенда для снятия зависимости R_пер= (Q_з) приведена на рис. 1.1. Стенд состоит из следующих элементов: рельсового стыка Р65, трансформатора тока, выпрямителя, шунта, регистрирующего прибора - милливольтметра (амперметра) и милливольтметра.



Рис. 1.1. Принципиальная электрическая схема стенда.

Таблица 1.1

Результаты измерений.

Усилие натяжения болтов Qз, даН	U, мВ	I, А	Rпер, мкОм
1000	21	402	52,2
2000	16,5	404	40,8
3000	13	408	31,9
4000	11	412	26,7
5000	10	418	23,9
6000	0	420	0

Рассчитаем переходное сопротивление по формуле, полученной из закона Ома:

; .

Построим график изменения переходного сопротивления в зависимости от силы затяжки стыкового болта.

Рис 1.2 - График зависимости переходного сопротивления рельсового стыка от натяжения стыковых болтов .

Вывод: изучили изменения переходного сопротивления рельсового стыка при различных натяжениях стыковых болтов. На основе полученных данных видно, что с увеличением натяжения стыковых болтов переходное сопротивление рельсового стыка уменьшается, и при максимальном натяжении имеет нулевое значение.

1.3 Порядок выполнения работы

1. Тумблером подать питание на стенд.

2. Динамометрическим ключом затянуть стыковые болты до усилия Q_з = 1000 даН.

3. Снять показания амперметра и милливольтметра.

4. Повторить пункты 2 и 3 до усилия Q_з = 6000 даН.

5. Полученные результаты поместить в табл. 1.1.

1.4 Контрольные вопросы

1. Что называют переходным сопротивлением?

Ответ: под переходным сопротивлением понимают сопротивление, имеющее место в относительно тонком слое контактирования выступов (шероховатостей) накладок и рельсов. Переходное сопротивление складывается из сопротивления, возникающего вследствие сужения линий тока в местах металлического контакта и сопротивления тончайших пленок, проводящих электрический ток.

2. Чем определяется переходное сопротивление стыка?

Ответ: Значение переходного сопротивления соединений рельсовых стыков определяется не только микроструктурой соприкасающихся поверхностей, но и конфигурацией соединения, которая обуславливает характер токораспределения в зоне стыка.

Для расчета электрического сопротивления контакта рекомендуется учитывать следующие факторы, влияющие на его величину:

- материал, образующий контакт, его физические свойства (удельное электрическое сопротивление, прочность и твердость);

- искажение изопотенциальных поверхностей и кажущееся увеличение сопротивления, вызванное этим явлением;

- соприкасающиеся поверхности, образующие контакт (размер, форма, характер обработки, состояние);

- условие образования контакта - влияние приложенного давления и его характер (статистическое, динамическое, однократное, многократное, со скольжением, без скольжения). В рельсовом стыке приложены все эти виды давлений.

3. Приведите нормативное значение сопротивления 1 метра рельса со стыком.

Ответ: нормативное значение сопротивления 1 метра рельса со стыком не должно превышать сопротивления 3-х метров целого рельса при длине рельса 12,5 м и не должно превышать сопротивления 6м целого рельса при длине рельса 25 м и более.

4. Опишите процесс увеличения сопротивления стыка в эксплуатационных условиях.

Ответ: В эксплуатационных условиях большим изменениям подвержен параметр - натяжение стыковых болтов, значения которого во времени могут отличаться в несколько раз, часто и на порядок. А сопротивление стыка в первом приближении в основном определяется величиной натяжения болтов и состоянием контактирующих поверхностей накладок и рельсов.

Поверхности рельсов и накладок обладают шероховатостью и волнистостью, вследствие чего они контактируют только в определенных точках, совокупность которых образует фактическую площадь касания контакта. Сопротивление стягивания обусловлено тем, что линии тока вблизи точек касания суживаются, в результате чего сопротивление увеличивается.

Неравномерное распределение плотности тока по параллельным соединениям стыка приводит не только к неэффективному использованию материала, но и может явиться причиной недопустимости большого местного нагрева соединения; т.е. к образованию микродуг в зоне металлического контакта и как следствие росту сопротивления. На практике в этом случае стыковой соединитель, как правило, отрывается от головок рельса, вследствие возникновения в месте контакта термических и электродинамических усилий.

Лабораторная работа №2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СОЕДИНЕНИЯМ РЕЛЬСОВОГО СТЫКА

Цель работы: определить целесообразность приварки стыковых соединителей в зоне стыка.

2.1 Краткие теоретические сведения

Одним из способов увеличения электропроводности в рельсовой сети является стыковой соединитель [2]. Приваренный к головкам смежных рельсов такой соединитель создает параллельно накладкам цепь протекания тягового тока. В настоящее время используются приварные стыковые соединители трех типов, выполненные из стали, меди и из биметаллического троса (рис. 2.1). Электрический контакт соединителя с рельсом обеспечивается приваркой наконечника к головке рельса.

Рис. 2.1. Рельсовые стыковые соединители: а) стальной; б) медный.

К стыковому соединителю предъявляется ряд требований:

- соединитель должен выдерживать уровень длительных токов в рельсах, обусловленных заданными весовыми параметрами и интенсивностью движения подвижных составов, не перегреваясь выше нормативного значения;

- должен выдерживать наибольшие токи короткого замыкания, возможные в системе тягового электроснабжения трамвая;

- установка соединителя в путь должна быть, по возможности, простой [3].

В ходе лабораторной работы необходимо определить величины токов, протекающих по элементам рельсового стыка по показаниям стенда и по формулам:

,

где , (2.1)

.

, (2)

Где - ток, протекающий по рельсу, для расчета принимаем равным 0,2А;

- сопротивление стыкового соединителя, для расчета берем значение из схемы стенда равное 250 мкОм;

- ток, протекающий по накладкам, для расчета берем экспериментально-полученные значения, мА.

= 180 мА,

= 125 мА,

= 99 мА,

= 85 мА,

= 75 мА.

Рассчитаем токи, протекающие по стыковому соединителю и накладкам по следующим формулам. Для начала, определим сопротивление стыка для пяти значений сопротивления "рельс-накладка" по следующей формуле (2.1):

= 125 мкОм,

= 93,75 мкОм,

= 71,43 мкОм,

= 41,67 мкОм,

= 9,62 мкОм.

Результаты расчетов занесем в таблицу 2.1.

Токи, протекающие по стыковому соединителю:

,

= 100 мА,

= 75 мА,

= 57,14 мА,

= 33,33 мА,

= 7,69 мА.

Результаты расчетов занесем в таблицу 2.1.

Токи, протекающие по накладкам:

= 100 мА,

= 125 мА,

= 142,86 мА,

= 166,67 мА,

= 192,31 мА.

Результаты расчета занесем в таблицу 2.1.

2.2 Описание стенда

Стенд представляет собой физическую модель токопроводящего рельсового стыка с накладками и приварным медным соединителем сечением S_сс = 70 мм². В качестве источника тока использован трансформатор тока. Переходные сопротивления "рельс - накладка" R_рн изготовлены из фехралевых резисторов.



Рис. 2.2. Электрическая схема стенда.

2.3 Порядок выполнения работы

1. Переключатель последовательно установить в положение 1, 2, 3, 4 и 5.

2. Снять показания токов, протекающих по накладке при различных значениях переходного сопротивления "рельс-накладка".

3. В такой же последовательности рассчитать токи, протекающие по стыковому соединителю и накладкам по формулам (2.1).

4. Результаты расчетов свести в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Расчетные и экспериментальные значения токов, протекающих по стыку.

Rрн, мкОм	Расчетные значения	Экспериментальные значения
	н	сс	н	сс
250	100	100	20	18
150	125	75	75	125
100	142,86	57,14	101	99
50	166,67	33,33	115	85
10	192,31	7,69	125	75

Построим зависимости и , используя данные таблицы 2.1.



Где 1 - для экспериментальных значений , 2 - для расчетных значений .

Рисунок 2.3 - Графики зависимости изменения тока, протекающего по стыковому соединителю от изменения сопротивления "рельс-накладка".

Вывод: с уменьшением переходного сопротивления стыка "рельс-накладка" величина тока, протекающего в накладках увеличивается, а тока, протекающего в самом стыковом соединителе уменьшается.

Приварка стыковых соединителей в зоне стыка целесообразна с целью снижения сопротивления "рельс-накладка", для выравнивания распределения плотности тока по элементам стыка.

2.4 Контрольные вопросы

1. Описать существующие типы стыковых соединителей, их достоинства и недостатки.

Ответ: на участках с электрической тягой постоянного тока - медные сечением 70 мм² либо сталемедные сечением 120 мм²; на участках с электрической тягой переменного тока - медные сечением 50 мм², сталемедные сечением 70 мм² либо стальные сечением 120 мм²; на участках с автономной тягой - стальные.

Соединитель состоит из стального троса 2 диаметром 6 мм, заваренного в наконечники 1 по торцам. Электрический контакт соединителя с рельсом обеспечивается приваркой наконечника к головке рельса. Сопротивление соединителя составляет не более 0,7х10^-3 Ом.

Рис.2.4. Стальной приварной соединитель.

На участках с электрической тягой в РЦ применяются приварные соединители с цилиндрическими наконечниками (манжетами) и наконечниками фартучного типа. Стыковые соединители с цилиндрическими манжетами обладают рядом недостатков: слабой прочностью сварного шва между головкой рельса и манжетой вследствие проникновения в него частиц меди с оплавленного торца манжеты; перегревом манжеты и ослаблением контакта гибкого троса в манжете при приварке ее к рельсу; подвержены повреждениям бандажами колес подвижного состава.

С целью устранения отмеченных недостатков разработана конструкция рельсовых соединителей фартучного типа.

Конструкция такого соединителя приведена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Стыковой соединитель фартучного типа.

Рельсовый соединитель фартучного типа представляет собой гибкий провод 2 (медный, стальной, сталемедный) длиной 200 мм, приваренный по концам к стальным манжетам 4. Манжета представляет собой обойму с фартуком 3, которые выполнены из одной заготовки толщиной 5 мм. Соединитель приваривается к головке рельса плоской стороной манжеты (фартуком) на расстоянии 15 мм от поверхности катания.

Для повышения надежности РЦ токопроводящие стыки оборудуются дублирующими стыковыми рельсовыми соединителями:

- на главных и боковых путях станций, по которым предусматривается безостановочный пропуск поездов;

- по маршрутам следования пассажирских и пригородных поездов и по всей длине ответвлений разветвленных рельсовых цепей, не обтекаемых сигнальным током;

- на перегонах.

В качестве дублирующих соединителей могут использоваться электротяговые соединители с болтовым или штепсельным креплением к рельсам (медные, стальные, сталемедные) и штепсельные.

Стальной штепсельный стыковой соединитель (рис. 2.6) состоит из двух стальных оцинкованных проволок 2 диаметром 5 мм, приваренных по концам к штепселям 1 конической формы. Длина соединителя в развернутом виде составляет 1276 мм. Концы проволок загнуты спиралью не только для удобства установки, но и с целью исключения их повреждения при угонах рельсов и вибрациях, вызванных проходящим подвижным составом.



Рис. 2.6 Стальной штепсельный стыковой соединитель.

2. Чем определяется величина тока, протекающего по элементам стыка?

Ответ: величина тока, протекающего по элементам стыка, определяется сопротивлением стыкового соединителя и переходным сопротивлением "рельс-накладка".

3. При каких значениях переходного сопротивления "рельс - накладка" неэффективно приваривать стыковые соединители?

Ответ: так как сопротивление стыкового соединителя, равное 200 мкОм, соответствует нормативным требованиям, то при значениях переходного сопротивления "рельс-накладка" меньше этого значения, приваривание стыкового соединителя будет неэффективно.

4. Определить массу стыкового соединителя и расход меди на 1 км пути при заданных S_сс = 70 мм² , l_сс = 0,2 м, l_зв = 25 м.

Ответ:

Определим объем меди стыкового соединителя:

Вычислим массу меди одного стыкового соединителя:



Вычислим количество стыковых соединителей на 1км пути на двух рельсовых нитях:

Вычислим массу меди стыковых соединителей на 1 км пути:

Лабораторная работа № 3. Типы дроссель - трансформаторов и схемы их присоединения в рельсовую сеть

Цель работы: изучить работы путевых дроссель - трансформаторов, назначение и схемы присоединения к рельсовой сети.

3.1 Краткие теоретические сведения

Рельсовые цепи являются неотъемлемой частью автоматических систем регулирования движения поездов - автоблокировки, электрической и диспетчерской централизации, горочной автоматики (СЦБ). При электрической тяге рельсовые пути используются не только как канал связи, но и как обратный провод ("-" фаза) для тягового тока. Кроме того, рельсы являются естественными заземлителями, поэтому на них заземляют различные сооружения и конструкции, находящиеся вблизи контактной сети.

Рельсовая цепь представляет собой электрическую цепь, в которой проводниками тока являются рельсовые нити железнодорожного пути, ограничены изолирующими стыками. По способу пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков различают два вида рельсовых цепей: двухниточные с путевыми дроссель-трансформаторами (ДТ) и однониточные. В двухниточных рельсовых цепях (рис. 3.1) путевые ДТ позволяют пропускать тяговый ток по обеим рельсовым нитям.



Рис. 3.1. Двухниточная рельсовая цепь с двумя дроссель - трансформаторами.

Выводы основных обмоток ДТ соединяют с рельсовыми нитями 6 с помощью двух коротких 9 и двух длинных перемычек 5 и штепсельных болтов 4. Каждая перемычка состоит из двух многожильных медных проводов сечением 50 мм² (при электрической тяге переменного тока) и 70 мм² (при электрической тяге постоянного тока). Выводы дополнительной обмотки ДТ подключены к изолированным клеммам 8 кабельных муфт 1, к которым подключаются соединительные провода кабельных линий, идущие к источникам питания и путевым приемникам, расположенным в релейных шкафах или постах электрической централизации. Средние выводы двух ДТ соединяются междроссельной перемычкой 10. В спаренных ДТ эта перемычка находится внутри общего корпуса.

На некодируемых станционных путях и в горловинах станций допускается применение однониточных РЦ при их длине до 500 м. Они проще по устройству и дешевле двухниточных РЦ с ДТ. Схема однониточной РЦ приведена на рис. 3.2. Смежные РЦ1 и РЦ2 разделяются электрически друг от друга изолирующими стыками, поэтому сигнальные токи I_с от источников питания ИП1 и ИП2 протекают к путевым приемникам П1 и П2 только в пределах своих изолированных участков.

Рис. 3.2. Однониточная рельсовая цепь.

Основные характеристики дроссель-трансформаторов приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Основные электрические характеристики дроссель - трансформаторов.

Тип дроссель - трансформатора	Номинальный ток через каждую линию основной обмотки, А	Номинальный тяговый ток среднего вывода, А	Объем заливаемо- го масла, л	Сопротивление изоляции обмоток ДТ относительно корпуса и между собой, МОм, не менее
ДТ_0,2_500	500	1000	18	25	Сопротивление измеряют мегаометром на напряжение 500 В
ДТ_0,2_1000	1000	2000	27	25
ДТ_0,6_500	500	1000	26	25
ДТ_0,6_1000	1000	2000	28	25
ДТ_1_250	250	500	-	25
2ДТ_1_150	150	300	-	25

Примечание. В условном обозначении первая цифра обозначает значение сопротивления обмотки переменному току 50 Гц.

При электрической тяге постоянного тока воздействие тока на путевой дроссель-трансформатор сводится к уменьшению индуктивности последнего. Для этого в магнитопроводе ДТ предусматривается воздушный зазор (33,8 мм), ведущий к снижению части ампер-витков тягового поля, действующих на магнитопровод ДТ, благодаря чему устраняется намагничивание сердечника постоянным тяговым током и тем самым достигается стабильность сопротивления основной обмотки ДТ.

3.2 Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией путевого дроссель - трансформатора на полигоне.

2. Привести рисунки устройства и работы путевых дроссель - трансформаторов.

3.3 Контрольные вопросы

1. Объяснить принцип работы дроссель - трансформатора.

Ответ:

Рис. 3.3. Схема простейшей двухниточной рельсовой цепи с дроссель - трансформаторами

Непрерывное протекание тягового тока по двухниточным РЦ обеспечивается с помощью дросселей-трансформаторов (ДТ). Путевой дроссель-трансформатор имеет две обмотки: основную обмотку с большим сечением проводов, подключаемую к рельсовым нитям, и дополнительную - для подключения источников питания ИП или путевых приемников П. Конструктивно ДТ изготавливаются одиночными и спаренными (два ДТ помещены в один корпус).

Общий тяговый ток I_т от тяговой подстанции ТП через контактный провод КП и токосъемник Т поступает на тяговый двигатель ТД электровоза, а далее через колесные пары - в рельсовые нити. Полутоки I_т/2 протекают в обход изолирующих стыков 1 через основные полуобмотки ДТ1, ДТ2 и междроссельную перемычку.

Тяговые полутоки I_т/2 в каждой рельсовой нити протекает в одном направлении. У следующего ДТ3 они, проходя через обе половины основной обмотки, стекаются к средней точке, и по междроссельной перемычке суммарный ток I_т попадает к средней точке ДТ4. Далее ток I_т разветвляется по обеим половинам основной обмотки ДТ4 и снова в виде полутоков I _т/2 протекает по рельсовым нитям до изолирующих стыков 3, которые обтекает с помощью ДТ5 и попадает на обратный полюс тяговой подстанции ТП. Другая составляющая часть тягового тока через ДТ6 протекает в соседние РЦ к следующим электропоездам. Подобным образом все остальные ДТ, установленные у изолирующих стыков на станциях и перегонах, проводят тяговый ток в обход изолирующих стыков и создают непрерывную электрическую цепь между тяговыми подстанциями и электровозами.

Еcли тяговые полутоки, протекающие по полуобмоткам ДТ, равны между собой и имеют противоположные направления, то они не трансформируются в дополнительные обмотки (сигнальные цепи) и не оказывают на них никакого влияния.

2. Назвать назначение вторичных обмоток ДТ.

Ответ: назначение вторичных обмоток ДТ заключается в гальванической развязке рельсов от релейной и питающей аппаратуры и в передаче сигнального тока от рельсовой цепи и обратно.

3. Почему необходимо поддерживать стабильное индуктивное сопротивление ДТ?

Ответ: так как оно оказывает влияние на параметры рельсовой цепи.

4. Какую частоту сигнального тока необходимо иметь в рельсовых цепях при системе тяги 27,5 кВ?

Ответ: в рельсовых цепях при системе тяги 27,5кВ необходимо иметь частоту сигнального тока, отличную от 50 Гц (75 Гц или 25 Гц). В данное время используется 25 Гц.

5. Режимы работы рельсовых цепей.

Ответ: режимы работы рельсовых цепей: нормальный, контрольный, шунта, короткого замыкания, холостого хода.

6. Нарушится ли работа рельсовых цепей при двух одновременно лопнувших накладках и наличии стыкового соединителя? К чему это может привести?

Ответ: может привести к сходу, так как происходит разрыв рельсовой нити.

Лабораторная работа №4. Определение зависимости натяжения стыковых болтов с различными упругими элементами

Цель работы: определить зависимости падения натяжения стыковых болтов при увеличении зазора между накладками и рельсами, вследствие износа их контактирующих поверхностей и остаточных деформациях в болтовом соединении стыка.

4.1 Краткие теоретические сведения

На сети электрифицированных железных дорог эксплуатируются рельсовые стыки с различными стыковыми соединителями и с пружинными шайбами квадратного сечения 1010 мм. Однако опыт эксплуатации показывает, что ни одним из этих типов соединителей не удается поддерживать сопротивление стыка в рамках нормы. Причиной этому является низкая надежность соединителей. Указанные пружины 1010 также не удовлетворяют требованиям по натяжению болтов, т. к. при осевом натяжении болтов, равных не более 8 кН, они становятся плоскими и никакой упругой работы не несут. При указанных натяжениях их можно рассматривать как обычные плоские шайбы.

Исследованиями и длительным опытом эксплуатации железных дорог доказано, что только плотным прижатием накладок к рельсам можно добиться желаемых результатов, т. е. стабильно высокой электропроводности стыка. Но для этой цели на грузонапряженных участках необходимо через каждые 1015 дней производить натяжение стыковых болтов. Монтеры пути не в состоянии это делать, т. к. у них не останется времени на другие виды работ по содержанию рельсового пути.

На кафедре ЭСЖТ СамГУПС были разработаны тарельчатые пружины (рис. 4.1), которые устанавливаются на болтах взамен пружинных шайб. Способы установки тарельчатых пружин приведены на рис. 4.2. Тарельчатые пружины в момент удара колеса о принимающий конец рельса в зоне стыка воспринимают ударную нагрузку за счет своей упругой деформации (сжимаются), а после прохода колеса восстанавливают прежнее натяжение стыкового болта. Это позволяет длительное время поддерживать натяжение болтов в рамках нормы, а следовательно, и требуемое давление накладок рельсам [4].

В типовом стыке с шайбами 1010 мм монтажное усилие натяжения стыковых болтов хорошо аппроксимирует аналитическое выражение вида:

, даН (4.1)

где _ диаметр болта, см;

= 2200 кгс/см²;

_ величина зазора в болтовом соединении стыка, мм.

при h=0мм:

при h=0,5мм:

при h=1мм:

Для практических расчетов величина даН.

При установке на стыковой болт тарельчатой пружины выражение (4.1) может быть записано в следующем виде:

, даН. (4.2)

при h=0мм:

при h=0,5мм:

при h=1мм:

при h=1,5мм:

при h=2мм:

Построим зависимости

и .

Рисунок 4.1 - Графики зависимости и .

Вывод: при увеличении зазора между накладками и рельсами, вследствие износа их контактирующих поверхностей, и остаточных деформациях в болтовом соединении стыка натяжение стыковых болтов снижается. Но при этом в типовом стыке с шайбами 10х10 мм скорость снижения натяжения гораздо выше, чем в стыковом болте с тарельчатой пружиной.



Рис. 4.2. Тарельчатая пружина.

Рис. 4.3. Рельсовые стыки с одной (а) или двумя (б) тарельчатыми пружинами.

4.2 Порядок выполнения работы

1. По формулам (4.1 и 4.2) рассчитать величину натяжения стыковых болтов.

2. Построить зависимости и .

3. Привести рисунки рельсового стыка с установкой тарельчатых пружин на болтовом соединении.

4.3 Контрольные вопросы

1. Пояснить процесс уменьшения натяжения стыковых болтов под нагрузкой.

Ответ: в момент удара колеса подвижного состава о принимающий конец рельса в зоне стыка от приходящихся нагрузок происходят деформации. После прохождения состава нагрузка на зону стыка резко уменьшается. В результате чередования состояний в стыке "сжатие/ослабление" происходит уменьшение натяжения стыковых болтов.

2. Объяснить назначение тарельчатых пружин для стыковых болтов.

Ответ: тарельчатые пружины устанавливают на болтах взамен пружинных шайб и служат для поддержания в течение длительного времени натяжения стыковых болтов в рамках нормы, а, следовательно, и требуемого давления накладок к рельсам, т.е. поддержания стабильно высокой электропроводности стыка.

3. Описать элементы рельсового стыка и их назначение.

Ответ:

Лабораторная работа №5. Характеристики нагревания стыковых соединителей и их шунтирующие свойства

Цель работы: построить зависимости превышения температуры соединителей при изменении переходного сопротивления стыка Q_п=f(R_рн). Кроме этого, определить коэффициент, характеризующий уменьшение сопротивления стыка (R_рн) при приварке соединителя.

сопротивление рельсовый стык болт шунтирующий

5.1 Краткие теоретические сведения

Тяговый ток, протекающий в рельсах в зоне стыка, начинает протекать по двум ветвям - накладкам и стыковому соединителю, обратнопропорционально их сопротивлениям. На практике как тяговые токи нагрузки фидеров подстанции, так и токи в стыковых соединителях вследствие воздействия различных факторов не повторяются. Случайный характер имеет как сопротивление самого соединителя (R_cc), так и переходное сопротивление стыка (R_рн). Иными словами ток, протекающий по стыковому соединителю, зависит от трех случайных величин, которые не зависят друг от друга, т. е. не коррелированны. Перегрев стыковых соединителей влечет за собой пережог отдельных жил самого соединителя и, как следствие, уменьшение электропроводности.

В ходе работы необходимо определить шунтирующие свойства соединителя, для этого воспользуемся формулами [5]:

; (5.1)

коэффициент использования площади сечения соединителя:

, (5.2)

где _ допустимый ток провода, из которого изготовлен стыковой соединитель;

_ допустимый ток стыкового соединителя из этого провода;

- сопротивление стыкового соединителя, согласно схеме стенда имеет значение 250 мкОм;

- переходное сопротивление стыка "рельс-накладка", согласно схеме стенда принимает значения 10 мкОм и 250 мкОм.

, (5.3)

где = 12·10^-3м;

= 70·10^-6м²;

Вт/м²С - коэффициент теплопередачи;

Оммм²/м;

^оС^-1;

- принимаем равным 0,8;

у = 5,67·10^-8, Вт/м²·⁰С.

- температура, для расчета примем значение 15 °С.

При = 10 мкОм:

При = 250 мкОм:

Определим допустимый ток стыкового соединителя по формуле:

. (5.4)

При = 10 мкОм:

= 19,23 А,

При = 250 мкОм:

= 250 А

Тогда коэффициенты использования площади сечения соединителя будут иметь значения:

При = 10 мкОм:

,

При = 250 мкОм:

.

Построим графики зависимостей .



Рисунок 5.1 - Графики зависимости .

5.2. Описание стенда.

Стенд представляет собой физическую модель приварного медного соединителем сечением S_сс = 70 мм². В качестве источника тока использован трансформатор тока. Переходные сопротивления "рельс - накладка" R_рн изготовлены из фехралевых резисторов.

Рис. 5.2. Электрическая схема стенда.

5.3 Порядок выполнения работы

1. Записать ток и замерить сопротивление стыкового соединителя в двух режимах.

2. При двух значениях переходного сопротивления стыка построить характеристики нагревания соединителей до установившегося режима.

3. Заполнить табл. 5.1.

4. По формулам (5.1 _ 5.4) выполнить расчеты.

Таблица 5.1.

Зависимость Q_п=f(R_рн).

Iр =500А	Rрн=10 мкОм	Rрн=250 мкОм
	Время, мин	Qсс, С	Время, мин	Qсс, С
	0	20	0	20
	4	20,5	2	27
	6	21	3	35
	8	21,5	4	41
	15	22	7	47

5.4 Контрольные вопросы

1. Объяснить процесс нагревания стыковых соединителей. Вследствие каких факторов наступает установившийся режим?

Ответ: нагрев стыковых соединителей происходит вследствие прохождения тягового тока.

2. На каждой кривой нагревания определить постоянную времени нагрева стыкового соединителя.

3. Как будет выглядеть кривая "нагревания - охлаждения" стыкового соединителя?

4.Определить тепловую энергию, полученную соединителем до установившегося режима.

Использованная литература

1. Рельсовые сети электрифицированного транспорта: методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 190401 - "Электроснабжение железных дорог" очной и заочной форм обучения [Текст] / составители: В.Л. Григорьев, В.Б. Тепляков, Т.В. Гончарова. - Самара: СамГУПС, 2009. _ 15 с.

Размещено на Allbest.ru

...