авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Совершенствование методов и средств неразрушающего контроля элементов контактной сети и токоприемников электроподвижного состава электрифицированных железных

-- [ Страница 4 ] --

Расчеты изменения температуры основания неподвижной дуги после погасания показывают, что и охлаждение протекает также достаточно быстро, тогда изменение температуры основания дуги в процессе охлаждения определяется соотношением:

, (12)

Таким образом, имеют место мгновенные локальные нагревания контактных проводов. Значения термических напряжений для малых деформаций определяются на основании обобщения закона Гука, мПа

. (13)

Под действием электрической дуги, вследствие возникающих термических напряжений, происходят процессы нагрузки-разгрузки. Оценка предельных значений дополнительных усилий в малом сегменте провода производится по выражению

; , (14)

где S – площадь радиального сечения области нагрева, – символ Кронекера). Пример результатов расчета приведен на рис. 11.

При Т=Тпл, =, =0,04 см дополнительные усилия составляют, например, 59,7 даН, что сопоставимо с воздействием собственного веса провода, ветра, гололеда. При значительном нагреве в сумме с номинальным натяжением может достигаться допустимое максимальное растягивающее натяжение 12 кН.

Кроме того, происходят структурные изменения в области нагрева и образуются дефекты (концентраторы напряжений) контактной поверхности провода.

 График зависимости дополнительных-73

Рис. 11. График зависимости дополнительных термических усилий в контактном проводе от температуры нагрева в рассматриваемой точке: 1 – r=0,02 cм; 2 – r=0,1 см; 3 – r=0,2 см (без штриха – медный провод, со штрихом – бронзовый провод)

Таким образом, необходимо учитывать не только масштабы, но и характер воздействия электрической дуги.

Предполагая, что деформиро-вание в результате теплового воз-действия дуги в целом является необратимым, получена оценка числа циклов до разрушения

~<<=5. (15)

Термическая усталость носит кратковременный характер, но при-водит к разрушению за число циклов, много меньшее базы испытания для медных сплавов .

Далее были определены критические значения скорости перемещения дуги, при которых начинают образовываться характерные типы дефектов на рабочей поверхности провода. Например, для дуги постоянной мощностью 100 Вт, временем горения 0,01 с и основанием 0,04 см при скорости V=9 м/с происходит нагрев до температуры плавления Тпл, а при V=6 м/с – превращение материала элемента контактного провода в жидкое состояние. Для неподвижной дуги протекает процесс испарения материала. На рабочей поверхности провода при этих режимах горения дуги возникают соответственно каверны, наплывы и выплавления. Образовавшиеся дефекты провода при дальнейшем циклическом нагружении являются концентраторами напряжений.

На основе анализа модельного решения задачи исследован механизм потери прочности медного провода. Результаты количественного анализа показывают, что воздействие электрической дуги приводит к локальному разупрочнению, повреждению рабочей поверхности провода. Накопление изменений в процессе многократного дугового воздействия приводит в конечном итоге к разрушению провода. Для оперативного контроля за данными процессами необходимо дальнейшее усовершенствование и конструирование новой диагностической аппаратуры.

В четвертом разделе рассматриваются механизмы разрушения контактных вставок токоприемников и зажимов контактной сети, предложены способы их неразрушающего контроля.

Решая проблему неразрушающего контроля и продления срока службы контактного провода, необходимо учитывать второй контакт – вставку полоза токоприемника. Процессы, происходящие в области контакта, и свойства самой вставки непосредственно влияют на прочностные свойства провода. Установление механизмов разрушения контактной вставки в условиях эксплуатации позволяет выявить причины повреждения контактного провода. По разработанной методике (рис.12) исследовались вставки типа А, бывшие в эксплуатации, и новые. Кроме этого, изучению подвергались отложения в виде порошка, брызг, стружки, обнаруженные на боковой поверхности вставок, бывших в эксплуатации.

Исследования показали: во время нагрева вставки происходит изменение фазового строения в тонкой области контакта, которое приводит составляющие вставки в равновесное состояние. Но это происходит не у всех вставок, что свидетельствует об их изначально различных исходной структуре и свойствах.

Экспериментально установлена связь между свойствами материала вставки и характером акустического сигнала. Данный факт позволил разработать методику выбраковки и сортировки вставок по качеству изготовления методом ультразвукового зондирования. Ультразвуковой метод был дополнительно проконтролирован измерениями электропроводности вставок. Контроль качества вставок предлагается осуществлять в килогерцовом диапазоне частот по заранее заготовленным шаблонам. Шаблон представляет собой амплитудно-частотный спектр ультразвуковых колебаний, соответствующий определенному состоянию вставки по плотности и однородности структуры.

Рис. 12. Методика исследования

контактных вставок

Отсортированные вставки были установлены в токоприемник электровоза № 1757 ВЛ-80С для грузового движения локомотивного депо Хабаровск-2 для опытной эксплуатации. При среднем пробеге вставок по механическому износу в весеннее время года 15 тыс. километров (по данным депо) опытные вставки после двухмесячной эксплуатации (апрель – май) имели пробег 32 тыс. км. с максимальным износом менее двух миллиметров и без нарушения целостности, что сви-детельствует о высокой эффек-тивности применения контроля качества их изготовления.

Одним из наиболее важных элементов подвески контактной сети является токопроводящая арматура, в частности токопроводящие зажимы, которые используются для соединения проводов и тросов в пролетах и шлейфах, присоединения проводов к выводам электрических аппаратов, комплектования подвесок проводов. От надежной работы зажимов зависит безаварийная работа всей контактной сети.

Токопроводящие зажимы должны удовлетворять следующим основным требованиям: обладать низким электрическим сопротивлением; иметь достаточно высокую механическую прочность; обладать высокой коррозионной стойкостью. При стремлении одновременно удовлетворить все вышеперечисленные требования возникают некоторые противоречия. Так, для обеспечения достаточной механической прочности необходимо использовать металл с добавками легирующих элементов, но при этом электросопротивление зажима резко увеличивается. Это увеличение наиболее существенно в тех случаях, когда для легирования используют материалы, образующие с металлом зажима твердые растворы. На надежность работы контактного зажима влияет не только его состав, но и наличие внутренних дефектов, которые в условиях эксплуатационных нагрузок могут приводить к его разрушению.

Высокая аварийность контактной сети по причине некачественных зажимов делает очевидным необходимость внедрения входного контроля токопроводящих зажимов и их диагностики в период эксплуатации неразрушающими методами.

В результате проведенных исследований нами рекомендован для оценки дефектности структуры зажимов акустический метод – метод вынужденных колебаний, реализуемый на базе цифрового анализатора спектра с применением преобразователей с рабочей полосой частот 1…40 кГц. Внедрение метода осуществлено в виде измерительного комплекса ВКЗ-1 на Забайкальской железной дороге.

Еще одна проблема, связанная с эксплуатацией болтовых зажимов, – ухудшение с течением времени контакта с проводом по причинам окисления и ослабления натяга. Вследствие этого происходит увеличение переходного сопротивления с последующим перегревом и провода, и зажима.

Уменьшение электросопротивления зажима возможно только за счет снижения величины переходных электросопротивлений. Известно, что это уменьшение достигается подбором материала контактного зажима, созданием соответствующего покрытия и увеличением площади контакта. Для серийно изготавливаемых зажимов уменьшение переходного электросопротивления достигается обычно путем увеличения площади контакта за счет увеличения момента затяжки. При этом площадь контакта увеличивается вследствие деформации контактных площадок и проникновения более твердого (алюминиевая бронза) материала в более мягкий (холоднотянутая медь).

В настоящее время эксплуатируются зажимы КС-053-4. На рабочей поверхности этих зажимов со стороны, предназначенной для соединения с контактным проводом, выполнены поперечные зубцы. Это позволяет увеличить площадь контакта путем проникновения зубцов в поверхность контактного провода. Зажим КС-053-4 конструктивно имеет в области касания с поверхностью контактного провода 122 зубца, которые имеют форму усеченной пирамиды. Теоретически, если предположить, что все зубцы зажима войдут в провод на величину выступа, площадь контакта составит около 200 мм2. При сечении контактного провода 100 мм2 этого вполне достаточно для надежной работы зажима.

В целях установления реально возникающей площади контакта проводились исследования, где фиксировались изменения площади контакта в зависимости от величины момента затяжки. В эксперименте использовался контактный провод, не бывший в эксплуатации. Анализ полученных результатов показывает, что даже при моменте затяжки 50 Н·м суммарная площадь контакта составляет около 50 мм2, хотя нормативный момент затяжки 40 Н·м. Результаты свидетельствуют о том, что плотность тока в месте контакта более чем в два раза будет превышать допустимую, что приведет к перегреву зажима и провода. Кроме того, имеет место еще один отрицательный фактор. Проникновение зубцов зажима в контактный провод равносильно внесению дефектов в структуру материала провода с далеко идущими последствиями.

В режиме эксплуатации контактная пара провод – контактный зажим испытывает циклы нагрева и охлаждения, при этом происходит деформация контактных площадок, предопределяющая изменение электросопротивления. Моделирование процесса термоциклирования проводили на специально разработанном стенде, момент затяжки составлял 50 Н·м. Наибольшие изменения электросопротивления наблюдаются при первом цикле, когда нагрев способствует увеличению глубины проникновения зубцов в материал контактного провода. Необходимо отметить существенное снижение электросопротивления при охлаждении до 0 0С, дальнейшее снижение температуры существенно не влияет на величину электросопротивления. При многократном термоциклировании происходит образование окислов на контактных площадках, и электросопротивление значительно увеличивается.

Для решения этой проблемы рассматривались различные способы обработки контактных поверхностей зажимов. В результате предложено нанесение токопроводящих покрытий на контактную поверхность зажима методом электроискрового легирования (патент на ПМ № 64569).

В качестве материала для покрытия пробовались медь, бронза, техническое серебро. Наилучшим материалом, как и ожидалось, оказалось серебро. Такое покрытие значительно увеличивает площадь контакта за счет высокой шероховатости, а при нагреве электросопротивление уменьшается за счет разрушения окисных пленок.

В пятом разделе рассмотрены возможности применения неразрушающего контроля в опорном хозяйстве контактной сети, приведена усовершенствованная методика расчета устойчивости опор в теле земляного полотна.

Качество токосъема зависит также и от расположения контактного провода над осью пути, задаваемого опорными и фиксирующими устройствами контактной сети. В Дальневосточном регионе, характеризующемся сложными природно-климатическими условиями, имеется проблема устойчивости железобетонных опор контактной сети. Она вызвана недостаточностью их защемления в теле земляного полотна. Одним из факторов такого положения, наряду с другими, связанными с геологическим строением железнодорожной насыпи и природно-климатическими условиями местности, является разрушение фундаментной части опоры или недостаточное заглубление при строительстве (рис. 13).

Кроме того, оголение арматуры приводит к снижению сопротивления изоляции железобетонной опоры, что снижает надежность работы систем, обеспечивающих регулирование и безопасность движения поездов.

 Схема влияния различных факторов-81

Рис. 13. Схема влияния различных факторов на устойчивость опор контактной сети

Выявление таких опор крайне затруднительно и трудоемко. Нами предложен метод определения глубины заложения опоры на базе использования ультразвуковых приборов (рис. 14).

В результате натурных испытаний установлена зависимость параметров распространения акустических волн (диапазон частот 10…100 кГц) по телу опоры контактной сети в зависимости от различных условий. В граничных с опорой слоях грунта получены особенности колебательного процесса как на поверхности, так и по глубине.

Поскольку бетон имеет композиционную структуру, то в нем ослабление у.з. сигналов значительно. Причем чем выше рабочая частота, тем больше коэффициент ослабления сигнала. В связи с этим в качестве информативного параметра принято время прохождения волны.

Высокий уровень колебаний опор, накопившиеся отступления в конструкции длительно эксплуатируемого земляного полотна, нарушения технологии установки в глинистую часть насыпи способствуют потере устойчивости опор.

В работе на основе анализа нагружения опор внешними силами, вызванными морозным пучением грунтов, оползневым давлением земляного полотна, усиленными отступлениями от норм содержания пути по плану и профилю и вибродинамическим воздействием поездной нагрузки, усовершенствована методика расчета устойчивости опор с учетом названных эффектов.

 Схема проведения акустических-82

Рис.14. Схема проведения акустических измерений на опоре:

– расстояние от преобразователя до дефекта д1; – время прихода сигнала от дефекта д1; – расстояние от преобразователя до дефекта д2; – время прихода сигнала от дефекта д2; – расстояние от преобразователя до торца; – время прихода сигнала от торца;

– расстояние от преобразователя до грунта; – глубина заглубления опоры; C – скорость распространения ультразвука в материале опоры

Расчет устойчивости производится графо-аналитическим методом для погонного метра длины насыпи путем оценки коэффициента устойчивости. Физический смысл этого коэффициента заключается в отношении моментов сил, удерживающих откос от смещения, к моментам сил сдвигающих. Моменты сил берутся относительно центра кривой возможного смещения

, (16)

где – сумма моментов удерживающих сил; – сумма моментов сдвигающих сил; – суммарные силы соответственно трения и сцепления, действующие по поверхности смещения; – сумма тангенциальных составляющих веса частей сползающего массива, направленные против предполагаемого направления сдвига; – то же, направленные в сторону предполагаемого сдвига.

На опору контактной сети, расположенную на прямом участке пути, действуют моменты: от сил тяжести проводов и поддерживающих устройств; силы давления ветра (при направлении ветра от пути на опору и от опоры на путь); сил оползневого давления и морозного пучения, создающие суммарный сдвигающий момент.

Моменты от воздействия проводов, поддерживающих устройств, силы давления ветра находятся обычным порядком, принятым в практике проектирования.

Сопротивление сдвигу отсека по плоскости его основания, наклоненной под углом 31° к горизонту (угол определен из реального профиля), происходит за счет силы сцепления и силы трения. При этом С – удельное сцепление, Па и = tg  – коэффициент внутреннего трения (  – угол внутреннего трения грунта по грунту, для выбранного отсека 16°), – длина плоскости возможного смещения в пределах этого отсека и – нормальная реакция его основания.

Для нахождения R и Е используются два уравнения статики

. (17)

Из них находится уравнение для определения

. (18)

Значение горизонтальной составляющей силы морозного пучения следует определять в соответствии с Техническими указаниями ВСН 74 – 69 по формуле

, (19)

где  – коэффициент условий работы, учитывающий степень подвижности фундамента под воздействием внешних нагрузок и сил морозного пучения, принимается от 1,0 до 0,8;  – максимальная величина горизонтальной составляющей сил морозного пучения грунта, определяемая по формуле

, (20)

где  – максимальное горизонтальное напряжение, вызванное морозным пучением грунта, действующее нормально к боковой поверхности фундамента;  – глубина активного слоя пучения грунта, равная 2/3 нормативной глубины промерзания (согласно СНиП 2.02.04-88); b – ширина фундамента.

Зная величины статических прочностных характеристик, динамические прочностные характеристики (с учетом снижения С и при вибродинамическом воздействии) можно определить на основе следующих соотношений

, (21)

, (22)

где , – соответственно удельное сцепление и угол внутреннего трения глинистых грунтов, определенные при действии статических нагрузок; – отношение прочностных характеристик, определяемых при действии вибродинамической и статической нагрузок.

; , (23)



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.