Ресурсозбереження при експлуатації електричного обладнання транспортних засобів.

Тема 5. (Продовження). Матеріальні ресурси. Споживання матеріальних ресурсів у процесі виконання транспортної роботи. Методи ресурсозбереження в сфері матеріальних ресурсів.

Основні питання лекції:

1. Аналіз факторів, що впливають на перевитрати ресурсів при експлуатації електричного обладнання

2. Основні напрямки підвищення рівня ресурсозбереження

3. Надійність і економічність струмознімання

Основний зміст лекції:

1. Аналіз факторів, що впливають на перевитрати ресурсів при експлуатації електричного обладнання

1. Тягові двигуни. Вплив характеристик балансу швидкостей на темп зносу колектора, підшипників. Старіння ізоляції в зв’язку з пасажирським навантаженням і профілем маршруту

2. Тягове електроустаткування. Вплив частоти спрацьовування комутаційних апаратів на ресурс. Старіння як слідство умов експлуатації

3. Допоміжне устаткування. Зв’язок між умовами експлуатації і ресурсом мотор-компресора, мотор-вентилятора, пристроїв освітлення, сигналізації й опалення.

4. Низьковольтні системи живлення. Баланс системи низьковольтного живлення: акумуляторна батарея – реле-регулятор – генератор (перетворювач напруги). Вплив рівня напруги на ресурс низьковольтних споживачів.

2. Основні напрямки підвищення рівня ресурсозбереження

Основними напрямками підвищення рівня ресурсозбереження на усіх етапах життєвого циклу технічних засобів аналогічно механічному обладнанню можна вважати наступні:

При проектуванні:

• обґрунтування конструкції;

• раціональний вибір матеріалів;

• оптимізація технологічних процесів виготовлення;

• використання останніх досягнень науково-технічного прогресу.

При виготовленні:

• забезпечення оптимальних режимів технологічних процесів;

• метрологічне забезпечення;

• організація випробувань;

• забезпечення точності параметрів.

При експлуатації:

• відповідність умов і режимів експлуатації номінальним;

• забезпечення відповідної якості технічного обслуговування;

• впровадження діагностування;

• регенерація мастил та електроліту акумуляторних батарей;

• формування вимог до модернізації технічних засобів.

При ремонті:

• впровадження нових видів та режимів відновлення;

• організація діагностування та післяремонтних випробувань;

• модернізація технічних засобів.

При утилізації:

• повторне використання матеріалів;

• використання економічних технологій утилізації.

3. Надійність і економічність струмознімання

3.1. Поняття надійність та економічність струмознімання (СЗ)

3.2. Оцінка факторів, що впливають на надійність та економічність СЗ

3.3. Основні шляхи підвищення рівня надійності і економічності СЗ для забезпечення відповідних показників ресурсозбереження

3.1. Поняття надійність та економічність струмознімання

Якість струмознімання характеризується сукупністю показників, що визначають роботу рухомого контакту, основними з яких є економічність і надійність. Вони характеризуються відповідними коефіцієнтами [5, 10, 12, 13].

Коефіцієнт економічності може бути представлений у ваговому або вартісному вираженні. У першому випадку він визначається питомим зносом контактних матеріалів, наприклад, перетину (маси) контактного проводу і контактної вставки. В другому випадку він дорівнює питомим витратам на ремонт і технічне обслуговування ( виражається звичайно в грн./1000 струмоприймачів).

Коефіцієнт надійності визначається відхиленням статичного натискання убік збільшення або зменшення від номінального значення за припустимі межі.

Разом і коефіцієнтами економічності і надійності показниками якості струмознімання є відносна зміна натискання, подвійна амплітуда вертикальних переміщень полоза і коефіцієнт відриву струмоприймача [14,16].

3.2. Оцінка факторів, що впливають на надійність та економічність струмознімання

До основних факторів, що впливають на надійність та економічність струмознімання відносять наступні фактори:

1) конструкція струмоприймача (дугові, пантографні, штангові, матеріал контактних елементів);

2. тип і технічний стан контактної підвіски, знос контакт. проводу;

3. рівень технічного обслуговування і ремонту (метрологічне забезпечення, діагностування; періодичність контролю);

4. умови і режими експлуатації (профіль маршруту, повороти, перехрестя, світлофори, кількість зупинок, швидкісні режими);

5. стан доріг і рейкової колії (додаткові пуски і гальмування, відхилення від осі колії та контактних проводів, вібрації);

6. природно-кліматичні і сезонні умови (вода-дощ, налипання снігу, ожеледиця, вітер, простудні захворювання водіїв та ін.);

7. професійна підготовка водіїв (залежність кількості відмов).

1. Конструкція струмоприймача (дугові, пантографні, штангові, матеріал контактних елементів)

Пропонується підвищити надійність і економічність струмознімання, за рахунок модернізації відповідних апаратів – струмоприймачів.

Вирішення задачі досягається зменшенням контактних динамічних зусиль при раптових або ударних впливах пружних вставок між контактним елементом і рамою, а також між струмоприймачем та дахом вагону. Надійність та довговічність конструкції пов’язана з її резонансними властивостями та характеристиками збудження.

Для визначення впливу пружності вставок на динамічні характеристики конструкції побудована математична модель коливань трамвайного струмоприймача (рис. 5.17). Збудження коливань кінематичне, пов’язане з переміщенням точок кріплення струмоприймача до вагону, що коливається. При цьому рух стержневих елементів описується рівняннями технічної теорії коливань:

; , (5.1)

де ξ_п – безрозмірна координата вздовж п-го стержня; y_n, u_n – поперечні і повздовжні переміщення стержнів; F_n, l_n, I_n – площа, довжина та момент інерції перерізів відповідно; Е_п – модуль пружності; ρ – густина матеріалу; t – час.

У працях, присвячених числовому аналізу коливань струмознімання, звичайно будується спрощена одно- або двохмасова модель. Стержневі елементи заміняються масою без достатнього обгрунтування такої заміни [278, 279]. Одержана дискретна модель зручна для аналізу динамічних явищ, але результати можуть містити значні погрішності із-за невідповідності основних динамічних характеристик континуальної та дискретної систем.

Для виключення цих погрішностей використана модель рамної конструкції струмоприймача із застосуванням рівнянь вигибних і поздовжніх коливань стержнів. Враховується симетрія конструкції, що дозволяє значно скоротити обсяг обчислень.

Рівняння руху стержнів (рис. 5.17) доповнюються граничними умовами на їхніх краях. Пружний елемент С характеризує жорсткість пружної вставки між контактним елементом і рамою струмоприймача, С₁ – між струмоприймачем і дахом вагону, а С₂ характеризує жорсткість контактного проводу.

Рис. 5.17.

Використані у праці геометричні умови (із-за громоздкості тут не приводяться) у вузлах з’єднання стержнів виражають рівність відповідних компонент переміщень, а динамічні умови (у цих та інших вузлах розрахованої системи) виражають умови динамічної рівноваги вузлів у відповідності з принципом Даламбера. Беручи ; , приводимо (5.1) до звичайних диференційних рівнянь

; ,. (5.2)

де ;

Рішення рівнянь (5.2) подаються через переміщення v⁽⁰⁾, v⁽¹⁾ та кути повороту γ⁽⁰⁾, γ⁽¹⁾ країв [548, 549] так:

;

. (5.3)

Значення сил і моментів на краях стержнів з урахуванням (5.3) можна записати (індекси п опускаємо) у вигляді:

;

;

; (5.4)

;

;

,

де Q(0), Q(1) – сили, а М(0), М(1) – моменти при вигибних коливаннях; N(0), N(1) – сили при поздовжніх коливаннях.

Значення функцій F₁,…, F₈ містяться у праці [279] і тут нет приводяться.

Підстановка (5.1) і (5.4) у граничні умови та виконання відповідних перетворень приводить до наступної системи 13 алгебраїчних рівнянь відносно невідомих параметрів переміщень:

…………………………………………………………………………(5.5).

Для знаходження резонансних частот визначаються амплітудно-частотні характеристики. Для зменшення обсягу обчислень розсіювання енергії у елементах не враховується. Система (5.5) вирішується з допомогою ПЕОМ.

В розрахунках варіювали жорсткість пружних вставок С, С₁ та жорсткість контактної підвіски С₂. У результаті одержано ряд АЧХ трамвайного струмоприймача.

На рис. 5.18 показані АЧХ струмоприймача при зміні значення жорсткості пружної вставки між контактним елементом та рамою.

Одержано залежності резонансних частот системи від характеристик пружних елементів. На рис. 5.19 наведена залежність основної резонансної частоти системи від жорсткості пружних елементів між контактною вставкою і рамою, струмоприймачем і дахом вагону відповідно.

Графіки залежностей показують, що відповідним підбором пружних вставок можливо керувати основними резонансними частотами. При малих значеннях жорсткості пружних вставок резонансні частоти трамвайного струмоприймача зменшуються до частот збурення (рис. 5.19).

Рис. 5.18.

Одержані дані можна використовувати при побудові (на основі принципа відповідності вібраційних характеристик) спрощеної дискретної моделі струмоприймача для дослідження динамічних явищ у режимах експлуатації транспортного засобу.

Рис. 5.19

2. Тип і технічний стан контактної підвіски, знос контакт. Проводу

3. Рівень технічного обслуговування і ремонту (метрологічне забезпечення, діагностування; періодичність контролю)

4. Умови і режими експлуатації (профіль маршруту, повороти, перехрестя, світлофори, кількість зупинок, швидкісні режими)

5. Стан доріг і рейкової колії (додаткові пуски і гальмування, відхилення від осі колії та контактних проводів, вібрації)

6. Природно-кліматичні і сезонні умови (вода-дощ, налипання снігу, ожеледиця, вітер, простудні захворювання водіїв та ін.)

7. Професійна підготовка водіїв (залежність кількості відмов).

8. Основні шляхи підвищення рівня надійності і економічності струмознімання для забезпечення відповідних показників ресурсозбереження

Забезпечення заданої економічності і надійності струмознімання, а також зменшення питомих витрат при експлуатації ЕРС вимагають удосконалювання контактних підвісок і струмоприймачів. Особливо гостро стоять ці питання в даний час у зв'язку зі збільшенням швидкостей руху і споживаних струмів [15-21].

Аналіз способів забезпечення економічності і надійності струмознімання показує [15-21], що використання раціональних струмоз’ємних матеріалів, удосконалювання конструкції, оптимізація її параметрів, підвищення рівня технічного обслуговування і ремонту і режимів експлуатації струмоприймачів є більш доцільними й у багатьох випадках достатніми способами в порівнянні з застосуванням спеціального контактного проводу й ускладненням контактних підвісок.

Унаслідок того, що визначальним фактором зносу контактних матеріалів є електротермічний, а основною причиною перевитрат контактного проводу - утворення електричної дуги, оптимізація системи струмоприймач - контактна мережа проводиться в напрямку зменшення зносу контактних матеріалів і забезпечення надійного контакту, що виключає утворення електричної дуги між струмоприймачем і контактним проводом.

Дослідження з використання різних матеріалів [10, 11, 13]підтверджують високу надійність експлуатації контактної мережі і струмоприймачів з вугільними контактними вставками.

Удосконалювання конструкції струмоприймачів спрямовано в першу чергу на зниження приведеної маси за рахунок застосування відповідних конструкційних матеріалів, кінематичних схем [5] і зменшення діапазону висот підвішування контактного проводу [7], що дозволяє зменшити розміри струмоприймачів у цілому. Конструктивне виконання струмоприймачів визначає характеристики струмоприймачів, оптимізація яких є в даний час однієї з важливих задач.

Аналіз експлуатаційної надійності струмоприймачів показує, що підвищення працездатності струмоприймачів РС трамвая і тролейбуса може бути здійснена за рахунок подальшого удосконалювання конструкції, підвищення якості ремонту і технічного обслуговування на основі використання системи діагностування.

ЛЕКЦІЯ 8.