/
Автор: Горошков Ю.И. Бондарев Н.А.
Теги: электротехника электричество электрические сети издательство транспорт контактная сеть
Год: 1981
Текст
Ю.И .Г орошков • Н. А.Бондарев
КОШАКТНАЯ СПЬ
Издательство <Транспорт»
Ю. И. ГОРОШКОВ, Н. А. БОНДАРЕВ
КОНТАКТНАЯ СЕТЬ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Утверждено
Главным управлением учебными заведениями МПС
в качестве учебника для учащихся техникумов
железнодорожного транспорта
МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1981
УДК 621.332.3
Горошков Ю. И., Бондарев Н. А. Контактная сеть.
Учебник для техникумов ж.-д. трансп. 2-е изд., перераб.
и доп. — М.: Транспорт, 1981, 400 с.
Рассмотрены основные детали, узлы и конструкции
контактной сети электрифицированных железных дорог.
Даны методы и примеры расчета контактных подвесок,
а также сведения по расчету и подбору типовых под-
держивающих и фиксирующих устройств, опор и фунда-
ментов контактной сети. Описаны условия взаимодейст-
вия контактных подвесок и токоприемников при различ-
ных скоростях движения поездов. Изложены основные
способы трассировки, сооружения и эксплуатации кон-
тактной сети.
Настоящее издание учебника дополнено изложени-
ем вопросов обеспечения высокой надежности работы
контактной сети в любых метеорологических условиях,
а также при высоких скоростях движения поездов.
1-е издание вышло в 1973 г.
Предназначен для учащихся техникумов железно-
дорожного транспорта по специальности «Энергоснабже-
ние и энергетическое хозяйство железнодорожного транс-
порта». Может быть полезен инженерам и техникам,
занятым проектированием, строительством и эксплуата- *
цией контактных сетей электрифицированных железных
дорог, а также студентам высших учебных заведений
железнодорожного транспорта специальности «Электри-
фикация железнодорожного транспорта».
Ил. 246, табл. 59, библиогр. 47 назв.
Книгу написали:
главы I, II, V—ХШ, XVI—канд. техн, наук 10. И. Го-
рошков, главы IV, XIV, XV, XVII—XIX — инж. Я. А. Бон-
дарев, главу III — совместно.
Рецензенты: Н. В. Боковой, А. Н. Зимакова,
П. М. Шилкин
SSS
г, 31802-064
Г O49(OJ)-8J ' 64-81 3602030000
© Издательство «Транспорт», 1981
ГЛАВА
I
КОНТАКТНЫЕ ПОДВЕСКИ
1. ПРОСТАЯ КОНТАКТНАЯ ПОДВЕСКА
Простая (однопроводная) контактная подвеска представляет собой
контактный провод, закрепленный непосредственно на поддерживаю-
щих конструкциях. Такая подвеска получила широкое применение на
городском электрическом транспорте (особенно для трамваев, поэтому
ее часто называют «трамвайной»), а также на электрифицированных
путях промышленного транспорта. На магистральных железных до-
рогах простую контактную подвеску допускается применять только на
станционных путях (включая приемо-отправочные) и подъездных
путях, где скорость движения поездов не превышает 50 км/ч.
Качество токосъема при простой контактной подвеске во многом
зависит от положения в вертикальной плоскости (стрелы провеса)
контактного провода f и его перегиба в опорном узле, характеризую-
щим углом наклона касательной ср к проводу (рис. 1), а также от эла-
стичности опорного узла (см. гл. X). При быстром переходе токоприем-
ника с восходящей ветви контактного провода пройденного пролета
на нисходящую ветвь очередного пролета происходит резкий толчок
полоза токоприемника, чем нарушается непрерывность токосъема.
Контактный провод в точках подвеса получает дополнительные
напряжения от изгиба, которые уже при пролетах 40 м составляют
120—130 МПа и в сумме с основным напряжением растяжения провода,
равным для медных контактных проводов 100—120 МПа, достигают
предела текучести материала провода. Поэтому по значениям местных
максимальных напряжений простые контактные подвески с однократ-
ным подхватом провода у опор (см. рис. 1, а) не могут быть выполнены
с пролетами более 40—45 м.
Уменьшить перегиб контактного провода в опорном узле, а следо-
вательно, выполнить простую подвеску с большими пролетами можно
при двукратном или много-
кратном подхвате (подвес-
ке) контактного провода у
опор, который легко,; вы-
полнить с помощью отрезка
продольного^,троса, смонти-
рованного в виде петлн.
Такую подвеску называют
простой петлевой контакт-
ной подвеской.
Существует несколько
разновидностей простой
петлевой контактной под-
вески: со струной у опоры;
со смещенными от опоры
Рис. 1. Схемы, простых контактных подвесок:
а — с однократным креплением (подхватом) контакт-
ного провода у опор: б — петлевая (с двукратным
подхватом); 1 — контактный провод; 2 — трос петле-
вой струны
3
двумя (рис. 2) или четырьмя струнами; с рессорной струной; с рес-
сорной струной и двумя простыми струнами.
Рассмотрим простую петлевую контактную подвеску; На рис. 1
обозначено: Л, В — опоры; I — длина пролета контактного провода;
Zn — длина троса петлевой струны; Zin — п конструктивная высота
(расстояние по вертикали от контактногог провода до узла подвеса
троса петлевой струны на поддерживающей конструкции); -— стрела
провеса контактного провода в пролете Zo; fn — стрела провеса кон-
тактного провода в пролете Zn; К —''натяжение контактного провода
в пролете Zo; /Сп -— натяжение контактного провода под петлевой стру-
ной (в пролете Zn); П — натяжение троса петлевой струны.
Одним из главных параметров простой петлевой контактной под-
вески является длина троса петлевой струны Zn. От нее зависит кон-
структивная высота подвески hn, с учетом которой выбирают высоту
опор. Чем короче Zn, тем меньше йп. Однако при очень коротких Zn
(1—2 м), как показывают расчеты, эффект от применения петлевой
струны как по уменьшению перегиба контактного провода в опорном
узле, так и по уменьшению напряжений в проводе от изгиба получается
незначительным. Поэтому длину петлевой струны рекомендуют при-
нимать не менее 3—4 м. В случае выполнения подвески по схеме 1, б
1П имеет большую длину и контактный провод, имеющий под петлевой
струной ослабленное натяжение /<п = /< — 77, получит в пролете
Zn большую стрелу провеса /п. Это может отрицательно сказаться на
параметрах подвески, определяющих качество токосъема. Следова-
тельно, при /п более 4—5 м в простых подвесках целесообразно исполь-
зовать многократный подхват контактного провода. Для обеспечения
более плавного перегиба контактного провода в зоне опорного узла
ему в таких подвесках обычно дают небольшой (порядка 0,04—0,06 м)
отрицательный прогиб /п. Таким
образом, применение простой пет-
левой подвески с многократным
подхватом контактного провода
позволяет снять ограничение в от-
ношении длины пролета, которые
свойственны «трамвайной» подвеске.
Оптимальной при натяжении
контактного провода 15—18 кН
представляется простая подвеска,
выполненная со смещенными от
опоры двумя струнами, длиной
троса Zn = 8-у 15 м и конструктив-
ной высотой Zn = 0,3-у0,6 м.
Наибольшие длины пролетов
простых подвесок принимают так-
же с учетом обеспечения необхо-
димой ветроустойчивости и рас-
стояния от уровня верха головки
рельса до контактного провода при
гололеде.
Рис. 2. Опорный узел простой петле-
вой контактной подвески с двумя
чьгй провод; 2 — нетлева я
'Рос пстлевг.тх ottivi.
4
Горизонтальное отклонение контактного провода от оси токоприем-
ника в пролете под действием ветра наибольшей интенсивности с уче-
том порывистости и упругого прогиба опор не должно превышать
500 мм на прямых и 450 мм на кривых участках пути.
Для простых подвесок, в которых натяжение контактного провода
регулируется автоматически (например, с помощью блочного компен-
сатора), в гололедных районах при выборе пролетов учитывают пони-
жение уровня контактного провода в середине пролета за счет увели-
чения стрелы провеса при гололеде. На станционных путях контакт-
ный провод при гололеде может иметь стрелу провеса не более 0,35 м,
па перегоне — не более 0,5 м.
2. ЦЕПНЫЕ КОНТАКТНЫЕ ПОДВЕСКИ
В цепных контактных подвесках (рис. 3) контактный провод 2,
или контактные провода, подвешивают с помощью легких подвесок
(струн) 4 — 7 непосредственно (или через вспомогательный провод,
или провода) к несущему тросу У, закрепленному на поддерживаю-
щих устройствах.
Основными геометрическими параметрами цепных подвесок яв-
ляются:
длина пролета I — расстояние между соседними точками подвеса
несущего троса к поддерживающим устройствам;
конструктивная высота h — расстояние от контактного провода до
несущего троса у точки его подвеса при беспровесном положении
контактного провода в полукомпенснрованной подвеске или при но-
минальном натяжении несущего троса компенсированной подвески;
стрела провеса несущего троса F — расстояние от низшей точки
троса в пролете до прямой, проведенной через точки подвеса троса;
стрела провеса контактного провода /к — расстояние от наиболее
удаленной по вертикали точки контактного провода в пролете от пря-
мой, проведенной через точки подвеса контактного провода у опор;
струновой пролет с—-расстояние между двумя соседними струнами
(сс — расстояние между струнами в середине пролета);
длина струны s — расстояние между точкой закрепления (подвеса)
струны на несущем тросе (вспомогательном проводе, рессорном про-
воде или каком-либо элементе, в свою очередь закрепленном на несу-
щем тросе) до контактного провода (smin — длина струны, установлен-
ной в середине пролета).
Рис. 3. Схема рессорной цепной контактной подвески
В рессорных контактных подвесках (см. рнс. 3) геометрическими
параметрами являются также: Zp = 2 а' - длина рессорного провода
троса); е расстояние от опоры до первой простой струны,
(ZK = (Z — 2 е) — длина части пролета, в которой контактный провод
имеет провес; d — расстояние от опоры до рессорной струны (закреп-
ленной на рессорном проводе); с0 — расстояние от рессорной до про-
стой струны; Ср = 2 d — расстояние между рессорными струнами;
b — расстояние по вертикали от точки подвеса несущего троса до
рессорного провода.
Наличие в цепной подвеске несущего троса позволяет в отличие от
простых контактных подвесок задать контактному проводу (подбором
струн соответствующей длины) беспровесное положение в пролете или
смонтировать его с небольшой стрелой провеса. Изменение стрелы
провеса контактного провода в цепной подвеске зависит в основном от
изменения стрелы провеса несущего троса. В любой цепной подвеске
несущий трос изменяет стрелу провеса при воздействии на него допол-
нительных нагрузок (например, от гололеда), при этом изменит свое
высотное положение и контактный провод. Имеется несколько конст-
руктивных мероприятий, с помощью которых изменение стрелы про-
веса контактного провода в пролете можно сделать меньшим, чем из-
менение стрелы провеса несущего троса. Если выполнить цепную под-
веску так, что несущий трос не будет при изменении температуры ок-
ружающего воздуха изменять свою стрелу провеса, то и положение
контактного провода в пролете по высоте будет постоянным.
Стрелы провеса контактного провода в струновых пролетах незна-
чительны и могут быть соответствующим выбором расстояния между
струнами н повышением натяжения контактного провода доведены до
размеров, мало влияющих на качество токосъема. Поэтому цепные
контактные подвески позволяют осуществлять нормальный токосъем
при высоких (160 км/ч и более) скоростях движения в пролетах боль-
шой длины (до 80 м).
Цепные контактные подвески различают по следующим основным
признакам:
способу подвешивания контактных проводов к несущему тросу;
способу регулирования натяжения проводов;
взаимному расположению проводов, образующих подвеску, в плане;
типу струн у опор.
Все конструкции цепных подвесок в зависимости от способа под-
вешивания контактного провода к несущему тросу разделяют на две
группы. К первой группе относят одинарные цепные под-
вески, в которых контактные провода 1 (рис. 4, а, б) подвешивают
на струнах 2 непосредственно к несущему тросу 5; ко второй группе —
двойные и тройные (рис. 4, в, г). В д в о й н о й цепной подвеске
(см. рис. 4, в) к несущему тросу 3 подвешивают иа струнах 2 вспомо-
гательный провод 5, к которому крепят контактные провода /; в
тройной цепной подвеске (см. рис. 4, а) к, вспомога-
тельному проводу 5 подвешивают второй вспомогательный провод 6,
к которому крепят контактные провода 1.
6
Рис. 4. Основные виды цепных контактных
подвесок:
а — одинарная; б — рессорная одинарная; в —
двойная; г — тройная
В зависимости от способа
регулирования натяжения
проводов цепная подвеска мо-
жет быть:
некомпенсирован-
ной, когда контактный про-
вод 1 и трос 2 закрепляют
(анкеруют) жестко (рис. 5, а)
и нет устройств для автома-
тического регулирования нх
натяжения. Разновидностью
такой подвески является цеп-
ная подвеска, имеющая в кон-
тактном проводе приспособ-
ления (например, стяжные
муфты) для сезонного регу-
лирования их натяжения;
полукомпе н сированной, в которой только часть про-
водов, например контактные провода (рис. 5, б) или контактные и
вспомогательные провода, снабжена устройствами длнеавтоматическо-
го регулирования натяжения — компенсаторами 5;
компенсированной, в которой все провода снабжены
общими (рис. 5, в) или отдельными для каждого провода компенсато-
рами.
Иногда применяют частично компенсированную
цепную подвеску, в ней компенсаторы работают лишь в каких-то пре-
делах изменения температур или нагрузок на провода. При опреде-
ленной температуре компенсатор стопорится и в случае дальнейшего
понижения температуры подвеска работает уже как некомпенсиро-
ванная. Стопор включается также при увеличении выше допустимой
гололедной нагрузки на провода цепной подвески. В этом случае пре-
дотвращается образование недопустимых стрел провеса контактного
провода.
По взаимному расположению проводов, образующих цепную под-
веску, в плане различают:
вертикальную цепную подвеску, в которой провода распо-
ложены в одной вертикальной плоскости (на рис. 6 слева) или имеют
небольшое (не более 0,5 м) смещение относительно друг друга в плане;
кос у,йо цепную подвеску, когда несущий трос в плане значительно
(угол наклона струн к вертикали в плоскости, перпендикулярной оси
пути, превышает 20°) смещен относительно контактного провода
(на рис. 6 справа).
Рис. 5. Схемы анкеро-
вок проводов неком-
пенсированной (а);по-
лукомпенсированной
(б) и компенсирован-
ной (в) цепных под-
весок
7
Рис. 6. Вертикальная (слева) и косая (справа) одинарные цепные
подвески
В вертикальной подвеске на прямых участках пути возможны две
схемы расположения несущего троса в плане: по оси пути (рис. 7, а);
над контактным проводом с зигзагом, равным зигзагу контактного
провода (рис. 7, б). На железных дорогах Советского Союза несущий
трос обычно располагают по оси пути (см. рис. 7, а). На зарубежных
дорогах несущий трос обычно висит над осью пути, но иногда применя-
ют схему, показанную на рнс. 7, б.
В косой подвеске (рис. 8) струны получают большой наклон в пло-
скости, перпендикулярной оси пути. Чтобы исключить выкручивание
контактного провода, применяют специальные способы крепления его
к струнам в зависимости от угла
a) f наклона струны. На кривых
Рис. 7. Схемы расположения несущего
троса в плане относительно контактного
провода в вертикальных цепных контакт-
ных подвесках:
<7 — по оси пути; б — над контактным проводом
с зигзагом, равным зигзагу контактного про-
вода; / — контактный провод; 2 — несущий
трос
участках пути (рис. 8, б) в сред-
ней части пролета струны оття-
гивают контактный провод в на-
ружную сторону кривой, вслед-
ствие этого он принимает криво-
линейное (в плане) очертание,
приближающееся по форме к
кривой железнодорожного пути.
Косая цепная подвеска на
кривых участках позволяет су-
щественно уменьшить в плане
углы изменения направления
контактного провода у опор в
местах расположения фиксато-
$
ров (устройств, удерживающих
контактный провод в требуемом
положении "в горизонтальной
плоскости). Это повышает эла-
стичность контактной подвески
в опорных узлах, что благопри-
ятно сказывается на токосъеме,
особенно в кривых малого ра-
диуса. При определенных ра-
диусах кривых косая цепная
подвеска может быть выполнена
без фиксаторов. Косая подвеска
обладает повышенной ветроус-
тойчивостью по сравнению с
вертикальной подвеской, одна-
ко монтаж и эксплуатация ее
Рис. 8. Расположение в плане несущего
троса (2) и контактного провода (?) ко-
сой подвески на прямом {а) и кривом
(б) участках пути
значительно сложнее.
От расположения контактного провода в плане по длине пролета
зависит как ветроустойчивость цепной подвески, так и срок службы
контактных пластин (вставок) полозов токоприемников электропод-
вижиого состава. При этом чем ближе расположен контактный провод
к оси пути во всем пролете, тем ветроустойчивее цепная подвеска. Это
положение находится в противоречии с вопросом увеличения срока
службы контактных пластин из спеченных материалов (металлокера-
мических) н особенно угольных вставок токоприемников, поскольку
чем больше смещен контактный провод от оси пути у опор и чем это
смещение равномернее по длине пролета, тем больше срок службы
контактных пластин и вставок токоприемников. Поэтому контактный
провод (или провода) на прямых участках располагают зигзагообразно
относительно оси пути, т. е. с поочередным смещением в ту и другую
сторону (рис. 9, а). На электрифицированных дорогах Советского
Союза нормальный размер зигзагов контактного провода 1 от оси при
расчетном беспровесиом его положении принят 300 мм. Зигзаги, на-
правленные от опор, называют плюсовыми, а к опорам — минусовы-
ми. Двойные контактные
провода в точках фиксации
располагают обычно на
расстоянии 40 мм друг от
Друга.
На кривых участках пу-
ти контактный провод у
опор смещен с помощью
фиксаторов во внешнюю
сторону кривой — ему дают
зигзаг относительно оси
(середина полоза) токопри-
емника. Нормальный зиг-
заг контактного провода у
опор на кривых принимают
Рис. 9. Расположение контактных проводов
вертикальной подвески в плане на прямых уча-
стках пути (а) и на кривых (б)
9
равным 400 мм (рнс. 9, б). Несущий трос на кривых участках пути
располагают обычно над контактным ^проводом. Допускается откло-
нение в расположении несущего троса в плане не более ± 200 мм.
Таким образом, провода вертикальной цепной подвески иа кривых
участках пути располагаются по хордам. Поэтому вертикальную под-
веску иногда называют хордовой. В отдельных случаях допускается
увеличивать зигзаг контактного провода: до 400 мм — на воздушных
стрелках и до 500 мм — на кривых. При двойном контактном прово-
де размер зигзагов принимают ’по отношению к наружному от оси
токоприемника проводу. Отклонения от установленных зигзагов кон-
тактного провода при расчетном беспровесном его положении не дол-
жны превышать ± 30 мм.
Зигзаг контактного провода на прямых участках пути в зарубеж-
ных странах принимают в пределах 150—500 мм у каждой опоры или
через несколько опор. Наибольший зигзаг контактного провода у опор
на кривых участках пути составляет 240—400 мм.
Кроме рассмотренных подвесок имеется также ромбовидная
ц епная подвеска (рис. 10), в которой контактные провода располагают
вплане у опор в виде ромба с разносторонними зигзагами 300—400 мм,
а в средней части пролета — параллельно оси пути на расстоянии
50—100 мм один от другого. Ромбовидная подвеска более ветроустой-
чива, чем подвески, в которых контактные провода по всему пролету
расположены параллельно друг другу с одинаковыми зигзагами у опор.
В зависимости от типа струн и их расположения у опор цепная под-
веска может быть:
с простыми опорными струнами (см. рис. 4, а),
когда струны устанавливают не далее 1—2 м от опор;
со смещенными простыми опорными стру-
н а м и (см. рис, 4, в), когда струны удалены от опор более чем на 2 м;
в одинарной подвеске опорные простые струны устанавливают обычно
на расстоянии 4—5 м от опоры, в двойной подвеске •— на расстоя-
нии 5—9 м;
рессорной, в ней струны контактного провода (илн вспомога-
тельного провода — в двойных подвесках) закреплены на рессор-
ном проводе 4 (см. рис. 4, б);
Рис. 10. Ромбовидная рессорная цепная подвеска с двумя контактными прово-
дами:
1 — контактные провода; 2 — несущий трос; 3 — струна; 4 — соединительный элемент
10
Рис. 11. Схема упругой струны с гибким полимерным
стержнем
с упругими струнами, когда струны подвешивают к не"
сущему тросу с помощью упругих элементов, например гибких поли-
мерных стержней или рычагов, скручивающих несущий трос;
демпфированной, в ее струнах у опор установлены дем-
пферы.
Рассмотрим разработанную в Италии схему упругой’струны с гиб-
ким полимерным стержнем, расположенным в плоскости подвески
(рис. 11). Струна 4 из медной проволоки диаметром 5 мм прикреплена
к концу стеклопластикового стержня 3 диаметром 18 мм, длиной 2 м
(рабочая часть 1,6 м); другой конец стержня жестко закреплен на
несущем тросе 7. Для предотвращения возможных резонансных коле-
баний полимерного стержня его свободный конец соединен с несу-
щим тросом с помощью оттяжки 2 из стальной проволоки диаметром
2-—3 мм,, длиной 1 м.
В СССР разработан узел рычажного подвешивания струны (рис. 12).
К несущему тросу 1 соединительным зажимом 2 крепят рычаг 3 из
круглой стали диаметром 12 мм илн из уголка размером 28 X 28 X
X 3 мм. Длина рычага в зависимости от места его установки в пролете
и типа контактной подвески составляет 50—400 мм. Закрепленные на
несущем тросе рычаги закручивают вместе с тросом на определенный
угол (45—270°) так, чтобы положение рычага после закручивания
было близко к горизонтальному (с допуском 30° вниз). При/гаком поло-
жении рычага струну соединяют
с контактным проводом. Сосед-
ние рычаги закручивают в раз-
ные стороны.
В Японии в струны цепных
контактных подвесок устанавли-
вают пружинно-воздушный демп-
фер (рис. 13). Он состоит из ци-
линдрического корпуса 7, пру-
жины 2, элемента 3 со штоком
4, перепускного канала 5 и ре-
Рис. 12. Узел рычажного подвешивания
струны:
а — вид вдоль контактной сети; б — вид свер-
ху; / — несущий трос; 2 — соединительный за-
жим; 3 — рычаг; 4 — коуш; 5 — струна
II
Рис. 13, Пружинно-
воздушный демпфер
для струп контактной
подвески
гулировочного клапана 6. При подъеме кон-
тактного провода токоприемником клапан 6 от-
крывается и позволяет воздуху проходить в ниж-
нюю часть цилиндра; при движении контактного
провода вниз клапан 6 закрывается, и проте-
кание воздуха из нижней части цилиндра в
верхнюю происходит с ограниченной скоростью
только через малый зазор между стенками ци-
линдра и элемента 3. Жесткость пружины 2 и
масса элемента 3 со штоком 4 приняты строго по
расчету в зависимости от положения демпфера
в пролете такими, чтобы получить равномерную
эластичность (жесткость) и массу цепной подвески
по длине пролета. Демпфирующее действие пе-
репускного канала с клапаном обеспечивает не-
обходимое поглощение колебаний контактного
провода.
Конструктивную высоту цепных подвесок
(см. рис. 3) принимают исходя нз выражения
h > F + smIn — /к,
где F — стрела провеса несущего троса при бес-
провесном положении контактных про-
водов (в полукомпенсированной под-
веске) или при номинальном натяже-
нии проводов (в компенсированной
подвеске);
smin — наименьшая допустимая длина не-
скользящей струны;
/к — стрела провеса контактного провода
в части пролета ZK, в которой про-
вод имеет провес.
Наименьшую длину струны smln определяют
из условия, чтобы угол наклона струны в плос-
кости цепной подвески, образующийся в ре-
зультате продольных перемещений контактно-
го провода относительно несущего троса при максимальных и ми-
нимальных температурах, не превышал 30° к вертикали.
В том случае, если по каким-либо причинам конструктивную высо-
ту цепной подвески необходимо выполнить меньше, то сокращают
длину пролета и тем самым уменьшают стрелу провеса несущего
троса или используют скользящие струны,
С целью унификации всех конструктивных размеров цепных под-
весок с учетом применения типовых железобетонных опор контактной
сети в типовых проектах конструктивную высоту цепных подвесок
постоянного тока (с медным или сталеалюмиииевым несущим тросом н
одним нли двумя контактными проводами) принимают равной 2±о,*2й м;
цепных подвесок переменного тока (со сталемедным или сталеалюми-
ниевым несущим тросом и одним контактным проводом) — 1,8±о,’з м.
12
В компенсированной цепной подвеске при изменениях температуры
воздуха происходит перемещение вдоль анкерного участка как кон-
тактного провода, так и несущего троса. Причем в случае изготовления
троса и провода из одного материала эти перемещения будут одинако-
выми, и, следовательно, при любых температурах струны подвески
будут располагаться в ее плоскости вертикально, а если трос н провод
нз разнородных материалов, то с незначительным наклоном. Это поз-
воляет выполнять компенсированную цепную подвеску с меньшей конст-
руктивной высотой.
Важным параметром цепной подвески является длина струнового
пролета (см. рис. 3). Исследованиями установлено, что при больших
струновых пролетах (более 12 м) из-за наличия местной стрелы про-
веса контактный провод в средней части струнового пролета изнаши-
вается быстрее, чем у струн. Следовательно, чтобы износ контактного
провода в пределах струновых пролетов был равномерным, необходи-
мо их длины принимать по возможности меньшими, особенно в сред-
ней части пролета цепной подвески.
В типовой компенсированной подвеске с одним контактным прово-
дом в зависимости от длины пролета расстояние между струнами при-
нимают от 6 до 8 м, в подвеске с двумя контактными проводами—- от
3,7 до 4,2 м (по несущему тросу при шахматном расположении струн).
Двойные контактные провода в полукомпенснрованной подвеске
обычно крепят на общих струнах с отдельными нижннми звеньями
длиной по 300 мм для каждого провода с расстоянием между струнами
не более 12 м.
При электрификации железных дорог широкое применение нахо-
дит компенсированная подвеска. По своим динамическим качествам
она значительно превосходит полукомпенсироваиную. Даже при не-
высоких скоростях движения неравномерность нажатий полозов токо-
приемников на контактные провода при полукомпенснрованной под-
веске оказывается значительно выше, чем при компенсированной. Это
приводит к неравномерному износу контактных проводов и повышению
их среднего удельного износа, а следовательно, и уменьшению
срока службы. Срок службы двойного контактного провода в компенси-
рованной подвеске в 1,3 раза больше, чем в полукомпенснрованной.
На электрифицированных железных дорогах Советского Союза
смонтированы главным образом одинарная полукомпенсироваиная и
компенсированная цепные подвески.
3. ВЫБОР ТИПА И СХЕМЫ КОНТАКТНОЙ ПОДВЕСКИ
Тип контактной подвески для перегонов и станции выбирают
в зависимости от принятой скорости движения поездов, общей площади
сечения1 проводов контактной сети, климатических и других местных
условий, а также особенностей электроподвижного состава.
1 В дальнейшем в книге принято вместо площади сечения сокращенно —
сечение проводов.
13
Количество проводов в контактной подвеске и их сечение опреде
ляют расчетом на прочность и нагрев. Марку (материал) многопрово-
лочных проводов (ГОСТ 839—74, ГОСТ 4775—75) выбирают с учетом
характеристики атмосферы воздуха (ГОСТ15150—69), в которой они
будут эксплуатироваться, а марку (медный, низколегированный,
бронзовый) контактных проводов — с учетом их износостойкости,
допустимой температуры нагрева и допустимого напряжения при рас-
тяжении (ГОСТ 2584—75).-
Окончательный выбор типа контактной подвески для заданной
максимальной скорости движения поездов производят с учетом числа
и характеристик токоприемников (ГОСТ 12058—72) на электропод-
вижном составе на основании результатов вариантного технико-эко-
номического сравнения различных подвесок. При этом учитывают
также возможное в перспективе повышение скоростей поездов на рас-
сматриваемом участке.
На главных путях линий IV категории, а также станционных
путях, где скорость движения поездов не превышает 70 км/ч, должна
применяться полукомпенсированная цепная подвеска со смещенными
от опор на 2—3 м простыми струнами и сочлененными фиксаторами.
Размер смещения от опор простых струн зависит от конструкции
фиксаторов (простой или сочлененный) и материала (массы), из кото-
рого изготовлены дополнительные стержни, сочлененных фиксаторов
(сталь, алюминиевый сплав). Сочлененный фиксатор вообще рекомен-
дуется применять на путях, где скорости движения поездов превы-
шают 50 км/ч.
На главных и приемо-отправочных путях, по которым предусмат-
ривается безостановочный пропуск поездов со скоростью до 120 км/ч,
допускается использование полукомпенсированной рессорной цепной
подвески или компенсированной цепной подвески со смещенными от
опор на 4—5 м простыми струнами и сочлененными фиксаторами с лег-
кими дополнительными стержнями из алюминиевых сплавов.
На главных путях перегонов и станций при скорости движения
поездов более 120 км/ч (до 160 км/ч) применяют, как правило, компен-
сированную рессорную цепную подвеску с одним (рис. 14, а) или дву-
мя контактными проводами (рис. 14, б). На действующих электрифи-
цированных линиях с разрешения Министерства путей сообщения
(МПС) допускается эксплуатация полу компенсированных рессорных
цепных подвесок и двойной (рис. 14, в) с сочлененными фиксаторами.
Пригодность контактной подвески для эксплуатации ее при ско-
рости более 160 км/ч определяется отношением наименьшей эластич-
ности подвески эш1п к наибольшей зшах в пролете (см. с. 178). Это отно-
шение — коэффициент равномерности эластичности подвески =
= Smtn/Smax — должно быть не менее 0,75 в любых расчетных для
района расположения контактной подвески условиях. Применяемые
контактные подвески имеют наименьшую эластичность в опорном
узле, наибольшую -— в средней части пролета. Разрабатываются рав-
ноэластичные контактные подвески, у которых эластичность в опорном
узле равна эластичности в средней части пролета.
14
Рис. 14. Схемы типовых цепных контактных подвесок:
а — рессорной с одним контактным проводом, Zit = 50 м, fit =50 мм; б— рессорной с двумя
контактными проводами, /к—50 м, /к = 65 мм; в — двойной со смещенными простыми опор-
ными струнами Zk=Z, /к=0
На действующих электрифицированных линиях для скорости
200 км/ч может быть приспособлена одинарная рессорная контактная
подвеска с изменением ее схемы (удлинением рессорных проводов,
увеличением их натяжения, смещением от опор на большее расстояние
первых от опор простых струн), а также возможным увеличением на-
тяжения несущего троса и контактных проводов.
При скорости 200 км/ч провес контактных проводов fK значительно
влияет на качество токосъема. Его принимают в зависимости от зна-
чения коэффициента кэ и с условием достижений максимальной рав-
номерности реализуемых контактных нажатий токоприемниками при
их движении вдоль пролета (вдоль анкерного участка).
'Если коэффициент кэ более 0,9, то контактные провода в пролетах
располагают беспровесно (fK = 0). При значениях кэ = 0,85-4-0,90
контактные провода рекомендуется монтировать с провесами =
= 204-30 мм, а при /сэ = 0,754-0,85 — с провесами /к, равными 1/1000
длины части пролета (/к), в которой контактный провод имеет провес
(см, рис. 3). Действительные стрелы провеса контактных проводов
в пролетах не должны отличаться от установленных более чем на
± 10 мм.
Параметры системы «контактная подвеска — токоприемник» долж-
ны быть такими, чтобы размер отжатия контактных проводов токо-
приемниками у опор при ветре до 5 м/с не превышал 150 мм, а при мак-
15
симальной расчетной скорости ветра для рассматриваемого участка
контактной сети — не более 250 мм.
В открытых местах, где скорость ветра может оказаться в процессе
эксплуатации выше нормативной для данного района на 20% и более,
применяют ромбовидные подвески или с оттяжными проводами
(см. гл. IX). В местах, подверженных автоколебаниям, на проводах
контактной сети и высоковольтных линиях электропередачи (ВЛ)
устанавливают гасители автоколебаний.
Провода контактной подвески (их материал, сечение и количество),
выбранной но рассмотренным выше условиям эксплуатации', должны
быть проверены на нагрев тяговыми токами. Задачей теплового расчета
контактной подвески является определение наибольшей температуры
нагрева ее проводов, которая может быть в режиме наибольшей тем-
пературы окружающего воздуха ( 4- 35° С или 4- 40° С) для рассмат-
риваемого района. Если значения температуры, полученные в резуль-
тате расчета, не превышают наибольшие допустимые температуры
для образующих контактную подвеску проводов, то считают, что марки
проводов выбраны по условиям нагрева правильно.
Провода контактной подвески нагреваются неодинаково. Поэтому
обычно нагрев проверяют не всех проводов, а только того провода,
температура нагрева которого может в первую очередь превысить
максимально допустимую. Температура нагрева проводов зависит от
значения и длительности токовых нагрузок, а также от температуры и
скорости воздушного потока, в котором находятся провода.
4. КОНТАКТНЫЕ ПОДВЕСКИ ДЛЯ СКОРОСТЕЙ 200—200 км/ч
Основными направлениями в разработке высокоскоростных кон-
тактных подвесок являются: установление оптимальных геометриче-
ских параметров контактных подвесок; создание равноэластичных и
одновременно равиомассовых контактных подвесок, т. е. имеющих
одинаковую эластичность и массу по длине пролета; увеличение
натяжения проводов, из которых состоит подвеска.
При подготовке электрифицированной на постоянном токе напря-
жением 3 кВ линии Москва — Ленинград к движению поездов со ско-
ростями 200 км/ч для увеличения общего сечения проводов контакт-
ных подвесок па отдельных ее участках были дополнительно подвеше-
ны усиливающие провода, а сталемедный несущий трос ПБСМ-95
был заменен на медный трос М-120. При смене несущего троса одно-
временно удлиняли провода рессорных струн до 18—20 м, а первые
простые струны устанавливали на расстоянии 14—15 м. Компенсирован-
ные подвески были смонтированы по схеме рис. 15, а, а полукомпеп-
сирэванные — по схеме рис. 15, б. У таких контактных подвесок коэф-
фициент равномерности эластичности достигает 0,8—0,85, т. е. они
практически равноэластичны. Некоторое дополнительное выравни-
вание эластичности подвесок в пролете получают при увеличении но-
минального натяжения компенсированного несущего троса М-120 до
19,5 кН и контактных проводов, исходя из напряжения в них 120___
16
Рис. 15, Схемы усовершенствованных одинарных рессорных контактных под-
лесок:
я — компенсирован л oi'i, fit=20~3O мм; б — полукомпенсировациой
130 ЛШа. Контактные провода компенсированных подвесок по схеме
рис. 15, а монтируют с небольшой стрелой провеса = 20—30 мм.
При полукомпенсированных подвесках качество токосъема зна-
чительно зависит от стрел провеса контактных проводов при температу-
рах воздуха, значительно отличающихся от температуры, при которой
контактные провода занимают беспровесное положение. Для улучше-
ния качества токосъема при полукомпенсированных контактных
подвесках их монтаж выполняют по схеме рис. 15, б. Изменение длины
части пролета /к (см. рис. 15, б) с 50 до 40 м за счет увеличения расстоя-
ния от опор до первых простых струн с 10 м до 15 м позволяет в полтора
раза (стрелы провеса контактных проводов относятся как квадраты
длин Д) уменьшить стрелы провеса контактных проводов полукомпен-
сированиых подвесок при температурах воздуха, отличающихся от
температуры беспровесного положения контактных проводов. Умень-
шение стрел провеса контактных проводов в полукомпенсированных
подвесках при высоких положительных температурах воздуха приво-
дит к меньшему изменению натяжения несущего троса от предельно
допустимого (20 кН для М-120).Это в свою очередь также обеспечивает
более равномерную эластичность по длине пролета пол у компенсиро-
ванной подвески в режимах высоких положительных температур
воздуха.
Для скоростей 250—300 км/ч в Советском Союзе разработана двой-
ная равиоэластичная контактная подвеска, у которой в средней части
пролета контактный провод подвешивают к вспомогательному проводу
с помощью зажимов (жестких соединений), а в опорных зонах — с по-
мощью петлевых струн. Жесткие соединения между контактным и
вспомогательным проводами обеспечивают одновременный их подъем
при всех возможных в эксплуатации нажатиях токоприемников, в ре-
зультате чего эластичность подвески в средней части пролета умень-
шается до эластичности в других точках пролета, и цепная подвеска
17
становится равноэластичной. Способствуют этому близкое расположе-
ние гибких струн вспомогательного провода к зажимам, которые сое-
диняют контактный н вспомогательный провода, а также меньшие
расстояния между этими зажимами по сравнению с расстояниями между
петлевыми струнами контактного провода. Чтобы избежать^ резкого
изменения эластичности контактного провода в местах установки
зажимов и между ними, длину струнового пролета в средней части
пролета принимают не более 4 м.
Наличие в цепной подвеске различных (жестких и гибких) связей
между ее проводами и их соответствующее расположение в пролете
создают демпфирующий эффект, что очень важно при эксплуатации
электроподвижного состава с несколькими токоприемниками. Оди-
наковая по длине пролета эластичность цепной подвески обеспечивает
равномерное нажатие токоприемника на контактный провод в различ-
ных точках пролета. Это приводит к меньшему и равномерному износу
контактного провода. Равномерную эластичность подвески при длине
пролета 70 м нетрудно получить уже при суммарном натяжении ее
проводов 35 кН (15 4-10 + 10 кН). Однако для получения надежного
токосъема при более высокой скорости движения поездов суммарное
натяжение проводов подвески целесообразно принимать равным
50 кН (20+15+15 кН). В этом случае используют бронзовые
контактные и вспомогательные провода.
' На новой линии Токайдо (Япония), открытой в 1964 г. для макси-
мальной скорости движения поездов 210 км/ч, одной из основных осо-
бенностей устройства контактной сети переменного тока является то,
что контактный провод цепных подвесок на всем протяжении линии
изменяет высоту расположения над уровнем головок рельсов только
в пределах 550 мм: от + 350 до — 200 мм от нормальной высоты
5000 мм. На этой линии применены четыре типа компенсированных
цепных подвесок с раздельной компенсацией несущего троса, вспомо-
гательного и контактного проводов; обычная двойная; рессорная двой-.
ная; тройная цепная подвеска и двойная демпфированная (рис. 16, а).
Испытания тройной и двойной цепных подвесок показали, что
у двойной демпфированной подвески при скоростях до 250 км/ч коэф-
фициент отрыва полоза токоприемника от контактного провода мини-
мален. В четырех ближайших к опорам струнах цепной подвески уста-
новлены демпфирующие элементы (см. рнс. 13), обеспечивающие рав-
номерную эластичность и массу подвески по длине пролета. Эти эле-
менты также гасят колебания контактного провода при проходе не-
скольких одновременно поднятых токоприемников.
Опыт эксплуатации двойной демпфированной подвески показал,
одиако, что при сильном поперечном ветре полностью нарушаются
ее исходные характеристики. Качество токосъема при этом значительно
ухудшается. Поэтому для линии Сан — Йо, являющейся продолже-
нием линии Токайдо, была рекомендована двойная рессорная цепная
подвеска (рис. 16, б) с увеличенным суммарным натяжением проводов
(55 кН).
В ФРГ на новых магистральных участках, которые должны
быть построены до 1985 г., движение электропсдвижного состава
18
рис. 16. Схемы двойных контактных подвесок, применяемых на скоростных ли-
ниях Японии:
а — двойная демпфированная; б — рессорная с увеличенным натяжением проводов; / — пру-
жинно-воздушный демпфер; 2 — рессорный провод
планируется осуществлять со скоростью 300 км/ч. Для этих участков
разработаны три типа контактных подвесок: тяжелая и легкая двойные
рессорные контактные подвески и одинарная рессорная контактная
подвеска. Длина пролета принята равной 60 м.
Тяжелая двойная рессорная контактная подвеска состоит из'брон-
зового несущего троса 95 мм2, бронзового вспомогательного провода
95 мм2 и двух бронзовых контактных: проводов, легированных
серебром, сечением каждый по 120 мм2. Натяжение проводов соответ-
ственно 27; 27 и 2 X 15 кН, т.'е. суммарное натяжение проводов под-
вески 84 кН.
Легкая рессорная двойная контактная подвеска состоит из бронзо-
вых: несущего троса 70 мм2, вспомогательного провода 70 мм2 и одного
контактного провода 120 мм2. Натяжение проводов соответственно
19
Одинарную рессорную контактную подвеску предполагается выпол-
нить из бронзовых: несущего троса 70 мм2 и контактного провода
120 мм2. Натяжение проводов соответственно 19 и 15 кН, т. е.
суммарное натяжение проводов подвески 34 кН.
Отличительной особенностью разработанных на железных доро-
гах ФРГ контактных подвесок является также то, что фиксаторы
в них выполняют функцию поддерживающих струн. Достигается это
соответствующим наклоном дополнительного стержня сочлененного
фиксатора, при котором масса контактного провода, приходящаяся на
фиксатор, удерживается в подвешенном состоянии за счет горизонталь-
ного усилия на фиксатор от зигзага контактного провода. Кроме того,
под фиксатором контактный провод расположен несколько выше, чем
у соседних струн.
Во Франции для высокоскоростной линии Париж—Лион, где ско-
рость движения поездов будет достигать 300 км/ч, предназначается
усовершенствованная одинарная рессорная контактная подвеска
(рис. 17). Чтобы обеспечить нормальный токосъем при скорости
300 км/ч специальными двухступенчатыми токоприемниками
(см. гл. X), параметры усовершенствованной контактной подвески
несколько изменены по сравнению со стандартной контактной подве-
ской переменного тока, применяемой на электрифицированных фран-
цузских железных дорогах. Натяжение бронзового несущего троса
65 мм2 увеличено с 10 до 14 кН. Медный контактный провод 107 мм2
заменен легированным кадмиевым бронзовым контактным проводом;
его натяжение также увеличено до 14 кН. Медный провод рессорных
струн сечением 29 мм2 заменен на бронзовый сечением 35 мм2; его длина
увеличена с 10 до 15 м (при длине пролета 63 м); натяжение увеличено
с 15 до 4 кН. Расстояние между струнами уменьшено с 9 до 6,75 м
(испытывалась также подвеска с расстоянием между струнами 4,5 м).
В Италии на скоростной магистрали Рим— Флоренция, электрифи-
цированной на постоянном токе напряжением 3 кВ и рассчитанной на
движение электропоездов с максимальной скоростью 250 км/ч, смон-
тирована контактная подвеска с бронзовым несущим тросом 160 мм2
(сечение в медном эквиваленте 140 мм2) и двумя медными контактны-
ми проводами сечением каждый 150 мм2. Натяжение несущего троса
27,5 кН, двух контактных проводов 2 X 15 кН, т. е. суммарное на-
тяжение проводов подвески 57,5 кН. Длина пролета 60 м.
II ПРОВОДА и ТРОСЫ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ
5. КОНТАКТНЫЕ ПРОВОДА
Контактные провода являются одним из основных элементов кон-
тактной сети. От правильного выбора их материалов, сечения и кон-
струкции зависят технико-экономические показатели, стоимость со-
оружения и эксплуатации контактной сети.
Материал для контактных проводов должен обладать высокой ме-
ханической прочностью, износостойкостью (твердостью), электропро-
водностью, нагревостонкостью (тепл о прочностью). Высокая механи-
ческая прочность проводов позволяет давать им большие натяжения.
Это повышает ветроустойчивость контактных подвесок, улучшает ка-
чество токосъема, особенно при высоких скоростях движения поездов,
обеспечивает устойчивую работу цепной подвески в течение всего пе-
риода ее эксплуатации. Высокая электропроводность проводов способ-
ствует снижению потерь электрической энергии в контактных подвес-
ках. Термоустойчивый материал сохраняет при высоких температурах
нагрева прочность и твердость.
В Советском Союзе выпускают бесстыковые медные, низколегиро-
ванные (с легирующими компонентами в меди 0,01—0,08%) и бронзо-
вые (с легирующими компонентами в меди более 0,08%) контактные
провода. Их изготовляют методом непрерывного литья и прокатки
катанки (методом НЛП). Этот метод позволяет получать контактный
провод бесстыковым, т. е. без мест соединения (пайкой, сваркой)
на всей строительной длине провода.
Для электрифицированных железных дорог используют контакт-
ные провода фасонного (рис. 18) и фасонного овального профиля
(рнс. 19) с двумя продольными желобками для захвата головки провода
зажимами. Достоинством овальных проводов является их повышен-
ный на 10% допустимый длительный ток (ввиду большего периметра
профиля и поэтому лучшего охлаждения) и меньшее аэродинамическое
сопротивление. Последнее очень важно, так как позволяет при проек-
тировании новых линий увеличивать длину пролета, а на эксплуати-
руемых линиях, где пролет уже выбран, — иметь повышенную вет-
роустойчивость контактной сети.
Контактные провода по ГОСТ 2584—75 изготовляют следующих
марок; МФ — медный фасонный, МФО — медный фасонный оваль-
ный, НЛФ — низколегированный фасонный, НЛФО — низколеги-
рованный фасонный овальный, БрФ — бронзовый фасонный, БрФО —
бронзовый фасонный овальный. К марке провода добавляют его номи-
нальную площадь сечения. Тогда обозначение провода, например,
низколегированного фасонного сечением 100 мм2 будет НЛФ-100.
Бронзовые контактные провода на верхней части сечения (головке)
должны иметь одну отличительную канавку (рис. 20, а), а низколеги-
рованные — две канавкн, расположенные симметрично относительно
21
Рис. 18. Профиль фасонного
контактного провода марок
МФ, НЛФ и БрФ
Рис. 19. Профиль фасонного
овального контактного провода
марок МФО, НЛФО и БрФО
вертикальной оси (рис. 20, 6). В обозначениях низколегированных и
бронзовых контактных проводов на трафарете барабана после букв
НЛ и Бр указывают легирующий компонент н расчетный процент его
содержания, например: НЛОлО, 04Ф0-100—низколегированный с при-
садкой олова (0,04%) фасонный овальный сечением 100 мм2;
БрЦр0,5Ф-100 — бронзовый с присадкой циркония (0,5%) фасонный
сечением 100 мм2.
В низколегированных контактных проводах, кроме олова (0,03—
0,06% Sn), в качестве легирующих компонентов применяют также маг-
ний (0,04—0,06% Mg), цирконий (0,04—0,06 % Zr), кремний (0,03—
0,06% Si) и титан (0,01—0,04% Т1); в бронзовых контактных прово-
дах— магний (0,15—0,30%), кадмий (0,8—1,1% Cd), цирконий(0,4—
0,6%), а также магний (0,1—0,2%) вместе с цирконием (0,1—0,2%).
Бронзовые контактные провода по сравнению с медными и низколеги-
рованными имеют более высокую износостойкость, прочность и термо-
стойкость, но меньшую проводимость и более । высокую стоимость.
Меньшая проводимость вызывает увеличение расхода электроэнергии
на тягу поездов. Поэтому в качестве легирующих добавок к меди ста-
раются использовать недорогие и недефицитные металлы, которые бы,
повышая износостойкость н прочность контактных проводов, незна-
" ияние легирующих добавок
(примесей) на электриче-
скую^ проводимость про-
водов (проводимость чис-
той меди 100 %) показа-
но на рис. 21.
На железных дорогах
Советского Союза применя-
ют контактные провода се-
чением 85, 100 и 150 мм2,
провода сечением 85 мм2 —
на станционных путях.
чительно уменьшали их проводимость.
Рис. 20. Расположение отличительной канавки
на бронзовых контактных проводах (а) и от-
личительных канавок на низколегированных
контактных проводах (б)
22
Номинальные сечения,
размеры, допустимые от-
клонения и расчетная мас-
са контактных проводов
должны соответствовать
указанным на рис. 18 н
19 н в табл. 1. Отклонение
фактического сечения про-
вода от номинального
должно быть в пределах
от + 2 до —- 1 %.
Марки контактных про-
водов ПО ИХ .химическому рис_ 2р кривые, характеризующие влияние
составу для конкретных примесей на проводимость меди
условий эксплуатации .вы-
бирают sb зависимости от
допустимой наибольшей температуры нагрева проводов и допусти-
мого механического напряжения.
Для медных контактных проводов марок МФ и МФО допускаемая
температура нагрева проводов принята равной 95 °C, а допустимое
механическое напряжение 117,7 МПа;
для низколегированных проводов марок НЛФ и НЛФО эти показа-
тели соответственно равны: 110° С и 127,4 МПа;
для бронзовых контактных проводов марок БрФ и БрФО: 130° С,
137,2 МПа.
Механические характеристики медных и низколегированных кон-
тактных проводов должны соответствовать значениям, указанным
в табл. 2, а бронзовых — в табл. 3.
Таблица 1
Номинальное сечение про- вода, мм2 Размеры проводов, мм Расчетная масса 1 км провода, кг
фасонных фасонных овальных
А н А 1 н
85 11,76±0,22 10,80±0,10 — 755
100 12,81 ±0,25 11,80±0,11 14,92± 0,30 10,50±0,10 890
150 15,50±0,32 14,50±0,13 18,86±0,35 12,50±0,12 1335
Таблица 2
Номинальное сечение про- вода, мм® Временное сопротивление растяжению проводов, МПа, не менее Относительное удлинение проводов, %, не менее Радиус губок при испытании на пе- региб, ММ
медных низколегиро- ванных медных низколегиро- ван пых
85 367,5 377,3 3,5 3,0 16
100 362,6 377,3 4,0 3,5 16
150 352,8 362,6 4,0 3,5 20
Примечания. 1. Число перегибов в плоскости симметрии до полного разрушения не
менее 3.
2. Число скручиваний фасонного провода вокруг оси до разрушения 4.
23
'Г а б л и ц a 3
Номинальное сечение прово- да, мм3 Временное сопротивление при растяжении про- водов, М(1а, легированных Относительное удлинение проводов, % Радиус губок при испытании на перегиб, мм
кадмием магнием цирконием магнием и цирконием
85 431,2 421,4 441 431,2 3,0 16
100 421,4 411,6 431,2 421,4 3,5 16
150 401,8 392 411 ,6 401,8 4 20
Примечания. 1. Число перегибов в плоскости симметрии до полного разрушения
не менее 3.
2. Число скручиваний провода вокруг оси до разрушения 5.
Электрические сопротивления проводов постоянному току при тем-
пературе + 20° С должны быть не более значений, указанных в табл. 4.
Таблица 4
Материал и марка провода Удельное электрическое сопротивле- ние, 10“ 6Х X Ом • м Электрическое сопротивленце провода, Ом/км, при номинальном сечении, мм2
85 100 150
Медный МФ 0,0176 0,207 0,176 0,117
Низколегированный НЛФ 0,0185 0,218 0,185 0,123
Из циркониевой бронзы БрЦрФ 0,0200 0,235 0,200 0,133
Из кадмиевой бронзы БрКдФ 0,0205 0,242 0,205 0,137
Из магниевоциркониевой бронзы БрМгЦрФ 0,0215 0,253 0,215 0,143
Из магниевой бронзы БрМгФ 0,0220 0,259 0,220 0,147
Коэффициент температурного линейного удлинения медных, низ-
колегированных и бронзовых контактных проводов а равен
17 • 10~6 1/°С, а модуль упругости Е = 130 ГПа.
Важной характеристикой контактных проводов является их твер-
дость. Чем тверже материал контактного провода, тем более он устой-
чив в отношении механического износа при проходе по нему токосъем-
ных пластин (вставок) токоприемников. Твердость контактных про-
водов измеряют по методу Бринелля в соответствии с ГОСТ 13406—67.
Число твердости по Бринеллю НВ определяется отношением
нагрузки Р, действующей на шарик (диаметром 2,5 мм), к шаровой
поверхности полученного отпечатка F, т. е. НВ = P/F.
Более твердые провода имеют при испытаниях большие числа
твердости. У новых медных контактных проводов твердость равна
95—120 НВ, у низколегированных — 105—135 НВ, у бронзовых —
110—140 НВ.
24
Пластичность материала, из которого изготовлены контактные про-
вода, характеризуется относительным удлинением 6 (%) отрезков
контактного провода длиной 250 мм, доведенных при растяжении до
разрыва
5 = wo
й)
где /раз — суммарная длина двух соединенных частей разорванного
образца;
k — первоначальная длина образца.
Чем больше значение 6, тем пластичнее материал, т. е. он меньше
подвержен хрупким разрушениям. Как видно из табл.2 и 3, относитель-
ное удлинение у медных контактных проводов сечением 85 мм2 должно
быть не менее 3,5%, а сечением 100 и 150 мм2 — не менее 4%; у низко-
легированных и бронзовых контактных проводов соответственно 3;
3,5 и 4%.
Провода в процессе изготовления подвергаются деформации уплот-
нения (наклепу), вследствие чего материал проводов упрочняется,
и временное сопротивление (предел прочности) при растяжении
у медных контактных проводов увеличивается с 220—240 до 370—
385 МПа. В эксплуатации под влиянием нагрева тяговыми токами и
растягивающих нагрузок происходит обратное явление — разупроч-
нение проводов (уменьшаются временное сопротивление при растяже-
нии и твердость). Скорость разупрочнения проводов зависит от тем-
пературы нагрева и ее длительности, а также от механического напря-
жения растяжения. Разупрочнение проводов сопровождается повыше-
нием их пластичности. Испытания образцов проводов, длительно на-
ходившихся в эксплуатации, показали, что временное сопротивление
при растяжении ов медных контактных проводов может снизиться
с 350—370 до 300 МПа, т. е. на 20%; на 20—25% снижается также
твердость. Разупрочнение начинается уже при длительном нагреве
проводов до 100° С и усиливается при наличии растягивающих напря-
жений.
Медные контактные провода, изготовляемые из меди МО методом
непрерывного литья и прокатки катанки, имеют более высокие меха-
нические характеристики, чем выпускаемые ранее медные контактные
провода из меди Ml, имеющей большее количество примесей, чем медь
МО. Более высокие механические свойства у медных проводов, выпус-
каемых в настоящее время (ов ~ 370 вместо 360 МПа), достигается по-
вышенной деформацией, получаемой проводом в процессе прокаткн
катанки. Вследствие этого такие провода при нагреве разупрочняются
несколько интенсивнее, чем медные контактные провода из меди Ml.
Поэтому допустимая температура нагрева контактных проводов из
меди Ml в течение всего срока их службы не должна превышать 100° С,
а контактных проводов из меди МО — 95° С.
Провода сечением 85 мм2, получающие при изготовлении большее
обжатие, чем провода сечением 100 мм2, разупрочняются быстрее.
При нагреве медных контактных проводов из меди МО до температу-
ры 120° С у них начинается повышенное разупрочнение, появляется
25
явление ползучести (неупругого растяжения). В этом отношении низ-
колегированные контактные провода имеют преимущества по сравне-
нию с медными проводами как из меди МО, изготовленными методом
НЛП, так и из медн Ml, изготовлявшимися ранее на петлевом стане.
Введение легирующих добавок в небольших (не более нужного коли-
чества примесей для медн Ml) количествах в медь при изготовлении
низколегированных контактных проводов создает направленное упроч-
нение материала провода. Поэтому низколегированные контактные
провода допускают более высокую температуру нагрева 110° С в тече-
ние всего срока нх службы и более высокое напряжение растяжения
130 МПа.
^Наиболее стабильные свойства низколегированных проводов полу-
чаются при их легировании оловом.
Границей максимального нагрева проводов может служить тем-
пература, при которой начинает проявляться у них ползучесть. Эта
температура составляет + 140° С для медных, + 150° С для низколе-
гированных и + 180° С для бронзовых контактных проводов.
В эксплуатации обычно наблюдаются отдельные однократные на-
гревы контактных проводов различной продолжительности до темпе-
ратур 70—100° С. В основном же нагревы контактных проводов не пре-
вышают 50—70° С, а при таких температурах изменение свойств про-
водов происходит очень медленно.
Температура нагрева контактных проводов (0,°С) зависит от зна-
чения и длительности тяговых токов, температуры окружающего воз-
духа tmaX, а также от скорости воздушного потока, который обдувает
провода. Чем'лвыше скорость воздушного потока, тем больше провод
охлаждается. Следовательно, при нагреве контактных проводов наибо-
Рис. 22. Тепловые характеристики
контактных проводов МФ-85 (/),
МФ-100 (2), МФО-ЮО (3), МФ-150
(4) при минимальной скорости вет-
ра 1 м/с
лее тяжелые условия будут при мак-
симальной температуре окружающего
воздуха /тах и минимальной скорости
ветра yrain.
При тепловых расчетах проводов
минимальную скорость воздушного
потока % tn обычно принимают равной
1 м/с, а максимальную температуру
окружающего воздуха /тах принима-
ют равной 4~40°С.
Допустимые токовые нагрузки на
контактные провода определяют по
тепловым характеристикам проводов
с учетом расчетной максимальной
температуры воздуха /тах и мини-
мальной скорости ветра г?га1п в рай-
оне электрифицированной линии.<
Тепловая характеристика провода
представляет собой зависимость пре-
вышения установившейся температу-
ры провода над температурой окру-
жающей среды от значения длительно
26
протекающего по нему тока
(рис. 22). Сравнение тепловых
характеристик проводов
МФ-85, МФ-100, МФО-100 и
МФ-150 показывает,! что на
допустимую токовую нагруз-
ку провода влияет не только
площадь сечения провода, но
и его профиль, а при двух
контактных проводах — еще
и расстояние между их осями.
Как видно из рнс. 22, при
допустимом превышении тем-
пературы провода над темпе-
ратурой окружающей среды
60 °C токовая нагрузка для
Рис, 23. Зависимость нагревостойкости 0 от
тока для контактных проводов МФ-100 и
МФО-ЮО (/), БрКдФО-ЮО (2), МФ-150 (3),
2МФ-100 (4)
провода МФ-85 составит 540 А, для проводов МФ-100 и МФО-ЮО —
соответственно 600 и 660 А, для провода МФ-150—750 А.
При двух контактных проводах имеет место тепловое экраниро-
вание, которое начинает существенно сказываться при расстоянии
между осями проводов меньше 60 мм. Следовательно, при расчетах
допустимой плотности тока для двойного контактного провода
2МФ-100 необходимо учитывать расстояния между осями проводов.
Это относится, например, к ромбовидным контактным подвескам, в
которых провода в средней части пролета располагают на расстоя-
нии 50 —100 мм один от другого.
По мере изнашивания контактного провода удельная плотность
тока возрастает по линейному закону, а допустимая токовая нагрузка
на оставшееся сечение провода уменьшается. При превышении тем-
пературы провода над температурой окружающей среды 60°С и ско-
рости ветра 1 м/с допустимую токовую нагрузку на провод МФ-100
с износом 40% принимают 420 А вместо 600 А для неизношен-
ного.
Термостойкость контактного провода при воздействии на него
электрической дуги измеряется кулонами (Кл) и зависит от значения
тока и марки провода. Если значения 0 больше, чем найденные по
кривым рис. 23, то возможен пережог провода.
Как видно из рис. 23, в области значений тока до 4000 А для пере-
жога медных контактных проводов МФ-100 и МФО-ЮО необходимо
300—600 Кл, а бронзового провода БрКдФО-ЮО—ие менее 700—
1100 Кл, т. е. почти в 2 раза больше. В этом отношении бронзовые
контактные провода имеют преимущество перед медными.
Целесообразность применения бронзовых контактных проводов
устанавливают на основании технико-экономических расчетов, в кото-
рых учитывают как единовременные затраты, так и текущие эксплуа-
тационные расходы, включая амортизационные отчисления.
Срок службы медных контактных проводов должен, быть не менее
6 лет, низколегированных — 8 лет, бронзовых — 15 лет.
27
6. НЕСУЩИЕ ТРОСЫ
| Несущие тросы цепных контактных подвесок должны обладать
большой механической прочностью, невысоким коэффициентом темпе-
ратурного линейного удлинения, чтобы не вызывать больших изме-
нений стрел провеса контактных проводов, и быть атмосферостон-
кими.
В качестве несущих тросов применяют неизолированные моно-
металлические, биметаллические и комбинированные многопроволоч-
ные провода.
Монометаллические провода (рис. 24, а) свивают из проволок, из-
готовленных из одного металла (медные, бронзовые, стальные).
Биметаллические провода (рис. 24, 6} свивают из биметаллических
проволок, имеющих сердцевину из одного, а оболочку — из другого
металла (сталемедные, сталеалюминиевые).
Комбинированные провода свивают из проволок, изготовленных
из разных металлов (рис. 24, в), либо из биметаллических проволок и
проволок, изготовленных из одного металла (рис. 24, а), например,
сталеалюминиевые.
Многопроволочные провода изготавливают из круглых проволок,
причем в центре помещают одну проволоку. На эту центральную про-
волоку навивают один или несколько повивов (слоев) проволок в за-
висимости от требуемого сечения провода. При одной проволоке в цент-
ре и равном диаметре всех проволок первый повив имеет шесть про-
волок, а каждый последующий на шесть проволок больше (см. рис. 24).
Таким образом, при одном повиве провод состоит из семи, а при двух
повивах — из 19 (1 + 6 + 12) проволок. Все проволоки одного
повива должны иметь одинаковый диаметр; диаметры проволок от-
дельных повивов могут быть различными.
Условные обозначения многопроволочных проводов, используемых
в качестве несущих тросов, состоят нз буквенной и цифровой частей.
Буквы указывают материал и конструкцию провода: М — медный;
Бр — бронзовый; С — стальной; ПБСМ — биметаллический стале-
медный; ПБСА — биметаллический сталеалюминневый; АС — комби-
нированный сталеалюминиевый; АПБСА — комбинированный из алю-
миниевых и биметаллических сталеалюминиевых проволок. Цифры
указывают на номинальное сечение провода в квадратных миллиметрах.
Рис. 24, Конструкции миогопроволочиых проводов:
а — медные М, бронзовые Бр, стальные С; б — биметаллические сталемедные ПБСМ и стаде'
алюминиевые ПБСА; в — комбинированные АС; е — комбинированные АПБСА
28
Рис. 25. Тепловые характеристики
провода М.120 при отсутствии ветра
(/) и при минимальных скоростях
ветра 1 м/с (2) и 2 м/с (5)
Например, М120 означает: провод
медный сечением 120 мм2.
Материал несущего троса опре-
деляется конструкцией цепной под-
вески, необходимой площадью се-
чения всех ее проводов (обычно
в медном эквиваленте), месторас-
положением электрифицированной
линии и другими условиями.
На электрифицированных ли-
ниях Советского Союза применяют
в основном медные М, биметалли-
ческие сталемедные ПБСМ и сталь-
ные С несущие тросы. В небольшом
количестве эксплуатируются также
бронзовые Бр и биметаллические
сталеалюминиевые ПБСА тросы.
Медные провода в качестве несу-
щих тросов применяют на электри-
фицированных участках постоян-
ного тока, т. е. там, где требует-
ся большая электрическая прово-
димость несущего троса.
Медные многопроволочные провода марки М выпускают по ГОСТ
839—74 из медной твердотянутой проволоки марки МТ.
Временное сопротивление этой проволоки при растяжении должно
быть не менее 390 МПа, а относительное удлинение — не менее 1 %.
Срок службы медных проводов должен быть не менее 40 лет.
Основные данные проводов марок М95 и Ml20, применяемых в ка-
честве несущих тросов, приведены в табл. 5. Тепловые характеристики
провода М120 показаны на рис. 25, из которого видно, что допустимая
токовая нагрузка на провод М120 существенно зависит от скорости
ветра. Для летнего режима при температуре воздуха ~Г 40° С и допус-
тимом превышении температуры провода над температурой окружаю-
щей среды 60° С токовая нагрузка на провод М120 составит: при
отсутствии ветра (у = 0 м/с) — 500 А, при скорости ветра 1 м/с —
650 А, при скорости ветра 2 м/с — 730 А.
Таблица 5
Номиналь- ное сече- те прово- да, мм г Число и диа- метр проволок, мм Расчетные данные проводов марки М Строитель- ная ДЛИН Я , км, не ме- нее
Сечение, мм2, п диаметр, мм, Электрическое сопротивление постоянному току при 20°С, Ом/км, не более Разрушающая нагрузка, кН Масса, kf'/km
95 19X2,51 94,0; 12,6 0,191 39,85 850 1,2
120 19X2,80 117,0; 14,0 0,154 44,46 1058 1,0
29
Т а б л цц а 6
Номиналь- ное сече- ние прово- да, мм2 Число и номиналь- ный диа- метр про- волок, мм Расчетные данные проводов Электрическое сопро- тивление постоянному току при 20°С, Ом/км, не более, проводов Разрушаю- щая наг* рузка при растяже- нии, кН, не менее
Диаметрт мм Сечение, мм1 Масса, к г/км
ПБСМ1 ПБСМ2
25 7X2,2 6,6 25,8 220 1,752 2,388 17,08
35 7X2,5 7,5 33,4 285 1 ,382 1,842 22,12
50 7X3,0 9,0 48,3 412 0,955 1 ,273 31 ,98
70 19x2,2 11,0 69,9 598 0,660 0,880 48,07
95 19x2,5 12,5 90,6 774 0,509 0,679 60,32
120 19X2,8 14,0 114,0 973 0,405 0,539 75,49
Примечание. Строительная длина провода не менее 1,6 км.
В тех случаях, когда большая проводимость несущего троса не
требуется, например на участках переменного тока, станционных пу-
тях, используют биметаллические несущие тросы.
В Советском Союзе по ГОСТ 4775—75 изготавливают биметалли-
ческие сталемедные провода двух марок: ПБСМ1 — провод биметалли-
ческий сталемедный первого класса проводимости и ПБСМ2 — то же
второго класса проводимости. Для изготовления проводов марок
ПБСМ1 и ПБСМ2 применяют биметаллическую проволоку соответст-
венно БСМ1 и БСМ2. В проволоках БСМ1 толщина медной оболочки
составляет 10% радиуса проволоки, в проволоках БСМ2 — только
7%. Поэтому провода ПБСМ1, свитые
Рис. 26. Тепловые характерис-
тики проводов ПБСМ1-70 (/)
и ПБСМ.1-95 (2) при минималь-
ной скорости ветра 1 м/с и на-
греве их переменным (сплош-
ные линии) и постоянным то-
ком (штриховые линии)
из проволок БСМ1, имеют меньшее элек-
трическое сопротивление, чем провода
ПБСМ2, свитые из проволок БСМ2. Вре-
менное сопротивление биметаллических
сталемедных проволок при растяжении
должно быть ще менее 750 МПа. Основ-
ные данные биметаллических сталемед-
ных проводов ПБСМ приведены в табл. 6.
В качестве несущих тросов цепных
подвесок применяют провода ПБСМ-70
н ПБСМ-95, скрученные из 19 сталемед-
ных проволок (см. рнс. 24, б). Провода
ПБСМ используют также в качестве по-
перечных несущих и фиксирующих тро-
сов гибких поперечин и троса группового
заземления опор контактной сети.
Тепловые характеристики проводов
ПБСМ1-70 и ПБСМ1-95 при нагреве их
постоянным и переменным током при ми-
нимальной скорости ветра 1 м/с показаны
на рис. 26. Для сталемедных проводов
наибольшая допустимая температура на-
грева принята равной + 120° С.
30
Таблица 7
Номиналь- ное сече- ние прово- да, мм2 Число и диаметр проволок, мм Расчетные данные стальных канатов Масса сма- занного ка- ната, кг/км
Сечение, мм2 Диаметр, мм Разрушающая нагрузка каната, кН, при прочности проволок па растяжение, МПа
1200 1400 1600
50 7X3,0 50,4 9,2 55,65 64,95 74,25 438
50 19x1 ,8 48,6 9,1 -— 61,20 70,00 418
60 19x2,0 60,0 10,1 -— 75,60 86,40 515
70 19x2,2 72,6 11,1 78,30 91,35 104,00 623
85 19x2,4 86,3 12,1 93,15 108,00 124,00 741
100 19X2,6 101,7 13,2 109,5 127,50 146,00 873
Одним нз способов снижения расхода меди при электрификации
железных дорог может быть замена сталемедных и медных несущих
тросов сталеалюминневыми. Такие провода могут быть биметалличе-
скими ПБСА или комбинированными АПБСА.
Основные данные стальных канатов из семи проволок и из 19 про-
волок приведены в табл. 7.
Стальные канаты используют для несущих тросов контактных под-
весок, фиксирующих тросов, оттяжек опор контактной сети.
Стальные канаты имеют высокую механическую прочность, одна-
ко ввиду того, что онн сильно подвержены атмосферной коррозии, срок
их службы не превышает 10 лет. Даже применение оцинкованной
проволоки для изготовления стальных канатов не обеспечивает дос-
таточно надежной их защиты от коррозии, особенно в местностях,
расположенных вблизи моря, промышленных предприятий. Поэтому
использование стальных канатов ограничено. Для защиты от коррозии
после монтажа и в эксплуатации их периодически'покрывают атмосфе-
ростойкими антикоррозионными смазками повышенной термостойкости
марок ЗЭС и ХБГ-3.
7. УСИЛИВАЮЩИЕ. ПИТАЮЩИЕ,
ОТСАСЫВАЮЩИЕ И ДРУГИЕ ПРОВОДА
В качестве усиливающих, питающих и отсасывающих линий при-
меняют алюминиевые провода сечением 150 или 185 мм2 по ГОСТ 839—
74 из твердотянутых алюминиевых проволок марок АТ или АТп. Алю-
миниевые провода уступают медным в электропроводности и механи-
ческой прочности. Проводимость алюминия в 1,65 раза меньше, чем
проводимость меди, но алюминий легче медн примерно в 3 раза. Поэ-
тому алюминиевые провода, эквивалентные по проводимости медным,
примерно в 2 раза легче медных. Для алюминиевых проводов макси-
мальная допустимая температура нагрева принята + 90° С.
Основные данные неизолированных алюминиевых проводов марок
А и А КП для контактной сети н высоковольтных линий электропере-
дачи приведены в табл. 8. Временное сопротивление алюминиевой
31
Таблица 8
Таблица 9
Номиналь- ное сече- ние прово- да, мма Число и диаметр проволок, мм Расчетные данные проводов марок А и АКП Строитель- ная длина провода, км, не ме- нее
Сечение, мм2 Диаметр, мм Электри- ческое соп- ротивление постоянно- му току при 20°С, Ом/км, не более Разрушаю- щая наг- рузка1 проиода при растя- жении , кН, нс менее Масса, кг /км
50 7X3,00 49,5 9,0 0,576 7,75/8,46 135 3,50
70 7x3,55 69,2 10,7 0,412 10,85/ И ,50 189 2,50
95 7X4,10 92,4 12,3 0,308 14,05/ 14,90 252 2,00
120 19x2,80 117,0 14,0 0,246 18,34/ 20,01 321 1,50
150 19x3,15 148,0 15,8 0,194 23,20/ 24,60 406 1,25
185 19x3,50 183,0 17,5 0,157 28,68/ 30,42 502 1,00
В числителе данные для алюминиевой проволоки марки АТ; в знаменателе —АТп.
Номинальное сече- ние, мм*, (алюми- ний/сталь) Число и диаметр проволок, мм Расчетные данные проводов марок АС Строительная длина, не менее
Сечение, мм2 Диаметр, мм Электри- ческое соп- ротивление постоянно- му току при 20°C, Ом/км, не более Разрушаю- щая наг- рузка про- вода при растяже- нии, кН, не менее Масса провода (без смазки), кг/км
алюминие- вых стальных К S 5С И S 2 г? а S в
35/6,2 6X2,80 1X2,80 36,9 6,15 8,4 0 773 12,74 149 3,0
50/8,0 6X3,20 1 ХЗ,20 48,2 8,04 9,6 0,592 16,32 194 3 0
70/11 6X3,80 1X3,80 68,0 и,з 11,4 0,420 22,98 274 2,0
70/72 18X2,22 19x2,20 68,4 72,2 15,4 0,420 93,25 755 2,0*
95/16 6X4,50 1X4,50 95,4 15,9 13,5 0,299 31,85 384 1 ,5
95/15 26X2,12 7X1,65 91,7 15,0 13,5 0,314 32,02 370 1.5
95/141 24x2,20 37X2,20 91,2 141,0 19,8 0,316 174,90 1357 1 5*
120/27 30x2,22 7x2,20 116 26,6 15,5 0,249 48,85 528 2,0
150/34 30X2,50 7X2,50 147 34,3 17,5 0,196 60,86 675 2,0
185/43 30X2,80 7x2,80 185 43,1 19,6 0,156 76,52 846 2,0
185/128 54х2,Ю 7X2,10 187 128,0 23,1 0,155 176,49 1525 2,0*
• Сталеалюминневые провода повышенной механической прочности могут изготавливаться
длиной 4 км.
проволоки (диаметром более 2,5 мм2) при растяжении должно быть не
менее 150 МПа.
Алюминиевые провода марки А преимущественно применяют в ме-
стах, где в атмосфере воздух типов I и II, но при условии содержания
в атмосфере сернистого газа не более 150 мг/(м2 - сутки) на суше всех
макроклиматических районов, кроме районов ТВ и ТС.
Алюминиевые провода марки А КП представляют собой провода мар-
ки А, у которых межпроволочное пространство всего провода, за ис-
ключением наружной поверхности, заполнено нейтральной смазкой
повышенной термостойкости. Такие провода рекомендуется исполь-
зовать на побережьях морей, соленых озер, в промышленных районах и
в районах засоленных песков, а также в прилежащих к ним районах
с атмосферой воздуха типов II и III в случаях, когда содержание в ат-
мосфере сернистого газа превышает 150 мг/(м2 • сутки) и хлористых
солей превышает 2,0 мг (м2 • сутки) па суше и море всех макроклима-
тических районов.
Срок службы проводов марки А составляет не менее 40 лет, а про-
водов марки АКП — не менее 20 лет. Фактический срок службы прово-
дов не ограничивается сроком службы, указанным в стандарте, a on-1
ределяется техническим состоянием провода. I
В качестве проводов воздушных линий электропередачи, групповыхi
заземлений опор и с другим назначением в контактной сети применяют;
сталеалюминиевые провода и стальные многопроволочные и однопро-'
волочные неизолированные провода. j
Для всех сталеалюмиииевых проводов введено единое буквенное'
обозначение АС и цифрами указываются номинальное сечение алюми-1
32
ниевой (в числителе) и стальной (в знаменателе) частей провода
(табл. 9). Так, провода марки АС 185/43 имеют номинальное сечение
алюминия 185 мм2, стали 43 мм2.
Для сталеалюмиииевых проводов максимальная допустимая тем-
пература нагрева принята + 90°С.
s Кроме проводов АС, выпускают также сталеалюминиевые провода
АСКП, АСКС и АСК, предназначенные для использования в районах
с различной степенью загрязнения атмосферы. У проводов АСКП
между проволочное пространство всего провода за исключением на-
ружной поверхности заполнено нейтральной термостойкой смазкой.
У проводов АСКС смазкой заполнена также наружная поверхность.
Таблица 10
Марка провода Число и номи- нальный диа- метр прово- лок', мм Расчетные данные проводов
Сечение, мм2 Диаметр, мм Разрушающая нагрузка при растяжении, кН, не менее Масса, кг/км
ПС-25; ПМС-25 5x2,5 24,6 6,8 16,50 194
ПС-35; ПМС-35 7X2 5 34,4 7,5 24,00 272
ПС-50; ПМС-50 12X2,3 49,9 9,2 32,00 396
ПС-70; ПМС-70 19X2,3 73,9 11,5 51,00 632
ПС-95; ПМС-95 37X1 ,8 94,0 12,6 64,00 755
ПСО-4 1 Х4,0 12,6 4 11,70 99
ПСО-5 1X5,0 19,6 5 17,00 154
2 Зак- 2195
Провода АСК имеют стальной сердечник, изолированный двумя лента-
ми из полиэтилеитерефталатной пленки и заполненный смазкой.
Срок службы проводов АС должен быть не менее 40 лет, проводов
АС КП — не менее 20 лет, а проводов АС КС и АСК в соответствующей
атмосфере воздуха, для использования в которой онн предназначе-
ны, — не менее 10 лет.
Стальные многопроволочные провода изготавливают из обыкно-
венной или медистой телеграфной катанки. Соответственно провода
обозначают буквами ПС и ПМС и цифрами, указывающими сечение
провода. Основные данные многопроволочных стальных проводов ПС
и ПМС приведены в табл. 10.
Однопроволочные стальные провода обозначают буквами ПСО
(провод стальной, однопроволочный) и цифрой,-указывающей диаметр
провода. Основные данные проводов ПСО приведены также в табл. 10.
8. ПРОВОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ И СТРУН
Различные электрические соединения и шлейфы, предназначен-
ные для подключения секционных разъединителей, разрядников и дру-
гих аппаратов к проводам контактной сети, стыковые электрические
соединители рельсовой цепи выполняют из медных гибких неизолиро-
ванных многопроволочных проводов марки МГ, выпускаемых по ГОСТ
20685—75. Йз проводов МГ целесообразно изготавливать сплошные
струны цепных контактных подвесок.
Провода марки МГ свивают нз нескольких стренг (прядей), свитых
в свою очередь из нескольких тонких медных проволок диаметром
0,52—0,97 мм. Этим обеспечивается большая гибкость проводов марки
МГ по сравнению с проводами марки М.
Основные данные медных гибких неизолированных проводов МГ,
применяемых в контактной сети, приведены в табл. 11.
Таблица. 11
Номиналь- ное сече- ние прово- да, мм1 Число н номи- нальный диа- метр прово- лок, мм Расчетные данные проводов марки МГ Строительная длина провода, км, не менее
Сечение, мм* Диаметр, мм Электрическое сопротивление постоянному току при 20°С, Ом/км, не более Масса, кг/км
10 49X0,52 10,40 4,68 1,76 95 2,0
10* 140x0,30 9,89 4,77 1,89 91 2,0
16 49x0,64 15,75 5,76 1,15 144 2,0
16* 224x0,30 15,83 6,03 . 1,18 145 2,0
25 98X0,58 25,88 7,67 0,707 237 2,0
35 133X0,58 35,12 8,70 0,521 322 1,0
50' 133X0,68 48,28 10,20 0,375 442 1,0
70 189x0,68 68,60 12,55 0,264 629 1,0
95 259X0,68 94,01 14,28 0,193 861 0,5
120 259x0,77 120,55 16,77 0,150 1104 0,5
♦ Провода повышенной гибкости.
34
Таблица 12
Диаметр про" волоки, мм Наименьшая толщина медной оболочки проволоки, мм Временное (Сопротивление разрыву, МПа Масса, кг/км
БСМ1 БСМ2 БСМ1 Б СМ2 -
2,2 0,11 0,08 750 31,5 31,0
2,5 0,12 0,09 750 41,0 40 4
2,8 0,14 0,10 750 50,5 49:7
3,0 0,15 0,11 750 59,0 58,0
4,0 0,20 0,14 750 104,3 102,8
6,0 0,20 — 650 236,0 —
Звеньевые струны цепных подвесок изготавливают из сталемед-
ной проволоки марки БСМ1 или БСМ2 диаметром 4 мм. Провода рес-
сорных струн выполняют из сталемедной проволоки диаметром 6 мм.
Основные данные биметаллических сталемедных проволок приве-
дены в табл. 12.
9. СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДОВ
Соединения проводов контактной сети в пролетах должны иметь
механическую прочность, равную прочности провода. Получить сое-
динения проводов такой прочности с помощью различных зажимов не
всегда удается. Поэтому в ГОСТ 12393—77 принято, что зажимы,
предназначенные для механического соединения и анкеровки прово-
дов, должны удерживать эти провода без проскальзывания и разру-
шения провода (включая разрушения отдельных проволок многопро-
волочных проводов) при нагрузке не менее трехкратной допускаемой
или 90% от минимальной разрушающей нагрузки соединяемых про-
водов (принимается меньшее значение).
Допускается перемещение проводов в зажимах при приложении
допускаемой нагрузки, обусловленное уплотнением элементов соеди-
нения. В стыковых зажимах контактного провода зазор между прово-
дами при приложении допускаемой нагрузки не должен превышать
1 мм, при 1,5-кратной допускаемой нагрузке— 1,5.мм.
Арматура, предназначенная для электрического (без обеспечения
механической прочности) соединения проводов, должна удерживать
этн провода без проскальзывания или срыва при нагрузках, превы-
шающих максимальные расчетные для указанных режимов, с коэф-
фициентом запаса не менее 1,5.
Значения предельных нагрузок, при которых арматура должна
Удерживать провода без проскальзывания или срыва, и схемы их
приложения указываются в нормативно-технической документации.
Качество электрического контакта соединений должно удовлетво-
рять требованиям стандартов. При хорошем качестве соединения его
сопротивление должно быть меньше или равно сопротивлению такого
Же по длине участка целого провода. Качество соединения оценивается
значением коэффициента дефектности по электрическому сопротивле-
нию т. е. отношением сопротивления провода в месте соединения
Л>с к сопротивлению такого же по длине участка целого провода £пр.
Так как падение напряжения прямо пропорционально сопротивлению,
то
/Ср = = А(7{;/Д(7Пр,
где А(7С — падение напряжения на соединении;
/Шпр — падение напряжения на участке провода равной длины.
Начальный /ср у новых безболтовых (неразъемных) соединений
многопроволочных проводов и контактных проводов, выполненных с по-
мощью зажимов с вертикальными стопорными болтами, должен быть
не более 0,9; у соединений, выполненных с помощью болтовых плашеч-
ных зажимов (питающих, соединительных и переходных), не более 1,0.
В эксплуатации значения к# для соединения проводов могут быть
больше начальных, но они не должны превышать значений 1, 2.
Если /ср = 1,2-4-2, то это означает, что переходное сопротивление
в контакте имеет повышенное значение, и в зависимости от ответствен-
ности узла и значений токов нагрузки и коротких замыканий для
таких соединений устанавливают более частые сроки замеров: 1 раз
в 3—12 месяцев. При /ср > 2 соединение считается дефектным и долж-
но быть отремонтировано или вырезано и заменено на новое в течение
1 месяца.
Стыкования контактных проводов осуществляют стыковыми за-
жимами, холодной сваркой встык давлением или с помощью соедини-
тельных элементов, закрепляемых на концах стыкуемых проводов
сваркой взрывом.
Наибольшее распространение получил способ стыкования кон-
тактных проводов с использованием различных неразъемных и разъем-
ных болтовых зажимов. В Советском Союзе для стыкования контакт-
ных проводов применяют неразъемные зажимы с вертикальными сто-
порными болтами. Зажимы 059-1-76 для контактных проводов сече-
нием 85 и 100 мм2 имеют шесть стопорных вертикальных болтов и два
зажимных горизонтальных (рис. 27); зажимы 059-2-76 для контактных
проводов сечением 150 мм2 имеют восемь стопорных болтов. Допускае-
мая растягивающая нагрузка для этих зажимов соответственно рав-
на 15 и 20 кН.
Прочность закрепления контактного провода в неразъемном сты-
ковом зажиме во многом зависит от размеров его паза. Основные раз-
меры паза неразъемного стыкового зажима, устанавливаемом на кон-
Рис. 27. Стыковой зажим типа 059-1-76 со стопорными болтами для контактных
проводов сечением 85 и 100 мм2
6,05
Рис. 28. Основные размеры паза не-
разъемного .стыкового зажима .кон-
тактного провода по ГОСТ 12393—77
тактном проводе, должны соответ-
ствовать размерам, указанным на
рис. 28.
Перед установкой стыкового за-
жима его контактные поверхности
и соединяемых проводов должны
быть тщательно зачищены. Стыко-
вые зажимы обязательно подвеши-
вают на струнах к несущему тросу.
В случае расположения стыкового
зажима от струны цепной подвески
на расстоянии менее 2 м последнюю
совмещают со струной стыкового
зажима. При двух контактных проводах в цепной подвеске стыковые
зажимы располагают на расстоянии не менее 6 м друг от друга, а для
улучшения токосъема контактный провод со стыковым зажимом при-
поднимают на-30—50 мм выше второго провода. Струновой зажим на
втором контактном проводе устанавливают на расстоянии 200—
250 мм от середины стыкового зажима. Для уменьшения износа кон-
тактных проводов в местах установки стыковых зажимов при одном
контактном проводе в цепной подвеске стыковые зажимы приподнима-
ют на 10—20 мм выше соседних точек подвеса контактного про-
вода.
Для получения надежного электрического контакта соединяемых
проводов и исключения периодического его замера в эксплуатации
разработаны сварные цельнометаллические соединения проводов с по-
мощью холодной сварки давлением, сварки взрывом и термитной
сварки.
Способы холодной сварки контактных проводов встык давлением
разработаны в Советском Союзе, Японии, Чехословакии, ГДР. Сущ-
ность холодной сварки заключается в том, что при приложении высо-
кого обжатия (до 800 кН) происходит сильное деформирование и тече-
ние металла по границе раздела соединяемых поверхностей, в резуль-
тате чего происходит их схватывание при температуре окружающего
воздуха, т. е. без какого-либо нагрева. Поскольку соединяемые эле-
менты не нагреваются, то химический состав металла в зоне сварки не
изменяется.
С помощью холодной сварки давлением можно соединять медные,
низколегированные и бронзовые контактные провода как новые,
так и изношенные.
Надежность и долговечность соединения встык контактных прово-
дов, полученного холодной сваркой давлением, зависит от многих фак-
торов и в первую очередь от качества очистки поверхности стыкуемых
проводов, способа торцовки (обрезки) их перед сваркой, значения
совместной пластической деформации и геометрических размеров за-
жимного инструмента.
На Японских национальных железных дорогах холодную сварку-
контактных проводов начали внедрять с 1970 г. С тех пор эксплуати-
руется большое количество таких соединений, особенно на пригород
37
36
Рис. 29. Сварной стык контактного провода с защитной накладкой:
« — защитная накладка; б — направление усилия Р при обжатии накладки; / —контактный
провод; 2 — сварной стык; 3 — накладка
ных линиях Токио. Для увеличения ударной прочности сварных сты-
ков на головку контактного провода устанавливают (рис. 29) обжа-
тием с помощью гидравлического пресса накладку жесткости (про-
тектор).
Прочность сварного соединения контактных проводов сечением
110 мма проверяют растягивающей нагрузкой 25 кН.
В Советском Союзе разработаны способы стыкования контактных
проводов соединительными элементами, закрепляемыми на концах
стыкуемых проводов сваркой взрывом. Сущность процесса сварки
энергией взрыва основана на способности металлов образовывать
прочные металлические связи в твердом состоянии при их высокоскоро-
стном соударении. Для получения в твердых телах достаточно мощных
ударных волн технологически наиболее удобны взрывчатые вещества
(ВВ). Однако их применение связано с необходимостью обеспечения
безопасности работающего персонала и со специальной его подготов-
кой.
Соединения многопроволочных проводов выполняют с учетом на-
значения и марки проводов овальными соединителями (их.обжатием
или скручиванием), прессуемыми соединителями, сваркой взрывом,
термитной сваркой, болтовыми зажимами, с помощью вилочных коу-
шей или клиновых зажимов и соединительных планок.
Наиболее распространенным способом для многопроволочных про-
водов является соединение с помощью овальных соединителей. Оваль-
ный соединитель представляет собой трубку овального сечения, из-
готовленную из меди, алюминия или стали; трубка с обоих концов
имеет развальцовку (рис. 30, а).
Медные и сталемедные провода сечением до 150 мм2 соединяют мед-
ными овальными соединителями СОМ (соединитель овальный для
медных проводов), алюминиевые провода сечением до 185 мм2'— сое-
Рис. 30. Овальный соединитель (й) и соединения проводов, выполненные обжа-
тием (б) и скруткой соединителя (в)
38
динителями СОА, сталеалюминиевые провода сечением 185 мм2 —
соединителями СО АС; стальные провода сечением до 95 мм2 — соеди-
нителями СОС. Соединители иа заводе снабжают маркой, указывающей
для какого провода предназначен соединитель, например СОАС-70—
соединитель овальный для сталеалюминиевого провода АС-70.
Эксплуатационная надежность соединения в большой степени зави-
сит от тоге/, насколько тщательно выполнена обработка и очистка сое-
диняемых концов проводов и контактных поверхностей соединителями.
После подготовки к соединению концы проводов вводят в соединитель
внахлестку таким образом, чтобы они выходили из соединителя на 40—
50 мм. Если концы проводов будут соединяться в виде петли термитной
сваркой, каждый конец провода выпускают из соединителя иа длину,
равную 3/4 длины соединителя.
При стыковке алюминиевых проводов между ними в соединителе
устанавливают алюминиевый вкладыш.
Обжатие овальных соединителей на проводах сечением до 185 мм2
осуществляют монтажными клещами МИ-19А (масса клещей 13 кг).
Обжатие проводов проводят по рискам, нанесенным на соединителе
в последовательности их операции (рис. 30, б). Механическую проч-
ность соединений проводов, выполненных с помощью овальных соеди-
нителей, можно увеличить, если вместо обжатия овальных соедини-
телей клещами их опрессовать гидравлическим прессом. Для опрес-
совки овальных соединителей используют набор инструментов
НИОС-2 и гидравлический пресс ПГЭП-2 с электрическим приводом,
ручной гидравлический пресс РГП-7М и др.
Для более полного использования механических и электрических
свойств овальных соединителей, а также упрощения их монтажа ши-
роко применяют соединение сталеалюминиевых, алюминиевых, много-
проволочных и однопроволочных стальных проводов способом скрутки
овального соединителя. При скручивании овального соединителя
с введенными в него концами проводов последние образуют винтовую
линию, причем корпус соединителя плотно обжимает скрученные
провода на всей длине соединителя (рис. 30, в). Для соединения про-
водов овальными соединителями способом скрутки в зависимости от
марки проводов применяют специальные приспособления типов
МИ-189А, МИ-190 или МИ-230А.
На электрифицированных железных дорогах Советского Союза
большое применение получил способ соединения много проволочных
проводов сваркой взрывом.
Сваркой взрывом многопроволочные провода могут быть соединены
как внахлестку, так и встык (врасплет) с расплетением стыкуемых
концов проводов. Контроль качества соединений, выполненных свар-
кой взрывом, осуществляют внешним их осмотром. В соединениях не
должно иметься трещин и надрывов; жилы проводов около соединения
не должны быть перебиты.
Медные и сталемедные провода соединяют с помощью вилочных
коушей, овальных соединителей и соединительной планки (рис. 31, а).
Сталемедные и стальные провода, имеющие натяжение не более 15 кН,
соединяют с помощью двух клиновых зажимов н соединительной план-
39
650
Рис. 31. Соединение проводов:
о — медных и сталемедных; б — сталемедных и стальных с натяжением менее 15 кН; 1 —
трос; 2 — вилочный коуш; 3 — соединительная планка; 4 —овальный соединитель; 5 —шунт;
6 — соединительный зажим; 7 — бандаж
ки (рис. 31,6), причем шунт делают только для сталемедных проводов.
Свободные концы проводов, образующие шунт, могут быть соединены
встык термитной сваркой.
Стальные провода диаметром от 9 до 13 мм также соединяют хому-
товыми стыковыми зажимами типов 079-76. Провода С-50 стыкуют
одним хомутовым зажимом (рис. 32), а провода С-70 — двумя. На за-
жим допускается растягивающая нагрузка не более 30 кН.
Для улучшения электрических характеристик соединений с за-
жимами или овальными соединителями и обеспечивающих необходи-
мую механическую прочность этих соединений свободные концы про-
водов стыкуют термитной сваркой. Термитную сварку проводов вы-
полняют с помощью специальных термитных патронов. Такая сварка
обеспечивает надежный электрический контакт, не требующий в даль-
Рис. 32. Зажим стыковой 0/9-70 для стальных проводов
40
нейшем периодического контроля. Термитной сваркой могут быть сое-
динены алюминиевые, сталеалюминиевые и медные провода всех се-
чений.
Термитную сварку проводов осуществляют с использованием спе-
циальных сварочных приспособлений, клещей или пистолетов. В ли-
ниях электропередачи для термитной сварки встык сталеалюминиевых
и алюминиевых проводов сечением от 50 до 185 мм3 применяют клещи
АТСП50-185 (масса клещей 3,4 кг).
Перед термитной сваркой концы проводов очищают от грязи,
тщательно обезжиривают в бензине Б-70 (запрещается пользоваться
этилированным бензином) или в другом растворителе, дают про-
сохнуть, а затем вставляют в термитный патрон до упора во вкладыш.
Тип термитного патрона должен соответствовать диаметру свари-
ваемых проводов.
Максимальные разрушающие нагрузки Q, кН, соединений стале-
алюминиевых проводов АС, выполненных термитной сваркой, должны
быть не менее:
Сечение провода АС,
мм2 .................... 35 50 70 95 120 150 185
<2, кН.................. 0,2 0,25 0,30 0,45 0,55 0,70 0,80
Максимальные разрушающие нагрузки соединений алюминиевых
проводов таких же сечений, выполненных термитной сваркой, должны
быть не менее 50% от приведенных выше для сталеалюминиевых про-
водов; например, для провода А-185 разрушающая нагрузка соедине-
ния должна быть не менее 0,40 кН.
Термитную сварку проводов производят в соответствии с Инструк-
цией по термитной сварке проводов воздушных линий электропере-
дачи.
ГЛАВА
III ИЗОЛЯТОРЫ
10. ИЗОЛЯТОРЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Изоляторы являются одним из ответственных элементов контактной
сети. Повреждение их может привести к снятию напряжения, а сле-
довательно, к нарушению графика движения поездов на участке.
Из выпускаемых электротехнической промышленностью фарфоро-
вых и стеклянных изоляторов в контактной сети применяют следую-
щие типы изоляторов; фарфоровые линейные подвесные тарельчатые по
ГОСТ 6490—75, стеклянные линейные подвесные тарельчатые по
ГОСТ 21799—76 для районов с загрязненной атмосферой, фарфоро-
вые опорные стержневые и штыревые для наружных установок и спе-
циальные фарфоровые изоляторы для контактной сети электрифициро-
ванных железных дорог по ГОСТ 12670—77.
Грязестойкие изоляторы предназначены для использования в мест-
ностях, подверженных всем видам загрязнений, содержащих проводя-
щие компоненты, и в условиях частых туманов или высокой влажности.
Грязестойкие изоляторы имеют увеличенную длину пути утечки и кон-
структивные отличия, облегчающие условия обмывки их поверхности.
Стеклянные изоляторы легче фарфоровых и лучше их противостоят
ударным нагрузкам. К достоинствам стеклянных изоляторов относится
и то, что в случае электрического пробоя или разрушающего механи-
ческого или термического воздействия закаленное стекло не растрес-
кивается, а рассыпается. Это облегчает нахождение не только места
повреждения на линии, но и поврежденного изолятора в гирлянде, т.е.
позволяет отказаться от профилактической дефектировки изоляторов.
Для изготовления изоляторов, кроме фарфора и стекла, исполь-
зуют также полимерные и другие материалы.
По конструкции изоляторы, применяемые в контактной сети, раз-
деляют на тарельчатые и стержневые, по назначению — на подвес-
Рис. 33. Подвеспой изолятор ПФ6-А
ные, секционные, фиксаторные
и консольные.
На электрифицированных
железных дорогах Советского
Союза наибольшее распростра-
нение получили тарельчатые
изоляторы (рнс. 33). Они со-
стоят из шапки 1, изготовлен
ной из ковкого чугуна, изолиру-
ющей детали (тарелки) 2 из фар-
фора (стекла или стеклофарфо-
ра) и металлического стержня 5,
заканчивающегося пестиком или
серьгой. Головка изолирующей
детали выполнена в форме об-
42
ратного конуса, что обеспечивает надежное сцепление шапки и стер-
жня. Изолирующий элемент соединен с шапкой и стержнем с помощью
портландцемента 4 марки не ниже «500».
Конструкция шапки и стержня с пестиком обеспечивает нормаль-
ное шарнирное сцепление изоляторов при комплектовании их в гир-
лянду. Для предотвращения расцепления шапки одного изолятора с
пестиком другого служат замки 5.
Фарфор изолятора в изломе должен быть однородным по струк-
туре и не иметь открытой пористости. Поверхность фарфора изолято-
ра покрывают ровным слоем гладкой и блестящей глазури. Метал-
лическую арматуру изоляторов оцинковывают.
Для изготовления стеклянных изоляторов из щелочного стекла
применяют состав, принятый для производства обычного оконного
стекла. Высокая механическая прочность и термостойкость стеклянных
изоляторов обеспечиваются специальной термической обработкой —
закалкой. Такая обработка повышает прочность на разрыв и изгиб.
Это позволяет конструировать стеклянные изоляторы с меньшей го-
ловкой изолирующей детали. Поэтому при одинаковых с фарфоровы-
ми изоляторами электрических и механических характеристик стек-
лянные имеют меньшую высоту и массу.
Электрическую прочность изоляторов принято характеризовать
следующими величинами:
сухоразрядным напряжением при частоте 50 Гц;
мокроразрядным напряжением при частоте 50 Гц;
минимальным импульсным разрядным напряжением с формой
волны 1,2/50 мкс;
пробивным напряжением при частоте 50 Гц;
длиной пути утечки.
Сухоразрядным называется напряжение промышленной частоты,
при котором происходит перекрытие изолятора с сухой и чистой
поверхностью.
Мокроразрядным называется напряжение промышленной частоты,
при котором изолятор перекрывается при искусственном дожде силой
3 мм/мин с удельным сопротивлением около 100 Ом • м, направленным
под углом 45° к оси изолятора.
Минимальным импульсным разрядным называется напряжение,
при котором происходит перекрытие изолятора при воздействии на
него импульсного напряжения с формой волны 1,2/50 мкс (длина фрон-
та волны 1,2 мкс, длина волны 50 мкс).
Пробивным напряжением называется такое напряжение, при
котором происходит электрический пробой изолятора в трансформатор-
ном масле через толщу изолирующей детали. Пробивное напряжение,
как правило, не должно быть менее 1,5-кратного значения сухоразряд-
ного напряжения.
Длина пути утечки изолятора Ly — это наикратчайшее расстояние
(огибающая) или сумма наикратчайших расстояний по контурам на-
ружных изолирующих поверхностей между частями изолятора, на-
ходящимися под разными потенциалами. При этом расстояние, из-
меренное по поверхности цементного шва или другого токопроводя-
43
щего соединительного материала, не считается составной частью длины
пути утечки.
Мокроразрядное напряжение определяет условия работы изолято-
ров при внутренних перенапряжениях, импульсное—при атмосфер-
ных, длина пути утечки — при рабочем напряжении в случае увлаж-
нения загрязненного изолятора.
Значение мокроразрядного напряжения зависит от формы изоля-
тора, наличия капельниц (выступов в нижней части ребра изолятора,
предохраняющих ее поверхность от смачивания водой), угла наклона
оси изолятора к горизонтали.
Загрязнение изоляторов практически не влияет на значение сухо-
разрядного напряжения, если относительная влажность воздуха не
превышает 70%. Увлажнение поверхности загрязненных изоляторов
(при росе, моросящем дожде, тумане, мокром снеге) приводит к рез-
кому снижению разрядного напряжения. Наиболее опасными являются
загрязнения, в которых содержится много растворимых в воде солей.
Загрязнение изоляторов опасно не только из-за перекрытий, при-
водящих к снятию напряжения, а в отдельных случаях и к излому i
стержневых изоляторов, но и тем, что оно способствует электролити- '
ческому разъеданию стержня подвесных изоляторов на участках по- |
стоянного тока. I
В эксплуатационных условиях поверхности изоляторов загрязня-
ются и увлажняются неравномерно. Кроме того, при сложной форме ]
изолятора разряд на отдельных участках может отрываться от поверх-
ности и развиваться по наикратчайшему пути в воздухе. В результате .
эффективно используется не вся геометрическая длина пути утечки ]
L-у, а только ее часть. Поэтому напряжение перекрытия изоляторов, :
загрязненных в реальных условиях эксплуатации, пропорционально ;
не геометрической, а эффективной длине пути утечки Ев$ = Еу!к,
где к ~ 14-1,3 — поправочный коэффициент, иногда называемый коэф- *
фициентом формы изолятора.
Коэффициент к зависит не только от формы изолятора, но и от ус-
ловий его загрязнения, т. е. от скорости ветра и интенсивности мокрых ;
осадков, от адгезионных и других свойств загрязняющих веществ. =
Для конкретной местности с определенными метеорологическими ’
условиями, свойствами и интенсивностью загрязнения атмосферы :
вероятность перекрытия изолятора зависит от значения величины .
— L^/Uu1.Ax (здесь L/max — максимальное рабочее напряжение). 1
Величина получила название удельной длины пути утечки (см/кВ), 1
т. е. длины пути утечки (см) по поверхности изоляции на 1 кВ макси- •’
малы-юго рабочего напряжения. i
В зависимости от характеристики местности и опасности источни-
ков загрязнения для работы изоляции установлены шесть степеней i
загрязненности атмосферы и нормированы наименьшие допустимые .1
значения %э, при которых обеспечивается малое число отключений под s
действием рабочего напряжения.
Для воздушных линий с номипальвым напряжением 3—35 кВ j
рекомендуются следующие удельные длины пути утечки (см/кВ, не j
44
рнее) при степени загрязненности атмосферы I, II, III, IV, V и VI
соответственно 1,70; 1,90; 2,25; 2,60; 3,50 и 4,00 см/кВ.
Методика определения степени загрязненности атмосферы, учиты-
вающая все возможные источники загрязнения: промышленные пред-
приятия, засоленные почвы и засоленные водоемы, подробно изложена
в руководящих указаниях по выбору и эксплуатации изоляции (РУ)
в районах с загрязненной атмосферой, в которых характеристика ме-
стности по степени загрязненности атмосферы:
I — особо чистые районы, не подверженные естественным и про-
мышленным загрязнениям, в почве содержится незначительное коли-
чество растворимых ионообразующих примесей (например, лесные
или почвы, имеющие травянистый покров, затрудняющий перенос
пылевых частиц в воздухе);
II — земледельческие районы, для которых характерно примене-
ние в широком масштабе химических веществ (удобрений, гербици-
дов), и промышленные районы, расположенные за пределами наимень-
шего защитного интервала и не подверженные загрязнению соляной
пылью (количество растворимых солей не более 0,5%);
III — VI определяются по степени опасности загрязнений про-
мышленных предприятий, засоленности и характеру покрова солон-
чаковых почв, солености близко расположенных водоемов и расстоя-
нию линий электропередачи от источника загрязнения.
В контактной сети переменного тока рабочее напряжение может
достигать 29 кВ. Следовательно, длина пути утечки у изоляции кон-
тактной сети переменного тока для участков с различной степенью
загрязненности атмосферы должна быть не менее Ту =
Степень загрязненности атмос-
феры ........................ I
Лэ, см/кВ...................1,7
iy, см ....................49,3
II III IV V VI
1,9 2,25 2,6 3,5 4,0
55,1 65,2 75,4 101,5 116,0
Для контактной сети электрифицированных железных дорог вы-
пускают специальные фарфоровые изоляторы ССФ70,' ФСФ70, КСФ70,
ФТФЗО и ПТФ50 (табл. 13). В их обозначениях первая буква указы-
вает па назначение изолятора (С — секционный, Ф — фиксаторный,
К — консольный, П — подвесной), вторая — на конструктивное
выполнение изолятора (С— стержневой, Т — тарельчатый), третья —
на материал изолирующей детали (Ф — фарфоровый); цифры озна-
чают нормированную разрушающую нагрузку при растяжении в ки-
лоньютонах (кН). Пример условного обозначения секционного стерж-
невого фарфорового изолятора с нормированной разрушающей на-
грузкой при растяжении 70 кН: ССФ70.
Механические и электрические параметры фарфоровых изоляторов
Для контактной сети электрифицированных железных дорог должны
соответствовать указанным в табл. 13.
Тарельчатые изоляторы ФТФЗО (старое обозначение ФТФ-3,3/3) и
ПТФ50 (ПТФ-3,3/5) состоят из унифицированной изолирующей фар-
форовой детали подвесного изолятора ПФ6-В, армированной различ-
ной арматурой в зависимости от назначения.
45
Таблица 13
ССФ70
ФСФ70
КСФ70
ФТФ40
ПТФ70
Тип изоля-
тора
Пробивное
напряже-
ние, кВ,
не менее
1 42
1 42
42
20
35
1,1
1 ,1
2,5
42
42
42
24
42
Непроби-
ваемый
»
э
130
130
Фиксаторный изолятор ФТФЗО (рис. 34, а) армирован шапкой,
имеющей патрубок с резьбой Г' для соединения с фиксатором контакт-
ной сети и стержнем, оканчивающимся серьгой.
Изолятор ПТФ50 (рис. 34, б), широко применяемый в качестве под-
весного, армирован обычной шапкой и стержнем с серьгой для удобного
соединения с арматурой контактной сети.
На участках переменного тока широко применяют стержневые,
фарфоровые изоляторы (рис. 35), представляющие собой сплошной
фарфоровый цилиндрический стержень с кольцевыми или винтообраз-
ными ребрами, армированный по концам двумя шапками из ковкого
чугуна. Ребра предназначены главным образом для увеличения длины
пути утечки.
Стержневые изоляторы имеют следующие преимущества по срав-
нению с тарельчатыми. Они электрически непробиваемы, вследствие
Рис. 34. Фиксаторный тарельчатый изолятор ФТФ50 (а) и тарельчатый
изолятор с серьгой ПТФ70 (б)
46
Рис. 35. Стержневые изоляторы на напряжение 27,5 кВ:
а — секционный ССФ70 и б — фиксаторный ФСФ70
чего сокращаются расходы иа контроль в эксплуатации; изготовление
их механизировано; расход металла и фарфора меньше, чем на тарель-
чатые на то же напряжение. Однако стержневые изоляторы менее на-
дежны в механическом отношении: при перекрытии изолятора и уда-
рах может произойти его разрушение. Механическая разрушающая
нагрузка при растяжении изолятора ССФ70 (ССФ-27,5/5) (рис. 35, а)
не менее 70 кН.
Фиксаторный стержневой изолятор ФСФ70 £ (ФСФ-27,5/3,5)
(рис. 35, б) для соединения с фиксатором в одной из шапок имеет пат-
рубок с резьбой 1". Механическая разрушающая нагрузка изолятора
при растяжении не менее 70 кН.
Консольный стержневой изолятор КСФ70 (ИКСУ-27,5) (рис. 36)
устанавливают в подкос изолированной консоли около пяты, чем до-
стигается изоляция консоли от опоры. Изолятор работает на изгиб
и сжатие и поэтому выполнен более массивным.
Для проверки изоляторы подвергаются приемо-сдаточным, типо-
вым и периодическим испытаниям. Приемо-сдаточные испытания про-
водят на изоляторах, отобранных методом систематического отбора
единиц в выборку. Типовые испытания изоляторов проводят при из-
менении конструкции, технологии изготовления и применяемого сырья.
Типовые испытания проводят на изоляторах, отобранных от партии,
прошедшей приемо-сдаточные испытания. Периодические испытания
предприятие-изготовитель проводит не реже одного раза в два года на
изоляторах, прошедших приемо-сдаточные испытания.
Основными приемо-сдаточными испытаниями изоляторов являют-
ся: испытание на отсутствие внутренних дефектов, испытание механи-
ческой нагрузкой в течение 1 мин и испытание непрерывным потоком
искр. Качество поверхности изо-
лирующей детали, арматуры и
изолятора в целом проверяют
визуально в соответствии с ГОСТ
14884—79.
Вероятность безотказной рабо-
ты изоляторов должна быть не ме-
нее 0,997, в конце гарантийного
срока эксплуатации (через 2 года
со дня ввода в эксплуатацию) — не
менее 0,994, а в пределах срока
службы — не менее значения, опре-
75 75 75 JX-
Рис. 36. Консольный стержневой извля-
тор КСФ70
47
дсляемого но формуле
р (/) = 0,9940 — 0,0028 (Z — 2),
где i — период с момента выпуска изоляторов предприятием-изготови-
телем, год;
0,0028 — коэффициент, характеризующий годовую повреждаемость изо-
ляторов, 1/год.
Средний срок службы изоляторов — 30 лет. Подставив в формулу t — 30,
получим: Р (30) = 0,994 — 0,0028 (30 — 2) = 0,9156 « 0,916. Это означает,
что из каждой тысячи находящихся в эксплуатации изоляторов в течение 30 лет
может выйти из строя 84 изолятора,
В контактной сети электрифицированных железных дорог широко
применяют и изготовляемые для высоковольтных линий электропере-
дачи фарфоровые и на линиях переменного тока стеклянные тарельча-
тые подвесные изоляторы, В обозначениях этих изоляторов в табл. 14,
например ПФ6-Ар буквы означают; П — подвесной, Ф — фарфоро-
вый, С — стеклянный, Г — грязестойкий; число — значение гаранти-
рованной электромеханической нагрузки, на которую рассчитан изо-
лятор, в кН. Буквы А, Б, В и т. д. — различное конструктивное ис-
полнение.
Изолятор ПФ6-А (см. рис. 33) до введения новых стандартов имел
обозначение П-4,5 (подвесной; электромеханическая одночасовая
испытательная нагрузка 4,5 тс).
В отличие от изолятора Г1Ф6-А, у которого конструктивная (стро-
ительная) высота 167 мм, изоляторы ПФ6-Б (рис. 37, а) и ПФ6-В
(рис. 37, б) являются малогабаритными, их конструктивная высота
140 мм. Изолятор ПФ6-В имеет увеличенную длину пути тока утечки
(324 мм) по сравнению с изоляторами ПФ6-А (285 мм) и ПФ6-Б
(280 мм).
Поддерживающие и натяжные (в анкеровках проводов) гирлянды
изоляторов комплектуют из изоляторов ПФ6 и ПТФ50.
Коэффициент запаса прочности изоляторов, т. е. отношение раз-
рушающей нагрузки (гарантированной электромеханической) к нор-
мативной, действующей на изоляторы в соответствующем режиме,
должен быть не менее: в нормальном режиме при наибольшей нагруз-
ке— 2,7; в аварийном— 1,8. Следовательно, изоляторы ПФ6 в нор-
Рпс. 37. Фарфоровые изоляторы, применяемые в контактной сети, типа:
а — ПФб-G; б — ПФС-В
48
Таблица 14
Тип изолятора Гарантирован- ная электро- механическая нагрузка, кН, не менее Напряжение, кВ, не менее Размеры, мм Длина пути утечки, мм, не менее Масса, кг
пробивное испытательное в течение 1 мин Высота Н г — - 1 тт I Диаметр тарелки (ребра) Д
в сухом состоянии под дож- ' дем
Фар фо ровые тар ельчатые
ПФ6-А (П-4,5) 60 . ПО 60 32 167 270 285 6,5
ПФ6-Б (ПМ-4,5) 60 110 60 32 140 270 280 6,0
ПФ6-В (ПФЕ-4,5) 60 по 60 32 140 270 355 5,2
ПФ16-А 160 110 68 40 173 280 365 8,6
ПФЕ-16, ПФ-20А 200 Ст t 125 к л я н н ы е 68 таре 44 льчаг 194 ы е 350 420 12,8
ПС6-А (ПС-4,5) 60 90 58 37 130 255 255 4,1
ПС6- Б 60 90 65 40 130 255 295 4,1
ПС12-Л 120 90 70 40 140 260 325 5,7
Тарельчатые для загряз: еннь х р а й о н о в
ПФ Г -5Л (ПР-3,5) 50 ПО по 48 196 250 450 10,4
ПФГ-6А (ПС-2) 60 ПО 107 50 198 270 440 8,1
ПФГ-8Л (НЗ-6) 80 Ш 120 г ы р е в ы е 110 I О П 0 62 р и ы е 214 300 480 13,5
ШФ10-А (ШС-10) 14 78 60 34 105 140 215 1,4
ШФ20-А (ШД-20) 20 ПО 86 57 199 185 410 3,4
ШФ20-В 13 150 92 63 184 175 385 3,9
ОНС-35-500 (СТ-35) 5 Не пробива- ем 120 80 420 160 100 620 14,5
ОНШ-10- 2000 (ИШД- 10) 20 То же 50 34 210 250 —* 12,7
КО-400с 10 » 135 90 500 230 120 1050 37,8
Примечания. 1. В скобках приведены старые обозначения изоляторов.
2. у штыревых и опорных изоляторов указаны разрушающие механические нагрузки на
49
Рис. 38. Стеклянный тарельчатый изолятор
типа ПС6-А
мальном режиме могут быть
нагружены до 22 кН, а изо-
ляторы ПТФ50 — до 18,5 кН.
В совмещенных анкеров-
ках контактного провода и
несущего троса применяют
изоляторы ПФ 16-А.
На участках переменного
тока допущены в качестве
подвесных стеклянные тарель-
чатые изоляторы ПС6-А (рис.
38) и ПС12-А. Конструктив-
ная высота изолятора ПС6-А
всего 130 мм.
Для районов с повышенным уровнем загрязнения выпускают фар-
форовые изоляторы ПФГ-5А (рис. 39, а) для поддерживающих гирлянд,
ПФГ-6А (рис. 39, б) и ПФГ-8А — для натяжных. Осваивается произ-
водство стеклянного изолятора ПСГ-16А, предназначенного как для
поддерживающих, так и для натяжных гирлянд. Эти изоляторы от-
личаются формой изолирующего элемента (тарелки), обеспечивающей
увеличение пути тока утечки по поверхности изолятора.
Для секционных разъединителей, линий электропередачи 6; 10 кВ
н других элементов и узлов контактной сети используют различные
опорные и штыревые изоляторы.
В секционных разъединителях постоянного тока изоляторы
ОНШ-10-2000 устанавливают последовательно по два в колонке. Сек-
ционные разъединители переменного тока выполняют на опорных
изоляторах ОНС-35-500. Провода линий электропередачи закрепляют
на штыревых изоляторах ШФ10-А и ШФ20-А. В обозначениях опорных
и штыревых изоляторов первые цифры после букв — напряжение ли-
нии. Низковольтные провода дистанционного управления, телеуправ-
ления, волноводные и осветительные подвешивают на изоляторах
ТФ-20.
Рис. 39. Изоляторы для районов с повышенным уровнем загрязнения:
а — ПФГ5А; б — ПФГ6А
50
Основные характеристики линейных изоляторов, устанавливаемых
на контактной сети, приведены в табл. 14.
Недостатком тарельчатых изоляторов является подверженность
электрической коррозии.их стержней, которая уменьшает норматив-
ный срок службы изоляторов в 2—4 раза. Электрокоррозия стержней
изоляторов происходит под действием токов утечки по загрязненной
и увлажненной их поверхности. Интенсивность электрокоррозии на-
ходится в прямой зависимости от количества электричества, сошедшего
с поверхности электр ода-а но да (в данном случае — стержня изоля-
тора) и времени его действия.
Для предотвращения электрокоррозии стержней изоляторов ре-
комендуется более частая очистка поверхности от загрязнений, при-
менение грязестойких изоляторов (ПФГ-5А, ПФГ-6А, ПФГ-8А)
с большей длиной пути утечки. Эффективным способом защиты
является установка на изоляторы дренажных втулок, состоящих из
двух полувтулок (чугунное литье), прикрепляемых к стержню
электропроводным полимерным клеем. Ток утечки в этом случае
будет стекать на поверхность фарфора не со стержня, а со втулки.
В районах с повышенным уровнем загрязнения дренажные втул-
ки устанавливают на вновь монтируемых подвесных изоляторах,
а также на изоляторах, снятых с контактной сети из-за коррозии,
по у которых диаметр шейки прокорродированного стержня боль-
ше наименьшего допустимого.
Предельно допустимыми являются следующие диаметры шеек,
поврежденных коррозией стержней изоляторов:
в анкеровках контактного провода, несущего троса, в поперечных
несущих тросах гибких поперечин, в фиксаторах на кривых радиусом
менее 600 м — 14 мм;
в подвесных гирляндах на главных путях — 12 мм;
в подвесных гирляндах на станциях, в фиксаторах на кривых
радиусом более 600 мм и других узлах — 10 мм.
Для решения вопроса продления срока службы изоляторов по кор-
розии из стержней в районах с повышенным уровнем загрязнения
предусматривается установка изоляторов со стержнями, имеющими
утолщения с 16 до 28 мм на выходе из цементной заделки на длине
20 мм.
Кроме того, на изоляторы наносят гидрофобные (влагоотталкиваю-
щие) вязкие изолирующие покрытия (смазки, пасты). Жирообразная
масса, во-первых, обволакивает частицы загрязнений, изолирует их
друг от друга и препятствует образованию плотных, проводящих
электрический ток во влажных условиях пленок. Во-вторых, на покры-
той смазкой поверхности вода не образует сплошной водяной пленки,
а собирается в капли, в результате чего утечка тока ограничена и ни-
каких частичных разрядов не возникает.
Наиболее эффективными гидрофобными покрытиями являются
кремнийоргапические вазелин КВ-3/10 или паста КПД. Они представ-
ляют собой высоковязкую однородную массу от светло-серого до серо-
голубого цвета, химически инертны, взрывобезопасны, нетоксичны и
51
могут быть использованы прй температурах от — 60 до + 200° С.
На поверхность изолятора их наносят слоем 0,7—1 мм непосредствен-
но перед сезоном с наиболее неблагоприятными метеорологическими
условиями. В большинстве случаев вазелин и паста сохраняют свои
защитные свойства не менее одного года, т. е. в течение этого периода
не требуется очистки изоляторов и возобновления покрытия.
Потеря вазелином и пастой защитных свойств определяется как
по поведению изоляции в увлажненном состоянии (наличие сильного
коронирования и частичных разрядов), так и при осмотре покрытия
(превращение вазелина или пасты в пылевидный осадок, лишенный
вязкости).
Удаляют остатки покрытия с поверхности изоляторов без приме-
нения каких-либо растворителей обтиркой тряпками.
11. УРОВЕНЬ изоляции контактной сети
ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Электрическая изоляция контактной сети подвергается воздействию
различного рода напряжений. Во-первых, это длительно действующие
рабочие напряжения, достигающие на линиях постоянного тока 4 кВ,
на линиях переменного тока 29 кВ.
Во-вторых, кратковременные внутренние перенапряжения, воз-
никающие при включениях и отключениях различных элементов кон-
тактной сети, а также при аварийных режимах. Опасными внутренни-
ми перенапряжениями являются перенапряжения при отключении
коротких замыканий ненагруженных участков контактной сети и тран-
сформаторов. На участках постоянного тока наиболее опасны также
перенапряжения при отключении фидерными выключателями корот-
ких замыканий вблизи тяговой подстанции или поста секционирова-
ния. Их максимальное значение 10—11 кВ, а длительность —
10—15 мс.
На участках переменного тока перенапряжения при отключении
ненагруженных трансформаторов могут достигать более чем трехкрат-
ного значения максимального рабочего напряжения в контактной
сети Umax. При отключении контактной сети без нагрузки напряжение
не превышает 2,5 1/гаах. Перенапряжения" (1,5—2) Пщах имеют дли-
тельность 0,4—0,6 с, а более 2 Umax — 50—70 мс.
Третьим видом напряжений являются грозовые, или атмосфер-
ные, перенапряжения. Максимальные атмосферные перенапряжения
повреждают изоляцию при прямых ударах молнии в опору или кон-
тактную подвеску. Время их воздействия очень мало — 10—100 мс,
однако значения их при ^отсутствии специальных мер защиты могут
достигать миллионов вольт. Таких высоких напряжений не выдержи-
вает изоляция на любое номинальное напряжение. Поэтому атмосфер-
ные перенапряжения ограничивают до приемлемых значений с помощью
специальных устройств (разрядников).
Принятый уровень изоляции должен быть в соответствии с воздей-
ствующими на изоляцию напряжениями, защитными мерами и целе-
52
сообразными запасами, обеспечивающими необходимую надежность.
Такое согласование называется координацией изоляции.
Уровень изоляции выбирают исходя из расчетных кратностей внут-
ренних перенапряжений. Основной характеристикой изоляции яв-
ляется мокроразрядное напряжение, значение которого для контактной
сети переменного и постоянного тока
тт — А'вн бйлах
мр" о,эр ’
где кВн—расчетная кратность внутренних перенапряжений;
Umay — максимальное рабочее напряжение в контактной сети, кВ.
Коэффициент 0,9 в формуле учитывает разницу между напряжением
в эксплуатации и разрядным напряжением, полученным при испыта-
ниях, а поправочный коэффициент р — условия эксплуатации изоля-
тора; его принимают равным 0,94.
В контактной сети переменного тока расчетная кратность внутрен-
них перенапряжений может быть принята равной 3. Тогда мокрораз-
рядное напряжение изоляции должно быть не менее
U 3-29
мр
. . 100 кВ.
0,9-0,94
Уровень изоляции в анкеровках проводов контактной сети должен
быть на 25—30% выше уровня изоляции для других узлов и составлять
125—130 кВ.
Расчетная кратность внутренних перенапряжений в контактной
сети постоянного тока не превышает трех и мокроразрядное напря-
жение изоляции должно быть не менее
ту = °-*
Мр 0,9-0,94
1-5 кВ.
Пробивное же напряжение роговых разрядников на участках по-
стоянного тока принимают 32—34 кВ, т. е. на 15—20% ниже разряд-
ного напряжения защищаемой изоляции. С учетом этого изоляция
контактной сети постоянного тока должна выдерживать мокроразряд-
пое напряжение не менее 34 X 1,2 ж 40 кВ, а анкерная изоляция,
как и при переменном токе, па 25—30% выше, т. е. не менее 50 кВ.
Мокроразрядные напряжения гирлянд тарельчатых изоляторов
Пмг-прямо пропорциональны числу изоляторов в гирлянде п
ИИ1. = Е^пН
где — среднее значение мокроразрядного градиента, кВ/мм; для
фарфоровых тарельчатых изоляторов = 0,21 кВ/мм, для
стеклянных £м = 0,26 кВ/мм;
И — конструктивная высота одного изолятора, мм.
Для гирлянды, состоящей из одного изолятора ПФ6-В (Н — 140 мм) и од-
ного изолятора ПТФ-50 (// = 183 мм), мокроразрядное напряжение составит
0,21 (140-j- 183) G8 кВ. Таким образом, уровень изоляции на участках по-
стоянного тока по мокроразрядному напряжению равен примерно 70 кВ.
53
Для гирлянды, состоящей из двух изоляторов ПФ6-В и одного ПТФ-50,
мокроразрядное напряжение
Пмг = 0,21 (2 * 140+ 1 • 183) ~ 97 кВ,
Такая подвесная гирлянда обеспечивает необходимый уровень изоляции
по мокроразрядному напряжению (100 кВ) на участках переменного тока.
Подвесная гирлянда тарельчатых изоляторов в случае их загрязнения
и увлажнения обеспечит необходимую изоляцию, если суммарная длина пути
утечки всех изоляторов Ауг не менее 754 в местах с небольшим загрязнением
и 1160 мм в местах повышенного загрязнения атмосферы.
Суммарная длина пути утечки у подвесной гирлянды из двух изоляторов
ПФ6-А и изоляторов ПТФ-50
Lyr = 2 . 285+ 1 • 324 = 894 мм.
Следовательно, такая гирлянда обеспечит необходимую изоляцию в местах
небольшого загрязнения, так как в местах повышенного загрязнения суммар-
ная длина пути утечки должна быть не менее 1160 мм. Поэтому в местах с по-
вышенным загрязнением устанавливают грязестойкие изоляторы, например,
ПФГ-5А или ПФГ-6А или увеличивают количество в гирлянде других изоля-
торов. Так, подвесная гирлянда из трех изоляторов ПФГ-5А имеет
£уг = 3 • 450 = 1350 мм,
а из трех изоляторов ПФ6-В и изолятора ПТФ-50 —
АуГ = 3 • 355+ 324 = 1389 мм.
12. ИЗОЛЯТОРЫ И ИЗОЛИРУЮЩИЕ ВСТАВКИ
ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Полимерные изоляторы представляют собой изолирующие эле-
менты, которые могут быть установлены самостоятельно в различных
узлах и устройствах контактной сети. Широкое применение уже по-
лучили полимерные стержневые изоляторы. Разработаны полимерные
подвесные изоляторы взамен подвесных гирлянд фарфоровых тарель-
чатых изоляторов, а также консольные (рис. 40) и фиксаторные изо-
ляторы. В отличие от полимерных изоляторов полимерные изолирую-
щие вставки являются частью какого-либо устройства или узла, на-
пример, секционного изолятора. В секционных изоляторах устанавли-
вают также полимерные изолирующие вставки-скользуиы, по которым
непосредственно скользит полоз токоприемника. Полимерные изолято-
ры и изолирующие вставки по сравнению с фарфоровыми имеют более
высокую механическую прочность и дугостойкость, небольшую маху
и поперечные размеры, не повреждаются от ударов.
Однако при работе на открытом воздухе загрязненная и увлажнен-
ная поверхность полимерной изоляции может разрушаться- токами
утечки с образованием токопроводящих дорожек — треков, способст-
вующих перекрытию изоляции. Этот вид разрушения носит название
трекинга. Стойкость материала изолятора или изолирующей вставки
к процессам трекинга с образованием токопроводящих дорожек
(треков) получила название трекингостойкости. Степень трекинго-
стойкости позволяет оценить возможность и эффективность исполь-
зования полимеров в атмосферных условиях, а также в местах повы-
шенного загрязнения.
54
Рис. 40. Изолированная консоль (а) с
полимерными изоляторами на 3 кВ (Ита-
лия); стержневой изолятор для тяги кон-
соли (б); консольный изолятор (s)
Трекингостойкость полимер-
ных изоляторов и изолирующей
вставки зависит от состава и
структуры материала, из кото-
рого они сделаны, удельной дли-
ны пути утечки, состава загряз-
няющего вещества, формы изо-
ляторов и их электродов.
Опыт эксплуатации полимер-
ных изоляторов и изолирующих
вставок в устройствах контакт-
ной сети показывает, что при
напряжении 3 кВ длина изоля-
торов и их форма определяются
мокроразрядным напряжением,
а при напряжении 25 кВ —
тр еки н гостой кост ью.
Одной из особенностей поли-
мерных материалов является то,
что их механическая прочность
в процессе эксплуатации может
значительно снизиться. Анализ
результатов испытаний стекло-
пластиковых стержней на растя-
жение показывает, что разруше-
ние стержней происходит тогда,
когда их деформация достигает
некоторого предела. При этом
деформация, обусловленная пол-
зучестью материала (способно-
стью материала деформироваться под нагрузкой во времени), зави-
сит от значения механического напряжения: чем выше это напряжение,
тем больше ползучесть стеклопластика и разрушение его происходит
быстрее. Расчеты показывают, что предел длительной прочности стек-
лопластика составляет примерно 50% предела его кратковременной
прочности. Поэтому значение опасного напряжения для однонаправ-
ленных стеклопластиков сгоп = 0,5 сгв, где ав — предел кратковре-
менной прочности материала стеклопластиковых стержней, МПа.
Допустимое напряжение в стеклопластиковом стержне <т должно
быть не более значения опасного напряжения аоп, разделенного на
обобщенный коэффициент запаса прочности п, т. е. о = &ов/п =
= 0,5 сгв/п. Значение обобщенного коэффициента запаса прочности п
находят как произведение частных коэффициентов запаса прочности
При расчете стеклопластиковых стержней, применяемых для изготовления
изоляторов и изолирующих вставок устройств контактной сети, учитывают сле-
дующие факторы и соответствующие им частные коэффициенты запаса проч-
ности: степень ответственности =я 1,0 -~ 1,3; точность расчетных схем па «=
= 1,0-г 1,1; концентрация напряжения м 1,0-г 1,2; нестабильность ма-
териала = 1,1 4- 1,3; масштабный эффект = 1,0 4* 1,1; старение пв =
= 1,0 4- 1,3; влияние окружающей среды п7 = 1,0 4- 1,3.
55
С учетом этих частных коэффициентов обобщенный коэффициент запаса
прочности может иметь следующие минимальное и максимальное значения:
«min = 1,0 • 1,0 1,0 1,1 • 1,0 1,0 1,0 = 1,1; пшах = 1,3 - 1,1 1,2 . 1,3 X
X 1,1 - 1,3 . 1,3 = 4,15.
При правильно выбранном сечении стеклопластикового стержня
прочность полимерного изолятора или вставки будет зависеть от проч-
ности закрепления концевых захватов на стержне. Поэтому прочность
закрепления концевых захватов у полимерных стержневых изолято-
ров и вставок, монтируемых в провода контактной сети, должна быть
не менее прочности этих проводов.
Перед установкой в устройства контактной сети все полимерные
изоляторы и вставки подвергают испытанию нагрузкой, равной 60%
разрушающей для проводов, в которые эти изоляторы или вставки
будут вмонтированы. При установке изоляторов и вставок в контакт-
ный провод МФ-100 испытательная нагрузка (в течение 1 мин) должна
составлять 0,6 • 3700 == 22 кН, в провод М-120 & 27 кН, в провод
ПБСМ-70 ж 28 кН. Изоляторы и вставки считают выдержавшими
испытание, если у них не произошло смещения концевых захватов по
стеклопластиковому стержню.
Электрическая прочность полимерных изоляторов и изолирую-
щих вставок зависит от длины их изолирующей части (удельной длины
пути утечки) и трекингостойкости (эрозионностойкости) материала, из
которого они изготовлены.
Мокроразрядное ’(влагоразрядное) напряжение полимерной изо-
ляции контактной сети переменного тока напряжением 25 кВ должно
быть не менее 100 кВ, анкерной изоляции на 25—30% выше, т. е. сос-
тавлять 125—130 кВ. Мокроразрядное напряжение изоляции контакт-
ной сети постоянного тока напряжением 3 кВ должно быть не менее
соответственно 40 и 50 кВ. Однако целесообразно, чтобы мокроразряд-
ное напряжение полимерных ^изоляторов и вставок на напряжение
3 кВ было не ниже мокроразрядного напряжения применяемых фар-
форовых изоляторов. Например, два подвесных тарельчатых изолято-
ра имеют мокроразрядное напряжение 68 кВ, в этом случае мокро-
разрядное напряжение полимерной изоляции в контактной сети по-
стоянного тока должно быть не ниже 70 кВ.
Как показывают исследования, мокроразрядное напряжение поли-
мерных изоляторов и вставок зависит от их геометрических размеров,
конфигурации и трекингостойкости материала, из которого они или
их защитные чехлы (покрытия) изготовлены. Мокроразрядное напря-
жениелизоляторов и вставок из трекингостойких материалов при их
испытаниях после нескольких перекрытий дугой почти не изменяется.
У изоляторов и вставок из нетрекингостойких материалов мокрораз-
рядное напряжение после каждого перекрытия снижается, например
мокроразрядное напряжение прессованной брусковой изолирующей
вставки из материала АГ-4С после 10 перекрытий может снизиться
на 20%. Поэтому мокроразрядным напряжением для полимерных изо-
ляторов и вставок из нетрекингостойких материалов является значе-
ние разрядного напряжения после 10 испытаний.
56
Мокроразрядное напряжение £7мр полимерных изоляторов и вста-
вок имеет линейную зависимость от длины изолирующей части
где кмр — коэффициент разрядного напряжения для соответству-
ющего материала, кВ/см.
По данным испытаний, при выборе длины изолирующей части
полимерных изоляторов и вставок по мокроразрядному напряжению
можно принимать следующие значения кмр для различных полимерных
материалов:
фторопласт и циклоалифатическая эпоксидная смола (толщина
слоя покрытия не менее 0,5 мм) — 1,75 кВ/см;
термостабилизированный полиэтилен высокой плотности —
1,45 кВ/см;
прессованный стеклопластик АГ-4С, покрытый кремнийоргани-
ческим вазелином, — 0,85 кВ/см.
Опыт эксплуатации различных полимерных изоляторов и изоли-
рующих вставок показал, что на напряжение 3 кВ длину изолирую-
щей части вставок можно устанавливать исходя из требуемого мокро-
разрядного напряжения (70 кВ). В этом случае длина изолирующей
части у полимерных изоляторов и вставок на напряжение 3 кВ долж-
на быть не менее:
у прессованных брусковых вставок из материала АГ-4С —
70/0,85 = 82,3 см ( 80 см);
у стержневых изоляторов и вставок с фторопластовыми защитными
трубками или покрытых циклоалифатической эпоксидной смолой —
70/1,75 = 40 см;
у стержневых изоляторов и вставок с полиэтиленовым защитным
чехлом — 70/1,45 = 48,3 см ( яу 50 см).
В отличие от полимерной изоляции на 3 кВ, у которой основным
показателем является мокроразрядное напряжение, полимерная изо-
ляция на 25 кВ характеризуется в основном трекингостойкостью,
а также удельной длиной пути утечки. Целесообразно соизмерять тре-
кингостойкость полимерных материалов с удельной длиной пути утеч-
ки: чем больше удельная длина пути утечки, тем ниже может быть
трекингостойкость полимерного материала изолятора или вставки.
Исследования и имеющийся длительный опыт эксплуатации пока-
зывают, что при номинальном напряжении в контактной сети 25 кВ
необходимая электрическая прочность у полимерных изоляторов и
вставок будет обеспечиваться, если трек ин го стой кость полимерного
материала будет не ниже, чем у фторопласта (его трек и иго стой кость
можно принять за эталон), а удельная длина пути утечки у полимер-
ного изолятора или вставки будет не менее 2,6 см/кВ для мест неболь-
шого загрязнения атмосферы и 3,5—4,0 см/кВ — для мест повышен-
ного загрязнения атмосферы (промышленные районы, химические за-
воды, морское побережье, солончаки и т. п.).
Таким образом, изолирующая часть у полимерных изоляторов и
изолирующих вставок на номинальное напряжение 25 кВ (максималь-
ное рабочее — 29 кВ) при фторопластовых защитных чехлах или
57
чехлах из других полимерных материалов (но с такой же трекинго-
стойкостью, как у фторопласта) должна быть не менее:
для мест небольшого загрязнения атмосферы — 29 • 2,6 = 75,4 см
( 80 см);
для мест с повышенным загрязнением атмосферы — 29 • 3,5 =
— 101,5 см ( ж 100 см); наибольшее значение — 29 • 4,0 = 116 см
( « 120 см).
В случае же, если трекингостойкосты полимерного материала за-
щитного чехла или покрытия больше, чем фторопласта, то изолирую-
щая часть у изоляторов и вставок может быть несколько короче, но
при этом она должна быть не меньше, чем требуется по мокроразряд-
ному напряжению. Изолирующая часть у изоляторов с фторопласто-
вым защитным чехлом по мокроразрядному напряжению должна быть
не менее 130/1,75 = 74,3 см ( ж 75 см).
Перспективными являются полимерные стержневые изоляторы
без каких-либо защитных чехлов или покрытий. В контактной сети на
напряжение 25 кВ и 3 кВ устанавливают комбинированные полимер-
ные стержневые изоляторы (рис. 41), состоящие из несущих стекло-
пластиковых стержней 2 и защитных трекингостойких чехлов 3. За-
щитный чехол изолятора может быть выполнен из гладкой трубки
(как на рис. 41) или с целью уменьшения длины изолятора — из по-
лимерных втулок с ребрами; полимерные втулки с ребрами могут быть
надеты также на стержень. Полимерные стержневые ребристые изоля-
торы (рис. 42) могут оказаться рациональными в качестве подвесных,
когда требуется возможно меньшая длина изолятора,
В качестве несущих стержней полимерных изоляторов используют
эпоксидно-полиэфирные или эпоксидные стеклопластиковые стержни
диаметром 12—38 мм. Для соединения с арматурой контактной сети
на стержни устанавливают клееобжимные 1 (см., рис. 41) металлические
концевые захваты.
Для устройств контактной сети рациональными могут оказаться не
только короткие полимерные стержневые изоляторы, длина которых
принята в соответствии с необходимой их электрической прочностью
(мокроразрядным напряжением, трекингостойкостью), но и длинные
изоляторы, размеры которых выбраны с учетом обеспечения надежной
работы или повышения безопасности обслуживания устройств контакт-
ной сети. Например, для секционных изоляторов нужны короткие
стержневые изоляторы, чтобы обеспечить им хорошие скоростные ха-
Рис. 41, Полимерный стержневой изолятор с гладким защитным чехлом
на напряжение 25 кВ:
/—концевой захват; 2 — стеклопластиковын стержень; 3 — фторопластовая трубка
58
Рис. 42. Полимерные стержневые натяжные ребристые изоляторы на
25 кВ (Италия) с двойным (а), одинарным (б) ушком; с головкой
для пестика (в)
Рис. 43. Прессованная брусковая изолирующая вставка из полимер-
ного материала АГ-4С на напряжение 3 кВ
600-1000
Рис. 44. Полимерная стержневая изолирующая вставка с фторопластовой защит-
ной трубкой н клееобжпмными концевыми захватами для секционных изоляторов
59
рактеристики. В то же время над секционными изоляторами в несущий
трос целесообразно врезать длинные полимерные стержневые изоля-
торы: это уменьшит вероятность пережога несущего троса в случае
возникновения электрической дуги в секционном изоляторе. Установ-
ка длинных стержневых изоляторов в тягах консолей исключит воз-
можность их перекрытия птицами, повысит безопасность обслужива-
ния изолированных консолей ит. п. Применение длинных полимерных
изоляторов повысит безопасность обслуживания устройств контактной
сети.
Изолирующие вставки из полимерных материалов в зависимости от
назначения могут быть прессованными брусковыми (рис. 43), стерж-
невыми и вставками-скользунами. Секционные изоляторы (см. гл. XIV)
на напряжение 3 кВ комплектуют прессованными брусковы-
ми изолирующими вставками прямоугольного поперечного
сечения (толщина 15—25 мм, высота 60—65 мм) из стеклопластика
АГ-4С. Мокроразрядное напряжение вставок с изолирующей ча-
стью 800 мм составляет 40 кВ, а при покрытии их кремнийоргани-
ческим вазелином КВ-3 или пастой КПД — 70 кВ. Вставки из АГ-4С
имеют низкую трекинго стой кость.
Наиболее рациональными изолирующими вставками как для сек-
ционных изоляторов иа напряжение 15—50 кВ, так и для секционных
изоляторов на напряжение 3 — 6 кВ являются стержневые
изолирующие вставки (рис. 44). В качестве несущих
стержней в этих изоляторах используют стеклопластиковые стержни
диаметром 14—22 мм. Для соединения с другими элементами секцион-
ного изолятора на стержни устанавливают клееобжимные концевые
захваты. Необходимая трекингостойкость вставок достигается за счет
защитных чехлов или покрытий из трекингостойких материалов.
В секционных изоляторах на напряжение 3—6 кВ, эксплуатируе-
мых в условиях чистой и загрязненной атмосферы, могут быть при-
менены стеклопластиковые вставки с защитной трубкой или покрытые
слоем циклоалифатической смолы; длина изолирующей части вставок
не менее 400 мм.
В секционных изоляторах на напряжение 25 кВ длину изолирующей
части вставок принимают 800 мм, а в местах с повышенным загрязне-
нием атмосферы — 1000 мм.
Изолирующие скользуныв отличие от обычных стерж-
невых изолирующих вставок позволяют полозам токоприемников про-
ходить (скользить) непосредственно по защитному чехлу вставки.
Поэтому материал защитных чехлов изолирующих скользунов дол-
жен быть не только трекингостойким и дугостойким, но и ударопроч-
ным и износостойким.
Защитные чехлы изолирующих скользунов могут быть сплош-
ными, либо наборными: из втулок и шайб или только из втулок.
Сплошные защитные чехлы изготовляют из износостойкого и тре-
кингостойкого полимерного материала, либо комбинированными: из
полимерного Иц керамического материалов. Втулки чехлов могут
быть керамическими либо прессованными полимерными.
60
IV АРМАТУРА И ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ
КОНТАКТНОЙ СЕТИ
13. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ДЕТАЛЯМ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
Общие требования. Арматура контактной сети представляет собой
комплекс изделий, которыми крепят конструкции на опорных устрой-
ствах, комплектуют гирлянды изоляторов, фиксируют провода и тросы
на заданном расстоянии друг от друга и относительно пути, соединяют
провода и тросы между собой и т. п.
Эти изделия работают на открытом воздухе в условиях, способст-
вующих интенсивной коррозии, особенно в местах повышенной заг-
рязненности воздуха от промышленных предприятий, химических удоб-
рений, морских солей, а также от тепловозов и паровозов. Кроме того,
они подвергаются постоянным вибрациям при проходе электр©подвиж-
ного состава, воздействию ветровых и гололедных нагрузок и изме-
нений температуры.
Поэтому арматура должна отвечать повышенным требованиям:
иметь достаточную механическую прочность с учетом возможных
перегрузок и усталостных явлений в металле при долговременной ра-
боте под переменной нагрузкой, хорошую сопрягаемость, обеспечи-
вающую свободное скольжение в шарнирах, достаточную надеж-
ность в узлах жесткого крепления, высокую коррозионную стой-
кость.
Для обеспечения указанных требований надежности применяют
арматуру, изготовляемую только на специальных заводах и соответст-
вующую требованиям утвержденных рабочих чертежей и ГОСТ
12393—77.
Более подробно требования к качеству арматуры изложены в нор-
малях на арматуру контактной сети, разработанных Проектно-кон-
структорским бюро Главного управления электрификации и энергети-
ческого хозяйства МПС (ПКБ ЦЭ), в которых обусловлены требова-
ния на материалы, качество отливок и сварки, защитные покрытия,
испытания, маркировку и упаковку.
Для изготовления арматуры контактной сети щ зависимости от
места крепления используют следующие материалы: ковкий и серый
чугун, цветное литье — латунное, бронзовое, алюминиевое, а также
сталь ВСтЗ.
Выпускаемую с завода арматуру подвергают приемо-сдаточным,
периодическим и типовым испытаниям. При приемо-сдаточных испы-
таниях детали осматривают, проверяют размеры, комплектность, каче-
ство и прочность покрытий, состояние резьбы и шарнирности,
проводят механические испытания зажимов, предназначенных для
соединения и анкеровки проводов.
При периодических испытаниях определяют массу, механическую
прочность арматуры и проводят электрические испытания. Периоди-
ческие испытания проводят после каждой замены литейной модели,
61
но не реже одного раза в год и при возобновлении производства ар-
матуры. Типовым испытаниям подвергается арматура нового типа и
при изменении конструкции, технологии изготовления или замене
материалов.
Механические испытания деталей проводят в соответствии со схе-
мами приложения нагрузок, соответствующих рабочим нагрузкам.
Все отобранные образцы испытывают нагрузкой, равной 2-кратной
по отношению к допускаемой, а для стыковых зажимов контактного
провода— 1,5-кратиой, и выдерживают в течение 5 мин. При этих
нагрузках не должно быть выкрашивания металла при затяжке болтов,
остаточных деформаций в материале детали, трещин и нарушений це-
лостности антикоррозионных покрытий, проскальзывания или срыва
проводов.
При испытаниях, проводимых до разрушения арматуры, обращают
внимание на то, чтобы это разрушение происходило при нагрузках
не менее 3-кратной допускаемой, а для стыковых зажимов контактного
провода — 2,5-кратной и чтобы остаточная деформация не наступила
раньше достижения разрушающей нагрузки. Кроме испытаний на
механическую прочность, для некоторых деталей определяют нагрузку,
при которой закрепленный в них провод начнет проскальзывать.
На каждую деталь наносят товарный знак или условные обозна-
чения завода-изготозителя и две последние цифры года изготовления
таким образом, чтобы была обеспечена ясность знаков в течение всего
периода эксплуатации. На сварных, штампованных и кованых изде-
лиях маркировку не наносят.
Арматура из ковкого или серого чугуиа. Для крепления изолято-
ров и проводов контактной сети в узлах, не предназначенных для про-
хождения тока, широкое распространение получили детали из чугуна.
В зависимости от назначения они имеют различную конфигурацию
и рассчитаны на определенную нагрузку.
При изготовлении этих деталей качество отливок проверяют на
изгиб, сжатие, растяжение и твердость. При проверке поверхности
отливок обращают внимание, чтобы не было трещин, заусенцев, намы-
вов, пригара, окалины, отколотых частей и других дефектов, снижаю-
щих качество изделий. Арматуру из чугуна оцинковывают или защи-
щают другим влагоустойчивым покрытием, предотвращающим атмос-
ферную коррозию.
Значения и схемы приложения допускаемых нагрузок для наиболее
распространенной арматуры из чугуна приведены в табл. 15.
Арматура нз цветного литья. Для крепления и стыковки контактных
проводов и тросов во всех узлах, предназначенных для прохождения
тока, применяют детали из цветного литья: латунного и медного —
для медных, сталемедных, бронзовых проводов и тросов; алюминие-
вого — для алюминиевых и сталеалюминиевых проводов.
При изготовлении деталей из цветного литья обращают внимание
на соответствие химического состава материала требованиям стан-
дартов. Поверхность деталей должна быть гладкой с плавными перехо-
дами и не иметь трещин, заусенцев, намывов, пригара и окалины, от-
колотых частей, раковин и других дефектов, снижающих качество
62
Таблица 15
Деталь Схема испытания детали Допускаемая нагрузка Р, кН
Коуш ВИЛОЧНЫЙ Ж 20
Седло одинарное и двойное 10
‘Р
Ушко: одно-и двухлапчатое шарнирное двойное р' К,г 20 2
разрезное шарнирное одинарное 5 2
неразрезное 3/4" неразрезное 1" неразрезное 11/2" Л р J г т 3,5 5 3
Держатели всех типов 4
L~p
Муфты соединительные и крепления труб к пестику —гТГТЗДт] р 5
Зажим: клиновой гк р 20
63
Продолжение табл. 15
Деталь Схема испытания детали Допускаемая нагрузка Р, кН
для одиночного троса 10
хомутовый Р 10
с ушком P\7w° С? 5
Стойка сочленения фиксатора 200 р 3,5
Ролик подвесной Блок компенсатора с подшипниками: роликовыми 5 30
шариковыми J р/2 f 20
изделий. На деталях, используемых для крепления различных про-
водов, указывают сечение этих проводов.
Значения допускаемых нагрузок, а также схемы приложения этих
нагрузок при испытании для наиболее распространенной арматуры из
цветного литья приведены в табл. 16.
Арматура из стали. Все детали контактной сети, имеющие резьбу,
а также натяжные штанги, соединительные планки, серьги и пестики,
изготовляют из стали ВСтЗспб (спокойной), остальные—из стали
ВСтЗпсб £ (полуспокойной). Необходимость применения спокойной
стали для арматуры, имеющей резьбу и значительные механические
нагрузки, обусловлена требованием обеспечения надежности работы
при низких температурах. Сталь ВСтЗкп2 (кипящую), имеющую при
низких температурах повышенную хрупкость, применяют только для
изготовления штанг для грузов, зажимов заземления и других деталей,
которые не несут значительных рабочих нагрузок.
При приемке стальных деталей обращают внимание, чтобы не было
трещин, заусенцев, отколотых частей и пережогов металла; переход
от одного сечения к другому должен быть плавным, без подрезов.
64
Таблица 16
Деталь Схема испытания детали Допускаемая нагрузка Р, кН
Арматура аз цветного литья
Зажим:
струновой
фиксирующий
соединительный и переходный для
многожильных проводов
стыковой для контактного прово-
да:
МФ-85 и МФ-ICO
МФ-150
средней анкеровки
Соединитель проводов
Серьга и пестик двойной
Арматура из стала
1,5
2,5
15
20
15
100% допус-
каемой на-
грузки сое-
диняемых
проводов
20
Пестик с нарезкой и детали сочлене-
ния изоляторов
5
Зажим:
стыковой для стальных тросов
30
I Зак. 2193
65
Продолжение табл. 16
Деталь
для крепления фиксатора к фикси-
рующему тросу
Бугель подвесной п серьга сварная
Коромысло:
для контактных проводов
для питающих проводов
Болт крюковой
d - - 16 мм
d=-~20 мм
Зажим для поперечного несущего
троса
Штанга с пестиком и резьбой, деталь
для анкеровки контактного провода,
бугель анкерный, планки соедини-
тельные
Штанга:
с ушками
для грузов
Муфта натяжная п пластина регули-
ровочная
20
30
10
15
66
Все сварные швы и прилегающие к ним поверхности должны быть очи-
щены от шлака, окалин, наплывов и брызг металла. Сварное соедине-
ние должно иметь прочность не менее прочности основного металла;
наплавленный металл должен быть плотным, не иметь трещин, пор и
незаваренных кратеров. Для защиты от коррозии детали из стали
также покрывают антикоррозионным покрытием, как правило, цин-
ковым при горячем цинковании толщиной не менее 48 мкм и при элект-
ролитическом с последующим хроматированием или фосфатирова-
нием — 24 мкм или лакокрасочными материалами.
Большинство деталей контактной сети является типовыми и имеет
определенные номера по каталогу типового проекта «Арматура кон-
тактной сети». Например, одинарные седла, предназначенные для
укладки несущего троса, обозначают 008-76 или 009-76 в зависимости
от конструкции узла соединения с изолятором: с серьгой или с пести-
ком. Первые три цифры обозначают номер детали по каталогу, две
последние цифры — год выпуска типового проекта.
Ы. ДЕТАЛИ И СТРУНЫ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ
ПРОВОДОВ КОНТАКТНОЙ ПОДВЕСКИ
Цепную подвеску контактной сети и отдельные провода крепят
различными деталями, тип которых выбирают в зависимости от конст-
рукции опорного устройства. На консолях крепление осуществляют
с помощью бугелей различных конструкций: на изогнутых консолях
применяют бугель, выполненный из прутка (рис. 45, а), и на наклон-
ных — пластинчатый (рис. 45, б). Для жестких поперечин используют
треугольный подвес (рис. 46, а). На станциях, кроме того, провода
подвешивают на траверсах. На гибкой поперечине используют комп-
лект деталей для крепления проводов к поперечному несущему тросу
с фиксированием их к верхнему поперечному несущему тросу
(рис. 46, б).
Несущий трос укладывают в седлах (рис. 47) и крепят двусторон-
ними плашками, у которых одна сторона приспособлена для проводов
меиьших сечеиий, другая — для больших. На переходных опорах
полукомпенсированных цепных подвесок, на которых к одному изоля-
тору подвешивают два несущих троса, устанавливают двойные седла.
В компенсированной цепной подвеске необходимо обеспечить при из-
менениях температуры продольное перемещение троса, поэтому его
подвешивают на специальном ролике (рис. 48).
Усиливающие, питающие, отсасывающие и некоторые другие про-
вода подвешивают с помощью тех же седел, которые применяют для
подвески несущих тросов. Широко распространена подвеска несколь-
ких проводов на общей гирлянде изоляторов. В этом случае провода
Располагают в двойном седле и один под другим с последовательным
соединением седел.
Для сочленения изоляторов и седел различных конструкций служат
переходные детали: ушко однолапчатое и двухлапчатое (рис. 49),
серьга и т. п.
3*
67
DU
Рис. 45. Бугель:
а — из прутка d=16 ым; б — пластинчатый; 1 — бугель; 2 - планка; 3 — гайка М16; 4 — серь-
га сварная
Рис. 46. Подвеска па жесткой
(а) и гибкой (б) поперечинах:
1 — жесткая поперечила; 2 — крюко-
вой болт; 3 — опорный уголок; 4 —
треугольный поднес; 5 — серьга; 6 —
поперечный несущий трос; 7 — за-
жим для поперечных несущих тро-
сов; 8 — струпа; 9 — верхний фикси-
рующий трос; 10 — хомутовый за-
жи м
Рис. 47. Одинарное седло:
/ — седло: 2 — планка с резьбой; 3 —
болт М15Х55; 4 —гайка М12; 5 —
шайба; 6' — валик d=HG мм; 7 —
шплинт
Концевую заделку контактных проводов, сталемедных и стальных
тросов выполняют клиповыми зажимами (рис. 50). При заделке конец
провода или троса пропускают через зажим, загибают, а затем вместе
с вставленным в загиб провода клином (большим или малым в зависи-
мости от сечения проводов) вгоняют в зажим. Малый клин предназна-
чен для крепления проводов МФ-150, С-100; большой клин — для
остальных проводов.
Концевая заделка многопроволочных проводов может быть также
выполнена через вилочный коуш 1 креплением трубчатым обжимным
соединителем 2 (рис. 51) или соединительными зажимами. Для обес-
печения надежного электрического контакта места соединения прово-
дов тщательно очищают от грязи и окислов, устраняют заусенцы и
неровности на проводах и очищенную поверхность смазывают техни-
ческим вазелином.
Струны в цепных подвесках служат для крепления контактных
проводов к несущему тросу, а в двойных цепных подвесках к вспомо-
гательному проводу и вспомогательного провода — к несущему тросу.
Струны должны обеспечивать эластичность подвески, а в полуком-
пенсированной цепной подвеске — также возможность свободных
продольных перемещений контактного провода относительно несуще-
го троса при изменениях температуры. Материал струп должен обес-
печивать необходимую механическую прочность, долговечность и
стойкость к атмосферной коррозии. Связь между контактным про-
водом и несущим тросом не должна быть жесткой, поэтому струны
изготовляют отдельными звеньями или гибкими.
Звеньевые струны цепных подвесок изготовляют из сталемедной
проволоки диаметром 4 мм (рис. 52 а, б), отдельные звенья шарнирно
связаны между собой. В зависимости от длины струна может быть вы-
полнена из двух и более звеньев, при этом нижнее звено, связанное
с контактным проводом, во избежание излома должно быть длиной
не более 300 мм. Для уменьшения износа струн в местах соединения
звеньев устанавливают медные коуши. Звеньевые струны прикрепляют
к контактному проводу и несущему тросу стр у новыми зажимами.
Двойные контактные провода нолукомпеисированной подвески
крепятся на общих струнах с отдельными нижними звеньями
(см. рис. 52, б).
Могут применяться также струны из гибкого канатика ПАМГ
сечением 10 мм2 с плотным креплением концов к струновым зажимам,
а также из лавсанового или капронового каната (шнура) диаметром
3—6 мм. Капроновые струны имеют преимущества: не подгорают,
легче осуществляется их регулировка, достигается экономия цветного
металла.
При изменениях температуры происходит взаимное перемещение
контактного провода и несущего троса (по обе стороны от средней
анкеровки). Особенно сильно сказывается это явление в полу компен-
сированной подвеске, в которой несущий трос практически не имеет
продольных перемещений, а у контактного провода эти перемещения
достаточно велики. Взаимное перемещение проводов приводит к пере-
косу струн. В результате меняется как положение контактного про-
69
Рис. 48. Крепление компенсированного несущего троса на ролике:
/ — натяжной зажим; 2 — соединительная планка; 3 — клиновой зажим; 4 — дополнительный
трос; 5— ролик; 6 — основной несущий трос
Рис. 49. Однолапчатое (а) и двухлап-
чатое (б) ушко
Рис. 50. Клиновой зажим:
I — корпус зажима; 2 — клин; 3 — валик; 4 — шплинт; 5 — бандаж
Рис, 51. Концевая заделка мно-
гожильных проводов
70
вода по высоте, так и натяжение
проводов цепной подвески. Чтобы
уменьшить это влияние, угол нак-
лона струны не должен превышать
30° к вертикали.
Если это условие не соблюдает-
ся, то используют скользящие стру-
ны (рис. 53). Длина направля-
ющей, устанавливаемой на несу-
щем тросе, должна быть такой,
чтобы при крайних температурах
обеспечивалось взаимное переме-
щение контактного провода отно-
сительно несущего троса без пере-
коса струны более 30°.
Контактный провод в косых
подвесках смещен относительно не-
сущего троса поперек пути при
угле наклона более 20°, поэтому в
них для предотвращения вывора-
чивания контактного провода при-
меняют специальный рычаг косой
струны, обеспечивающий верти-
кальное положение струиовых за-
жимов.
Для более равномерной эластич-
ности и уменьшения стрел прове-
сов контактного провода при тем-
Рис. 52. Звеньевая струна для оди-
нарного (а) и двойного (б) контакт-
ного провода:
1 — контактный провод; 2 — несущий трос
пературных изменениях контактные провода у опорных конструк-
ций подвешивают на рессорных тросах (см. рис. 3).
Вспомогательный трос 3 изготавливают из сталемедной проволоки
диаметром 6 мм. Он прикрепляется к несущему тросу 1 посредством
зажима рессорной струны. Звеньевые струны 5 и 4 крепят с одной сто-
Рис. 53. Скользящие струны для рабочей (я) и нерабочей (б) ветвей под-
вески;
/ — контактный провод; 2— несущий трос; 3 — соединительный зажим; 4 — направля-
ющая; 5 —скоба; 6 — звеньевая струна; Z —струновон зажим
5) 7
71
роны к вспомогательному тросу струновыми зажимами или медными
скобами, а с другой — к контактному проводу с обычным креплением
струн зажимами.
Струны, устанавливаемые на гибких поперечинах между попереч-
ным несущим и верхним фиксирующим тросами, изготавливают из ста-
лемедной проволоки диаметром 6 мм без звеньев.
15. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛИ
Электрические соединители между отдельными проводами или уча-
стками контактной подвески обеспечивают параллельное соединение
их и непрерывность цепи контактной сети для прохождения электри-
ческого тока. В зависимости от назначения и места установки раз-
личают поперечные (рис. 54, а), продольные (рис. 54, б) и обвод-
ные электрические соединители. Электрические соединители должны
обеспечивать вертикальные и продольные перемещения проводов кон-
тактной подвески при расчетных изменениях температуры.
Электрические соединители, устанавливаемые между контактным
проводом и несущим тросом, изготовляют из медного неизолирован-
ного гибкого (МГ) или медного неизолированного (М) провода сече-
нием не менее 70 мм3 на участках постоянного тока и не менее 50 мм2 —
на участках переменного тока. Соединители, устанавливаемые между
несущим тросом и усиливающим проводом, могут быть выполнены из'
медного или алюминиевого (А) неизолированного провода. Усиливаю-
щие и питающие алюминиевые и сталеалюминиевые провода соеди-
няют между собой алюминиевыми неизолированными проводами се-
чением, соответствующим сечению соединяемых проводов.
Соединители, предназначенные для параллельного соединения под-
весок путей на станциях участков постоянного и переменного тока,
изготовляют из провода МГ или М сечением не менее 70 мм2.
Для большей эластичности электрические соединители из провода
МГ, устанавливаемые между несущим тросом и контактным проводом,
выполняют с тремя эластичными витками диаметром 50—60 мм на
расстоянии 300 мм от контактного провода, а соединители из провода
М — в виде полукольца.
Электрические соединители на многопроволочпых проводах крепят
соединительными зажимами: латунными — для медных проводов
(рис. 55, а) и алюминиевыми — для алюминиевых (рис. 55, б).
Крепление соединителя на контактных проводах осуществляют
посредством болтовых питающих зажимов (рис. 56) или прессован-
ными без болтовым и зажимами. Увеличение поверхности соприкосно-
вения питающего зажима с контактным проводом достигается кли-
пом, забиваемым в зажим при его креплении на контактном проводе..
Нижняя поверхность клина, которая соприкасается с контактным
проводом, выполняется в виде желоба, имеющего тот же радиус кри-
визны, что и головка контактного провода. Конец клипа после его уста-
новки разводят по вертикальной прорези, имеющейся на конце клина.
Прессованные зажимы монтируют с помощью гидравлических прес-
72
Рис, 54. Поперечный (а) и продольный (б) электрические соединители;
/ — алюминиевый провод: 2 — переходной зажим ПАМ; 3—медный провод; 4 — усиливаю-
щий провод; 5 — несущий трос; 6 — соединительный зажим; 7 — соединительный зажим для
алюминиевых проводов; 8 — питающий зажим для контактных проводов; <? —контактный про-
вод; 10 — витки
ПО
Рис, 55, Соединительные зажимы для медных (а) и алюмшшсиых (б) проводив
73
Рис. 5G. Питающий зажим;
/ —копта 1чтпый провод; 2 — соедини-
тельный провод; 3 — клип
сов, создающих усилие опрессовки 200 кН. Разработаны портативные
гидравлические прессы с ручным и электрическим приводами.
Места соприкосновения меди с алюминием при попадании на них
влаги и прохождении электрического тока подвергаются коррозии,
в результате чего повышается переходное сопротивление и происходит
перегрев и пережог соединяемых проводов. Чтобы предотвратить это
явление, для присоединения медных проводов к алюминиевым разра-
ботан специальный переходный зажим ПАМ (рис. 57). Он изготовлен
из алюминия, а в той части зажима, в которой крепится медный про-
вод, снабжен впаянными медными пластинами.
При монтаже контактные поверхности зажимов и концы соединяе-
мых проводов зачищают и смазывают техническим вазелином.
Поперечные соединители (см. рис. 54, а) устанавли-
вают между всеми проводами контактной сети, относящимися к одному
пути или группе путей на станции (контактными, усиливающими
проводами и несущими тросами). Такое соединение обеспечивает про-
текание тока по всем параллельно расположенным проводам.
Поперечные электрические соединители рессорной контактной под-
вески располагают за пределами рессорных проводов, но не далее
15 м от опоры, на следующих расстояниях друг от друга:
на электрифицированных линиях постоянного тока 250—200 м —
если сечение контактных проводов составляет 50 % и более общего се-
чения подвески; 200—150 м — если сечение контактных проводов
менее 50% общего сечения подвески;
на электрифицированных линиях переменного тока 350—250 м —
если сечение контактного провода 50% и более общего сечения;
200—150 м — если сечение его менее 50 % общего сечения.
19П
Рис. 57. Переходный зажим ПАМ:
/ — алюминиевый или сталеалюм и пневый провод; 2 — медный провод; 3 — алюминиевый
зажим; 4 — медные пластинки
74
Электрические соединители на станциях для параллельного сое-
динения подвесок путей, входящих в одну секцию, располагают па
расстоянии 200—400 м друг от друга. Предусматривают обязательную
установку их в местах трогания электровозов и электропоездов.
В горловинах станций па боковых путях, где электровозы постоян-
ного тока трогаются с тяжеловесными составами, в каждом пролете
между опорами не менее двух подвесок соединяются между собой и
между несущим тросом и контактным проводом предусматривают
электрические соединители.
Продольные соединители (см. рис. 54, б) устанавли-
вают в местах сопряжения анкерных участков, на воздушных стрел-
ках и местах подключения усиливающих и питающих проводов к кон-
тактной подвеске. Суммарная площадь сечения продольных соедини-
телей должна быть равна площади сечения соединяемых ими подвесок,
причем для надежного контакта продольные соединители на главных
путях и других ответственных местах контактной сети выполняют
из двух и более параллельно расположенных проводов.
В гололедных районах продольные соединители подключают таким
образом, чтобы обеспечить эквивалентное сечение в пределах переход-
ного пролета для возможности плавки гололеда.
Обводные соединители монтируют в тех местах, где
необходимо соединить отдельные провода, зааикерованные на опоре
или искусственном сооружении с разных сторон, и восполнить в этом
месте недостающее сечение контактной сети. Сечение обводных соеди-
нителей выбирают соответствующим общему сечению соединяемых
подвесок.
В процессе эксплуатации постоянно следят за надежностью элек-
трического контакта у соединителей. В этих целях в местах, где боль-
шая плотность тока, соединительные и питающие зажимы оборудуют
флажками-сигнализаторами, закрепляемыми легкоплавким сплавом.
При температуре, которая превышает температуру окружающей среды
на 100° С, происходит размягчение этого сплава и флажок отпадает,
что позволяет судить о начавшемся перегреве контакта.
На питающих линиях и секционных разъединителях при постоян-
ном токе в местах присоединения питающих проводов и электриче-
ских соединителей к несущему тросу монтируют дополнительные пе-
ремычки, шунтирующие зажимы присоединения проводов к несуще-
му тросу. Сечение перемычки должно соответствовать сечению пи-
тающего провода.
При выполнении присоединений проводов к несущему тросу свар-
кой взрывом установка дополнительных перемычек не требуется.
Для улучшения электрических характеристик соединителей приме-
няют сварку проводов. Для электрических соединителей, не несущих
значительной механической нагрузки, применяют термитную сварку
проводов, обеспечивающую механическую прочность соединителя в
пределах 30—70% прочности целого провода. Соединение несущих
тросов, питающих и усиливающих проводов, где снижение прочности
не допускается, производят сваркой взрывом. Описание этих и дру-
гих методов соединения проводов приведено в п. 9.
75
Г Л А В А
V ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК
16. ОПОРНЫЕ УЗЛЫ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК
Опорным узлом цепной контактной подвески называют часть ее
пролета у опоры между первыми от опоры простыми (иерессорными)
струнами. Опорный узел простой подвески — это часть пролета под-
вески у опоры'между крайними точками подвеса контактного провода.
От конструкции и параметров опорных узлов контактных подвесок во
многом зависят размер износа и равномерность изнашивания контакт-
ного провода в пролете, качество токосъема, особенно при высоких
скоростях движения поездов, надежность работы подвесок при низких
и высоких температурах воздуха, сильном ветре, больших гололедо-
изморозевых отложениях.
Опорные узлы цепных подвесок должны отвечать следующим тре-
бованиям;
иметь эластичность, по возможности близкую к эластичности кон-
тактной подвески в середине пролета;
обеспечивать одинаковое вертикальное перемещение контактного
провода во всех точках опорного узла при изменении температуры
воздуха;
быстро гасить колебания контактного провода после прохода токо-
приемника;
обеспечивать равномерное нажатие токоприемников на контактный
провод по всей длине пролета;
при автоколебаниях препятствовать распространению колебаний
вдоль цепной подвески, не возбуждать горизонтальные колебания
контактного провода.
Опорный узел, как и вся контактная подвеска, представляет собой
сложную колебательную систему. Поэтому качество токосъема опре-
деляется как статическими, так и динамическими его характеристи-
ками. Основной для. опорного узла является характеристика, представ-
ляющая зависимость отжатия контактного провода вертикальной си-
лой вверх и вниз от уровня его свободного положения.
Динамические качества опорных узлов контактных подвесок оце-
нивают по зависимостям свободных вертикальных колебаний контакт-
ного провода у опоры после прохода токоприемника. Такие зависимо-
сти получают экспериментально; по ним устанавливают максимальную
амплитуду вертикальных колебаний контактного провода в опорном
узле, а также степень их затухания. В качестве единицы затухания
колебаний принимают натуральный логарифм отношения амплитуд
колебаний через один период (логарифмический декремент затухания
колебаний). Чем быстрее затухают колебания контактного провода
в опорном узле после прохода токоприемника, т. е. чем больше лога-
рифмический декремент затухания колебаний, тем лучше динамическая
характеристика опорного узла.
76
В зависимости от конструкции и расположения струп различают
следующие опорные узлы одинарных цепных подвесок: с простой стру-
ной (рис. 58, а), от таких опорных узлов незначительно отличаются
по своим характеристикам опорные узлы с двумя простыми струнами,
смещенными от опоры не более чем на 2 м, со смещенными от опоры
(более чем иа 2 м) простыми струнами (рис. 58, б), а также с рессорными
струнами (рис. 58, в).
Рассматривая эквивалентные механические схемы опорных узлов
(рис. 58, г, д, е), нетрудно заметить существенную разницу в рабо-
те опорных узлов с простыми опорными струнами и со смещенными
от опор простыми или с рессорными струмами.
Как видно из рис. 58, г, эквивалентная механическая схема опор-
ного узла цепной контактной подвески с простой струной может быть
представлена нерастяжимой нитью, па которой подвешен груз весом
Q. Вес этого груза зависит от веса контактного провода, приходяще-
гося на струну, нагрузки па нее от вертикальной составляющей натя-
жения контактного провода, и при беспровесном положении может
достигать 100 Н, а при расположении контактного провода с положи-
тельной стрелой провеса — 200 Н.
Если нажатие токоприемника на контактный провод Р будет
меньше веса груза Q или равно ему (Р Q), то никакого подъема кон-
тактного провода у опоры не произойдет (Л/г = 0), т. е. токоприемник
на своем пути встретит жесткую точку, что может привести к отрыву
полоза токоприемника от контактного провода. В этом заключается
основной недостаток цепных подвесок с простыми струнами, установ-
ленными непосредственно у опор.
Чтобы отжать контактный провод у опоры, нажатие токоприемника
Р должно быть больше груза Q (Р >> Q). Тогда контактный провод
будет отжат вверх на высоту АЛ, т. е. струна разгрузится.
Опорный узел
Рис. 58. Схемы опорных узлов цепных подвесок (а, б, е); их эквивалентные схе-
мы (г, д, е)
77
В отличие от опорного узла с простой струной, который становится
эластичным только при большом нажатии токоприемника, опорные
узлы со смещенными от опоры простыми или с рессорными струнами
являются эластичными при всех возможных в эксплуатации нажатиях
токоприемников. Поэтому эквивалентные механические схемы этих
опорных узлов могут быть представлены в виде спиральной пружины
с эластичностью, равной эластичности цепной подвески в опорном узле,
и подвешенным на этой пружине грузом весом Q (см. рис. 58, д, е).
При приложении к грузу вертикальной силы Р о и будет подниматься
на высоту Д/г = Рэ,
где э — эластичность контактной подвески у опоры (см. гл. X).
На рис. 59, а приведена упругая характеристика опорного узла
цепной подвески с рессорными струнами, а на рис. 59, б — с простой
струной.
Конструкцию опорного узла цепной подвески принимают в зави-
симости от скорости движения поездов, типа контактной подвески
(компенсированная или полукомпенсированная) и ее расположения
в плане (прямой участок пути или кривая).
На путях перегонов и станций со скоростью движения поездов
выше 70 км/ч опорные узлы цепных подвесок выполняют с рессорными
струнами, при скоростях менее 70 км/ч — с простыми опорными стру-
нами, смещенными па 1,5—2 м от опоры.
Рессорные струны не устанавливают в опорных узлах полукомпен-
сированных подвесок, расположенных на кривых участках пути ра-
диусом менее 800 м. Не устанавливают их также на нерабочих ветвях
сопряжений всех типов при компенсированной цепной подвеске и на
изолирующих сопряжениях при полукомпенсированиой подвеске неза-
висимо от скорости движения поездов.
В компенсированных цепных подвесках с двумя контактными
проводами на рессорном проводе монтируют четыре струны (рис. 60,а).
Рис. 59. Упругие характеристики опорных узлов ценной подвески с рессор-
ной (а) и простой (б) струной
78
Рис. 60. Схемы опорных узлов ком-
пенсированной с двумя контактными
проводами (а), компенсированной с
одним контактным проводом (б), по-
лукомпенсированной с одним и двумя
контактными проводами (в) рессор-
ной цепной подвески:
/ — контактный провод; 2 — несущий трос;
3 — рессорный провод
Длину рессорного провода независимо от длины пролета принимают
равной /р = 2а = 2 8 = 16 м. Первые рессорные струны устанавли-
вают па расстоянии от опоры е0 = 2 м; длина их должна быть не
менее 1 м. Расстояние между рессорными струнами принято равным
Ср = 2во = 2 2 = 4 м. Первые простые струны устанавливают Да
несущем тросе на расстоянии от опоры е=10 м.
Длина рессорного провода в опорном узле компенсированной рес-
сорной подвески с одним контактным проводом (рис. 60, б) принята
равной /р = 2а = 2 6 = 12 м; расстояние от опоры до первой про-
стой струны е = 10 м.
Для выравнивания эластичности цепной подвески в пролете
расстояния между рессорными струнами увеличивают (см. рис. 15),
принимая, например, <?о = 3 м. Простые струмы устанавливают от
опоры на расстоянии е= 14-4-15 м. Первые от опор рессорные стру-
ны-выполняют одинарными, а вторые — двойными или одинарны-
ми с двумя нижними звеньями. В контактных подвесках, предна-
значенных для скоростей 200 км/ч и выше, длину рессорного про-
вода увеличивают.
В полукомпеисированиых цепных подвесках независимо от длины
пролета и количества контактных проводов опорные узлы выполняют
по схеме рис. 60, в. Длину рессорного провода определяют исходя из
условия одинакового перемещения контактного провода в вертикаль-
ной плоскости у опоры и у первых простых струн при изменении тем-
пературы воздуха. На основании монтажных таблиц ее принимают
равной 10, 12 или 14 м (соответственно а = 5, 6 или 7 м).
В опорном узле полукомпенсированной цепной подвески, располо-
женной на кривой радиусом менее 800 м (рис. 61, а), устанавливают
две простые струны; они смещены от опоры на расстояние с0 = 2 м.
Следующую струн}7 в пролете независимо от его длины закрепляют на
расстоянии от опоры с — 10 м.
79
Рис. 61. Схемы опорных узлов со смещенными от опор простыми струмами типо-
вой полукомпенсировапной подвески на кривой радиусом менее 800 м (а); цеп-
ной подвески с сочлененными фиксаторами (б):
/ — контактный провод; 2 — несущий трос
При монтаже полукомпенсированных цепных подвесок на стан-
ционных путях (кроме главных) струны в опорных узлах смещают от
опор обычно на с0 ^-= 1,5 м. Оставшуюся часть пролета (ZK I — 2 с0)
делят на равные струновые пролеты длиной не более 12 м. Например,
при I = 63 м и с0 = 1,5 м цепную подвеску монтируют с шестью стру-
нами, устанавливая их на расстоянии 12 м одна от другой.
Расстояние 2с0 = 3 м между струнами в опорном узле выбрано
с учетом больших сосредоточенных нагрузок на контактный провод
от фиксаторов. При большом смещении струн от опоры контактный
провод в струновом пролете 2с0 под действием фиксатора получал
бы значительный провес. Это ухудшило бы токосъем в опорном узле,
даже при небольших скоростях.
На главных путях перегонов, станций и приемо-отправочных со
скоростью движения, превышающей 50 км/ч, устанавливают сочленен-
ные фиксаторы. В этом случае целесообразно простые опорные струны
Рис. 62. Экспериментальные данные от-
жатия контактного провода у опоры в
пролете 70 м при различной длине рес-
сорного провода:
I — а =-(); 2 --- а=6 м; 3 — «=!0 м
смещать от опоры на большие
расстояния — до с0 = 5 -? 5,5 м
(рис. 61, б). Такие цепные под-
вески имеют более равномерную
эластичность в пролете. В полу-
компенсированных подвесках,
кроме этого, получаются мень-
шие стрелы провеса контактных
проводов при крайних темпера-
турах за счет сокращения дли-
ны пролета контактного прово-
да с I до /1( = I — 2 с0, что также
повышает качество токосъема.
На эластичность рессорной
цепной подвески у опоры и у
первой простой струны на рас-
стоянии е от опоры (см. рис. 122)
оказывает влияние длина рес-
сорного провода (рис. 62).
Эластичность цепной подвески
у опоры при а = 0 (т. е. при
простой струне в опорном узле)
89
до разгрузки струны практически равна нулю. От длины рессорного
провода зависит сила Рс, при которой происходит разгрузка первой от
опоры простой струны. При этом чем длиннее этот провод, тем раньше
разгружается струна. Рессорный провод несколько увеличивает элас-
тичность цепной подвески у первой струны до момента ее разгрузки.
После разгрузки струны влияние длины рессорного провода цепной
подвески становится значительным. Расстояние между рессорными
струнами 2 с0 в пределах от 0 до 10 м при длине рессорного провода 16—
20 м практически не влияет на эластичность цепной подвески у опоры.
Эластичность цепной подвески у опоры зависит также и от расстояния
от опоры до первой простой струны е. Изменение этого расстояния с 6
до 15 м (при длине рессорного провода 12 м, а = 6 м) увеличивает
эластичность на 25—30%.
Экспериментальные исследования эластичности одинарных рес-
сорных подвесок (см, гл. X) в пролетах различной длины и при различ-
ных натяжениях несущего троса показали, что длина пролета и натя-
жение несущего троса (например, I = 50 м и I = 70 м соответственно
Т = 15 кН и Т = 10 кН) мало влияют на эластичность цепной под-
вески у опоры и у первой простой струны. В средней же части пролета
эластичность цепной подвески существенно зависит от длины пролета
и натяжения проводов. Из этого следует, что эластичность по длине
пролета можно выравнить сокращением длины пролета и повышением
натяжения проводов.
17. АНКЕРНЫЕ УЧАСТКИ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК
И ИХ СОПРЯЖЕНИЯ
Контактные подвески выполняют в виде отдельных участков дли
ной не более 1600 м, механически независимых друг от друга. Такое
разделение позволяет осуществить компенсированные анкеровки ее
проводов, уменьшить зону повреждения в случае обрыва проводов,
упрощает монтаж подвески, так как ее можно сооружать отдельными
участками.
Достигается такое разделение закреплением (анкеровкой) одного
конца провода на специальной, более мощной опоре, способной вос-
принять натяжение провода. Затем провод подвешивают к ряду про-
межуточных опор, рассчитанных
водов, гололеда и ветра. Другой
конец провода закрепляют (че-
рез компенсатор или жестко) на
такой же мощной специальной
опоре (рис. 63). Опоры, вос-
принимающие натяжение про-
вода, называют анкерными, а
расстояние между этими опо-
рами Lay — длиной анкерного
Участка, или просто анкерным
участком.
только на нагрузки от массы про-
Рис. 63. Схема анкерного участка прово-
да при двусторонней его компенсации:
1 — анкерная опора; 2 — средняя анкеровка;
3 - компенсатор
81
Чтобы устранить возможные нежелательные перемещения проводов
в сторону одного из компенсаторов, примерно в середине анкерного
участка устраивают специальный узел контактной подвески, называе-
мый средней анкеровкой. В полукомпснсированных подвесках среднюю
анкеровку делают только для контактного провода, в компенсирован-
ных— для контактного провода и несущего троса.
Длину анкерного участка Аау определяют исходя из условия,
чтобы изменение натяжения компенсированных проводов в анкерном
участке вследствие реакции консолей, струн и фиксаторов не превы-
шало для контактных проводов ± 15'% и для несущих тросов ± 10%
(па скоростных участках ±5%) номинального их натяжения, созда-
ваемого компенсаторами.
Определим, почему может измениться натяжение проводов в анкер-
ном участке. В полу компенсированных цепных подвесках па натяжение
контактного провода большое влияние оказывают струны. При увели-
чении температуры воздуха длина контактного провода увеличивается,
при уменьшении — уменьшается. При этом контактный провод пере-
мещается вдоль анкерного участка. Вследствие этого струны, смонти-
рованные вертикально при средней температуре воздуха для данного
района, получают наклон в плоскости подвески. Причем, чем дальше
струна установлена от средней анкеровки и чем больше температура
изменилась по сравнению со средней, тем больше струна наклонится,
В результате наклона струн в контактном проводе возникнут допол-
нительные усилия А/(с (рис. 64), направленные вдоль контактного
провода, которые будут складываться (или вычитаться при t Д> /ер)
с номинальным натяжением контактного провода /(, создаваемым ком-
пенсатором.
На рис. 64 видно, что усилие А 7% зависит от длины струны, угла ее
наклона в вертикальной плоскости и вертикальной нагрузки на струну
Gc. Последняя в свою очередь зависит от длины струнового пролета
и стрелы провеса контактного провода. Наибольшие изменения натя-
жения контактного провода при отклонении температуры от средней
Рис. 64. Схема, поясняющая влияние на-
клона струны на натяжение контактного
провода:
1 контактный провод; 2— несущий трос; 3 —
наклонная струпа (при 4 — компенса-
тор; ДКс —реакция струны; (Зс — вертнка.аь-
цая ппгруака нп струну; Не уси.тпс в CTpyiie
происходят в пролетах, распо-
ложенных у средней анкеровки
контактного провода, наимень-
шие — в пролетах у компенса-
торов.
На натяжение контактного
провода аналогичное влияние
оказывают фиксаторы, когда
при продольном перемещении
провода они оказываются пепер-
псидикуляриыми в плайе к оси
пути.
В компенсированных цепных
подвесках струны и фиксаторы
меньше влияют на натяжение
контактного провода, поскольку
при изменении температуры
82
лроисходит одновременное про-
дольное перемещение как кон-
тактного провода, так и несу-
щего троса.
На кривых участках пути
натяжение компенсированного
несущего троса зависит от рас-
положения в плане поворотных
изолированных консолей. При
отклонении от своего нормаль-
ного положения консоли, подоб-
но фиксаторам, йЗхМеияют натя-
Рис. 65. Схсгта, иллюстрирующая влияние
перемещения консолей на натяжение не-
сущего троса:
Ж- реакция консоли; 1 — консоль; 2 — несу-
щий трос; 3 — опора
жение несущего троса за счет
реакции ДТ1( (рис. 65).
При двойном контактном проводе в полукомпеисированной под-
веске среднюю анкеровку выполняют одним тросом, присоединяя
его поочередно к каждому контактному проводу специальным за-
жимом.
В компенсированной цепной подвеске среднюю анкеровку делают
в двух пролетах (рис. 66); одну из поворотных консолей 1 закрепляют
неподвижно с помощью троса средней анкеровки 2t заанкеровапного
жестко на опорах с оттяжками 3. Среднюю анкеровку контактного
провода выполняют с помощью двух отрезков троса 4 биметалличе-
ским тросом сечением не менее 50 мм2, а несущего троса — биметал-
лическим тросом сечением не менее 70 мм2. Максимальное натяжение
средней анкеровки несущего троса компенсированной подвески не
должно превышать 10 кН,
Длину каждой ветви троса средней анкеровки контактного провода
как компенсированной, так и полукомпенснрованной подвески при-
нимают равной примерно десятикратному минимальному расстоянию
между контактным проводом и несущим тросом этого пролета.
В местах, где токоприемники переходят с контактных проводов
одного анкерного участка па контактные провода следующего анкер-
ного участка, монтируют сопряжения анкерных участков. Эти сопря-
жения должны обеспечивать плавный переход токоприемников с од-
ного провода па другой при установленной скорости движения поез-
дов, а также работу компенсирующих устройств в анкеровках проводов,
т. с, допускать взаимное продольное'"перемещение проводов контакт-
ной сети при изменении температуры'.воздуха. Сопряжения анкерных
С: с. GG. Схем а средней анкеровки компе псп рсиз а иной ценной подвески
83
Рис. 67. Схема простого ';
(двухпролетпого) сопря-
жения анкерных участков
без секционирования
участков бывают пеизолирующие, т. е. только с механическим разде-
лением цепных подвесок, и изолирующие (с секционированием), в ко-
торых, кроме механического, осуществлено и электрическое разде-
ление.
Неизолирующие сопряжения делают в двух или трех пролетах.
Двухпролетные (простые) сопряжения анкерных участков контакт-
ных ирдвесок устраивают на станционных путях, на которых ско-
рость не превышает 70 км/ч.
Рассмотрим расположение контактных проводов при простом двух-
пролетном сопряжении анкерных участков (рис. 67). Сопряжение
выполнено между двумя анкерными опорами 1 и <3. Контактные провода
разных анкерных участков пересекаются у переходной опоры 2.
В месте пересечения устанавливают ограничительную трубку, которая
обеспечивает их одновременный подъем. Надежное электрическое сое-
динение между анкерными участками осуществляют с помощью про-
дольного электрического соединения 4. На главных путях станций
и перегонов монтируют неизолирующие эластичные трехпролетные
сопряжения (рис. 68).
Жирными линиями обозначены рабочие участки контактных про-
водов (где токоприемник осуществляет контакт с проводом), тонкими —
нерабочие.
Как видно на рис. 68, при трехпролетных эластичных сопряже-
ниях между двумя анкерными располагают две переходные опо-
ры А и Б, при этом переход токоприемника с одного провода на дру-
гой происходит в переходном (среднем) пролете. В этом пролете каждый
из контактных проводов по высоте регулируют так (рис. 69), чтобы
у переходной опоры нерабочий контактный провод 1 располагался на
200 мм выше рабочего 2.
Для поддержания требуемого натяжения компенсированных про-
водов контактных подвесок в их анкеровках устраивают автоматически
Рис. 68. Схемы эластичного (трехпролстного) сопряжения анкерных участков без
секционирования:
//u-l-200 — отметка высоты подвески контактного провода над уровнем верха головки рельса
(УВГР) у опоры; Щ — поминальная высота подвески контактного провода вад УВГР, при-
нимаемая при проектировании; -- nopM.-BiiHri.iii зпгваг (0,3 м) контактного проводи от осн
пути у опоры; Zj—длина пролета, принимаемая при проектировании
84
Рис. 69. Расположение проводов цепных подвесок в переходном пролете эластич-
ного сопряжения анкерных участков
г
I
I
I
Ф
повъема. кон-
тактного приВода.
действующие устройства - - компенсаторы. Применяют блочные, ры-
чажные и построенные на принципе ворота грузовые компенсаторы,
а также пружинные и газогидравлические. Наибольшее распростра-
нение получили грузовые компенсаторы.
Для анкеровки двух контактных проводов, контактного провода и
несущего троса или одного провода МФ-150 используют трехблочные
компенсаторы (рис. 70) с коэффициентом передачи 1 : 4, т. е. вес грузов
компенсатора в 4 раза меньше натяжения компенсированного провода.
85
Например, для создания натяжения в 10 кН у контактного провод^
МФ-100 на штангу трехблочного компенсатора необходимо положит^
груз в 250 кг (десять железобетонных грузов по 25 кг). Для анкеровки]
одного контактного провода устанавливают, как правило, двухблочные!
компенсаторы с коэффициентом передачи 1:2. 1
Уменьшая вес компенсированных грузов в 4 или 2 раза по сравне-1
нию с натяжением провода, блочный компенсатор во столько же раз]
увеличивает перемещение грузов по сравнению с продольным переме-]
щением провода у анкеровки при изменении температуры воздуха. )
На линиях переменного тока контактный провод и несущий трос!
компенсированной цепной подвески анкеруют раздельно, каждый!
на свой компенсатор. 1
На зарубежных дорогах широко применяют грузовые компенсаторы !
с системой блоков, смонтированных в виде полиспаста. Коэффициент?]
передачи в таких компенсаторах обычно 1:5. •
18. ВОЗДУШНЫЕ СТРЕЛКИ <
Воздушные стрелки предназначены для обеспечения плавного и
надежного перехода токоприемников с контактной подвески одного
пути на контактную подвеску другого пути при движении электро-
поездов по стрелочному переводу и образуются пересечением двух
контактных подвесок.
Воздушные стрелки должны обеспечивать продольное взаимное
перемещение проводов контактных подвесок при изменении темпера-
туры, поэтому к расположению проводов на воздушных стрелках предъ-
являются следующие требования. Контактные провода, образующие
стрелку, должны иметь между собой в точке пересечения связь, чтобы
подъем одного из проводов был невозможен без одновременного подъема
другого провода. Без такой связи токоприемник, двигаясь по контакт-
ному проводу одной подвески при подходе к стрелке, отжал бы его,
Рис. 71. Пересечение контактных проводов па воздушной стрелке
86
а контактный провод другой подвески
□стался бы на прежней высоте. В ре-
зультате последний мог оказаться под
полозом токоприемника, что вызвало
оы серьезные повреждения контактной
сети и токоприемника.
Пересекающиеся контактные провода
связаны с помощью ограничительной
трубки, установленной на нижнем кон-
тактном проводе (рис. 71). Верхний кон-
тактный провод 1 пропускают между ог-
раничительной трубкой 5 и нижним кон-
тактным проводом 2. Специальными бол-
тами 4 ограничительную трубку крепят
к фиксирующим зажимам 3, установлен-
ным па контактном проводе 2.
Длину ограничительной трубки вы-
бирают такой, чтобы она не препятст-
вовала перемещению компенсированных
контактных проводов в разные стороны
при изменении температуры воздуха.
В зависимости от расстояния между воз-
душной стрелкой и средней (или жесткой)
анкеровкой нижнего контактного про-
вода длину ограничительной трубки
принимают от 1000 до 1500 мм. Рассто-
яние от воздушной стрелки до средней
анкеровки должно быть не более 400 м.
При средних температурах для данного
района точка пересечения проводов дол-
жна находиться посередине между фнк-
Рис. 72. Схемы связей проводов
цепных подвесок на воздушных
стрелках:
а — жесткое соединение несущих
тросов; б — посредством перекрест-
ных струн; в — с помощью перекре-
стной и вертикальных струн и пере-
крестной жесткой распорки; I —
контактный провод; 2 — несущий
трос; 3— жесткое соединение; 4—
ограничительная трубка; 5 — пере-
крестные струны; 6 — вертикальные
струны; 7 — жесткая перекрестная
распорка
сирующими зажимами.
Контактные провода главных путей или путей преимущественного
направления на воздушной стрелке располагают снизу. Без взаимного
пересечения контактных проводов воздушные стрелки не устраивают.
Пересечение на воздушных стрелках главных путей станций компенси-
рованной и полукомпенсированной цепных подвесок не допускается.
При полукомпенсированных цепных подвесках связь между про-
водами на нефиксированных воздушных стрелках, помимо ограничи-
тельных трубок на контактных проводах, обеспечивают также уста-
новкой соединительных зажимов на образующих воздушную стрелку
несущих тросах в месте их пересечения (рис. 72, а).
В том случае, когда воздушная стрелка образована пересечением
ветвей компенсированных цепных подвесок или компенсированной или
полукомпенсированной, то связь между проводами подвесок обеспе-
чивают установкой перекрестных струн (рис. 72, б), крепящих кон-
тактные провода каждой образующей воздушную стрелку подвески
и несущему тросу другой контактной подвески, или перекрестной и
вертикальных струн и жесткой перекрестной распорки (рис. 72, е).
87
Обеспечивая одновременный подъем контактных проводов, образую-
щих воздушную стрелку, такие струны и распорки позволяют в то жег
время как контактным проводам, так и несущим тросам перемещаться?
вдоль пути при изменениях температуры воздуха. Перекрестные стру-
ны иногда выполняют скользящими. j
На качество токосъема при проходе токоприемником воздушной!
стрелки, особенно при высоких скоростях, влияют также: г
превышение при монтаже уровня контактного провода примыкаю-'
щего пути над уровнем контактного провода главного пути в точке'
подхвата полозом токоприемника контактного провода примыкающе-]
го пути; |
разница в подъеме контактных проводов в точке подхвата при при-
ложении к одному из них вертикальной статической нагрузки, ими-1
тирующей возможное в эксплуатации нажатие токоприемника; ’
разность между эластичностью цепной подвески, по которой идет
токоприемник, и суммарной эластичностью двух подвесок при под-
хвате токоприемником контактного провода другой подвески, а также
равномерность нарастания суммарной эластичности подвесок в зоне
воздушной стрелки; расстояние от точки подхвата полозом токоприем-
ника контактного провода другой подвески до места пересечения кон-
тактных проводов.
19. УСТРОЙСТВО КОНТАКТНОЙ ПОДВЕСКИ
В ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЯХ
Искусственные сооружения (мосты, путепроводы, тоннели), встре-
чающиеся на перегонах и станциях электрифицируемой линии, часто
не позволяют смонтировать типовую цепную подвеску. Способ прохода
контактной подвески в искусственных сооружениях выбирают в за-
висимости от напряжения в контактной сети, высоты искусственного
сооружения над уровнем верха головок рельсов, длины его вдоль
электрифицированных путей, скорости движения поездов.
Размещение контактной подвески в искусственных сооружениях
при ограниченных габаритах связано с решением двух основных
задач:
обеспечение необходимых воздушных зазоров между контактной
подвеской и заземленными частями искусственных сооружений;
выбор материала, конструкции и способа закрепления поддержи-
вающих устройств.
Стоимость устройства контактной сети в малогабаритных искус-
ственных сооружениях значительно зависит от воздушных зазоров,
поэтому стремятся принимать их по возможности меньшими.
С целью уменьшения воздушных зазоров начинают применять под-
держивающие и фиксирующие конструкции из полимерных материа-
лов. Воздушные зазоры могут быть также значительно уменьшены за
счет так называемой вторичной изоляции. Под вторичной изоляцией
имеют в виду покрытие сводов тоннелей, пролетных строений путе-
проводов, расположенных вблизи контактной подвески, листами из
88
изоляционного материала. Вторичная изоляция позволяет в 1,5—
2 раза уменьшить воздушные зазоры и решить вопрос электрификации
линий с негабаритными тоннелями и путепроводами без их большой
реконструкции.
Сечение контактной подвески в пределах искусственного сооруже-
ния должно быть равно сечению контактной подвески на прилегающих
участках перегонов, для чего в необходимых случаях монтируют об-
воды, восполняющие сечение несущего троса или усиливающих про-
водов. '
В сооружениях со стесненными габаритами подвешивают, как
правило, два контактных провода; жесткое крепление их не допус-
кается.
Минимальный размер пространства по вертикали, необходимый для
размещения токонесущих элементов контактной сети при проходе
подвески в стесненных условиях существующих искусственных со-
оружений, составляет 100 мм при подвеске без несущего троса и
250 мм с несущим тросом.
Минимальный воздушный зазор от фарфора изолятора, находящего-
ся со стороны напряжения (или первого от напряжения ребра стерж-
невого изолятора), до заземленных опорных устройств и искусствен-
ных сооружений должен быть не менее 150 мм при постоянном токе и
не менее 300 мм при переменном токе. От фарфора изолятора, на-
ходящегося со стороны заземленных частей (или первого от заземлен-
ных частей ребра стержневого изолятора), это расстояние должно
быть не менее 100 мм независимо от системы тока и напряжения. Нор-
мальный размер вертикального воздушного зазора между токонесу-
щими частями контактной подвески и заземленными частями искус-
ственных сооружений должен быть не менее 200 мм (минимальный —
150 мм) на участках постоянного тока и не менее 350 мм (минималь-
ный —- 300 мм) на участках переменного тока.
Во всех случаях, когда это не связано с большими затратами, пе-
реустраивают существующие искусственные сооружения для раз-
мещения проводов контактной сети с учетом максимального воз-
можного в перспективе напряжения, чтобы избежать повторного пе-
реустройства при повышении напряжения.
Изоляторы располагают, как правило, не ближе I м от оси пути и
в таких местах, чтобы исключалась возможность попадания на них
89
Рис, 74. Отбойник для контактного провода:
/ — стержневой изолятор; 3 — лыжа отбойника; 3 — контактный провод; 4 — крепптельны;
уголок
грязи при дожде и таянии снега (в необходимых случаях используют!
выносные кронштейны). J
В тех случаях, когда при номинальном напряжении в контактной
сети, примерно 25 кВ, нельзя по условиям необходимых габаритных'
расстояний для этого напряжения разместить без реконструкции ис-
кусственного сооружения контактную подвеску, в пределах искус-
ственного сооружения монтируют неизолированную контактную под-
веску с устройством с обеих ее сторон нейтральных вставок. Поезда
в этом случае проходят через искусственное сооружение с выключен-
ным током по инерции. Возможность такого прохода поездами искус-
ственных сооружений проверяют соответствующим расчетом.
При подходе к искусственным сооружениям уклон контактного^
провода — переход от высоть! подвешивания провода у одной опоры
пролета к высоте подвешивания у другой опоры при беспровесном его
положении — пе должен превышать:
на станционных путях (кроме главных), где скорость электропод-
вижного состава не превышает 50 км/ч, — 0.010 (10 см на 10 м длины
пролета);
на участках со скоростями до 120 км/ч — 0,004 (4 см на Юм длины
пролета);
на участках со скоростями выше 120 км/ч — 0,002 (2 см на 10 м
длины пролета); при этом по концам каждого участка с этими основными
уклонами должны быть предусмотрены переходные участки длиной не
менее одного пролета с половинным уклоном, т. е. 0,001 (1 см на 10 м
длины пролета).
Расстояние от контактного провода до расположенных над ним за-
земленных частей искусственных сооружений и опорных устройств
(мостов, путепроводов, ригелей, сигнальных мостиков и т. п.) должно
быть в наиболее неблагоприятных условиях не менее 500 мм при напря-
жении 3 кВ и 650 мм при напряжении в контактной сети 25 кВ.
Меньшие расстояния допускаются лишь при условии установки
изолированных отбойников (рис. 74), исключающих возможность при-
ближения контактных проводов и токоприемника к расположенным
над ними заземленным частям.
90
Минимально допустимые расстояния от контактного провода до
изолированного отбойника (без учета отжатия контактного провода
уиконрнемником) установлены равными:
не менее 150 мм (для одного контактного провода) и 100 мм (для
дЬ\х рабочих контактных проводов) при скорости движения электро-
поездов более 120 км/ч;
не менее 100 мм (для одного контактного провода) и 70 мм (для
двух контактных проводов)— при скорости движения электропоездов
до 120 км/ч;
по менее 50 мм на станциях, деповских и других второстепенных
путях, где скорость движения не превышает 50 км/ч.
Под сигнальными и пешеходными путепроводами, имеющими ши-
рину вдоль пути 10—15 м и достаточно большую высоту, контактную
подвеску пропускают свободно, пе подвешивая се к этим сооружениям.
При этом опоры контактной сети располагают так, чтобы сооружение
оказалось примерно в середине пролета, т, е. в той его части, где несу-
щий трос имеет наибольший провес. Для предотвращения возможности
поджатия к мостику подвески в случае, например, повышенного
нажатия токоприемника устанавливают отбойники несущего троса.
На мостах с ездой поверху проход контактной подвески не требует
каких-либо специальных устройств, кроме закрепления на них опор.
На мостах с ездой понизу контактную подвеску монтируют короткими
пролетами длиной 15—25 м, применяя специальные поддерживающие
конструкции, укрепляемые на фермах и поперечных связях моста.
На мостах, имеющих пролетные строения средней длины с низкими
фермами, несущий трос пропускают над пролетным строением и за-
крепляют на специальных кронштейнах. Контактный провод подвеши-
вают к несущему тросу на струнах, размещенных в промежутках между
верхними ветровыми связями моста. При необходимости над контакт-
ным проводом устраивают отбойники.
На мостах, имеющих высокие фермы, несущий трос проходит
под поперечными связями моста и крепится на них с помощью звеньев
из круглой стали или поперечных тросов, натянутых между элементами
боковых ферм (между дополнительными кронштейнами).
При компенсированных подвесках для крепления несущего троса
применяют ролики, обеспечивающие его продольные перемещения.
В тоннелях, как правило, применяют полу компенсированную
цепную подвеску с двумя контактными проводами. Расстояние между
точками подвеса несущего троса принимают от 10 до 30 м. Расстояние
между контактным проводом и несущим тросом — 0,25—0,5 м.
ГЛАВА
VI
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК
НА ПРОВОДА КОНТАКТНОЙ СЕТИ
20. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Для контактной сети решающими являются нагрузки климати-
ческого характера: ветер, гололед и температура воздуха, действующие
в различных сочетаниях. Эти нагрузки, как известно, имеют слу-
чайный характер: их расчетные значения за какой-либо период вре-
мени могут быть определены только статистической обработкой дан-
ных наблюдений в районе электрифицируемой линии, при этом до-
стоверность результатов зависит от длительности н качества наблю-
дений.
В зависимости от продолжительности действия нагрузки подраз-
деляют на постоянные и временные (кратковременные, особые).
Постоянными являются нагрузки, которые во время стро-
ительства и эксплуатации сооружения действуют постоянно. Вре-
менными являются нагрузки, которые в отдельные периоды
строительства и эксплуатации могут отсутствовать.
К постоянным нагрузкам относятся: вес конструкций, вес и дав-
ление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление, воздействия пред-
варительного напряжения конструкций.
К кратковременным нагрузкам относятся: ветровые нагрузки, голо-
ледные нагрузки, температурные климатические воздействия.
К особым нагрузкам относятся: сейсмические и взрывные
воздействия; нагрузки, вызываемые поломкой конструкции (напри-
мер, обрыв проводов); воздействия неравномерных деформаций осно-
ваний, сопровождающиеся изменением структуры грунта (например,
деформации вечномерзлых грунтов при оттаивании).
Расчетные климатические условия устанавливают в соответствии
со Строительными Нормами и Правилами (СНиП) 11-6—74, СНиП
II-A.6—72 и Инструкцией по проектированию и расчету контактной
сети. Если необходимые данные для района электрифицируемой линии
отсутствуют, то расчетные климатические условия устанавливают
по данным наблюдений местных управлений гидрометеослужбы или
метеорологических станций, ближайших к району электрификации.
При обработке данных наблюдений учитывают влияние микроклима-
тических особенностей на интенсивность гололедообразовапия, иа
скорость ветра и температуру воздуха, например природных условий
(пересеченный рельеф местности, лесные массивы, высота над уровнем
моря, озера и водохранилища и т. и.).
Для установления расчетных климатических условий пользуются
картами районирования территории СССР по скоростным напорам
ветра (рис. 75), по толщине стенки гололеда, по пляске проводов
(рис. 76).
92
Рис. 75. Карта районирования территории СССР по скоростным напорам ветра
93
Продолжение рис. 75
Границы районов с различными скоростными напорами оетра
96
21. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ АТМОСФЕРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Температурные атмосферные воздействия учитывают при расчете
конструкций и устройств контактной сети в случаях, предусмотрен-
ных нормами проектирования этих конструкций.
Значения низшей и высшей /тах температур
воздуха допускается принимать равными температуре наиболее
холодных и теплых суток по данным СНиП и ГОСТ 16350—70.
Температуру воздуха при расчетах проводов и устройств контакт-
ной сети допускается округлять до значений, кратных пяти.
Конструкции контактной сети, устанавливаемые в северных райо-
нах, проектируют для расчетной отрицательной температуры воздуха
от —40 до — 65° С. За расчетную отрицательную температуру при-
нимают зимнюю температуру воздуха наиболее холодной пятидневки.
Анкеровочные устройства некомпенсированных проводов контакт-
ной сети в северных районах рассчитывают по средним температурам
наиболее холодных суток.
Температуру воздуха при гололеде /г принимают равной:
— 15° С —для горных районов с отметкой выше 2000 м;
— 10° С — для горных районов с отметкой до 1000 м и на террито-
рии к востоку от Енисея, за исключением береговой полосы океанов и
морей (шириной, равной 100 км, по не более чем до ближайшего гор-
ного хребта);
— 5° С — для всей остальной территории СССР для сооружений
высотой до 100 м и — 10° С — выше 100.
Температуру воздуха при максимальном ветре tis устанавливают
на основании статистической обработки данных многолетних наблю-
дений за скоростью ветра в районе электрифицируемой линии. В слу-
чае отсутствия надежных данных для расчета контактной сети ее при-
нимают равной + 5° С.
22. НАГРУЗКИ НА ПРОВОДА КОНТАКТНОЙ СЕТИ
Нагрузка от веса провода представляет собой постоян-
ную вертикальную распределенную нагрузку, обозначаемую обычно
буквой g. Расчетную массу проводов и тросов стандартных сечений
берут из соответствующих стандартов (см. таблицы в гл. II) или спра-
вочников. Чтобы получить нагрузку от веса провода в один деканью-
тон (даН) на один метр (даН/м), необходимо массу, указанную
в стандарте (кг/км), умножить на 9,81 -10—1 (округленно на 10~3) и раз-
делить на 1000. Масса многопроволочного провода любой длины рав-
на массе всех проволок той же длины, из которых свит провод, ум-
ноженной на коэффициент скрутки (ГОСТ 839—74). При наличии от-
резка провода ого массу определяют взвешиванием.
Нагрузку от веса зажимов и струн цепной подвески gc принимают
равномерно распределенной по длине пролета. Масса одной струны из
сталемедной проволоки диаметром 4 мм, имеющей среднюю длину 1 м,
равна примерно 0,1 кг (см. табл. 12); масса струнового зажима 046-76
4 Зац. 2[дг, 97
52 56 60 64 58 72 76 8 0 84
54 60 66 72 78 84 90
Рис. 76. Карта районирования территории СССР по пляске проводов
98
99
Рис. 77. Некоторые формы гололедных образований на проводах (стрелкой по-
казано направление ветра)
равна 0,14 кг. При таких струнах и зажимах дополнительная нагрузка
от них в подвеске с одним контактным проводом составит 0,05 даН/м,
в подвеске с двумя контактными проводами — 0,1 даН/м.
Гололедная нагрузка вызывается гололедом, представ-
ляющим собой слой плотного (прозрачного или матового) льда стекло-
видного строения. Образование гололеда часто сопровождается значи-
тельным ветром. Переохлажденные капли влаги, наносимые ветром на
провода, соединяются друг с другом и образуют ледяную корку, прочно
сцепленную с проводом.
Форма гололедных образований чрезвычайно разнообразна. Голо-
лед отлагается преимущественно с наветренной стороны провода
(рис. 77, а, б), по может распространиться и по всей окружности
провода (рис. 77, а, г). Интенсивность гололеда характеризуется тол-
щиной его стенки и плотностью, составляющей 0,6—0,9 г/см3. Чем
больше толщина стенки гололедных образований, тем меньше, как
правило, его плотность. Нагрузка на провода и тросы от гололеда пред-
ставляет собой вертикальную кратковременную нагрузку; ее рассчи-
тывают исходя из толщины стенки гололеда, приведенного к цилиндри-
ческой форме (рис. 78), с плотностью у = 0,9 г/см3.
Толщину стенок гололеда определяют в соответствии с данными
о гололедных отложениях, полученных специальными обследованиями
и наблюдениями в районе электрифициру-
емого участка. Специальные обследования
и наблюдения проводят в горной и пересе-
ченной местностях, где должно быть учте-
но влияние характера рельефа на интен-
сивность гололедных отложений (на верши-
нах гор и холмов, на перевалах, на высо-
ких насыпях, в глубоких выемках и т. п.).
В случае отсутствия таких данных норма-
тивную толщину стенки гололеда устанав-
ливают в соответствии с картой райониро-
вания территории СССР по толщине стенки
гололеда. Значения нормативных толщин
Рис. 78. Расчетный гололед
цилиндрической формы с
толщиной стенки b
100
Таблица 17
стенок гололеда bri принимают
для повторяемости 1 раз в 10 лет
по табл. 17.
При пользовании ^картой рай-
онирования территории СССР по
толщине стенки гололеда в ме-
стах, прилегающих к границам
гололедных районов (по ширине
до 100 км), толщину стенки го-
лоледа принимают ближайшей к
большему значению.
Как показывают наблюде-
ния, на толщину стенки голо-
леда на проводах оказывает вли-
яние диаметр проводов. Поэтому
Районы СССР
по гололеду
Нормативная толщина стенки
гололеда & ,мм, на высоте
Юме повторяемостью
1 раз в 5 лет[1 раз в 10 лет
I Не менее 3 5
11 5 10
ш 10 15
IV 15 20
V Нс менее 20 Не менее 25
при определении толщины стенки
гололеда на проводах и тросах разных диаметров приведенные вы-
ше значения умножают на поправочный коэффициент к?-.
Диаметр провода, троса, мм.............. 5 10 20 30
Поправочный коэффициент/ф...............1,1 1,0 0,9 0,8
На интенсивность гололедных отложений большое влияние ока-
зывает высота подвески проводов над поверхностью земли. Поэтому
при расчете толщины стенки гололеда на проводах, расположенных
на насыпях, значения, относящиеся к тому или другому району, сле-
дует также умножать на поправочный коэффициент к";
Высота насыпи, м ...... до 3 5 10 20 30 40
Поправочный коэффициент ку . 1,0 1,06 1,16 1,34 1,48 1,57
Расчетная толщина стенки гололеда b = ЬнК'гк". Полученную рас-
четную толщину стенки гололеда с учетом поправочных коэффициентов
Кг и к'г допускается при определении нормативных гололедных на-
грузок округлить до ближайшей целой цифры.
На контактных проводах расчетную толщину стенки гололеда
Ьк устанавливают равной 50% толщины стенки, принятой для про-
чих проводов контактной сети Ь, т. е. Ьк = 0,5Ь. Гололед на струнах
цепной подвески не учитывают.
Нормативную нагрузку от веса гололеда g” (даН/м) на проводе
длиной 1 м согласно рис. 78 в зависимости от толщины стенки гололеда
Ъ (мм) и диаметра провода d (мм) определяют по формуле
н _ Г л ЩЦ- 2&)3 nd3 1 у
~~ [ 4 4~ J 10е ’
которая после. преобразований и подстановки в нее у = 900 кг/м3
приводится к виду
/г = 0,0009л/? (d -Г b). (1)
При определении нормативных нагрузок на контактные провода
от веса гололеда в формулу (1) вместо d и b подставляют соответст-
101
ir^/c | M венно средний расчетный дна-'
(-С”. &к. Значение dxi находят по
———-------------*-----°—формуле dK ~ 0,5 (7/ + Л).
jC Здесь И и А — соответствен-
Рис. 79. Пульсация скорости ветра но высота и ширина контакт-
ного провода, мм, которые
даны в табл. 1.
Расчетную гололедную нагрузку на провода контактной сети
находят как произведение нормативной гололедной нагрузки g* на
коэффициент перегрузки иг, т. е. gF—gTnr.
Коэффициенты перегрузки пг принимают:
п’г = 1,25 — для участков контактной сети, сооружаемых в местах
с явно выраженным усилением гололедной нагрузки (возвышенности
и перевалы, резко выделяющиеся над окружающей местностью, на-
ветренные склоны возвышенностей и речных долин, вершины хол-
мов, насыпи высотой более 5 м); таким образом, гололедную нагруз-
ку увеличивают на 25% по сравнению с принятой для данного района;
п” = 0,75 — для участков контактной сети, расположенных в
котловинах, узких долинах, проходящих меридиально, в местах сплош-
ной застройки, в лесных массивах, не подлежащих вырубке, в выем-
ках глубиной более 6 м, а также при наличии снегозащитных лесных
полос вдоль железной дороги с высотой деревьев или зданий, превы-
шающей высоту подвески контактного провода; таким образом, голо-
ледную нагрузку уменьшают на 25%.
Нагрузка от давления ветра р представляет
собой горизонтальную кратковременную нагрузку. Давление ветра
на провода контактной сети зависит от скорости ветра, а также от
размеров, конфигурации и положения подверженной действию вет-
ра поверхности.
Ветровой поток в атмосфере считается турбулентным. Как пока-
зывают наблюдения, скорость ветра беспорядочно изменяется (рис, 79)
относительно основной (средней) скорости переноса воздушных масс.
В метеорологии это явление называется порывистостью (пульсацией)
ветра. Давление ветра на провода имеет такой же характер, как и
скорость, т. е, на установившееся в среднем давление (которое прак-
тически постоянно) накладывается пульсация давления, имеющая слу-
чайный характер.
Скоростной напор ветра q, представляющий собой кинетическую
энергию 1 м3 воздуха, движущегося со скоростью v (м/с), определяют
по формуле
7-и2/1,6. (2)
Значение ветровой нагрузки на единицу поверхности находят по
формуле
Р = cxqS, (3)
102
где сх — аэродинамический коэффициент лобового сопротивления;
q—скоростной напор, Па;
S— площадь, подверженная давлению ветра, м2 (для цилин-
дрических тел равна площади диаметрального сечения).
Значения скоростей (скоростных напоров) ветра устанавливают на
основании анализа многолетних наблюдений метеорологических стан-
ций в районе электрифицируемой линии. При отсутствии достоверных
материалов (удаленность метеостанций от района электрифицируемой
линии, краткий срок наблюдений и т. п.) значения средних ветровых
нагрузок определяют, пользуясь так называемыми средними норматив-
ными скоростями ветра ун или средними нормативными скоростными
напорами qn в соответствии с картой районирования территории СССР
по скоростным напорам ветра. Значения нормативных скоростей ветра
и скоростных напоров принимают для повторяемости 1 раз в 10 лет
не менее указанных в табл. 18.
При определении длин пролетов контактных подвесок скорость
ветра при гололеде огп принимают равной 0,6 нормативного значения
цн для соответствующего ветрового района. В районах с нормативной
толщиной стенки гололеда 15 мм и более скорость ветра при гололеде
принимают цгп — 0,6пп, на открытых местах — не менее 20 м/с. При
расчете проводов и конструкций контактной сети скорость ветра при
гололеде ог принимают равной 0,5 нормативных скоростей, приве-
денных в табл. 18
При пользовании картой районирования территории СССР по
скоростным напорам ветра в местах, прилегающих к указанным на
карте границам ветровых районов (по ширине до 100 км), скоростной
напор ветра принимают ближайший к большему значению.
Ветровые нагрузки на провода контактной сети зависят как от
средней скорости ветра, так и от характера поверхности окружающей
местности и высоты расположения проводов над землей,
На параметры воздушного потока существенно влияет шерохо-
ватость поверхности. При большом значении параметра шероховато-
сти zQ уменьшается скорость ветра, а степень турбулентности по-
тока увеличивается. Над глад-
кой же поверхностью увеличи- Таблица 18
вается средняя скорость ветра,
а коэффициент динамичности
(отношение переменной состав-
ляющей к средней его скоро-
сти) уменьшается.
Другим параметром турбу-
лентного воздушного потока,
влияющим на его структуру,
является высота над поверх-
ностью г. Чем выше поток над
поверхностью, тем больше пуль-
сация турбулентного потока и,
следовательно, существеннее их
воздействие па провода и кон-
Ветровые районы СССР Нормативные скоростные напоры <7 и СКОРОСТИ ветра vn> м/с, с повторяемостью
I раз в 5 лет I раз в 10 лет
5т
1 270 21 400 25
II 350 24 400 25
III 450 27 590 29
IV 550 30 659 32
V 790 33 800 36
VI 850 37 1000 40
VII i ооо 40 1250 45
7*
103
струкции контактной сети. Над поверхностью земли провода и кон-
струкции контактной сети в зависимости от профиля участка (насыпь,
выемка) могут быть расположены на различной высоте.
Согласно логарифмическому закону распределения скоростей вет-
ра по высоте имеем
In (zjZn)
V — О ---,
И (гн/гон)
где v — расчетная скорость ветра, м/с, в конкретных условиях
при определенных значениях параметра шероховатости
прилегающей местности zQ (табл. 19) и высоты расположе-
ния проводов над поверхностью г;
ин — нормативная скорость ветра при нормативных значениях
параметра шероховатости г01Г = 0,15 м и высоты над
поверхностью = 10 м.
Подставив гон = 0,15 м и гн = 10 м в формулу (1), получим
v = 0,238ц, 1п — = /св ц,, (4)
г0
где = 0,238 1п —.
При определении значения z высоту расположения проводов кон-
тактной сети (цепной подвески, усиливающих и др.) над фундамент-
ной частью опоры hn принимают равной 10 м. В этом случае в формуле
(4) следует подставлять при расположении контактной сети на насы-
пях z — hn 4- Л,г = 10 + А,т (здесь hn — высота насыпи, м). При рас-
положении в выемках; z = 10 — Л0 (здесь hVj — глубина выемки, м).
В выемках глубиной 7 м и более значение z принимают равным 3 м.
При расположении насыпи на местности с параметром шероховатости
= 0,5 м и zQ = 1 м высота расположения проводов контактной сети
z уменьшается на высоту препятствия (деревья, постройки), т. е. ста-
новится равной 10 м; при этом параметры шероховатости при-
нимают равными соответственно 0,15 и 0,20 м (см. табл. 19).
В соответствии с Руководством по расчету зданий и сооружений
на действие ветра (М.: Стройиздат, 1978, 224 с.), составленного к
главе СН и П11-6-74 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирова-
ния», расчетную скорость ветра v для заданных условий (высоты
расположения проводов над поверхностью и шероховатости поверх-
ности окружающей местности) определяют умножением норматив-
ной скорости ветра он на коэффициент зависящий от высоты z
расположения проводов контактной подвески над поверхностью и па-
раметра шероховатости 20. Значение коэффициента /ц для определен-
ных z и Zo можно найти по. формуле (4) или по табл. 19, данные в
которой рассчитаны по этой формуле.
Ветровую нагрузку, даН/м, на провод длиной 1 м от постоянной
(средней) расчетной скорости ветра v определяют по формулам:
при отсутствии гололеда
104
при гололеде
а,- (d-\-2b)
16 ‘ 1000
(6)
Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления про-
водов приведены в табл. 20.
Рассмотрим суммарные нагрузки. Расчет проводов на
совместное действие вертикальных (масса проводов, гололед) и гори-
зонтальных (давление ветра) нагрузок ведут по суммарным (резуль-
тирующим) нагрузкам q, определяемым геометрическим сложением
вертикальных и горизонтальных нагрузок (рис. 80).
При действии ветра на провода, свободные от гололеда, суммар-
ная нагрузка (рис. 80, й), даН/м,
= + А (7)
где g — нагрузка от веса провода, даН/м;
р — ветровая нагрузка на провод, свободный от гололеда, даН/м.
Таблица 19
Коэффициент кв для
Вид поверхности и значение
ее шероховатости
z0, м
выемки
глубиной,
м
насыпей эстакад и мостов высотой над
окружающей местностью, м
н
более
Открытая росная местность
без растительности; по-
верхность озер, водоемов
и морей; поймы крупных
рек; го~О,О5
Степь, равнина, луг; го=0,1
Открытая холмистая мест-
ность или равнинная поверх-
ность с редким лесом, сада-
ми, парками; гд—0,2
Участки, защищенные лесо-
защитными насаждениями,
не подлежащими вырубке,
станции в пределах станци-
онных построек; = 0,5
(для насыпей 0,15)
Не подлежащий вырубке
густой лес с высотой деревь-
ев не менее 10 м; <о —1
(для насыпей ао=^О,2О)
0,80
0,65
0,45
0,25
1,10
0,95
0,75
0,55
0,40
1,25
1,00
0,70
0,55
1,35
1,20
1,05
0,85
0,75
Ю
1,40
1,25
1,10
1,00
0,95
15
I ,45
1,30
1,15
1,10
1,05
20
1,50
1,35
1,20
1,15
1,10
25
1,55
1,40
1,25
1,20
1,15
30 и
более
1,60
1,40
1,30
1,25
1,20
Примечание. В Министерстве путей сообщения при определении длин пролетов
контактных подвесок принимают усредненные значения коэффициентов Кв: в незащищенных
от ветра местах — 1,15; на насыпях высотой более 5 м, в поймах рек и оврагах, где воз-
никают значительные ветры — 1,25; для участков контактной сети, сооружаемых па высоких
насыпях, эстакадах и мостах высотой более 25 м над окружающей местностью — 1,35.
105
Таблица 20
Провода и их характеристики Коэффициент сх, отнесен- ный к площади сечения одного провода
Одиночные провода и тросы диаметром 20 мм и более 1,10
Одиночные провода и тросы диаметром менее 20 мм, а также 1,20
провода и тросы, покрытые гололедом
То же с учетом зажимов и струн 1,25
Контактные провода (с учетом зажимов и струн):
МФО-ЮО 1,15
МФ-85, Л1Ф-100 1,25
МФ-150 1,30
Двойные контактные провода 2МФ-100 в выемках, па нулевых
местах и пасыпях до 5 м при расстоянии между проводами:
6—40 мм 1,55
6 = 100 мм 1,85
То же на насыпях высотой более 5 м:
6 = 40 мм 1,85
6 = 100 мм 2,15
Угол ф между вертикальной и суммарной нагрузкой q может
быть найден из выражения
ф = arctg ~.
g
Если ветер действует на провода, покрытые гололедом, суммарная
нагрузка (рис. 80, б), даН/м,
7r = F(g + £p)3 + pr( (8)
где gr — нагрузка на провод от гололеда, даН/м;
рг — ветровая нагрузка на провод, покрытый гололедом,
даН/м.
В этом случае угол фг может быть найден из выражения
фг = arctg —~.
Ю Наш прожди "г' А л ! ' АА /у 5 ,, ^бшлед масса, прадеда. 1 § I; Рис. 80. Суммарные нагрузки на про- вода при ветре (а) и гололеде с вет- ром (б)
106
Определяя суммарные нагрузки на несущий трос полукомпен-
сированной вертикальной цепной подвески, необходимые для расчета
натяжений троса при гололеде или при максимальном ветре, ветро-
вую нагрузку на контактные провода не учитывают, так как она, в
основном воспринимается фиксаторами.
Пример J. Определить нагрузки на усиливающий провод марки А-185,
подвешенный на опорах контактной сети на насыпи высотой fin — 20 м. Желез-
ная дорога проходит в открытой холмистой местности. Электрифицируемый учас-
ток расположен в Ш районе территории СССР по толщине стенки гололеда
и в Ш ветровом районе.
Нагрузка от веса провода А-185 (см. табл. 8)
g ~ 0,502 даН/м.
Установим расчетную толщину стенки гололеда. Нормативная толщина
стенки гололеда для Ш района при повторяемости 1 раз в 10 лет Ьн = 15 мм
(см. табл. 17). Диаметр провода А-185 d = 17,5 мм. Для этого диаметра к? =
= 0,925 (см. с. 101).
Провод смонтировав на опорах, расположенных на насыпи высотой 20 м.
Для этого случая к? = 1,34 (см. с. 101).
Расчетная толщина стенки гололеда b = КтЯг&н = 0,925 • 1,34 • 15 =
— 18,59 мм (округленно Ь = 19 мм). Нагрузку от гололеда найдем по формуле (1):
= 0,0009 • 3,14 • 19,0 (17,5 + 19,0) = 1,96 даН/м.
Для контактной сети, сооружаемой на насыпях высотой более 5 м, голо-
ледная нагрузка должна быть увеличена на 25% (см. с. 102) («г = 1,25). Тогда
= 1,25 • 1,96 = 2,45 даН/м.
Нагрузка от веса провод а с гололедом g + gy = 0,502 + 2,45 « 2,95 даН/м.
Установим расчетные скорости ветра о и ог. Согласно табл. 18 максималь-
ная нормативная скорость ветра для III ветрового района при повторяемости
I раз в 10 лет ун = 29 м/с.
Расчетную скорость ветра v найдем по формуле (4); значение z согласно
рекомендаций на с. 104 г = 10+ hH-= 10+ 20 = 30 м; параметр шероховато-
сти для рассматриваемого вида поверхности земли согласно табл. 19 равен
= 0,20. Подставляя соответствующие значения в формулу (4), получим
сх = 1,2 (см.
30*
кв = 0,238 In -"=0,238-5,01 = 1,192;
0,20
v = 1,192 • 29 — 34,6 м/с (округленно v = 35 м/с).
По табл. 19, в которой коэффициенты л'в даны с округлением, для рассма-
триваемого случая равен 1,20, т. е. незначительно отличается от рассчи-
танного по формуле (4).
Расчетная скорость ветра при гололеде (см. с. 103) ог = 0,5о — 0,5 • 35 =
= 17,5 м/с (округленно — 18 м/с).
Постоянную составляющую ветровой нагрузки на провод при максималь-
ном ветре определим по формуле (5); коэффициент лобового сопротивления
+ ( . табл. 20):
353 17 5
р = 1,2-------!— = 1,61 даН/м.
16 1000
нагрузка на провод, покрытый гололедом, по формуле (6)
, 18^ (17,5 _р 2.19)
п 1 2-----------------------= 1,35 даН/м.
’ 16 1000 А 1
* 1п х = 2,303 1g х; значение мантисс десятичных логарифмов можно па-
30
ходить по логарифмической линейке, так, например, In = 2,303 . 1g 150 —
= 2,303 • 2,176 = 5,01.
Ветровая
107
Суммарная
Суммарная
нагрузка при максимальном ветре по формуле (7)
<?в ~"|/0,5Э22 + 1 ,613 —1,69 даН/м.
нагрузка при гололеде с ветром по формуле (8)
2,953+1,353 —3,24 даН.
Определить нагрузки на провода полукомпенсированной цеп-
М-120 + 2МФ-100. Расстояние между контактными прово-
Пример 2.
ной подвески , ......
да ми 6 = 40 мм. Рельеф местности и климатические условия те же, что в при-
мере I.
Нагрузка от веса несущего троса М-120 (см. гл. II) gT = 1,058 даН/м.
Нагрузка от веса двух контактных проводов МФ-100 (см. гл. II) gK
= 2 • 0,89 = 1,78 даН/м.
Нагрузка от струн и зажимов (см. с. 100) ,gc = 0,1 даН/м.
Полная вертикальная нагрузка па трос при отсутствии гололеда
g 1,058 + 1,78+ 0,1 ~ 2,94 даН/м.
Установим расчетную толщину стенки гололеда при Ьп _= 15 мм.
Диаметр троса М-120 d 14 мм. 74ля этого диаметра кг 0,96. Расчет-
ная толщина стенки гололеда z_- 0,96 • 1,34 • 15 19,3 мкг.
Нагрузка на трос от гололеда по формуле (1) g+r 0,0009 • 3,14 . 19,3 X
X (14+ 19,3) 1,82 даН/м; с учетом коэффициента — 1,25:
grT ~ 1,25 • 1,82 — 2,28 даН/м.
Нагрузку от гололеда на два контактных провода определим исходя из
и среднего -расчетного диаметра контакт-
Ьк = 0,5&т = 0,5 • 19,3 х 9, 6 мм
кого провода
11,84-12,81
--12,3 мм;
4
2
£кг = 2 . 0,0009 • 3,14 • 9,6 (12,3 + 9,6) 1,19 даН/м;
С учетом коэффициента пг — 1,25 имеем
gPjt 1,25 • 1,19 = 1,49 даН/м.
Нагрузка от гололеда на провода цепной подвески (гололед на струнах цеп-
ной подвески не учитываем)
gr = 1,92-ф 1,49 3,41 даН/м.
Полная вертикальная нагрузка на трос при гололеде
g+ gy — 2,94 3,41 — 6,35 даН/м.
Расчетные скорости ветра (см. пример I);
v — 35 м/с; уг = 18 м/с.
Горизонтальную ветровую нагрузку па трос при максимальном ветре опре-
делим по формуле (5); коэффициент сх 1,25 (табл. 20):
253 14
р.г =^1,25 —— —_ J 34 даН/м.
16 юоо
Горизонтальная ветровая нагрузка на трос, покрытый гололедом, по фор-
муле (6)
183 (14 + 2.19,3)
,25 —------------------ =1 ,33 даН/м.
16 1000
Суммарная нагрузка на трос при максимальном ветре (без учета ветровой
нагрузки на контактные провода, так как она в основном воспринимается фик-
саторами) по формуле (7)
<?ТЕ — ~|/2,942+ 1,34а —3,23 да11/м.
108
Суммарная нагрузка на трос при гололеде с ветром по формуле (8)
<?ТГ -- У 6,712 -ф 1, ЗЗ2 = 6,84 даН/ м.
Ветровую нагрузку на два контактных провода МФ-100 Н — 11,8 мм
(см. гл. Н); при расстоянии между проводами о = 40 мм и расположении их
на насыпи высотой более 5 м сх = 1,85 (см. табл, 20)
352
р^1,85~-
16
11,8
1000
= 1,67 даН/м,
Ветровая нагрузка па контактные провода, покрытые гололедом, по форму-
ле (6)
18* (11,8-1-2.9,6)
pJ(r — 1,85- —— --- -------—= 1,16даН/м.
Р г 16 1000
Пример 3. Определить постоянные составляющие ветровых нагрузок на
провода цепной подвески М-120 -ф 2МФ-100, необходимые для определения
длин пролетов этой подвески. Электрифицируемый участок расположен в III
ветровом районе и в III гололедном районе. Железная дорога проходит по насы-
пи высотой /jh l= 13 м на открытой поверхности земли без растительности;
г — 10 Ж 13 — 23 м, г0 — 0,05 (но табл. 19).
Установим расчетные скорости ветра и и уРП. Согласно табл, 18 максималь-
ная нормативная скорость ветра для III ветрового района при повторяемости
1 раз в 10 лет = 29 м/с.
По формуле (4) получим
23
кв = 0,238 In тгжг = 0,238 • 2,303 1g 460 = 0,238 . 2,303 • 2,663 =
U, ио
= 0,238 . 6,13 = 1,46 (по табл. 19 кв 1,43);
v = 1,46 . 29 = 42,3 м/с; для расчетов принимаем v = 42 м/с;
цгп = 0,6 • 42 = 25,2 м/с; для расчетов принимаем игП = 25 м/с.
Ветровая нагрузка на трос при максимальном ветре
423 J4
рт =1,25 ——---~----= 1 ,93 даН/м.
16 1000
Ветровая нагрузка на два контактных провода МФ-100 при расстоянии
между проводами 6 = 40 мм и — 1,85
42з 11,8
,85-—— ———•—=2,41 даН/м.
16 юоо
Установим расчетную толщину стенки гололеда. Нормативная толщина
стенки гололеда для 111 района при повторяемости I раз в 10 лет Ьп — 15 мм
(см. табл, 17). Диаметр троса М-120 d = 14 мм. Для этого диаметра кг = 0,96.
Контактная подвеска смонтирована на опорах, расположенных на насыпи
высотой 13 м;
Расчетная
Ветровая
с.
для этого случая к?
толщина стенки гололеда
b-f = лф лф Ьп 0,96 1, 21 15 — 17,4 мм.
нагрузка на трос, покрытый гололедом,
, _ 25* (14-ф 2 -1 7,4;
--- ——.— -^2,38даН/м.
16 1000
Ртг—
Ветровая
нагрузка на контактные провода, покрытые гололедом,
252
Ркг —1 .«5 —-г-
= 2,11 даН/м.
109
VII РАСЧЕТЫ СВОБОДНО ПОДВЕШЕННЫХ ПРОВОДОВ
И ПРОСТЫХ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК
23. УРАВНЕНИЕ ПРОВИСАНИЯ СВОБОДНО ПОДВЕШЕННОГО ПРОВОДА
Если провод с постоянной площадью сечения подвесить между
двумя точками, расположенными на одном уровне, то под действием
равномерно распределенной по его длине нагрузки от веса про-
вод примет очертание цепной линии (рис. 81). Жесткость проводов
и тросов сказывается только при небольших (порядка в несколько
метров) расстояниях между точками их подвеса. В больших пролетах
жесткостью проводов и тросов пренебрегают и рассматривают их как
идеальные гибкие нити.
Расстояние по горизонтали между точками подвеса А и В на-
зывают пролетом и обозначают буквой Z. Расстояние по вертикали
в середине пролета между проводом и прямой АВ, соединяющей
точки подвеса, называют стрелой провеса и обозначают буквой f.
Обе величины измеряют в метрах.
Усилие, действующее вдоль провода, называют натяжением и
обозначают буквой Т. Натяжение в проводах, рассматриваемых как
идеальные гибкие нити, которые не могут воспринимать изгибающие
моменты, обусловлено только растяжением и направлено по касатель-
ной к кривой провисания нити в рассматриваемой точке пролета.
Натяжение в низшей точке кривой провисания проводов бу-
дет направлено горизонтально, его обычно обозначают бук-
вой Н.
При расчетах гибких нитей с малыми стрелами провеса считают
также, что вертикальная нагрузка распределена равномерно не по
Рис. 81. Кривые провисания провода в пролете:
а — цепная линия; б — парабола
длине самой нити (рис.
81, й), а по горизонталь-
ной проекции нити (рис.
81, б); нить с такой на-
грузкой провисает по па-
раболе. Такое допущение
вызывает малые погрешно-
сти и в то же время дает
возможность значительно
упростить расчет.
Натяжение провода Т
изменяется в пролете от
наименьшего значения Т~
— Н в низшей точке про-
веса провода до наиболь-
шего значения у опор, рав-
ного
Гл = Тв “ К»2 + Vs.
110
I
Рис. 82. Расчетные схемы гибкой нити, нагру-
женной произвольной вертикальной нагрузкой
Так как V = 0,5<yZ (см.
рис. 81, 6), то
Тд==Тв =
==я]/1 + Ш’' (9)
Провода и тросы кон-
тактных сетей электрифи-
цированных железных до-
рог представляют собой
гибкие нити, имеющие ма-
лые стрелы провеса по от-
ношению к длине пролета,
В таких нитях значение максимального натяжения Т мало отличает-
ся от натяжения нити Н. Если, например, f!l = 1/40, то разница
в натяжении будет составлять всего 0,5%. Поэтому при расчете ни-
тей с малыми стрелами провеса (их еще иногда называют «пологими»
нитями) часто считают, что натяжение нити постоянно и равно Н.
Силу, действующую на единицу площади сечения провода, назы-
вают напряжением и обозначают буквой о. Согласно определению
о - H/S
(здесь S — площадь сечения провода).
Представим себе гибкую нить с опорами, расположенными на
одном уровне, нагруженную произвольной вертикальной нагрузкой,
распределенной по длине горизонтальной проекции нити (рис. 82, а).
Показанные на этом рисунке реакции определим на основании
уравнений статики. Так, сумма проекций всех сил на горизонталь-
ную ось
Sx = — На 4“ Нв ~ 0»
откуда следует Яд = Нв = Н.
Суммы моментов всех сил относительно опор В и А:
VaI — = 0;
S/Ид = Vzl — SMM = 0.
В этих уравнениях Е/И<щ и Е/И<щ — моменты действующих
на нить всех внешних заданных сил qx относительно опор В и А.
Из выше приведенных уравнений получим соответственно:
, 5
(10а)
в I
(Юб)
В случае определения реакций балки, показанной на рис. 82, б,
нагруженной точно так же, как нить, и имеющей такой же пролет,
были бы получены такие же реакции, как по формулам (10а) и (106).
111
Рис. 83. Расчетные схемы гибкой нити, и а гру-
женной равномерно распределенной по пролету
нагрузкой
Таким образом, вер-
тикальные составляющие
опорных реакций нити рав-
ны опорным реакциям в
простой балке Л В (см.
рис. 82, б), нагруженной
точно так же, как задан-
ная нить. Подобные реак-
ции будем в дальнейшем
называть «балочными».
Рассмотрим некоторое
сечение нити в точке С
на расстоянии х от левой
опоры. Ордината этого се-
лить предполагается абсо-
сто-
чения равна у (см. рис. 82, а). Поскольку
лютно гибкой, момент всех сил, действующих на нее по одну
рону от сечения, должен равняться нулю, т. е.
Мх - Ну - О,
(И)
где Л1х — сумма моментов всех вертикальных сил (включая и опор-
ную реакцию), расположенных левее сечения С;
Я—натяжение нити;
у — провес нити в точке С.
Момент Мх представляет собой не что иное, как изгибающий мо-
мент в соответствующем сечении простой балки. Подобные моменты
будем в дальнейшем называть «балочными». Уравнение (11) может быть
переписано в виде = Ну, откуда имеем
у M.JH. (12)
Формула (12) представляет уравнение провисания гибкой нити.
С помощью этого уравнения можно найти провес нити в любом ее се-
чении. По формуле (12) можно также определить натяжение нити, если-
известен ее провес в каком-то сечении
Н = Мх1у. (13)
Рассмотрим одну из наиболее распространенных задач в теории
гибких нитей — задачу об определении стрелы провеса и натяжения
симметричной нити от нагрузки' q, равномерно распределенной по
всему пролету (рис. 83, а). Для этого случая балочные реакции Va
и Va равны (рис. 83, б), т. е. Va = Vb — 0,5Д.
Балочный изгибающий момент Мх в сечении нити на расстоянии х
от опоры А
х 4 2 2 2 2
Подставив это значение в выражение (12), получим уравнение
провисания (равновесия) свободно подвешенного провода
дх (/— х)
2Н
(14)
112
Для х — 0,5/ величина у — /, и формула (14) примет вид
I - (15)
или
И = (16)
Подставив это значение Н в формулу (14), получим
(17)
Длина провода в пролете может быть определена по формуле дли-
ны параболы. Длина отрезка одной ветви параболы от вершины О
2 /Г2
до точки с координатами (х, у) Lx ~ х + g р
Для одной ветви параболы, изображенной на рис. 81, б, при х =0,5/
и у = f получим
длина обеих ветвей параболы, т. е. длина провода в пролете
L = / + (18)
3 Z
В некоторых случаях удобнее пользоваться формулой для опре-
деления длины провода, в которую входит не стрела /, а величины
q и Н. Подставив в формулу (18) значение стрелы из (15), получим
Подставив в формулы (9) и (19) значение Н из формулы (16), по-
лучим выражение для расчета натяжения свободно подвешенного
провода у опор:
т^=тА=тв^ уПЗЕ.
24. НАТЯЖЕНИЯ И СТРЕЛЫ ПРОВЕСА ПРОВОДА ПРИ РАЗНЫХ
АТМОСФЕРНЫХ УСЛОВИЯХ
• Свободно подвешенный провод сохраняет данные ему при монтаже
натяжение и стрелу провеса лишь до тех пор, пока не изменятся ат-
мосферные условия, которые были при монтаже. С изменением темпе-
ратуры окружающего воздуха или изменением температуры самого
провода вследствие уменьшения или увеличения протекающего по
нему тока, а также при появлении дополнительных нагрузок от голо-
леда и ветра изменятся длина провода, его натяжение и стрелы про-
веса.
При проектировании воздушных линий определяют натяжения
и стрелы провеса проводов в различных условиях (режимах) их ра-
113
боты. Для решения этой задачи зависимость натяжений провода от
температуры и нагрузки выражают в виде уравнения, называемого
уравнением состояния провода.
Уравнение состояния свободно подвешенного провода позволяет
определить натяжение провода Нх для любой температуры воздуха
tx и нагрузки на провод qx, если известно натяжение провода Нг при
температуре 4 и нагрузке
Для вывода уравнения состояния рассмотрим провод в одном про-
лете, т. е. в пролете с жестким закреплением провода в точках его
подвеса, расположенных на одинаковой высоте.
Для определения изменения длины провода AL при переходе от
одного состояния (4, 71, Ях) к другому (tx, qXi Нх) воспользуемся фор-
мулой (19), согласно которой
AL — Lx = I
откуда имеем
24/4 24/4 ’
' (20)
Изменение длины провода может произойти вследствие упругих
удлинений провода, вызванных изменением его натяжения на
(Нх — Я1) и определяемых согласно закону Гука выражением
I (Нх — HJEjES), а также вследствие температурных удлинений про-
вода при изменении температуры на (tx — 4), определяемых выраже-
нием la (tx — 4)-
При определении упругих и температурных удлинений провода
будем считать, что L = I. Такое допущение можно сделать, поскольку
для обычно принимаемых пролетов н натяжений длина провода мало
отличается от длины пролета.
Таким образом, при одновременном изменении натяжения провода
и его температуры провод получит удлинение
= + (21)
£ о
где Е — модуль упругости провода;
S — площадь поперечного сечения провода;
а — температурный коэффициент линейного расширения ма-
териала провода.
Приравняв значения AL, полученные по формулам (20) и (21),
и сократив обе части уравнения на Z, получим
— X.L __71 „с а (f — м /22}
24Я£ 24/4 ES * 1 ’ ( '
Уравнение (22) имеет ясный физический смысл и в таком виде наи-
более удобно для запоминания. Левая сторона уравнения представ-
ляет собой полное относительное удлинение провода при переходе от
одного режима температуры и нагрузки к другому, правая — сумму
упругого и температурного относительных удлинений.
114
После переноса в левую часть всех членов с искомыми значениями
(Ях, Qx) и алгебраических преобразований получим уравнение состоя-
ния провода в следующем виде:
(7® Р ES 2 ,2 р?
Нх- - = н1—fhL^L-aESVХ-Л). (23)
24Я2 J- 24Hf 4 7
Этим уравнением можно пользоваться, полагая значения величин
для режима с индексом 1 известными и определяя значения для режи-
ма с индексом х, или наоборот. При подстановке значений отрицатель-
ных температур в последний член уравнения необходимо обязатель-
но соблюдать правило знаков.
Величина t входит в уравнение состояния в первой степени. По-
этому для упрощения расчетов при построении монтажных кривых
его часто приводят к виду
t = । t
x 24a/Y2 24atf* aES b
откуда, выделяя в скобки члены, имеющие постоянное значение, по-
лучим
С =7 С-----+ ------. (24)
' 24аИ* aES ) 24аН*х aES
Это уравнение после подстановки в него известных величин будет
иметь вид
tx = А + В/т - Нх/С, (25)
где Л, В и С—постоянные коэффициенты;
24аЯ3 aES
(р р
24а
Подставляя в уравнение (25) различные значения Нх, взятые че-
рез произвольные интервалы (например, через каждые 1 кН), полу-
чают соответствующие значения tx. Эти значения должны быть в пре-
делах заданного диапазона температур (от tmlu до /ГЛЭх). По получен-
ным значениям fx строят кривую Нх (tx).
Соответствующие значения стрел провеса провода находят по фор-
муле (15): fx = По полученным данным строят кривую fx (tx).
25. УСТАНОВЛЕНИЕ ИСХОДНОГО РАСЧЕТНОГО РЕЖИМА
Критический пролет. Максимальное натяжение подвешенный про-
вод в процессе эксплуатации может получить в режиме минимальной
температуры (CniT]) или в режиме наибольшей добавочной нагрузки
(<7тах) при гололеде и ветре или при макс: мальнсм ветре. Возникает
115
Рис. 84. Кривые изменения натяже-
ний провода //max И //min В ЗЗВИ-
симости от длины пролета
вопрос, какой из этих режимов сле-
дует принимать в качестве исходного
при расчете проводов и тросов.
Расчеты показывают, что соотно-
шение натяжений проводов при раз-
личных температурах и дополнитель-
ных нагрузках в основном зависит
от длины пролета. Рассмотрим зави-
симость натяжения провода от темпе-
ратуры и от нагрузки при малых и
больших пролетах. Предположим, что
длина пролета стремится к нулю;
примем условно ее предельное значе-
ние I -0, тогда уравнение состояния
провода (23) примет вид Нх = Нх —
— -aES (tx— Е), откуда видно, что при
малых пролетах изменения натяжения провода определяются в ос-
новном изменениями температуры, и наибольшее натяжение будет
иметь место в режиме минимальной температуры.
Если обе части уравнения (22) разделить на Е, то
Ех ___ _ ЕЕ —Hi , a (tx —
24Н2Х 24H'i “ ESP P
При больших пролетах члены этого уравнения, имеющие Е в зна-
менателе, будут иметь небольшое значение, а при I — оо обратят-
ся в нули. В этом случае
_ Ei
2АН* 2АН}
Решив это уравнение относительно ЯЛ- и проведя упрощения, име-
ем откуда следует, что при больших пролетах изменение
натяжения провода зависит в основном от изменений нагрузки и наи-
большее натяжение будет в режиме наибольшей добавочной нагрузки.
Очевидно, что между малыми пролетами, в которых наибольшее
натяжение провода возникает при минимальной температуре, и боль-
шими пролетами, в которых наибольшие натяжения возникают при
наибольшей добавочной нагрузке (гололед, ветер), должен находить-
ся разграничивающий пролет (рис. 84), в котором натяжение провода
достигает максимального допустимого значения как при минимальной
температуре, так и при наибольшей нагрузке. Такой пролет называют
критическим (ZKP). Критический пролет можно найти из уравнения
(22), если отнести в нем величины с индексом х к режиму наибольшей
добавочной нагрузки, а величины с индексом 1 - к режиму минималь-
ной температуры. Примем:
—суммарная максимальная нагрузка на провод при
гололеде и ветре или при максимальном ветре;
' температура, при которой ведется расчет провода
на дополнительные нагрузки;
116
qA - q — нагрузка от веса провода;
- Zmill —минимальная расчетная температура;
ах — максимальное допустимое натяжение провода.
Тогда при Z - получим
(12 12 гД 12
WX кр______S кр _ ,, , .
94i~r2 94М2 7 max mW'
щах max
решая это уравнение относительно ZKP, найдем
' = Н
нр 24 max
24и (tg max - ' Win) ,
Wax
(26)
Как видно из полученной формулы, значение критического про-
лета зависит от климатических условий (Zgmax, Zmin, 7Щах), а также
от физических свойств и максимального допустимого натяжения про-
вода (сс, /7тах).
Определив критический пролет, сравнивают его с расчетным про-
летом. Если расчетный пролет меньше критического, то исходным
расчетным режимом будет режим минимальной температуры, если
больше критического — исходным расчетным режимом будет режим
наибольшей добавочной нагрузки.
Критическая температура. В некоторых случаях необходимо знать,
в каком режиме стрела провеса будет иметь наибольшее значение:
при гололеде или при высшей температуре. При определенной темпе-
ратуре стрела провеса провода, находящегося под воздействием
веса, достигнет такого же значения, как при наличии гололеда на
проводе. Такую температуру называют критической и обозначают
Zi;p. Зная эту температуру и сопоставляя' ее с наивысшей (рас-
четной) для данного района, можно решить, при каком режиме стрела
провеса получит максимальное значение
п у / j _ g
aES ( g-rgr
(27)
где Т — температура образования гололеда на проводе;
Н? — натяжение провода при гололеде;
g — нагрузка от веса провода;
gv — нагрузка на провод от гололеда.
В формулу (27) не входит длина пролета. Следовательно, для рас-
сматриваемого провода с заданными параметрами критическая темпе-
ратура будет одинаковой для пролетов различной длины, в которых
Нг имеет одно и то же значение.
Нетрудно показать, что если наивысшая температура в данном
районе выше критической, то максимальная стрела провеса будет
при наивысшей (максимальной) температуре; если наивысшая тем-
пература в данном районе ниже критической, то максимальная стре-
ла провеса будет при гололеде (без ветра). В последнем случае для
определения высоты провода над землей или над сооружениями
можно ограничиться вычислением стрел провеса при гололеде.
117
26. РАСЧЕТ ПРОВОДОВ В АНКЕРНОМ УЧАСТКЕ
Анкерные участки состоят из нескольких пролетов различной дли-
ны. Если бы в точках подвеса провод имел жесткое закрепление, то
натяжение и стрелы провеса провода в каждом из этих пролетов при
изменении атмосферных условий изменялись по своему закону в за-
висимости от длины пролета. В действительности же промежуточные
крепления провода выполняют так, что при появлении небольшой
разности натяжений провода в смежных пролетах происходит смеще-
ние точек крепления провода вдоль анкерного участка (за счет накло-
на подвесной гирлянды изоляторов, поворота консолей и т. п.) и вы-
равнивание натяжения провода по всему анкерному участку. Изме-
нение натяжения в общем случае отличается от изменения натяжения
в каждом отдельном пролете при неподвижных точках подвеса. Не-
трудно показать, что для каждого анкерного участка с любым соче-
танием пролетов можно подобрать такой пролет, при котором изме-
нение натяжения провода в нем будет происходить таким же образом,
как в рассматриваемом анкерном участке.
Эквивалентным пролетом называют пролет такой длины, в ко-
тором при изменениях температуры и дополнительной нагрузки на-
тяжение провода будет изменяться по тому же закону, как и в анкер-
ном участке при действительно имеющихся пролетах.
Рассмотрим анкерный участок, состоящий из пролетов различной
длины 1Ъ l2, /3, ..., 1п (рис. 85). Удлинение провода в пролете lt при
изменении температуры и нагрузки от 4 и ср до значений tx и qx мо-
жет быть найдено из выражения
_____________________________________________
24Н^ 2АН} 24tf® 24//J
Суммируя удлинение. AL во всех пролетах анкерного участка и
принимая во внимание, что значения величин q и Н будут одинаковы-
ми для каждого пролета при каждом режиме, получим
Разделив это выражение на 2Z, найдем относительное удлинение
провода в данном анкерном участке
I \ Ц3
I 24Я* 24/Zf У SZj
Рпс, 85. Схема
участка провода
анкерного
118
Приравняв это относительное удлинение сумме упругого и тем-
пературного относительных удлинений, получим
q* \ = Нх--Н
I Zlt ES
(28)
2477 “
Так как в эквивалентном пролете согласно его определению зна-
чения натяжений провода в нем будут такими же, как и в рассматри-
ваемом анкерном участке, то для эквивалентного пролета может быть
составлено следующее уравнение;
чУ! яУэ нх-н1
24Я| 24Л7? ES
^1) •
(29)
Приравнивая левые части выражений (28) и (29), найдем
<71 q* \ р
2477 £ 24/И у 2/; 24/7* 24/7* / Э>
откуда имеем
^1 + ^-1" • • • -р in,
В общем виде формула для определения эквивалентного проле-
та может быть записана так:
(30)
где It — длина пролета с номером г*;
п — число пролетов в анкерном участке;
/АУ = 2/г — длина анкерного участка.
Расчеты провода рассматриваемого анкерного участка ведут по
эквивалентному пролету, зная, что натяжения провода в различных
его пролетах равны натяжению, полученному для эквивалентного
пролета. При выборе исходного режима критический пролет сравни-
вают с эквивалентным.
Что касается стрел провеса провода, то они будут в разных про-
летах различны. Их можно определить для каждого пролета в отдель-
ности по формуле (15) или с помощью зависимости
Л =Ь-~-. (31)
ч
где ft — стрела провеса провода в г-м пролете анкерного участка;
fa — стрела провеса провода в эквивалентном пролете при
определенной температуре;
It — длина z-го пролета, для которого определяется стрела
провеса провода.
119
27. ПОРЯДОК РАСЧЕТА ПРОВОДОВ.
МОНТАЖНЫЕ КРИВЫЕ И ТАБЛИЦЫ
Конечной целью расчета проводов является определение их на-
тяжений и стрел провеса при различных температурах для построения
монтажных кривых и составления монтажных таблиц. При расчете
определяют натяжения проводов при режиме гололеда с ветром и режи-
ме максимального ветра, которые необходимо знать для выбора нагру-
зок на опоры при этих режимах. Кроме того, иногда выявляют макси-
мальную стрелу провеса проводов при гололеде (без ветра) или от-
клонение провода от вертикальной плоскости в какой-либо точке про-
лета при максимальном ветре. Натяжения провода определяют исходя
из условия, что при исходном расчетном (наиболее тяжелом для про-
вода) режиме натяжение провода будет равно его максимальному
допускаемому натяжению.
Поскольку провода и тросы контактной сети рассчитывают по
методу допускаемых напряжений, то максимальное допустимое натя-
жение провода /7тах находят делением разрушающей нагрузки при
растяжении Яраз на номинальный коэффициент запаса прочности к3,
т. е.
Н max — ^раз^з = up*S/(32)
где а — коэффициент, учитывающий разброс механических ха-
рактеристик и условия скрутки проволоки, принимаемый
равным 0,95 при числе проволок в проводе не более 37
и 0,90 — при числе проволок более 37;
пвр — временное сопротивление разрыву материала проволоки;
5 — расчетная площадь поперечного сечения провода.
Разрушающие нагрузки проводов при растяжении приведены в
стандартах (см. гл. II). Номинальный коэффициент запаса прочности к3
устанавливают в зависимости от материала и конструкции провода,
а также требований надежности линии.
Коэффициент запаса прочности новых проводов должен быть не
менее: для стальных поперечных несущих тросов и канатов блочных
компенсаторов —4; для стальных продольных несущих тросов, фик-
сирующих тросов и для биметаллических поперечных несущих тро-
сов — 3; для других многопроволочных проводов —2; для контактных
проводов — 2,5.
На участках линий с повышенными требованиями к надежности
(например, в населенной местности, на мостах, при пересечении же-
лезнодорожных путей и т. д.), а также для уменьшения веса опорных
устройств провода и тросы линий электропередачи подвешивают с ос-
лабленным натяжением, принимая коэффициент запаса прочности
равным 3. Максимальное натяжение проводов и тросов не должны
превышать наибольшие натяжения, на которые рассчитаны изоляторы
и арматура контактной сети. Физико-механические характеристики
проводов и тросов могут быть приняты по усредненным данным
табл. 21 и 22.
120
Таблица 21
Материал, марка проводов и тросов Плотности материала, г/см3 Модуль упру- гости, Е, ГПа Температур- ный коэффи- циент линей- ного расши- рения ct, JC-6oC-i Временное сопротивление разрыву про- волоки ов, МПа, не менее
Медные М 8,9 130 17 390
Бронзовые Бр 8,9 130 17 680
Биметаллические сталемед- 8,25 175 13,3 750
иые ПБСМ Алюминиевые А, АКП 2,75 63 23 150
Стальные ПСО 7,85 200 12 550
Стальные ПС, ПМС 8,0 200 12 650
Стальные тросы (канаты) 8,0 200 12 1200
После того как выбран провод и установлено его максимальное
допустимое натяжение, определяют расчетные нагрузки на провод
для следующих расчетных режимов:
низшая температура ZmJn (ветра и гололеда нет);
гололед при ветре определенной скорости Zr = — 5° С;
ветер максимальной интенсивности, =- + 5° С.
Если провод смонтирован на поворотных кронштейнах или на
подвесных гирляндах изоляторов и анкерный участок провода состоит
из неодинаковых по длине пролетов, то по формуле (30) рассчитывают
эквивалентный пролет /0. Затем устанавливают исходный расчетный
режим, при котором провод в эксплуатации будет иметь максимально
допустимое натяжение Для этого по формуле (26) находят длину
критического пролета /кр. Сравнивают его с эквивалентным, выяв-
ляют наиболее тяжелый режим и принимают его за исходный.
Таблица 22
Материал, марка и площадь сечения проводоз Модуль упругости Е, ГПа Темпера- турный коэффи- циент линейного расшире- ния ct, 1 О-0Х XT"1 Материал, марка и площадь сечения проводов Модуль упругости £, ГПа Темпера- турный коэффи- циент линейного расшире- iniH ct, 1 0-sX X °C ~
Ста л салю ми ни с вне АС, АСКС, АСКП, АСК сечением, мм-: 10 и более при соотношении Сталеалюминисвыс АС, АСКС, АСКП, АСК сечением, мм2; 120 ц более при А:С--4,29-4-4,39 89 18,3
Л:С-- 6.04-6,25 70 при А: С—0,95 82,5 134 19,2 14,5 150 и более при Л:С7,714-8,04 77 19,8
95 при Л;С—0, 65 146 13,9 185 и более при А:С 1 ,46 114 15,5
121
Установив исходный расчетный режим, для расчета уравнения
состояния провода (24) определяют постоянные коэффициенты А, В, С.
При этом в выражение для коэффициента А подставляют значения
4, qx и = Ятаг, соответствующие исходному расчетному режиму.
Считают, что при монтаже провода дополнительных нагрузок от голо-
леда и ветра не бывает. Поэтому при расчетах натяжений провода при
различных температурах в выражении для коэффициента В принимают
Ях =
Подставляя в уравнение (25) различные значения Нх, получают
соответствующие значения tx. Расчеты лучше всего начинать с Нх =
= #тах- Это дает возможность выявить ошибки, допущенные при рас-,
чете критического пролета и при подсчете коэффициентов А, В н С
уравнения (25).
В том случае, когда исходным расчетным режимом является ми-
нимальная температура, при подстановке в уравнение (25) Нх =
= Ята1 должно получиться tx = Cun. Если это не получается, то
при определении коэффициентов уравнения допущена ошибка.
Если расчетным режимом является один из режимов наибольшей
добавочной нагрузки, то прн подстановке в уравнение (25) Нх = /7тах
должно быть tx ниже /т1п. Если это не получается, то при опреде-
лении коэффициентов уравнения или при расчете критического про-
лета допущена ошибка.
По полученным данным строят монтажную кривую Нх (tx). По
ней составляют монтажную таблицу (см. пример 4).
Стрелы провеса провода для действительных пролетов, входящих
в анкерный участок, находят по формуле (15). Полученные данные
заносят в монтажную таблицу. По этим данным строят монтажные
кривые Д(Д).
В том случае, когда исходный расчетный режим — минимальная
температура, натяжение провода в режиме гололеда с ветром (#г)
и в режиме максимального ветра (//в) проще всего определять под-
бором с помощью уравнения (24). Для чего величины с индексом I в
этом уравнении следует отнести к режиму минимальной температуры,
а с индексом х — сначала к режиму гололеда с ветром, а затем к ре-
жиму максимального ветра. Подставив вместо ожидаемое значение
Нг, находятtx. Если оно оказалось равным /г = — 5° С или отличается
от него не более чем на 0,5° С, то Нг выбрано правильно, в противном
случае задаются другим значением Нг и снова находят tx. Если и в
этом случае tx не оказалось равным ф, действительное значение Нг
определяют линейной интерполяцией.
Для получения наиболее точного действительного значения Нг
(или необходимо при подстановке в уравнение (24) интерполяцией
выбрать значения Нг (или Н Е) такие, чтобы 1Х получалось в одном
случае несколько (на 3—5° С) больше, а в другом несколько меньше
1Г (или tB = +5° С).
Пример 4. Выполнить расчет усиливающего провода марки А-185, по-
строить монтажные кривые и составить монтажную таблицу.
Провод подвешен в анкерном участке, состоящем из пяти пролетов но 70 м,
десяти по 62 м и восьми но 58 м. Поминальный коэффициент запаса прочности
провода к3 = 3.
122
Рельеф местности и климатические условия те же, что в примере 1, высшая
температура воздуха Zmax — Ду40о С, низшая /roin =- — 50° С, температура
воздуха при гололеде Z,. — — 5° С, при максимальном ветре /в _-= -j- 5° С.
' Данные провода Л-185: расчетное сечение S = 183 мм2, диаметр d = 17,5 мм;
масса g 0,502 кг/.м; а 23 • °C"1; Е = 63 ГПа (см. табл. 22).
Максимальное допустимое натяжение провода по формуле (32) при Яраз =
__ 28,68 кН (см. табл. 8) и к3 = 3 будет
28,68 „ _
#тах~—~— — 9,56 кН;
для дальнейших расчетов принимаем
Ятак - 9,5 кН.
Расчетные нагрузки на провод возьмем из примера:
g — 0,502 даН/м; q? = 3,24 даН/м; qa = 1,69 даН/м.
Длина рассматриваемого анкерного участка
Zay = 5 * 70-i- 10 • 62-1- 8 • 58 — 1434 м.
Длину эквивалентного пролета Z3 найдем по формуле (30)
g / 5-71Р+ 10-623-)- 8 583
/_ - 1 / -----—------------= К9 R м
Установим исходный расчетный режим, при котором провод в эксплуатации
будет иметь максимальное допустимое натяжение Ятах- Для этого по формуле
(26) определим длину критического пролета ZKp:
для режима гололеда с ветром
кр. г -“9,о
24*23-10-6 [ — 5 — ( — оО)
-------— ------------— _„4б 8 М;
(3,242 — 0,5022) 10 -4
для режима максимального ветра
кр.в —
-----------——-------— = 102,4 м.
(1,692 — 0,5022) К)-4
Так как ZKP.r > 1д, то исходным расчетным режимом будет режим гололеда
с ветром. При нем провод получит максимальное натяжение Ятах = 9, с кН,
следовательно,
Нг ~ HF = Нтах — 9,5 кН, Zx - tP = — 5° С, = уг - 3,24 даН/м.
Поскольку ZI{p.B > Zyip.n то при максимальном ветре натяжение провода
будет меньше, чем при гололеде (см. ниже монтажные кривые).
Определим натяжения и стрелы провеса провода в зависимости от темпе-
ратуры. Для расчетов воспользуемся уравнением состояния провода (24). Под-
считаем его постоянные коэффициенты
3,243-10 - 4-62,83
9,5
= 5 —---------------------_,,------------------------
24.23.10-6.9,52 1 23.10-6.63-106*183.10-6
— 5 — 83,1 -L 35,8 - -52,3.
Так как в нашем случае qx ~ g — 0,502 даН/м, то
0,5022. Ю-4.62,82
В - —-----------—-------1 ,80 1 ОД
24-23.10-6
С = 23 • IO-6 • 63 • 10(! • 183 Ю0 = 0,265.
123
Подставив значения коэффициентов А, 3 и С в формулу (25), получим
гх = -52,3-!-
1,80-102
+Г~
0,265 '
Подставляя в это уравнение различные значения Нх, определим соответст-
вующую им температуру. Начнем с Нх — Ятах =9,5 кН:
tx_ — 52,3 + 1 ,80-103 9,5 —86,ГС.
9,53 0,265
При Нх =6 кН
+ = —52,3 4- 1,80-102 6 —69,9° С
63 ”” 0,265
Продолжая расчеты, получим следующие данные для построения монтажной
кривой Нх = tx:
Нх, кН 4 3 2,5 2 1,7 1,5 1,4
tx, °C —56,2 —43,6 —32,9 —14,8 -)-3,6 +21,0 +44,2
По этим данным строим график (рис. 86). Из этого графика находим соот-
ветствующие значения натяжений для температур — 50, — 30,— 10, 0, +10,
+ 20/+ 30 и + 40° С.
По формуле (15) определим стрелы провеса провода для действительных
пролетов, входящих в анкерный участок. Результаты расчетов сведем в монтаж-
ную табл, 23, по данным которой построим монтажные кривые fx (tx).
Определим натяжение и стрелу провеса провода в режиме максимального
ветра. Поскольку исходным режимом является режим гололеда с ветром, то ве-
личины с индексом 1 в уравнении (24) относим к этому режиму, а величины
Рис. 86. Монтажные кривые к примеру 4
с индексом х — к режиму мак-
симального ветра.
Определим для этого режима
коэффициент Вв. Полагая qx—.
— q3=- 1,69 даН/м, получим
1,69^10-4-62,8з
Вв —----------------
24-23.10-6
= 20,4-103.
Подставив значения коэффи-
циентов А, В и С в формулу (25),
получим
20,4-10-
Нх
Нх
0,265
Расчет ведем подбором, за-
даваясь различными значениями
Нх Нв.
Задаемся Нх — 5,5 кН:
ч 20,4-102
+ — — 52,3 + „
5,5
0,265
= — 5,7’С.
Полученное значение tx зна-
чительно отличается от =
= + 5° С.
124
Таблица 23
tx> °с !!х' кН Стрслн провеса м, для пролетов длиной, м + , “С Их’ кН Стрелы провеса f . м, для пролетов длинен!, м
58 62 70 58 62 -0
--50 3,45 0,61 0,70 0,89 + 10 1 ,60 1 ,32 1,51 1 ,92
-30 2,4 0,88 1,00 1,28 + 20 1,5 1 ,40 1,61 2,04
—10 1,90 1 ,11 1,27 1,62 +зо 1,45 1,46 1,66 2,12
0 1,75 1,21 1,38 1,75 + 40 1,40 1,51 1 ,72 2,19
Ю,6°С.
1,69-10~3-62а
/в —
Зададимся другим значением Нх = 5 кН; в этом случае
20,4403 5
+ = -52,3+------------— ——
б3 0,26й
С помощью линейной интерполяции найдем значение Нх, при котором
+ — 5е С; уменьшение Нх на 0,5 кН приводит к увеличению tx на 16,3° С;
следовательно, чтобы получить 1Х = 5е С, надо принять Нх = 5 +- 0,5 X
X 5,6/16,3 — 5,17 кН. Полученное значение Нв отметим на рис. 86.
Определим стрелы провеса провода при максимальном ветре по формуле (15):
1,69-Ю-з-583
+ —-------------“ —1,37 и,
8-5,17
для других пролетов, входящих в анкерный участок,
1,69-10-3-703
= 8-5Й7...... 2 “•
Вертикальные проекции стрел провеса провода /Б при максимальном ветре
ч 0,502
А -/в-1,37™--=0,41 м
1,69
и соответственно в пролетах 62 и 70 м: /Б = 0,47 м и — 0,59 м.
Проверим правильность расчетов. Для этого найдем tv. Так как в $том
1 3,243-10-4.62,83
случае qx = qB = 3,24 даН/ м, то Вг =- 24-23-10^ = 75 4 О3.
Подставив значения коэффициентов А, Вг и С в формулу (25); получим
tx - — 52,3 - i- 75 -1О+Н3 — Нх /0,265.
Натяжение при режиме гололеда с ветром Hi = #max = 9,5 кН. Подстав-
ляя Нх = Нв = 9,5 кН, найдем
7^5 * 1О2 9 5
= - 52,ЗД11^ -—- —52,3-1-83,1-35,8= -5°С.
х 1 Г 9,5з 0,265 1 ’
Поскольку tx = + = — 5° С, то расчеты выполнены правильно.
Определим стрелы провеса провода при гололеде с ветром по формуле (15)
3,24-Ю-з. 583
/г = —-----~------= 1,43 м;
" 8-9,50
для других пролетов, входящих в анкерный участок, найдем
х 3,24-IO"3'6'2‘J 3,24-Ю-3-703
* —:------------— 1 R-i ’ ” * -—------~~=2,09 м.
=1,64 м и /г—
/г 8-9,5 1 8-9,5
Вертикальные проекции стрел провеса провода /г при гололеде с ветром
о + е'г 0,502 -2,45
f'-f, = =1 43- 2--= 1,30 м
Л qv ’ 3,24
и соответственно в пролетах 62 и 70 м: /г — 1,49 м и /Т — 1,90 м.
125
ГЛАВА
VIII РАСЧЕТЫ ЦЕПНЫХ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК
28. УРАВНЕНИЕ ПРОВИСАНИЯ НЕСУЩЕГО ТРОСА
ЦЕПНЫХ ПОДВЕСОК
Общие понятия. Основной частью расчета ценной подвески яв-
ляется расчет натяжений и стрел провеса несущего троса. Особенность
этого расчета заключается в том, что несущий трос цепной подвески,
кроме нагрузки от собственного веса и дополнительных нагрузок
от гололеда и ветра, воспринимает также нагрузки от подвешенных
к нему контактных и вспомогательных проводов включая и допол-
нительные нагрузки от гололеда, а в некоторых случаях и ветра на эти
провода. Значение нагрузки, передающейся с контактного провода
на несущий трос, зависит от стрел провеса и натяжений вспомогатель-
ного и контактного проводов.
Рассмотрим схемы нагрузок, действующих на контактный провод
при различном его расположении в вертикальной плоскости (рис. 87).
Как видно на рис. 87, а, на контактный провод действуют равно-
мерно распределенная нагрузка gK от веса провода и равномерно
распределенная нагрузка gi, обусловленная натяжением контактного
провода.
Нагрузку gi в пролете / при натяжении контактного провода К
и стреле его провеса / нетрудно найти из соотношения f = , от-
Рис. 87. Схемы нагрузок, действующих па
контактный провод при различной его рас-
положении в вертикальной плоскости
куда имеем
g^~r- (33)
При положительной стре-
ле провеса контактного про-
вода (+ f) нагрузка g« будет
положительной и направлен-
ной вверх (см. рис. 87, а). На
несущий трос с контактного
провода в этом случае будет
передаваться равномерно рас-
пределенная нагрузка
g'BT--=gK — ёк- (34)
При определенной поло-
жительной стреле провеса
контактного провода нагруз-
ка g« может оказаться рав-
ной^. В этом случае^ т = О,
так как контактный провод
код действием его натяжения
К оказался полностью само-
126
несущим: на несущий трос через струны не передается никакая на-
грузка от веса контактного провода.
Например, контактный провод МФ-100, имеющий натяжение
/у = 10 кН, будет полностью самонесущим (g'< = gK = 0,89 даН/м)
в пролете 60 м, когда его стрела провеса
8К 8-10-I03
В случае такой стрелы провеса контактного провода вес его
будет восприниматься опорными струнами и передаваться через них
на поддерживающие устройства, все другие струны в пролете разгру-
жены.
В компенсированных цепных подвесках контактный провод мон-
тируют со стрелой провеса, равной примерно 0,001/, т. е. при /к =
= 60 м стрела провеса контактного провода даже при наивысшей
температуре окружающего воздуха меньше, чем у свободно подвешен-
ного контактного провода в пролете I. Поэтому в цепных подвесках
контактный провод несет сам только часть нагрузки от собственного
веса, действующего па него, другая часть g1{T через струны передает-
ся на несущий трос.
Подставляя в формулу (34) значения g^ из выражения (33),
получим
&T = g»~Т- (35)
При бес провесном положении контактного провода (см. рис. 87)
f = 0, следовательно, g'K = 0. Контактный провод в этом случае сам
не несет никакой нагрузки, последняя полностью передается на не-
сущий трос gKT = gK.
При отрицательных стрелах провеса контактного провода
(см. рис. 87, а), которые могут быть в полукомпенсированных подвес-
ках, g’K буд,ет иметь отрицательное значение (направлена вниз). В этом
случае согласно формуле (34)
йкт =&;-( — ёгк) = 5к-Г^к, (36)
т. е. несущий трос будет нести не только нагрузку gK от веса кон-
тактного провода и действующих на него дополнительных нагрузок,
но также и нагрузку g^, обусловленную натяжением контактного
провода.
Нагрузку gx контактный провод в виде сосредоточенных сил Д/
передает через крайние струны его пролета на поддерживающие уст-
ройства (консоли) при ZK — I (рис. 88, а) пли непосредственно на
несущий трос, когда длина части пролета в которой контактный
провод имеет провес, меньше длины пролета несущего троса I
(рис. 88, б).
Сосредоточенная сила Л70 при /:
= (37)
127
Рис. 88. Схемы передачи сосредоточенных
сил на несущий трос от нагрузки, обу-
словленной вертикальной составляющей
натяжения контактного провода
а сосредоточенная сила Л?} при
ZK меньше I:
(37а)
2 /к
Выведем уравнения провиса-
ния несущего троса цепной под-
вески для некоторых схем на-
грузок, передающихся на несу-
щий трос с контактного прово-
да. Состояние равновесия цеп-
ной подвески будем рассматри-
вать в вертикальной плоскости.
Для вывода уравнений про-
висания несущего троса цепных
подвесок различных конструкций примем следующие обозначения:
I — длина пролета несущего троса, м;
/к — длина части пролета, в которой контактный провод имеет
провес, м;
а — расстояние от опоры до точки закрепления провода рессор-
ных струн на несущем тросе, м;
у — провес несущего троса на расстоянии х от опоры, м;
уа — провес несущего троса на расстоянии а от опоры, м;
е — расстояние от опоры до первой простой (нерессорной) стру-
ны, м;
е0 — расстояние от опоры до первой струны на проводе рессор-
ных струн, м;
у0 — провес несущего троса на расстоянии е от опоры, м;
с — длина струпового пролета контактного провода, м;
q —- результирующая нагрузка на несущий трос при соответствую-
щем расчетном режиме, даН/м;
g'x — вертикальная составляющая этой нагрузки, даН/м;
gx — вертикальная нагрузка на несущий трос от веса всех про-
водов цепной подвески и гололеда на них (при его наличии),
даН/м;
g'o — вертикальная нагрузка па несущий трос от веса проводов
цепной подвески при беспровесном положении контактного
провода, даН/м;
— нагрузка от веса несущего троса, даН/м;
Т — горизонтальная составляющая натяжения несущего троса, кН;
Та — горизонтальная составляющая натяжения несущего троса
полукомпенсированной подвески при беспровесном положе-
нии контактных проводов, или номинальное (начальное)
натяжение несущего троса компенсированной подвески, кН;
Нх — горизонтальная составляющая натяжения пенагруженного
несущего троса при температуре tx, кН;
/< — сумма натяжений контактных проводов (в двойной цепной
подвеске также и вспомогательного провода), кН;
— горизонтальная составляющая натяжения провода рессор-
ных струн, кН;
Fq — стрела провеса несущего троса в плоскости действия резуль-
тирующей нагрузки в пролете I, м;
Fq — вертикальная стрела провеса несущего троса при беспро-
весном положении контактных проводов, м;
F — вертикальная стрела провеса несущего троса, м;
Fq-a — стрела провеса несущего троса в пролете ZK в плоскости
действия результирующей нагрузки, м;
Fh — вертикальная стрела провеса несущего троса в пролете
Ли м;
FK0 — вертикальная стрела провеса несущего троса в пролете /к
при беспровесном положении контактных проводов, м;
f — стрела провеса контактного провода в пролете Z, м;
/к — стрела провеса контактного провода в пролете /к, м.
Наиболее простой расчетной схемой является схема, при которой
с контактного провода на несущий трос (через большое количество
струн) передается равномерно распределенная по всему пролету вер-
тикальная нагрузка. В действительности же с контактного провода
па несущий трос передаются через несколько струн вертикальные сос-
редоточенные нагрузки, а в рессорных подвесках — еще и горизон-
тальные от натяжения проводов рессорных струн. Расчетную схему
выбирают в зависимости от конструкции и параметров цепной подвес-
ки, а также от точности, с которой должны быть рассчитаны провесы
несущего троса подвески в различных точках пролета.
Уравнение провисания несущего троса цепной подвески при рав-
номерно распределенной нагрузке. Для вывода уравнения провиса-
ния несущего троса цепной подвески при передающейся с контактного
провода на несущий трос (большим количеством струн) равномерно
распределенной по всему пролету вертикальной нагрузке восполь-
зуемся схемами, показанными на рис. 89.
Опорные реакции в точках А
Изгибающий момент в се-
чении троса на расстоянии х от
опоры А
= =
_ s'J ёх-^ ~
2 Х 2 2
Для несущего троса цепной
подвески, так же как и для сво-
бодно подвешенного провода,
справедливо выражение у =
== Мх/Т. Подставив в него
значение ЛД., найдем у =
= g'xx (Z — х)/2Т.
и г» в этом случае
Рис. 89. К выводу уравнения провисания
несущего троса цепной подвески с боль-
шим количеством струн в пролете
128
5 Зак. 2195
129
Поскольку g'x = gx — £,<. 'ГО у -
Подставив в это уравнение значение из (33), получим
/ 8Я' \
— ——) х{1— х)
У = ~---------------- • (38)
Для х = U2 величина у — F и формула (38) примет вид:
I 8х — /2
£ = д-------___Z__ ; (39)
8Т V 7
/ 'l g.r— ~~ F 2—. (40) 8? 4 7
Подставив последнее значение Т в формулу (38), получим = (41)
Выражения (39) и (40) могут быть записаны в следующем виде
(42)
8Т т
T = JFdl-fJL . (43)
В таком виде они хорошо показывают влияние натяжения кон-
тактного провода при различных стрелах его провеса на стрелу про-
веса и натяжение некомпенсированного несущего троса. При положи-
тельных значениях f натяжение некомпенсированного несущего троса
меньше, а при отрицательных — больше его натяжения 7% при бес-
провесном положении контактного провода.
Приняв в выражениях (42) и (43) f = 0, получим:
(44)
О/ О
(45)
бг о
Стрела провеса контактного провода f может быть представлена
как разность стрел провеса несущего троса F и Тф, т. е.
f = F~FQ. (46)
Тогда выражение (40) можно записать
т-— Ш)
Нетрудно видеть, что величина, стоящая в скобках, играет роль
эквивалентной переменной (зависящей от F — F>}) нагрузки у.,. Сле-
130
довательно, расчет несущего троса цепной подвески есть тот же рас-
чет свободного подвешенного провода (гибкой нити), но с переменной
нагрузкой:
= (48)
Подставив значения F и F(i соответственно из выражений (42) и
(44) в (46), получим
f = —1: f
1 ~ 8Т 1 Т 8Г0
и после соответствующих преобразований
I т \
gx-До
£ X 1 0 1
8 (Т+К)
(49)
Если в уравнение (42) вместо f подставить ее значение из (49), то
после соответствующих преобразований имеем:
8(?4-К)
К \
gxFgo^r Па
: 8?
X.
(50)
(51)
Рассматривая эти выражения, видим, что для определения F
(компенсированной и полукомпенснрованной подвесок) и Т (полу-
компенсированной подвески) необходимо знать То, т. е. номинальное
(начальное) натяжение несущего троса компенсированной подвески
или соответственно натяжение несущего троса полукомпенснрованной
подвески при беспровесном положении контактных проводов.
Выше были приведены формулы для расчета провисания несуще-
го троса цепной подвески при передающейся с контактного провода
на несущий трос равномерно распределенной вертикальной нагрузки
через большое количество струн в пролете. Обычно же в цепных под-
весках, особенно с одним контактным проводом, устанавливают всего
лишь несколько струп. Поэтому с целью повышения точности расче-
тов нагрузки, передающиеся с контактного провода на несущий трос,
целесообразно рассматривать не как равномерно распределенные по
всему пролету, а как сосредоточенные в местах установки струн цепной
подвески (рис. 90). Найдем эти нагрузки при схемах расположения
струн в пролете, показанных на рис, 90.
Для схемы рис. 90, а имеем
До ~~ 4~ (gux "В ёс £к) с,
где fi’iix — нагрузка от веса контактного провода и гололеда на нем
(при его наличии), даН/м;
gc — нагрузка от веса струн и зажимов, даН/м.
5*
131
Подставляя в это выражение значение g* из (33), найдем
п _ 8/К /
К О-Z ' ! SKX + ёс-- I с-
Нагрузка Rc = (gItx + ос — с или
Кс = ^кх"1’^с-^г)с- (52)
Для схемы рис. 90, б имеем
~£к ~ - [- tg'Kx + gc) ’
так как ZK = I — 2е, то
%=Т^Г с+(е+f )• (53)
Нагрузка RCK = (gllx + gc — g^ с или
Яск(54)
I/ /с)
Уравнение провисания несущего троса цепной подвески при сос-
редоточенных вертикальных нагрузках. Для вывода уравнения про-
висания несущего троса цепной подвески при передающихся с контакт-
ного провода в местах установки струи сосредоточенных вертикальных
нагрузках R воспользуемся схемами, показанными на рис. 91.
Несущий трос будем рассматривать как свободно подвешенный про-
вод, нагруженный равномерно распределенной нагрузкой от собствен-
ного веса g™ и сосредоточенными силами Rx и RCK.
Рис. 90. Схемы сосредоточенных сил,
передающихся через струны с контак-
тного провода на несущий трос:
а — простые струны установлены у опор;
б — простые струны смещены от опор
Рис. 91. К выводу уравнения прови-
сания несущего троса цепной подвес-
ки со смещенными от опор простыми
струнами при небольшом количестве
струн в пролете
132
Поскольку при схеме по рис. 91, а нагрузка от веса контактного
провода и гололеда на нем в пролете I полностью передается на несу-
щий трос, то опорные реакции для схемы рис. 91, б:
VA = VB------------------
Изгибающий момент yVIx на участке от х = 0 до х в в соответст-
вии со схемой рис. 91, б:
При х = в получим Л1е —
Тогда провес несущего троса на расстоянии е от опоры
Уе = (55)
Выражение для определения изгибающего момента на участке от
х = 0 до х (е + с) будет иметь вид Л1Х = Улх — gTXx 2 X
X (х — е). При х = е + с получим
gTa:(e'bc)a—Т^с.
СТО n s I / 2 А
Провес несущего троса на расстоянии е + с от опоры (в точке креп-
ления к тросу второй от опоры струны)
„ __ ёх t (<?4~с)^~gTx (е-рс)2_RjC
Ие+с 2Г т • \ )
Составив аналогичные уравнения изгибающих моментов для дру-
гих точек несущего троса, в которых установлены струны (например,
х -- е + 2с и т. д,), можно найти его провесы в этих точках.
Уравнение провисания несущего троса цепной подвески при сосре-
доточенных вертикальных и горизонтальных нагрузках. На несущий
трос рессорных цепных подвесок, кроме нагрузки от собствен-
ного веса троса н нагрузок, передающихся с контактного провода через
струны, действуют еще сосредоточенные нагрузки Яр, обусловленные
натяжением проводов рессорных струн. Эти нагрузки приложены к не-
сущему тросу на расстоянии а от опор и направлены вниз под неболь-
шим углом к горизонтали (рис, 92, а). Нагрузки от натяжения прово-
дов рессорных струн можно заменить горизонтальными нагрузками
Яр и вертикальными Q, действующими в плоскости цепной подвески
(рис, 92, б). Таким образом, в рессорных цепных подвесках несущий
трос, кроме вертикальных, воспринимает также горизонтальные на-
грузки, направленные вдоль несущего троса. В результате этого он
имеет неодинаковое натяжение по длине пролета: в средней части
(на длине I — 2а) — натяжение Т, у опор (на длине а с каждой сто-
роны от опоры) — натяжение Т —
133
Натяжение проводов рессор-
ных струн Нр, которое ввиду
малости углов наклона проводов
к горизонтали можно считать
равным Яр, достигает 1,5 —
4,0 кН, что составляет от 10 до
30% натяжения несущего троса
Т. Натяжения проводов рессор-
ных струн, составляющие боль-
шую долю от натяжения несу-
щего троса, оказывают сущест-
венное влияние на форму кри-
вой его провисания в пролете.
Для несущего троса рессор-
ной цепной подвески, когда на
него, кроме вертикальных, дей-
ствуют также горизонтальные
Рис. 92. К выводу уравнения провисания “агрузки, остается страведли-
несущего троса рессорной цепной под- вым выражение ух — мх11 х.
вески Схема загружения простой
балки для этого случая пока-
зана на рис. 92, в. Изгибающие моменты от горизонтальных сил
#pi и Т/Р2 соответственно Мг = Нр1уау,
Опорные реакции будут складываться из реакций от вертикальных
сил V' и реакций от горизонтальных сил И", т. е.
Реакция от горизонтальных сил Нх и Н2
. ffpi У ах I Яр2 уа2
(57)
Из выражения (57) видно, что при одинаковых параметрах (77р, а)
проводов рессорных струн, как это обычно имеет место в рессорных
подвесках, реакции Va ~ Ув = 0.
Реакции Va и Vв в этом случае для схемы рис. 92, в определяют-
ся выражением Va — Ув = + Q' (здесь Q' = gpxa +
Вертикальная нагрузка Q, действующая на несущий трос на рас-
стоянии а от опоры,
Q^Q'
q (g4~go) gK-j-Sngp-p
V 2
где ё? — нагрузка от веса .проводов рессорных струн (с учетом
зажимов), даН/м;
Рф — вертикальная нагрузка от фиксатора, передающаяся про-
водом рессорных струн на несущий трос, даН/м.
134
Изгибающий момент на участке отх = 0дох = яв соответствии
со схемой рис. 92, в
Ия = ~ + Q'x,
при х = а получим Ма = Q’a.
На рассматриваемом участке несущий трос имеет натяжение Тх =
= Т — Ну. Провес его на расстоянии а от опоры
_ Ма _a(gxl—gJx a)-\-2Q'а
Уа T-Ну 2(Т-Ну)
Изгибающий момент на расстоянии е от опоры
Ме=? VAe—— Q (e—a)
(58)
Подставляя соответствующие значения входящих в это выражение
величин, получим
М„ = e(g.l-grxe) +Q,e_Q (е_а) уо.
Провес несущего троса на расстоянии е от опоры (в точке креп-
ления к тросу первой простой струны)
у — | Q'e^Q (Д—а'Н-Яр щ, (59)
Провес несущего троса на расстоянии е + с от опоры (в точке креп-
ления к тросу второй простой струны) можно определить из выражения
SxHe+^—gTx (g + И2 | Q' (e + c) — Q(e±c—a)-\-Hya _£гс
jCtC T* *
Аналогично нетрудно составить уравнения балочных изгибающих
моментов и для других точек (например, х = е + 2с и т. д.) несущего
троса, в которых установлены струны, а затем найти провесы троса
в этих точках.
Значения входящих в формулы (58)—(60) величин Q и Q' в большей
степени зависят от того, подвешен ли основной стержень сочлененного
фиксатора к несущему тросу нли к проводу рессорных струн. В по-
следнем случае нагрузки Q и (/оказывают большое влияние на форму
кривой провисания несущего троса, и поэтому их необходимо учитывать
в расчетах.
С помощью приведенных формул можно довольно точно определить
провесы несущего троса цепной подвески в любой точке пролета
и подсчитать длины струн. Это особенно важно для компенсированных
подвесок, эксплуатирующихся при скоростях движения выше 160 км/ч,
поскольку правильная регулировка контактного провода по высоте
при монтаже зависит от принятых в результате расчетов длин струн.
При определении длин струн полукомпенсированных цепных под-
весок рассматривают подвеску в режиме беспровесного положения кон-
135
Рис. 93. Схема для определения
длины струн цепных подвесок
тактных проводов. В компенсированных
подвесках учитывают провес контактного
провода (рис. 93). Из схемы рис. 93
имеем
^Х У IX УпХ) (61)
где — длина струны, смонтированной
на расстоянии х от опоры, м;
h — конструктивная высота цепной
подвески, м;
Утх —провесJ несущего троса на расстоянии х стопоры, м;
Укх — провес контактного провода (в компенсированных под-
весках) на расстоянии х от опоры, м.
Провес несущего троса у.1Х можно определить по полученным фор-
мулам в зависимости от конструкции контактной подвески. Для опре-
деления провеса контактного провода укх можно
выражением
(/ — 2еу
воспользоваться
(62)
29. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЙ СТРЕЛ ПРОВЕСА ПРОВОДОВ
КОМПЕНСИРОВАННОЙ ЦЕПНОЙ ПОДВЕСКИ
В компенсированной цепной подвеске, расположенной на прямом
участке пути, наличие компенсаторов в несущем тросе предотвращает
влияние изменения температуры воздуха на натяжение троса, и,
следовательно, стрелы провеса троса остаются неизменными во всем
диапазоне температур воздуха.
Провес несущего троса компенсированной подвески и высота рас-
положения контактного провода в пролете могут измениться при из-
менении вертикальной нагрузки на несущий трос вследствие образова-
ния гололеда на проводах контактной подвески или износа кон-
тактных проводов.
На кривых участках пути может измениться натяжение компен-
сированного несущего троса в результате появления горизонтальных
реакций консолей, вызванных изменением направления контактной
подвески у опор. При развороте консолей возникают усилия, направ-
ленные вдоль несущего троса и вызывающие изменения его натяже-
ния от пролета к пролету по мере удаления от компенсатора. Причиной
изменения натяжения может служить и сам компенсатор (заедание
блоков и др.)
Чтобы представить влияние гололедной нагрузки на изменение
высоты расположения контактного провода компенсированной под-
вески, рассмотрим самую простую ее схему (см. рис. 89, а). Начнем со
случая, когда контактный провод до появления гололеда располага-
ется в пролете беспровесно, т. е. f = 0. Тогда стрелу провеса несуще-
го троса можно найти по формуле (44), т. е. Fo =
О/ о
136
При наличии гололеда на проводах цепной подвески стрелу про-
веса несущего троса согласно выражению (50) найдем по формуле
/ . К \
р __ \________ 1 о/
Г 8(7’о + К)
(63)
Изменение высоты расположения контактного провода в середине
пролета Айкг определяется как разность F? и Fo, т. е.
№K = FV~FO = (8х s^-~ = -SrP ,
1 8(Т0+К) 8(Т0-1-К)
(64)
где g? = gx —* go — нагрузка от гололеда на проводах цепной под-
вески, даН/м.
Если до появления гололеда контактный провод был смонтирован
со стрелой провеса [ (см. рис. 89), тогда:
К \ ,
._____7 о /
8(ТОЩК)
В этом случае изменение высоты расположения контактного провода
в середине пролета также будет
АЛКГ — F г — F =
Таким образом, начальный провес контактного провода ие влияет
на изменение стрелы провеса несущего троса компенсированной под-
вески при появлении на ее проводах гололеда.
По формуле (64) можно достаточно точно найти и изменение высоты
расположения контактного провода от гололеда на проводах, сложных
по схеме загрузки несущего троса (например, по рис. 91 или 92) ком-
пенсированных подвесок.
Аналогично нетрудно определить и изменение стрелы провеса кон-
тактного провода компенсированной подвески вследствие его износа
(при схеме подвески по рис. 89):
Л/ (65)
где А/и — изменение стрелы провеса контактного провода, м;
AgK — изменение веса контактного провода вследствие его изно-
са, даН/м.
Рассмотрим, как изменится стрела провеса контактного провода
при изменении натяжения компенсированного несущего троса.
Если контактный провод сначала был смонтирован беспровесно
при То, а затем натяжение несущего троса изменилось на Тх (Тх <Z
<Z То), то контактный провод при схеме цепной подвески по рис. 89
получит стрелу провеса
(К
. 1 Та ... - —
1Х ' 8(7’х4-К) 87’0 8Т0(Гх-1-Ю
137
В том случае, когда контактный провод был смонтирован с на-
чальной стрелой провеса /у, при изменении натяжения компенсиро-
ванного несущего троса с 7\ на Тх (Тх < Tj) стрела провеса контакт-
ного провода увеличится на
Г1 “Г Щ') So fl +
Sf F •----\,
7 8(7\)-К) 8(7\+К)
Так как в компенсированной цепной подвеске 7\ = То, то после
преобразований получим
д/ go (67)
8Т0(Тх4-К)
Сравнивая формулы (66) и (67), можно заметить, что начальный
провес контактного провода не влияет на изменение стрелы провеса
контактного провода при изменении натяжения компенсированного
несущего троса.
В том случае, когда контактный провод имеет провес только на
длине пролета ZK (например, при схеме загруження по рис. 91 или 92),
изменение стрелы провеса контактного провода
Afкх = Fк1; А/кх = F х Ft A.he,
где A/ie = уох — yct — вертикальное перемещение контактного прово-
да на расстоянии е от опоры при изменении
натяжения несущего троса с Т\ на Тх.
Значения уех и уе1 для рассматриваемых схем цепных подвесок
можно найти по формулам (55) или (59), подставляя в ннх вместо Т
сначала Тх, а затем 7\.
Например, для подвески, имеющей схему загружения несущего
троса по рис. 91, будем иметь
A/i — ^тб) е(у1-~8те)
е 2ТХ 27\
Так как Т\ = То, то
д/г fJ-------, (68)
2 \тх т.) v 7
30. РАСЧЕТ НАТЯЖЕНИЙ И СТРЕЛ ПРОВЕСА
НЕСУЩЕГО ТРОСА ПОЛУКОМПЕНСИРОВАННОЙ ЦЕПНОЙ ПОДВЕСКИ
Несущий трос полукомпенсированной цепной подвески при измене-
нии температуры окружающего воздуха изменяет свое натяжение, а
следовательно, и стрелу провеса.
Как было показано выше, расчет натяжений некомпенсированного
несущего троса в зависимости от температуры можно вести по форму-
лам свободно подвешенного провода, но с переменной (зависящей от
138
F — Ео) нагрузкой в соответствии с формулой (35), т. е. qa = gx —
л р__р
__ 8/< —• Если контактный провод расположен с провесом толь-
ко в части пролета (ZK = I — 2е), как это имеет место в рессорных под-
весках и в подвесках со смещенными от опор простыми струнами, то
переменная нагрузка на несущий трос в пролете/к будет определяться
выражением
п ,__ - О ^Х Л<0
8/< (г_2е)2
Уравнения состояния несущего троса полукомпенсированной рес-
сорной подвески и подвески со смещенными от опор простыми струна-
ми при учете а также сосредоточенных нагрузок, действующих
на трос, получаются громоздкими и неудобными для расчетов, поэтому
они здесь не приводятся. Однако расчеты с помощью этих уравнений
показали, что при расположении контактного провода со стрелой про-
веса только в пролете /к = I — 2е, особенно при больших значениях
е (10—12 м), контактный провод незначительно влияет на изменение
натяжения несущего троса при изменении температуры воздуха. Это
наглядно видно из кривых на рис. 94. Кривая 1 построена с помощью
уравнения состояния, учитывающего равномерно распределенные по-
стоянные и переменные, а также сосредоточенные нагрузки, передаю-
щиеся с контактного провода на несущий трос; кривая 2—по уравне-
нию состояния свободно подвешенного провода (нагрузка на трос при-
нималась постоянной, равномерно распределенной и [равной g =
= Ут + Ун + &); кривая 3 — по уравнению состояния цепной под-
вески с простыми опорными струнами.
Расчеты натяжений тросов полукомпен-
снрованных подвесок в зависимости от тем-
пературы и дополнительных нагрузок от
гололеда и ветра в проектных организа-
циях ведут по уравнению состояния для
свободно подвешенного провода. По ана-
логии с выражением (24) иапишем уравне-
ние состояния для несущего троса цепной
подвески
41, Ппах \
24a,r7max aTETST /
24ат Тх ат Ет ST V
Подставляя в это уравнение различные
значения Тх, взятые через произвольные
интервалы (например, через каждые 2 кН),
получают соответствующие значения 1Х,
которые должны лежать в пределах задан-
ного диапазона температур (от/1п,п до Zmax).
По полученным данным строят монтажную
Рис. 94. Зависимости натя-
жения несущего троса рес-
сорной полукомпенсирован-
ной цепной подвески
ПБСМ-95 + МФ-100 от тем-
пературы
139
кривую Тх (tx). По этой кривой при tQ находят Тй — натяжение не-
сущего троса при беспровесном положении контактных проводов.
Для определения стрел провеса несущего троса при различных тем-
пературах пользуются формулами (50) и (55):
(sH-go (/-2е)2 , , ,
Fx = Л'х4- Уех ~------------h . (70)
х ьх у ex 8(7\ + К) 27\ V '
Вертикальное перемещение несущего троса и контактного провода
на расстоянии е от опоры
д/г = e(gxZ-grx_g)_ /J-----1_\ (71)
2 \ТХ ’
Параметры проводов рессорных струи (Яр и а) пол у компенсиро-
ванных цепных подвесок обычно выбирают из условия, чтобы измене-
ния высоты контактного провода под опорой при крайних температур-
ных режимах получались примерно такими же, как иод ближайшими
от опор простыми струнами, т, е. чтобы контактный провод у опор
иа участке 2е перемещался при изменении температуры параллельно
самому себе. В этом случае стрела провеса контактного провода в про-
лете при различных температурах
= F кх — Fk0 = ?о(г-2г)а(Уо-Г.т) (72)
67 0 (j xtA)
Для монтажа цепной контактной подвески, кроме значений натя-
жений нагруженного несущего троса при различных температурах,
необходимо также знать натяжения, которые должен иметь несущий
трос при монтаже до подвески на нем контактных проводов.
Для определения натяжений ненагружеииого несущего троса мож-
но воспользоваться выражением (69), приняв в качестве исходного ре-
жим нагрузки несущего троса контактными проводами при беспровес-
ном их положении (при температуре /0).
После подстановки соответствующих значений в выражение (69)
получим
t ~ । Г Ъ (73}
х \ ° 24ат Т* ат Е? sj Г 24ат Нх aTETS7.' 1 }
Подставляя в полученное уравнение различные значения Нх, взя-
тые через произвольные интервалы, определяют соответствующие зна-
чения tx и строят кривую Нх (ZJ.
Стрелы провеса ненагруженного несущего троса находят по фор-
муле
<74)
Пример 5. Произвести расчет рессорной полукомпенсированной цепной
подвески ГТБСМ-70 -р МФ-100, построить монтажные кривые и составить мон-
тажную таблицу.
, Цепная подвеска смонтирована в анкерном участке длиной 1434 м, состоя-
щем из пяти пролетов по 70 м, десяти по 62 м и восьми по 58 м. Расстояние от
опор до первых простых струн е — 10 м.
140
Электрифицированный участок расположен во II районе территории СССР
по толщине стенки гололеда и в 111 ветровом районе. Железная дорога проходит
по открытой холмистой местности.
Высшая расчетная температура воздуха /тах = + 40° С, низшая /min =
_ — 50° С; температура воздуха при гололеде /г = — 5° С, при максимальном
ветре ts — + 5° С.
Данные контактного провода МФ-100; высота сечения 11,8 мм, ширина
сечения 12,81 мм, масса gK = 0,89 кг/м. Номинальное натяжение (у компенса-
торов) К — 10 кН.
Данные несущего троса ПБСМ-70: расчетное сечение ST = 69,9 мм3, рас-
четный диаметр 11 мм, масса gT = 0,598 ~ 0,60 кг/м (см. табл, 6); по табл. 21
найдем: ат — 13,3 • IO-8 1/° С; Ет = 175 ГПа.
Установление максимального натяжения не-
сущего троса. Максимальное допустимое натяжение несущего троса по
формуле (32) при Ттах = 48,07 кН (см. табл. 6) и к3 = 2,0:
48,07
^доп— 2,0
^24 кН.
При расчетах цепных подвесок максимальное натяжение некомпенсирован-
ного троса ПБСМ-70 рекомендуют принимать Ттах = 16 кН (табл. 24),
Таблица 24
Марка троса Максималь- ное допусти- мое натяже- ние деком- пенсирован - ного троса 7тах’ Номинальное натяжение компенсиро- ванного тро- са, кН Марка троса? Максимальное допустимое натяжение некомпенси- рованного троса Лпах> КН Номинальное натяжение компенсиро- ванного троса, кН
М-120 20 18 ПБСМ-70 16 10—15
М-95 16 14,5 С-70 20
ПБСМ-95 20 16—18
Определение расчетных нагрузок. Нагрузка от струн
и зажимов gc = 0,05 даН/м.
Полная вертикальная нагрузка на несущий трос при отсутствии гололеда
g = gT + gK -j- gc = 0,60 + 0,89 + 0,05 = 1,54 даН/м.
Установим расчетную толщину стенки гололеда Ьп = 10 мм (см. гл. VI)
Для троса ПБСМ-70, имеющего диаметр II мм, кг = 0,99 (см. гл. VI).
Расчетная толщина стенки гололеда Ьт — кгЬа — 0,99 • 10 = 9,9 мм.
Округляем это значение до ближайшего кратного 5, т. е. 10 мм, для даль-
нейших расчетов принимаем Ьт = 10 мм,
Нагрузка от гололеда на несущий трос по формуле (1)
ёгт = 0,0009 • 3,14 . 10 (11 + 10) = 0,59 даН/м.
Нагрузку от гололеда на контактный провод определим исходя из —0,5 х
X 6Т — 0,5 • 10 = 5 мм и среднего расчетного диаметра контактного провода dK
Н±А 11,84-12,81
dм = — =------------^12,3 мм;
2 2 ’
grK = 0,0009 • 3,14 • 5 (12,3 + 5) = 0t24 даН/м,
Полная нагрузка от гололеда на провода цепной подвески (гололед на стру-
нах цепной подвески не учитываем)
Sr = §гт + £гк 6,59 + 0,24 = 0,83 даН/м.
Полная вертикальная нагрузка па трос при гололеде
g + gr = 1,54 + 0,83 = 2,37 даН/м,
Установим расчетные скорости ветра v и ог. Согласно табл. 18 максимальная
нормативная скорость ветра для III ветрового района при повторяемости I раз
в 10 лет он = 29 м/с.
Для рассматриваемого случая расположения железнодорожной линии по
табл. 19 находим дв = 1,00.
Расчетная скорость максимального ветра v = 1 • 29 = 29 м/с; при голо-
леде иг — 0,5 • 29 — 14,5 м/с; округленно vr = 14 м/с.
Ветровую нагрузку на трос при максимальном ветре определим по формуле
(5); коэффициент сх ~ 1,25:
29а II
рт=1,25~—---------= 0,72 даН/м.
Кт 16 1000 1
Ветровая нагрузка на трос, покрытый гололедом (6),
I43 (П+2-10)
р р — 1,2 о
к 16 1000
= 0,47 даН/м.
Суммарная нагрузка на несущий трос при максимальном ветре (без учета
ветровой нагрузки на контактный провод, так как она в основном воспринима-
ется фиксаторами) по формуле (7)
<7в = V^2 + р2 '= Vl ,54s + 0,722 15 70 даН/м.
Суммарная нагрузка на трос при гололеде с ветром по формуле (8)
<7г - V(g + gr)3 + p2=V2,37a + 0,47^= 2,42 да Н/м.
Определение длины эквивалентного пролета.
Расчет ведем по формуле (30):
/э —
5-703+ 10-623 + 8-583
-----!-----------=62,8 м.
1434
Для дальнейших расчетов принимаем 1Э — 63 м.
Установление исходного расчетного режима.
Чтобы установить, при каком режиме несущий трос цепной подвески будет иметь
максимальное натяжение Ттах, определим по формуле (26) длину критического
пролета /кр-
для режима гололеда с ветром
. -.-1 24.13,3.10-° [ — 5—|=50)Г ,„„к .
р г V (2,422 —1,543) 10-4
для режима максимального ветра
, ,к 1/24-13,3.10^Г+5-(-50)Г ,,т а
/нп.в = 1о I/ ---------~---------=293,9 ы,
Р У (1 ,70й — 1,542) 10-«
Так как 1й < /КРфГ и /а < ZKp.B,’ то исходным расчетным будет режим ми-
нимальной температуры. При нем несущий трос будет иметь максимальное натя-
жение Тщах = 16 кН. Следовательно, 7\ = Лпах '-= 16 кН; 4 = £mln = — 50° С,
gi = g — 1,54 даН/м.
Определение натяжений нагруженного (конта-
ктным проводом) несущего троса в зависимости от
142
е м л а р а т у р ы. Для расчетов воспользуемся уравнением (69). Определим
еГо постоянные коэффициенты:
1,54^. ю-4.632
16
Д = — 50—--у-~ ~ ——-------h ----------------------= +36,7;
24-13,3* 10~6-16'2 13,3.10-й • 175.10й-69,9 ’
таК как в нашем случае qr qx = g — 1,54 даН/м, то
1,5V-iO-^ 632
24.13,3-10-й
-29,49-10й;
С = 13,3 . 10-(i 175 • 10й . 69,9 . 10-й = 0,163.
Подставив значения коэффициентов А, В, С в формулу (69), получим
+ — + 36,7-)-
29,49•10а
/р 2
0,163 ’
Подставляя в это уравнение различные значения Тх, определим соответст-
вующую им температуру. Начнем с Тх = Ттах = 16 кН:
29,49-102
tx — -| - 36 7 —-----------
’ ' 162
16
0,163
50° С.
Поскольку при Ттах = 16 кН оказалось равным £1111п = —50° С, то коэф-
фициенты А, В и С в формуле (69) определены правильно.
При Тх = 14 кН
+ — + 36,7-]-
29,49-Ю2
142
14
0,163
= — 34,2° С.
Продолжая расчеты,
ной кривой Тх (+):
получим следующие данные для построения монтаж-
7\, кН . . 16 14 12
G, °C . . —50 —34,2 —16,4
По этим данным строим
график (рис. 95).
Температуру беспровеспого
положения контактного провода
примем равной среднему значе-
нию температур в районе элек-
трифицируемой линии, т. е.
fin ах + +нп
-|-40 + (—50)
2
По графику Т (/) найдем на-
тяжения троса, соответствующие
температурам -—30, —15, —5,
1-10, +20, -[-30, +40° С и зане-
сем их в монтажную табл. 24.
Расчет с т р е л ц р о-
е е с а несущего троса
контактного прово-
да для действитель-
ных пролетов, вход я-
1Ц и х в а и к с р н ы й у ч а-
сток. Стрелы провеса вагру-
Рис, 95, Монтажные кривые для Т и И к
примеру 5
Таблица 25
°C т , X’ кН Параметры контактной подвески (в метрах)
Fx 1кх ддех ^ех Fx hix ^hex
-50 16,0 0,46 При 1 = Е —0,050 8 м —0,122 0,53 При 1 — £ —0,061 2 м -0,131 0,67 При 1 —1 - 0,087 0 м —0,149
— 30 13,5 0,53 —0,028 —0,073 0,61 —0,035 —0,079 0,77 —0,049 -0,090
—15 II ,8 0,60 -0,011 —0,029 0,68 —0,013 —0,031 0,85 —0,018 —0,036
—5 10,9 0,64 0 0 0,72 0 0 0,91 0 0
+ 10 9,6 0,71 +0,017 +0,047 0,80 +0,021 +0,051 1,00 +0,029 — 0,058
+20 8,8 0,76 +0,028 +0,091 0,85 +0,035 +0,098 1,07 +0,050 + 0,111
+30 + 40 8,2 0,80 +0,038 +0,126 0,90 +0,046 +0,136 1,13 +0,065 +0,154
7,7 0,84 +0,046 +0,159 0,95 +0,056 + 0,171 1,18 -j-0,080 +0,194
женного несущего троса Fx Для действительных пролетов, входящих в анкер-
ный участок, найдем по формуле (70), Например, для I = 58м при Тх ~ 16 кН
получим
(1,544- 1,54 -^Ц(58—2.10)2 10~2
F _ \ W,9 J________’ (1,54-58—0,6-Ю) 10 _
Х~ 8 (16,0+10,0) 2.16,0-Ю3 ~~
= 0,205+0,260 = 0,465 м.
Стрелы провеса контактного провода в пролете ZK найдем из выражения (72)
Например, для I = 58 м при Т = 16 кН
1,54 (58 —2-10)2 (Ю,9— 16,0) 1Q-2
8-10,9 (16,0+10,0)
- —0,050 м.
Рис. 96. Монтажные кривые для определе-
ния и ДЛе к примеру 5
Изменение высоты располо-
жения контактного провода у
опоры в пролете 2е найдем по
формуле (68).
Например, при I = 58 м и
Т = 16 кН
10 (1,54-58 — 0,6-10) 1О'г
Ыге^— - • ------- X
- —0,122 м.
(переместился вверх).
Результаты расчетов приведе-
ны в табл. 25. Монтажные графи-
ки стрел провеса контактного про-
вода и изменения высоты его рас-
положения у опоры в зависимо-
сти от температуры показаны па
рис. 96.
Определение натя-
жений несущего тро-
са при дополнитель-
ных нагрузках. Посколь-
144
ку в этом примере исходным является режим минимальной температуры, то
величины с индексом 1 в уравнении (69) отнесем к этому режиму, а величины с
индексом х — сначала к режиму гололеда с ветром, а затем ~ к режиму мак-
симального ветра.
Режим гололеда с ветром, Определим для этого режима коэффициент Вг.
Полагая qx = qr — 2,42 даН/м,
Расчет будем
При Тх =
13
2,423 -10~4 • 633
Лг = —:-------------:= 72,86-Ю3.
24.13,340-“
вести подбором, задаваясь значениями Тх = Тг.
кН
tx
132
13
----+0,06° С.
0,163
Пр и Тх —
13,5 кН
72,86-Ю3
tx= -J-36,7-!-—--------
х ‘ ' 13,52
13,5
- —6,14Q С.
0,163
натяжения троса на 0,5 кН вызывает изменение температуры
Изменение j
на 0,06 -р 6,14 — 6,2° С. Чтобы получить температуру /г = —5° С, надо при-
нять
(6,14—5)
7 _=13,5—0,5 ——------- = 13,5 —0,09 = 13,41 кН.
г ’ 6,2
Режим максимального ветра. Определим для этого режима коэффициент Вв.
Полагая qx = qB = 1,70 даН/м,
I 70М0-11-633
В в —--------------
24.13,3-10-°
— 35,93-Ю9.
При Тх = И кН
„ 35,93-103
^^-^36,7-1- — -------
—^—=-.—1,09° С.
0,163
При Тх — 10,5 кН
35,93-103
.' 36,7-[-——
х 1 10,53
10,5
—“--=1-4,87° С.
0,163 1
Поскольку tx отличается от 4 не более чем на 0,5° С, то можно считать,
что Тв 10,5 кН, Полученные значения Тг и Тв показаны на рис. 95.
Определение натяжений и стрел провеса н е н а-
гру женного несущего троса. Для расчетов воспользуемся
уравнением (73). Определим его постоянные коэффициенты:
Д-=-5
29,49-103
10,93
10,9
0,163
= +37,05;
В-
0,6М0~4-633
24-13,3.10-6
= 4,48-Ю3; С = 0,163.
Подставив значения коэффициентов в уравнение (73), получим
+ - -|-37,05-|
4,48-103
Нх
Нх
0,163 *
145
Подставляя в это уравнение различные значения HXt определим соответст-
вующую им температуру. Начнем с натяжения Цх = 15 кН
4.48-10^ 15
tx = 437,05 + -J----------------- = — 53,0сС.
г 1 I52 0,163
Продолжая расчеты, получим следующие данные для построения монтаж-
ной кривой Нх (?):
Нх, кН............ 15 13 II 9 7 5 4
tx, °C.............--53,0 —40,0 —26,7 —12,6 +3,2 -J 24,3 40,5
По этим данным строим монтажную кривую Н (/) (см. рис, 95). По рис, 95
найдем натяжения ненагруженного несущего троса, соответствующие темпера-
турам —50, —30, —15, + 10, +20, +30, -|-40° С, и занесем их в монтажную
табл. 26.
Таблица 26
t °C X’ //„, кП ОС’ f м, при проле- тах 1 длиной, м + °с кН f м> HI111 проле- тах 1 длиной, м
S8. I 62 | 70 58 62 70
—50 14,6 0,17 0,20 0,25 + 10 6,3 0,40 0,46 0,58
—30 11,4 0,22 0,25 0,32 20 5,4 0,47 0,53 0,68
—15 9,3 0,27 0,31 0,40 + 30 4,6 0,55 0,63 0,80
—5 8,0 0,32 0,36 0,46 -1-40 4,0 0,63 0,72 0,92
Стрелы провеса ненагруженного несущего троса для действительных
пролетов, входящих в анкерный участок, найдем по формуле (74).
Например, для 1 = 58 ми Нх = 14,6 кН
0,6-10~2-582
8-14,6
-0,17 м.
Результаты расчетов приведены
груженного несущего троса приведены на
в табл. 25. Монтажные кривые для иена-
рис. 95.
Пример 6. Рассчитать кривую
провисания несущего троса ком-
пенсированной рессорной цепной
подвески ПБСМ-70 + МФ-100 с
Рис. 97. Расчетные схемы и кривые про-
висания несущего троса к примеру 6
учетом и без учета влияния про-
водов рессорных струн. Парамет-
ры цепной подвески: натяжение
несущего троса Т-—10 кН, натя-
жение контактного провода К =
— 10 кН, натяжение проводов
рессорных струн, = 2,5 кН,
длина пролета I — 70 м, длила
проводов рессорных струн 2а =
— 2-8-16 м, стрела провеса
контактного провода 0,06 м;
схема подвески показана на
рис. 97.
Определим расчетные нагруз-
ки. Из примера 5 имеем:
Я = 1,54 даН/м; g7 = 0,60 да! 1/м;
gK=0,89 даН/м; +^0,05 даН/м.
Провод рессорных струн вы-
полняют из сталемедной проволо-
ки марки 6БСМ.
146
Нагрузка от веса этой проволоки (см. гл. II) £р = 0,236 даН/м.
Нагрузка от веса зажима для крепления провода рессорных струн па несу*
щем тросе g.iG = 0,44 даН.
Вертикальная нагрузка Уф, передающаяся проводом рессорных струн на
несущий трос от фиксатора,
г
Уф = 0, 5g ф -фрз — ,
5ф
где £ф — нагрузка от веса дополнительного стержня сочлененного фиксатора,
даН;
— нагрузка от веса фиксирующего зажима, даН;
г — расстояние по вертикали от шарнира фиксатора до уровня контактно*
го провода, м;
5ф — длина сочлененного фиксатора, м;
7/ф — горизонтальная составляющая реакции фиксатора, даН.
Эта составляющая определяется из выражения
Яф-4Ку,
где а — зигзаг контактного провода,' м;
I — длина пролета, м.
0 3
Если известно, что £ф = 2,36 даН; р3 = 0,45 даН; Яф = 4 . 1000 =
= 17,2 даН, г = 0,1 м; 5ф = 1,2 м, тогда
Уф = 0,5-2,36 + 0,45— 17,2 -уу- = 0,2 даН.
Этот расчет показывает, что сочлененный фиксатор (в рассматриваемом слу-
чае — дополнительный стержень фиксатора) создает очень небольшую вертикаль-
ную нагрузку на провод рессорных струн даже при г =. 0,1 м (обычно г = 0,2 ф
= 0,3 м).
Заметим, что нагрузка Уф становится ощутимой, когда основной стержень
сочлененного фиксатора подвешивают не к несущему тросу, а к проводу рессор-
ных струн,
Рассчитаем Q' и Q:
0,2 т Л (10 + 2)0,89
Q' -=0,236.8-1-0,44+-^—« 2,4 даН; Q--=2,4 + ~—даН.
Найдем провесы несущего троса на расстоянии х = а = 8 м от опоры:
а) с учетом влияния провода рессорных струн по формуле (58)
8(1,54-70 —0,6-8) +2-2,4-8
= 0,575 м.
2 (1000—250)
Если взять сечение балки на бесконечно близком расстоянии Да от точки
х — а справа, то уже при натяжении несущего троса Т получим в соответствии
с формулой (59) при е = а
8(1,54*70 — 0,6-8) 2,4.8+250-0,575
2-1000 1000
— 0,575 м,
Т- е., как и следовало ожидать, получили тот же результат;
147
б) без учета влияния провода рессорных струн
8(1,54-70 — 0,6-8)
2-1000
= 0,412 м.
Определим провесы несущего троса на расстоянии х = е = 10 м от опоры
по формуле (59):
10(1,54-70 — 0,6.10) , 2,4-10 — 7,7(10-8) 4-250-0,575
у —----------------------1 =
2-1000 1000
= 0,5094-0,154 = 0,663 м;
10 (1,54-70—0,6-10)
2-1000
= 0,509 м.
Найдем провесы несущего троса на расстоянии х — «т-ф- с = 10 + 8,33 =
= 18,33 м по формуле (60).
Значение для рассматриваемой схемы рессорной подвески определим по
формуле (53):
D е-е0 + с 4-0,06-1000
1 l—2e с + (+<с + Ы 2 70-2-10
4-0,06-1000 п л 10 — 24-8,33
“7^Г^Г 8’33+(0’89^0’05)------------^"=4,80-0,80+7,68 =
I i £ * 1 vj 1 х
= 11,68 даН;
1,54-70-18,33 —0,6-18,ЗЗ3
U1 й Й Ъ = ---------------------- L
2,4-18,33—7,7(18,33—8)+250-0,575
+ 1000 ~
11,68-8,33
—-----^000---=0,886 + 0,116—0,097 = 0,905 и;
#18 33 = 0,886— 0,097 = 0,789 м.
Определим провесы несущего троса на расстоянии е 2с — 10 + 2 , 8,33 =
-- 26,66 м.
Значение jRck найдем по формуле (54):
7?ск = (0,89+0,05) 8,33---д°--°6'-0-0
’ ’ (70—2-10)s
8,33 = 7,83 — 1,6 = 6,23 даН;
#26,66 =
1,54-70-26,66 — 0,6-26,663
2-1000
2,4-26,66—7,7 (26,66—8)+250-0,575
1000
11,68-16,66 6,23-8,33
-----W00-----~-------ТОО-----= 1,226 + 0,079 — 0,194 - 0,052 = 1,059 м;
У2б,бб^1>226 —0,194—0,052 = 0,980 м.
148
Стрелы провеса несущего троса в середине пролета х = 1/2 = 35 м:
1,54-70-35 — 0,6-35а 2,4-35 —7,7 (35-8)+ 250-0,575
2-1000 + 1000 “
11,68-25 6,23(16,66 + 8,33)
— —2-------—————т = 1,518 + 0,041 — 0,292—0,156=^1,111 м;
1000 1000
F' = 1,518 — 0,292 — 0,156 = 1,070 м.
Разность стрел провеса у — у' в различных точках пролета следующая:
х, м.......... 8,0 10,0 18,33 26,66 35,0
(г/—/), м - . - 0,163 0,154 0,116 0,079 0,041
Полученные результаты наглядно показывают, какое влияние может ока-
зать натяжение проводов рессорных струи на провес несущего троса в пролете.
Пример 7. Найти понижение уровня контактного провода в середине про-
чета компенсированной рессорной цепной подвески ПБСМ-70 + МФ-100, рас-
положенной на прямом участке пути, при гололеде с расчетной толщиной кор-
ки льда 10 мм. Параметры цепной подвески: натяжение несущего троса Т
= 15 кН (1500 даН), натяжение контактного провода К = 10 кН (1000 даН),
длина пролета I = 70 м.
Определим гололедную нагрузку на цепную подвеску. Из примера 5 име-
ем gr- = 0,83 даН/м.
Для определения понижения уровня контактного провода в середине про-
лета воспользуемся формулой (64):
0,83-70а
ЛЛКГ =---------------с=0,203 м.
8(1500+1000)
Пример 8. Определить изменение стрелы провеса контактного провода ком-
пенсированной цепной подвески ПБСМ-70+МФ-100 со смещенными от
опор простыми струнами при уменьшении натяжения несущего троса на 10%.
Параметры цепной подвески: начальное натяжение несущего троса Т =
= 15 кН, натяжение контактного провода К = 10 кН, длина пролета I = 70 м,
е == 5 м, начальная стрела провеса /к = 0,06 м.
Расчетные нагрузки возьмем из примера 5; g — 1,54 даН/м; gT =’ 0,60 даН/м.
Натяжение несущего троса 1\ — То = 15 кН; Тх = 0,97\ = 13,5 кН.
Изменение стрелы провеса контактного провода в пролете ZK = I — 2е =
= 70 — 2 • 5 = 60 м вследствие уменьшения натяжения несущего троса на
10% определим по формуле (67):
1,54-б03 (1500—1350)
-------------------- ~ 0,03 м.
1 8-1500(1350+1000)
Следовательно, изменение натяжения несущего троса на 10% может при-
вести к изменению стрелы провеса контактного провода на 50%,
ГЛАВА
IX
ВЕТРОУСТОЙЧИВОСТЬ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
31. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Нормальное взаимодействие токоприемников с контактными под-
весками при ветре может быть нарушено вследствие больших гори-
зонтальных отклонений контактного провода от оси полоза токопри-
емника, длительных устойчивых вертикальных колебаний проводов
цепных подвесок в пролетах, больших отжатий контактных проводов
токоприемниками у фиксаторов. При сильном ветре может произойти
обрыв или вследствие,касания заземленных конструкций пережог пи-
тающих и других проводов,Чтобы обеспечить ветроустойчивость кон-
тактной подвески, необходимо правильно выбрать длины пролетов
(расстояния между опорами). От длин пролетов в значительной сте-
пени зависит и стоимость контактной сети. Чем больше длина проле-
та, тем дешевле контактная сеть, поскольку на ее сооружение требу-
ется меньше опорных и поддерживающих устройств. Поэтому при про-
ектировании контактной сети длины ее пролетов устанавливают всег-
да по возможности большими, но с учетом ограничений, вызываемых
условиями обеспечения надежной работы. Основными ограничениями
являются: допустимое отклонение контактного провода от оси токопри-
емника в пролете под действием максимального ветра или ветра при
гололеде на проводах и обеспечение необходимых вертикальных га-
баритных расстояний контактных проводов при гололеде на проводах
контактной подвески или большом иагреве их тяговыми токами, а в
некоторых случаях — свободно подвешенных проводов на опорах
контактной сети. На участках со скоростями движения э, п. с. 200 км/ч
и выше длина пролета ограничивается по условию надежного токосъе-
ма как в нормальных условиях, так и при сильном ветре.
Надежность токосъема при ветре во многом зависит от длины и очер-
тания полозов токоприемников. В Советском Союзе у всех токоприем-
ников полоз имеет длину 2260 мм и горизонтальную часть 1270 мм. Для
таких полозов с учетом порывистости ветра, а также упругого проги-
ба опор на уровне контактного провода наибольшее допустимое
отклонение контактного провода от оси токоприемника ветром 6К,ДОП
при расчетах длин пролетов принимают 500 мм на прямых и 450 мм
на кривых участках пути. Для действующих электрифицированных
линий лоп = 500 мм может быть принято и на кривых участках пути.
При двух контактных проводах в цепной подвеске указанные значе-
ния &1;.ДОп относятся к наружному от оси токоприемника проводу.
Опыт эксплуатации и лабораторные испытания показывают, что
при качественном изготовлении и содержании (например, угол накло-
на рогов полозов не должен превышать 45° и т. п.) полозы токоприем-
ников могут обеспечивать нормальное взаимодействие с контактным
проводом при отклонении последнего ветром от оси полоза на 750—
800 мм. Следовательно, при определении длин пролетов имеется запас
150
по допустимому значению отклонения ветром контактного провода от
оси полоза токоприемника, равный 250—350 мм. Однако в эксплуата-
ции этот запас может быть исчерпан такими не учитываемыми при рас-
четах длин пролетов факторами, как: смещение оси токоприемника от
оси кузова электровоза; поперечное колебание токоприемника; боковое
смещение кузова электровоза; изменение со временем положения пу-
ти на выходах и входах в кривые; возвышение одного рельса над дру-
гим на прямых участках пути и др. Поэтому значение &1{.лоп при расче-
те длин пролетов обычно и принимают равным 450—500 мм.
Экспериментальные исследования ветровой нагрузки, действую-
щей на провода, показывают, что она меняется во времени и вдоль
пролета. Под действием такой горизонтальной нагрузки провода
совершают вынужденные колебания, характер которых определяется
пульсациями скорости ветра и параметрами колебательной системы
(одиночный провод, цепная контактная подвеска). Постоянная состав-
ляющая ветровой нагрузки, обусловленная средней скоростью ветра,
вызывает статическое отклонение провода. Реакцией провода на дей-
ствие пульсирующей составляющей ветровой нагрузки являются его
вынужденные колебания (динамическое отклонение) около положения
статического отклонения провода. Значение динамической составляю-
щей отклонения провода зависит от пульсации скорости ветра как во
времени в какой-либо точке пролета, так и вдоль пролета. Пульсации
скорости ветра в свою очередь зависят от средней скорости ветра,
длины пролета и веса проводов (амплитудно-частотной характеристи-
ки колебательной системы), шероховатости поверхности земли и вы-
соты проводов иад ней.
Существующий метод статического расчета длин пролетов контакт-
ных подвесок имеет следующие недостатки: ветровая нагрузка счита-
ется во времени и по длине пролета постоянной, соответствующей сред-
ней расчетной скорости ветра; не учитывается изменение натяжения
проводов, образующих контактную подвеску, при воздействии на иих
пульсирующей ветровой нагрузки.
Во Всесоюзном научно-исследовательском институте транспортного
строительства Миитраисстроя разработан метод динамического расчета
ветровых отклонений проводов контактной сети и максимально допус-
тимых длин пролетов контактных подвесок. Он основан на решении
уравнения колебаний проводов при действии случайной пространст-
венно-временной ветровой нагрузки. Расчетная схема этого метода с
большой точностью отражает действительный динамический процесс
колебаний проводов при воздействии на них ветровой нагрузки. При
динамическом расчете ветровых отклонений проводов учитывают: воз-
можные пульсации скорости ветра как во времени, так и по длине про-
лета; изменения натяжения компенсированных контактных проводов
и несущих тросов цепных контактных подвесок при воздействии на иих
ветровой нагрузки. Динамический расчет позволяет определять вет-
ровые отклонения проводов контактной сети с заданной надежностью
(например, 98,5%). Однако он требует применения сложных матема-
тических формул и поэтому в учебнике не рассматривается. Расчеты
длин пролетов по этому методу осуществляют на ЭВМ по специально
151
Рнс. 98. Графики допустимых длин пролетов цепной подвески:
а — компенсированной ПБСМ-70+МФ-100 на изолированных консолях при /(=10 кН, Сх = 1,25;
б — полукомпенсированной М-120+2МФ-100 на гирляндах из двух изоляторов при 2К=20 кГЬ
сх=1(55; кривые 1—12 см. в табл. 27
разработанной программе. На рис. 98 приведены результаты таких
расчетов в виде графиков допустимых длин пролетов (кривые 1—12)
цепных контактных подвесок с одним контактным проводом МФ-100
и с двумя контактными проводами МФ-100.
Таблица 27
Расчетная толщина стенки гололеда, мм Номера кривых (см. рис. 98) для расчетной скорости ветра v, м/с
10 15 20 25 30 35 40 45 50
До 10 15 20 / 2 3 i 4 | 5 6 7 8 9
10 | 11
12
Формулы для расчетов ветровых статических отклонений проводов
контактной сети при воздействии на них постоянной составляющей
ветровой нагрузки, обусловленной средней скоростью ветра, рас-
смотрены в п. 32.
32. ВЕТРОВЫЕ СТАТИЧЕСКИЕ ОТКЛОНЕНИЯ
ОДИНОЧНЫХ ПРОВОДОВ
Ветровые статические отклонения одиночных'"проводов можно оп-
ределить с помощью соотношений, приведенных в гл. VII. При дейст-
вии на провод равномерно распределенных по пролету вертикальной
g и горизонтальной р нагрузок провод расположится в наклонной
плоскости, как показано на рис. 99.
IS2
Обозначив через bx величину горизонтального статического откло-
нения провода в точке на расстоянии х от опоры и через у — провес
провода в этой точке в направлении суммарной нагрузки q, из подобия
треугольников получим
Ьх = yp/q. (75)
Провес провода в любой точке пролета определяют по выражению
(14). Подставляя значение у} из формулы (14) в выражение (75),
имеем
Ьх = рх(1 — х)/ (277). (76)
Наибольшее горизонтальное отклонение 6тах провод получит в
середине пролета, где имеет стрелу провеса f. Подставив в выражение
(76) х — Z/2, получим
бтах = рР/ (877). (77)
Выражения для определения ветровых отклонений одиночного про-
вода можно использовать и при расчете ветровых отклонений контакт-
ного провода простых контактных подвесок, в которых контактный
провод расположен в плане между точками подвеса по прямой линии.
Вместо Н в выражения (76) и (77) надо только подставить натяжение
контактного провода /(.
В случае когда точки подвеса контактного провода у опор в плане
смещены от оси пути в разные стороны (провод относительно оси пути
расположен зигзагообразно), его
отклонение от оси пути в гори- _________ 1 ,
зонтальнои плоскости при ветре
будет определяться суммой от-
клонений и (рис. 100), зна-
чения которых могут быть найде-
ны из выражений:
= Рк *(/ — х)! (27<);
Ь2 = а (I — 2х)И,
где а — зигзаг провода.
Отсюда получим статическое
отклонение"контактного провода
Ь1{Х от оси пути в любой точке
пролета, расположенной на рас-
стоянии х от опоры,
£ _ х (/—х) , a (l—2x)
кх 2К “К z • ’
Рис. 99. к определению статических от-
клонений одиночного провода ветром в
различных точках пролета
Рис. 100. К определению допустимой
длины пролета на прямом участке пути
Исследование выражения (78)
показывает, что наибольшее от-
клонение контактного провода
от оси пути (или, что то же,
на прямом участке от оси токо-
153
приемника) будет в точке, расположенной от опоры на расстоянии
I 2аК
— ------.
2 рк1
После подстановки этого
значения х в выражение (78) получим
к max
= рк1* . 2а2К
8К ‘ рк/а
(79)
При различных зигзагах контактного провода у опор наибольшее
его отклонение от оси пути при ветре можно определить следующим
образом. Обозначим через а среднее значение зигзага контактного про-
вода, т. е. примем
а = 0 ,5 («! + а3),
тогда согласно рис. 100, б получим
= аг — а = — 0,5 (а± + а3) — 0,5 (аг — а2). (80)
Величина наибольшего статического отклонения провода в проле-
те согласно выражениям (79) и (80) будет определяться выражением
w . (81)
Наибольшее допустимое значение пролета будет в том случае, ког-
да наибольшее отклонение провода £»и.тах получится равным наи-
большему допустимому отклонению провода от оси токоприемника
£>н.ДОц. Поэтому, приняв в уравнении (81) £>к.тах = Ьк,доп и решив его
относительно /, получим выражение для определения допустимой дли-
ны пролета /тах на прямых участках пути при данных рк, &к.дои и
зигзагах аг и а2:
^nax ~ 1 {2&Н.Д0П ± (#1 й3) -р
г Рк
+ V[2t,.M0D ± (Л1-аг)Р-(«1+аг)'!} (82)
При расчетах по формуле (82) следует выбирать так знаки, чтобы
получить меньшее значение /тах. Верхние знаки в формуле (82) со-
ответствуют направлению ветра со стороны зигзага а2, а нижние —
со стороны
Обычно на большей части пр ямых участков пути контактный про-
вод монтируют с одинаковыми зигзагами, т. е. ах = й2 (по абсолютной
величине). Приняв в формуле (82) ах = а2 = а, получим выражение
для определения допустимой длины пролета на прямых участках пу-
ти при равных зигзагах провода
2 дОП -j- 6к. ДОП — Й2 j . (83)
Рассматривая эту формулу, нетрудно заметить, что допустимая
длина пролета растет с увеличением натяжения контактного прово-
154
да /С, допускаемого отклоне-
ния &Н.ДОП и уменьшается с
увеличением ветровой нагруз-
ки pIt и зигзага а> Таким об-
разом, ветроустойчивость кон-
тактной подвески зависит от
расположения ее проводов в
плане.
Схема для определения до-
пустимой длины пролета на
Рис, 101. К определению допустимой
длины пролета на кривом участке пути
кривом участке пути показана на рис. 101. Стрелку кривой оси пути
С можно определить с помощью схемы, показанной на рис. 102. Для
треугольника 0А5 имеем (Z/2)2 + (R — С)2 = R2.
Раскрыв скобки и пренебрегая сравнительно малым значением С2,
получим
С =
(84)
Нетрудно показать, что с учетом выражения (84) максимальное
ветровое отклонение контактного провода от оси токоприемника на
кривом участке пути радиуса R при неодинаковых зигзагах контакт-
ного провода у опор можно найти по формуле
к. max 8 Ц ' 2(рк/К ± I//?)/» "
Щ4.-Сг
2
(85)
При неодинаковых зигзагах а± и а2 максимальное ветровое откло-
нение контактного провода будет несколько смещено от середины про-
лета. Это смещение определяется выражением
4“
(рк/К ± !//?)/
Если в выражении (85) принять 6и.тах= 6К.ДОП и решить его отно-
сительно /, то получим выражение для определения допустимой дли-
ны пролета /тах на кривых участках пути радиуса R при данных рк,
К, ^к.доп и зигзагах аг и а2:
^tnax \/ vir> {2^к, доп i (^1 Ь Йо) 4
+ [26к, д0П± (йдЦ-йз)]2—(й1~й2)2 | . (86)
При одинаковых зигзагах ах ~ й2 = а
максимальное статическое отклонение кон-
тактный провод получит в середине пролета;
(87) Рис. 102. К определению
стрелки кривой оси пути
155
и соответственно
2K
рк ± K/R
(^к.доп i •
5
(88)
(-)а^(+)а2
(-Мг
Рис. 103. Расположение контактного
провода в плане на кривых различных
радиусов
(-)я2
В формулах (85) и (88) верхние
знаки принимают при направлении
ветра от центра, а нижние — к
центру кривой. При расчетах по
этим формулам следует брать те
знаки, которые дадут меньшее зна-
чение Zniaz.
На кривых значения Zmax по
формуле (88) при нормальных зиг-
загах контактного провода (а =
= 0,4 м) у опор могут оказаться
больше пролета Zmax, найденного
по формуле (83) для прямых участ-
ков, При проектировании длину пролета на кривых обычно ограничи-
вают наибольшей длиной пролета для прямых участков, с учетом кото-
рой определяют высоту опор и размещение иа иих поддерживающих
устройств. Зигзаги контактного провода у опор (од и й2) в таких слу-
чаях находят из условия, чтобы провод в середине пролета распола-
гался по оси токоприемника. Расположение контактного провода
в пролете при этом зависит от допустимого пролета для прямого
участка пути Zmax и радиуса кривой R (рис. 103).
Для обеспечения более равномерного износа контактных пластин
токоприемников зигзаг контактного провода у одной из опор ах при
его расположении в пролете по схемам рис. 103, б, в принимают рав-
ным 0,3 м. Зигзаг контактного провода у другой опоры а2 находят по
формулам:
для рис. 103, б
= а1~~ 47?; (89)
по рис. 103, в
а2 = Iwx/tR — ах. (90)
Нетрудно показать, что формулой (89) следует пользоваться, ког-
да R > а формулой (90) - при > R >
Z2
На кривых участках, радиус которых меньше зигзаги контакт-
ного провода у опор принимают одинаковыми = а2 = а (рис. 103, а)
и равными 0,3—0,4 м в зависимости от радиуса кривой. В этом случае
зигзаг контактного провода у опор находят из выражения
lz
‘'max
а = С =
(91)
где С—стрелка кривой, определяемая по формуле (84).
156
Все приведенные выше выражения для &н.тах и /тах были выведе-
ны без учета изменения упругого прогиба опор иа уровне контактно-
го провода ук под действием ветровой нагрузки на опоры и провода.
Значение ук может достигать ±65 мм. Поэтому при определении длин
пролетов контактных подвесок значение ук необходимо обязательно
учитывать,
В этом случае формулы для определения &к.тах и /тах примут вид:
для прямых участков пути при одинаковых зигзагах
контактного провода у опор
К. max = + V/, (92)
/тах=2 1/ — ^к_ Доп~-Ун’-|-)/" (^к. доп Тк)2"^2 ] i (93)
г pH
для кривых участков пути при одинаковых зигзагах
контактного провода у опор
6«..™х = -^ + ^ + ?„; (94)
8Л рк12
Ux = 2 у |у Д"п “ У лоп - - Тк)3 “ я2] • (93)
33. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕТРОВЫХ СТАТИЧЕСКИХ ОТКЛОНЕНИЙ
ПРОВОДОВ ЦЕПНЫХ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК
Полученные выше формулы для определения ветровых статических
отклонений одиночных проводов можно использовать и при расчетах
ветровых статических отклонений контактных проводов вертикальных
цепных подвесок, если в них учесть влияние несущего троса на ветро-
вое отклонение контактного провода. Диаметр, натяжение и способ
крепления на опоре несущего троса отличаются от диаметра, натяже-
ния и способа крепления иа опоре контактного провода. Поэтому под
действием ветра несущий трос и контактный провод получают разные
смещения в горизонтальной плоскости. Если контактный провод под
действием ветра отклонится больше, чем несущий трос (рис. 104, а),
струны расположатся наклонно и в них появятся горизонтальные со-
ставляющие их натяжения рс, на- правленные против ветровой на- грузки /?к. В этом случае несущий трос будет препятствовать откло- нению контактного провода. Возможно и другое положение проводов (рис. 104, б), когда несу- щий трос отклонится ветром боль- ше, чем контактный провод, стру- ны расположатся с наклоном в про- тивоположном направлении. При § „ю- V У Л ч к к Рис. 104, Схемы, характеризующие влияние несущего троса па отклонение контактного провода
157
этом направление рс будет совпадать с рк и они будут складываться.
Следовательно, несущий трос увеличивает ветровое отклонение кон-
тактного провода.
Наконец, возможен случай, когда ветровые отклонения несущего
троса и контактного провода будут одинаковыми (рис. 104, а), струны
займут вертикальное положение, а рс = 0. Следовательно, несущий
трос не оказывает влияния на ветровое отклонение контактного про-
вода.
Точный учет взаимодействия .несущего троса и контактного про-
вода при ветровом их отклонении, даже при допущении статического
и равномерного по длине пролета приложения ^ветровой нагрузки,
представляет значительные трудности. Нагрузку от реакции струн
при расчетах допустимых длин пролетов вертикальных цепных под-
весок определяют по методике, разработанной проф. И. И, Власовым.
В качестве основного допущения в предложенной им формуле приня-
то, что контактный провод и несущий трос взаимодействуют друг с
другом (в горизонтальной плоскости) лишь в средней части пролета,
равной половине общей его длины.Такое допущение является доста-
точно обоснованным, так как на участках пролета, прилегающих к
опорам, струны ввиду большей их длины получают меньшие углы на-
клона по отношению к вертикали, вследствие чего и нагрузки, пере-
даваемые на этих участках с одного провода на другой, составляют
небольшое значение. Кроме того, эти нагрузки располагаются на не-
больших расстояниях от опор и поэтому мало влияют на отклонение
проводов в средней части пролета.
Струны в средней части пролета, где учитывается взаимодействие
несущего троса и контактного провода, незначительно отличаются по
своей длине 'и по наклону. Поэтому они
Рис. 105. Схема расположе-
ния проводов цепной подвес-
ки при отклонении их вет-
ром:
/ — контактный провод; 2 — не-
сущий трос; 3 — струны
заменены струнами, имеющими одинако-
вую (среднюю) длину и один и тот же
наклон к вертикали, а сосредоточенные на-
грузки рс, передающиеся через эти струны
в средней части пролета с контактного
провода на несущий трос (или наобо-
рот), заменены равномерно распределенной
по длине всего пролета эквивалентной
удельной нагрузкой рэ, вызывающей такое
же горизонтальное отклонение контактно-
го провода, как и нагрузки рс в средней
части пролета.
В расчетной схеме для определения
ветрового отклонения контактного прово-
да вертикальной цепной подвески (рис. 105)
несущий трос меньше отклонен ветром, чем
контактный провод, нагрузка рэ имеет по-
ложительное значение (направлена в про-
тивоположную сторону ветровой нагрузки
и вычитается нз нее). В тех случаях,
когда несущий трос получит большее от-
158
клонеиие, чем контактный провод, нагрузка ра будет иметь отрица-
тельное значение (направлена в ту же сторону, что и ветровая на-
грузка /?к, и складывается с ней).
Формула для определения удельной эквивалентной нагрузки име-
ет вид
рРР — ргк
РР=---------
(96)
8K'l / hnp7
д \ ут___________;
10,6scp КТ
Т+К + --..... —
gKl2
где /ги — длина подвесной гирлянды (изоляторов и других кре-
пительных деталей) несущего троса;
scp — средняя длина струны в двух средних четвертях пролета.
Зная pOt нетрудно написать формулу для определения &к.тах и /тах
с учетом влияния несущего троса на ветровое статическое отклонение
контактного провода вертикальной цепной подвески.
При расположении контактного провода вертикальной цепной под-
вески по оси пути (без зигзагов) наибольшее отклонение провода в
середине пролета
- _ (Рк~Рэ)Р ,
Ук. шах — — — '1 Ук-
ол
Наибольшее статическое отклонение контактного провода от оси
пути при одинаковых его зигзагах у опор
h „ (Рк—Рэ)Г2 । W
(97)
(Pa-P'jl2
Это отклонение имеет место в точке, расположенной от середины
пролета на расстоянии
л- = 2аКП {рV. рэ)*
Допустимая длина пролета вертикальной цепной подвески на пря-
мых участках пути при одинаковых зигзагах контактного провода и
статических нагрузках рк и /?э
I
Ра~ Р') '•
Соответствующие формулы для кривых участков имеют
Р* —Рэ г .Л 1 . а । ,, .
К + R ] +К’
Ana:
’к.доп—Тк)'2—а2 I • (98)
вид:
(99)
шах *
о
max ’— 2
К (^К, ДОП ТкП-^)*
Ри— Рэ+ ~
Л
(100)
Наибольшие горизонтальные отклонения провода цепной под-
вески получают обычно при ветре наибольшей интенсивности. Одна-
ко в некоторых случаях это может иметь место и при небольшом ветре,
Но когда провода покрыты значительной толщиной гололеда или из-
159
мороз и. Следовательно, допустимые длины пролетов цепных подвесок
необходимо определять исходя нз двух расчетных режимов: ветер наи-
большей интенсивности, гололед с ветром. Поэтому величины проле-
тов, входящие в формулу (96), должны соответствовать определенному
расчетному режиму.
Расчеты по формулам (96), (97) н (99) обычно ведут в следующем
порядке. Определяют расчетные ветровые нагрузки на несущий трос
рт и контактный провод рк, а также суммарные нагрузки на несущий
трос 7Т при ветре наибольшей интенсивности н гололеде с ветром. На-
ходят й’к — нагрузку на несущий трос от веса контактного провода
(контактных проводов), в режиме гололеда — с учетом веса гололе-
да на контактных проводах.
Для учета влияния несущего троса на ветровое отклонение контакт-
ного провода, как видно из выражения (96), необходимо знать натя-
жение троса Т при ветре наибольшей интенсивности или при гололеде
с ветром. Натяжение несущего троса компенсированной подвески не
зависит от ветровых и гололедных нагрузок. Поэтому в выражение
(96) вместо Т подставляют значение номинального натяжения компен-
сированного несущего троса (см. табл. 25).
В полукомпенсированпых цепных подвесках натяжение несущего
троса зависит от температуры окружающего воздуха и дополнитель-
ных нагрузок. Это натяжение в свою очередь зависит от длины проле-
та. В этом случае в формулу (96) вместо Т подставляют значение на-
тяжения несущего троса для режима ветра наибольшей интенсивности
или для режима гололеда с ветром. Натяжения несущего троса для
этих режимов, а также при бесировесном положении контактных про-
водов Тй берут из расчетов полукомпенсированпых цепных подвесок.
При определении длин пролетов до выполнения таких расчетов значе-
ние Т принимают ориентировочно по данным табл. 28.
Таблица 28
Материал несущего троса Натяжение троса Т, % от максимально допустимого натяжения по табл. S5, для режимов
Ветер наибольшей интенсивности при / * ° г ЧШП1 v Гололед с ветром
— 30 — 40 — 50
Медь 75 70 60 65
Биметалл п сталь <80 75 70 75
Значение ветрового отклонения контактного провода пропорцио-
нально отношению сх Hi К. (здесь сх — аэродинамический коэффициент
лобового сопротивления; Н и /< — соответственно высота сечения и
натяжение нового или изношенного контактного провода). Это отно-
шение может служить показателем ветроустойчивости контактных
проводов: чем оно меньше, тем выше ветроустойчивость контактного
160
ювода. Если для нового провода МФ-100 этот показатель ветроустой-
[вости принять за единицу, то нетрудно подсчитать его и для других
)вых и изношенных контактных проводов. Значения отношения
. Н!К сведены в табл. 29.
Таблица 29
Износ ровода, % Значения c# Н/К проводов марки Износ провода, % 1 Значения Н[К для проводон марки
МФ-100 МФО-ЮО МФ-1 50 2МФ-100 МФ-too МФО-ЮО МФ-150 2МФ-100
0 10 1,00 0,90 0,82 0,78 0,85 0,78 0,62 0,56 20 30 0,92 0,97 0,82 0,87 0,83 0,83 0,57 0,60
Анализируя данные табл. 29, можно заметить следующее. Изно-
шенные контактные провода с учетом уменьшения их натяжения бо-
лее ветроустойчивы, чем новые, за исключением овального провода
МФО-ЮО с 30%-ным износом, у которого показатель ветроустойчиво-
сти примерно на 6% ниже, чем у такого же нового провода (у нового—
0,82, у изношенного — 0,87). Поэтому, рассчитывая ветровые от-
клонения цепных подвесок, предполагают отсутствие износа контакт-
ных проводов и номинальное их натяжение.
Ветровые отклонения проводов марок МФО-ЮО и МФ-150 в сред-
нем будут в 1,2 раза меньше, чем у МФ-100 при прочих равных усло-
виях. Для контактного провода МФ-150 по сравнению с двойным про-
водом 2МФ-100 оно будет в 1,3 раза больше при прочих равных усло-
виях. Поэтому допустимые длины пролетов цепных подвесок с кон-
тактным проводом МФ-150 примерно в 1,5 раза меньше допустимых
длин пролетов подвесок с двойным контактным проводом 2МФ-100.
Средняя длина струны $ср в двух средних четвертях пролета
где — расстояние между контактным проводом н несущим тросом
в середине пролета (длина струны, установленной в середи-
не пролета);
Fo — стрела провеса несущего троса при беспровесном положе-
нии контактного провода;
То — натяжение несущего троса при беспровесном положении
контактного провода.
В зависимости от конструктивной высоты цепной подвески h (рас-
стояния между контактным проводом н несущим тросом) значение
s определяется выражением
s =h—0,115^- , (101)
сР 12.8Г0 Го v 7
где g — нагрузка на несущий трос от веса всех проводов цепной
подвески.
6 Зак. 2195 1(31
Значение То, входящее в формулу (101), ориентировочно можно
принимать равным 0,757%ах для медного несущего троса
и 0,8 ТП|ах— Для биметаллического и стального.
Длину подвесной гирлянды несущего троса принимают равной:
при изолированных консолях — 0,16 м (длина серьги и седла); при
двух подвесных изоляторах в гирлянде — 0,56 м, при трех — 0,73 м,
при четырех — 0,90 м. Если применяют малогабаритные подвесные
изоляторы, длины подвесных гирлянд соответственно уменьшают.
Дополнительные прогибы опор под действием ветровой нагрузки
Тк и ут (соответственно па уровне подвески контактного провода и на
уровне закрепления на консоли подвесной гирлянды) определяют с
учетом давления ветра как на опоры и провода цепной подвески, так
и на усиливающие и другие провода, подвешенные на этих опорах.
Прогибы типовых железобетонных консольных опор для расчетной
скорости ветра v ориентировочно принимают:
V, м/с
м
ут, м
ДО 25
0,010
0,015
30
0,015
0,022
35
0,022
0,030
40
0,030
0,040
Определение длин пролетов вертикальных цепных контактных
подвесок целесообразно начинать с установления расчетного режима
(ветер наибольшей интенсивности или гололед с ветром), при котором
ветровое воздействие на контактную подвеску будет наибольшим.
Ориентировочно расчетный режим можно установить сравнением
ветровых нагрузок на контактные провода при максимальном ветре
(рн) и при ветре с гололедом (ркг). Если окажется, что какая-либо из
этих ветровых нагрузок превышает другую более чем на 20%, то опре-
делять длины пролетов можно только в режиме одной наибольшей
нагрузки. Если же и рКг отличаются менее чем на 20%, то длину
пролета для данной подвески следует рассчитывать как в режиме ветра
наибольшей интенсивности, так и в режиме гололеда с ветром, а при
трассировке контактной сети принять’ наименьшее значение.
При определении ps по формуле (96) необходимо знать длину проле-
та Z, которая па данной стадии расчетов неизвестна. Поэтому при ре-
шении уравнений (98) и (100) прибегают к методу последовательных
приближений. Для этого сначала по формулам (98) и (100) находят
длины пролетов Zmax для прямого и кривого участков пути при рэ = 0.
Эти значения длин пролетов подставляют в формулу (96) и получают
соответствующие значения р'э. Подставляют р'э в формулы (98) и (100)
и находят /фах. Если полученные значения 1^ах для соответствующего
расчетного режима не отличаются от Zmax более чем на 5%, то это озна-
чает, что /шах определены правильно и на этом расчеты заканчивают.
Если же /max отличается более чем на 5% от Zmax, то полученное значе-
ние бтах вновь подставляют в формулу (96), находят р", а затем дли-
ны пролетов по формулам (98) и (100).
Нагрузка ра, подсчитанная по формуле (96), может оказаться рав-
ной нулю, иметь положительное или отрицательное значение. Поэто-
му при определении допустимых длин пролетов по формулам (98) и
(100) необходимо учитывать знак перед рэ.
162
34. ЦЕПНЫЕ КОНТАКТНЫЕ ПОДВЕСКИ
ПОВЫШЕННОЙ ВЕТРОУСТОЙЧИВОСТИ
В процессе эксплуатации контактной сети выявляются отдель-
ные участки, на которых скорость ветра значительно (на 5—10 м/с)
превышает принятую в расчетах при определении длин пролетов. На
таких участках отклонение контактного провода от оси токоприемника
при сильном ветре может превысить максимальное безопасное зна-
чение /’к.max 0,8 м. При этом возможен сход контактного провода с
полоза токоприемника с последующим повреждением полоза и под-
вески.
Необходимую ветроустойчивость контактной сети на участках с
интенсивными ветрами обеспечивают: переоборудованием вертикаль-
ных цепных подвесок в косые, сокращением свободной длины пролета
контактного провода, увеличением натяжения контактного провода.
Свободную длину пролета контактного провода можно сократить
либо установкой промежуточных опор, либо соответствующим пере-
оборудованием вертикальной цепной подвески. Установка промежу-
точных опор в пролетах является дорогим и неоправданным (за ред-
ким исключением) способом повышения ветроустойчивости верти-
кальных цепиых контактных подвесок. Наиболее рациональным явля-
ется сокращение свободной длины пролета контактного провода за счет
подвески к нему оттяжного провода у опор (рис. 106), либо переобо-
рудованием цепных подвесок с двумя контактными проводами в ром-
бовидные (рис. 107).
Для подвесок с оттяжными проводами оптимальное значение пара-
метра К находится в пределах (0,15-у0,2) I, а для ромбовидных подве-
сок — (0,2—0,25) /. При этом большее значение К соответствует боль-
шему расстоянию между контактным и оттяжным проводами или меж-
ду контактными проводами у опоры.
Сравнение полученных при расчете максимально допустимых длин
пролетов цепных подвесок повышенной ветроустойчивости с длина-
ми пролетов типовых цепных подвесок с одним.и двумя контактными
проводами показывает зна-
чительное преимущество
рассмотренных цепных под-
весок повышенной ветро-
устойчивости. Максималь-
но допустимые длины про-
летов цепных подвесок с от-
тяжными проводами на
каждой опоре примерно на
30% больше, чем у обыч-
ных подвесок ПБСМ-95+
-|- МФ-100. Промежуточное
положение между ними по
ветроустойчивости зани-
мают подвески с оттяжным
проводом через опору. Мак-
Рис. Ю6. Схемы подвесок повышенной ветро-
устойчивости с оттяжными проводами на кон-
тактный провод:
а — у каждой опоры; б — через одну опору
I i'3
сималыю допустимые дли-
ны пролетов ромбовидных
подвесок примерно на 25%
для подвесок с ромбами у
каждой опоры и на 13% для
подвесок с ромбами через
опору больше по сравне-
нию с принимаемыми при
обычной подвеске ПБСМ-
95-р2МФ-100. Таким обра-
Рис. 107. Схемы ромбовидных контактных под-
весок:
а —с ромбом у каждой опоры; б —с ромбом через
одну опору
зом, наибольший эффект
получается при переоборудовании вертикальных цепных подвесок в
подвески повышенной ветроустойчивости (рис. 106, а и 107, а). Од-
нако при переоборудовании [контактных подвесок требуется все пря-
мые фиксаторы заменить на обратные, что сложно осуществить в ус-
ловиях эксплуатации.
35. АВТОКОЛЕБАНИЯ ПРОВОДОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
Незатухающие вынужденные колебания требуют, как известно,
для своего поддержания внешней периодической силы. Однако колеба-
ния в системе могут быть незатухающими и без воздействия внешней
периодической силы. Такие колебания называют самоподдерживаю-
щимися (самовозбуждающимися) колебаниями или автоколебаниями.
В то время как частота вынужденных колебаний совпадает с часто-
той внешней силы, а амплитуда колебаний зависит от амплитуды этой
силы, частота и амплитуда автоколебаний определяются свойствами
самой системы. Автоколебания отличаются и от свободных колеба-
ний тем, что, во-первых, они пе затухают с течением времени, и, во-
вторых, их амплитуда не зависит от начального кратковременного
воздействия («толчка»), которое возбуждает колебания.
Автоколебание («пляска») проводов контактной сети происходит
при скоростях ветра 5—20 м/с, чаще всего при 5—10 м/с, При сильном
ветре (более 20 м/с) автоколебания проводов цепных подвесок не наб-
людались. В большинстве случаев автоколебаниям подвергаются
провода, имеющие односторонние отложения гололеда или изморози.
Частота колебаний проводов
0) ПРИ этом 0,6—1 Гц, а число
I L А .J j^E-XJ_X-L полуволн (штриховые линии)
в пролете, как правило, 1—2
5) (Рис- Ю8, а, б). Возникая при
П IJ fj - Ч ~1 —" L определенной скорости ветра
~ и какой-либо форме отложе-
S) О-- ний гололеДа на проводах,
П «пляска» может существо-
_ ' ~~" ' ” вать на неизменной частоте
Рис. 108. Виды автоколебаний цепной кон- при значительных колебаниях
тактной подвески скорости ветра и изменении
164
как формы, так и объема атмосферных отложений. Размах колебаний
проводов цепной подвески при «пляске» может достигать 1 м и бо-
лее. Между амплитудой вибрации проводов и скоростью ветра нет чет-
кой связи из-за происходящих срывов колебаний, тогда как при «пляс-
ке» отмечается увеличение амплитуды колебаний при возрастании
скорости ветра.
Автоколебания цепных контактных подвесок (одиночных проводов)
происходят с частотами, близкими к частотам собственных колебаний
системы. Частота собственных колебаний цепной контактной подвески
f — — 1 Z' 9’81z
Га IV q ’
где к — коэффициент, зависящий от конструкции опорного узла кон-
тактной подвески: при рессорных струнах в опорном узле
к = 0,46; при простых к = 0,5;
I— длина пролета, м;
Z—суммарное натяжение проводов контактной подвески, даН;
q — нагрузка от веса проводов цепной подвески (с гололедом),
даН/м.
Проф. И, И. Власов показал, что автоколебания проводов вызывают-
ся аэродинамическими силами, возникающими при обтекании воздуш-
ным потоком проводов, получивших в результате гололедных отложе-
ний или износа неправильную (отличную от круглой) площадь сечения.
Если профиль сечения провода близок к круглому, то по знаку подъ-
емная сила и угол атаки ветра совпадают (рис. 109). В этом случае кри-
вая подъемной силы в зависимости от угла атаки а приближается к на-
клонной прямой, проходящей через начало координат, причем поло-
жительным значениям угла и отвечают положительные значения подъ-
емной силы У, а отрицательным — соответственно отрицательные зна-
чения Y (рнс. 110). Иная картина получается у проводов с сечением
некруглой формы, например, при одностороннем отложении гололеда
на проводе. Рассмотрим обтекание такого провода воздушным пото-
ком, направленным со стороны гололеда (рис. 111). В нижней части
Рис. 109. Схема обтекания цилиндра
воздушным потоком
Рис. 110. Зависимость подъемной си-
лы цилиндра от угла атаки
IG5
сечения провода воздушный поток тесно прилегает к поверхности про-
вода, Линии тока здесь сгущены и скорость потока увеличена, что при-
водит к понижению давления в этой зоне. К верхней части сечения
провода прилегает зона, в которой давление примерно равно атмос-
ферному. В результате такого распределения давлений по поверх-
ности провода равнодействующая этих давлений получает верти-
кальную составляющую, направленную сверху вниз. Рассмотрим
зависимость подъемной силы от угла атаки а (рис. 112): в неко-
тором диапазоне углов атаки положительным значениям а соот-
ветствуют отрицательные подъемные силы У, и наоборот, В этом случае
при движении провода вниз при некоторых положительных углах
атаки а2 > а > 0 подъемная сила также получает отрицательное
значение (направлена вниз), а при движении провода вверх при отри-
цательных углах Ki <Z a <Z 0 подъемная сила имеет положительные
значения (направлена вверх). В результате при колебании провода
возникает аэродинамическая сила, направленная по движению провода
и усиливающая его.
Таким образом, для развития и поддержания колебаний провода
необходимо, чтобы аэродинамические подъемные силы, возникающие
в процессе колебаний, в течение всего периода или на отдельных ча-
стях его действовали в направлении перемещения провода. В зависи-
мости от формы атмосферных отложений могут быть самые разнооб-
разные аэродинамические характеристики. Однако условием возник-
новения автоколебаний является наличие в этих характеристиках
участков с отрицательным наклоном вблизи оси ординат (см. рис. 112).
После возникновения автоколебаний происходит их дальнейшее
развитие до тех пор, пока не наступит энергетическое равновесие
системы, т. е, когда приток энергии извне сделается равным энергии,
поглощаемой силами сопротивления колеблющегося провода. При
этом устанавливается определенная амплитуда колебаний провода,
которая поддерживается до тех пор, пока не изменятся внешние ус-
ловия, определяющие возможность возникновения автоколебаний.
Рнс, 111, Схема обтекания воздуш-
ным потоком тела некруглой фор-
мы
Рис. 112. Зависимость подъемной силы, дей-
ствующей па зело пскруглой формы от угла
атаки
166
Амплитуда устойчивых колебаний зависит от частоты собственных ко-
лебаний цепной подвески (одиночного провода), аэродинамической
характеристики проводов с атмосферными отложениями и скорости
ветра.
При рассмотрении явления автоколебаний условно было принято,
что провод колеблется строго в вертикальной плоскости, перпендику-
лярной направлению воздушного потока. В действительности, как
показывают наблюдения, такое допущение не всегда справедливо,
так как часто наряду с вертикальными наблюдаются также горизон-
тальные колебания и периодические закручивания проводов относи-
тельно продольной их оси. Изучение таких явлений показало, что и
в этих случаях возникновение как горизонтальных колебаний, так и
кручение провода может быть объяснено появляющимися в процессе
колебаний аэродинамическими силами.
Горизонтальные колебания проводов, вызываемые изменениями
скоростного напора (порывистостью) ветра, могут явиться причиной
развития автоколебаний. Действительно, поскольку горизонтальные
смещения провода при порывах ветра сопровождаются в средних ча-
стях пролета некоторым подъемом и затем опусканием провода, то
этим и могут создаваться начальные изменения углов атаки, достаточ-
ные для того, чтобы начались вертикальные колебания.
Длительные устойчивые автоколебания проводов наблюдаются
в местах, где нет каких-либо значительных препятствий движению
воздушных масс. Поэтому наиболее эффективным мероприятием в этих
случаях является создание лесных защитных полос вдоль электрифи-
цированных линий, проходящих в открытой, незащищенной местно-
сти. Лесные полосы одновременно уменьшают гололедно-изморозевые
отложения на проводах.
Образование на проводе даже небольшого (2—3 мм) односторон-
него гололеда придает проводу аэродинамически неустойчивую форму
сечения, что и приводит к автоколебаниям. В связи с этим на электри-
фицированных участках, расположенных в гололедных районах, за-
ранее подготавливают схемы и конкретные инструктивные указания
по профилактическому подогреву проводов и плавке гололеда.
Когда автоколебания цепных подвесок с двумя контактными про-
водами происходят и без гололеда, аэродинамически неустойчивое
сечение контактных проводов изменяют перемонтажом контактной
подвески в ромбовидную. При этом контактные провода располагают
друг от друга на расстоянии 12—15 см, тогда практически исчезает
их взаимное экранирующее влияние. На кривых участках малых ра-
диусов избежать автоколебаний можно устройством косой подвески.
При этом, чем больше будет наклонена подвеска к горизонтальной
плоскости, тем она будет устойчивее против автоколебаний.
Эффективным может оказаться также аэродинамический способ
уменьшения автоколебаний одиночных проводов и контактных под-
весок, заключающийся в том, что на проводах устанавливают аэроди-
намические стабилизаторы, изменяющие характер обтекания провода
воздушным потоком и придающие ему аэродинамически устойчивое
сечение при средних отложениях гололеда.
167
Развитие и усиление колебаний пролетов соседних с колеблющим-
ся происходит за счет перемещения подвесных гирлянд изоляторов
вдоль пути и периодической передачи усилий через рессорные провода.
При этом чем ближе собственные частоты колебаний соседних проле-
тов, тем интенсивнее будет проходить процесс распространения коле-
баний вдоль анкерного участка, охватывая один пролет за другим.
Поэтому с целью локализации колебаний желательно иметь соседние
пролеты контактной сети разной длины. Однако опыт эксплуатации
электрифицированных участков, на которых осуществлено чередова-
ние пролетов различной длины, показал, что это мероприятие сни-
жает амплитуду автоколебаний, но является эффективным только при
значительном (на 20—25%) отличии длин соседних пролетов.
Не является эффективным мероприятие, заключающееся в уве-
личении веса цепной подвески при закреплении на несущем тросе
каких-либо тяжелых грузов. Грузы только увеличивают инерцион-
ные силы и никак не влияют на процесс автоколебаний. В таких
условиях затрудняется затухание колебаний вследствие накопления
колеблющейся системой большой энергии.
Пример 9. Определить максимальные длины пролетов лолукомпенсиро-
ванной цепной подвески М-120 + 2МФ-100 для прямого участка и для кривой
7? = 1200 м с учетом воздействия на ее провода ветровых нагрузок при постоян-
ной (средней) расчетной скорости ветра. Рельеф местности и климатические ус-
ловия те же, что в примере 3. Конструктивная высота цепной подвески h
= 1,8 м. Расстояние между контактными проводами 6 — 40 мм. Подвеска смон-
тирована на неизолированных консолях, в подвесной гирлянде два изолятора
ПТФ-3,3/5. Минимальная температура воздуха, наблюдаемая I раз в 10 лет в
районе электрифицируемого участка, Йгнб = —30° С.
Найдем сначала длины пролетов без учета влияния несущего троса по фор-
мулам (98) и (ЮО), приняв в них рэ = 0.
Воспользуемся данными примера 3, Ветровая нагрузка на два контактных
провода МФ-100 при максимальном ветре (пгаах 42 м/с) р^ = 2,41 даН/м; при
гололеде (рг = 25 м/с) prR = 2,11 даН/м.
Ветровые нагрузки рк и ргк отличаются незначительно (примерно на 15%),
поэтому длины пролетов определим для двух расчетных режимов: ветра макси-
мальной интенсивности и гололеда с ветром.
Принимая ук = У(,к = 0,03 м (см. с. 162), получим для прямого участка
пути при ^к.доп = 0,5 м и о = 0,3 м:
7 Г 2000
ZK = 2 I/ —[0,5—0,03+/(0,5—0,03)2 —0,32J =52,6 м;
['0,5—0,03 + ^(0,5-0,03)2- О.З3] = 56,2 м.
Длины пролетов для кривого участка 7? = 1200 м при &к.ДОп = 0>45 и
а =0,4 м:
л 1 Г 2-2000 '
/ 2 / ------------— (0,45—0,03 + 0,4)=56,7 м;
V 2,41 +2000/1200 v ш ; -
. f 2-2000
/гк = 2 А/ ----——------ (0,45 — 0,03 + 0,4) =58,9 м.
Г 2,11 + 2000/1200 V ’
Определим все величины,необходимые для расчета удельной эквивалентной
нагрузки рг по формуле (96). Для троса М-120 Тшах = 20 кН (2000 даН),
168
Согласно табл. 28
7В =. 0,75Тшах 0,75 20 = 15 кН (1500 даН);
TF = 0,65Tmax = 0,65 .20 =13 кН (1300 даН).
Ветровые нагрузки на несущий трос возьмем из примера 3; рт — 1,93 даН/м;
ргт = 2,38 даН/м.
Длина подвесной гирлянды несущего троса из двух изоляторов
ПТФ-3,3/5 (см. с. 162) Ли =0т56 м.
Суммарные нагрузки на трос найдем по формулам (7) и (8) (см. также при-
мер Д: _______
2,942 + 1,932=3,52 даН/м;
qVT = V(2,94 + 3,21)2 + 2,38а =6,59 даН/м.
Примем ут = Угт = 0,04 м (по Угаах — 42 м/с (см. с. 162).
Нагрузки на несущий трос от веса контактных проводов, свободных и
покрытых гололедом:
= 2 . 0,89 = 1,78 даН/м; £гк = 1,78+ 1,29 = 3,07 даН/м.
По формуле (Id)» принимая h = 1,8 и и То = 0,75 Тшах = 0,75 • 2000 =
= 1500 даН, найдем scp для прямого участка пути:
„ 2,94-52,62
аср = 1,8—0,115 ,++ =1,18 м;
1о00
2,94-56,22
sGp.r = 1,8-0,115 = 1,09 м;
для кривого участка пути:
2,94-56,72
scp = 1,8—0,115 - ’------1,08 м;
2,94-58,92
Scp.r — 1 >8 0,115 —1,02 м,
1 000
Значения рэ по формуле (96) для режима ветра максимальной интенсивно-
сти:
для прямого участка пути
8-2000-1500 , 0,56-1,93 \
2,41 -1500-1,93-2000------—------ - — - + 0,04- 0,03
, 52,62 \ 3,52 /
Рэ" 10,6-1,18-2000-1500
п п 1,78-52,62
= —0,269 даН/м;
для кривого участка пути
8-2000-1500 /0,56-1,93 \
2,41-1500-1,93-2000--------- - — „ + 0,04-0,03
, 56,7а \ 3,52 I
р -------------------------------------------------------------— «я
/э 10,6-1,08-2000-1500
1500 + 2000 +--1------— ---------
1,78-56,72
— —0,275 даН/м.
Значения рЭг для режима гололеда с ветром:
для прямого участка пути
8-2000-1300 /0,56-2,38 \
2,11-1300-2,38-2000-------+ 0,04-0,03
, 56,22 ( 6,59 /
Ргэ" 10,6-1,09-2000-1300 ’ ~
1300 + 2000+---------------------
= —0,534 даН/м;
169
для кривого участка пути
8-2000-1300 /0,56-2,38 \
2,11.1300-2,38-2000-------——----- „ ~ + 0,04-0,03
, 58,92 \ 6,59 /
Ргэ= 10,6.1,02.2000-1300 '
1300 4- 2000 +-’----!------------
3,07-58,93
— —0,554 даН/м.
Поскольку рк — рь = 2,41 -|- 0,269 — 2,679 даН/м получилась больше
Ргк — ргэ = 2,11 + 0,534 = 2,644 даН/м, то расчетным режимом при опре-
делении максимальных допустимых длин пролетов будет ветер максимальной
интенсивности. Для этого режима с учетом влияния несущего троса получим:
прямого участка пути по формуле (98)
для
‘чпах
для
Q, / 2000 г „ Л——----------i
21/ —;—[о^^-одзу]/ ю,5—о,оз)3 - о,з3]
|/ 2,41-|- 0,269 7 7 7
кривого участка пути по формуле (100)
— 49,8 м;
У 2-2000
------------------------- (0,45—0,034-0,4) = 55 м.
2,41 + 0,275 + 2000/1200-7
При определении рэ в формулу (96) подставляли — 52,6 м, а Zmax полу-
чили равной 49,8 м, которая отличается от более чем на 5%. Поэтому уточним
значение р9 для прямого участка пути; для этого в формулу (96) подставим
> 2 94 - 49 83
^шах — 49,8 м и sCp = 1,8 0,115 +500 “ 1,24 м;
8-2000-1500 /0,56-1,93 \
2,41.1500-1,93-2000 —------------- --------— + 0,04—0,03
’ 49,83 \ 3,52 ’ J
р —------------------------------------------------------------------
10,6-1,24.2000-1500
1500 + 2000 -I- ---!-------------
1,78-49,8а
= —0,266 даН/м.
При этом значении р& длина пролета для прямого участка пути
] =49,9 м.
, / 2000 г „ ,/-—..... ~
1тя, = \/ ------------- 10,5—0,03 + У (0,5 — 0,ОЗУ
тах J/ 2>41 +0>2бб L 1 7 ’ 7
На основании проведенных расчетов на ветровые нагрузки от постоянной
(средней) расчетной скорости ветра максимальную допустимую длину пролета
для прямого участка пути, проходящего по насыпи высотой 13 м на открытой
ровной поверхности земли без растительности, можно принять равной 50 м.
Длину пролета для кривого участка пути принимаем также равной 50 м,
поскольку по расчетам она получилась больше (55 м), чем для прямого участка
пути, но с зигзагами контактных проводов у опор, отличающимися от нормаль-
ных (0,4 м).
/2
Поскольку при Zmax = 50 м и R = 1200 м выполняется условие >
I* 503 502
> Д > ™ах (см. с. 156), а именно-> 1200 > -—, то контактный провод на кри-
2,4 1,2 2,4
вой должен быть расположен по схеме рис. ЮЗ, в. По этой схеме у одной из опор
принимают зигзаг контактного провода щ — 0,3 м, а зигзаг у другой опоры
г2 502
находят по формуле аа = —«1= ~— 0,3 — 0,52 — 0,30 — 0,22 м.
4х\ 4 ® 1200
170
X ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК
И ТОКОПРИЕМНИКОВ
36. КОНСТРУКЦИИ ТОКОПРИЕМНИКОВ
Токоприемниками по ГОСТ 19350—74 называют тяговые электри-
ческие аппараты, предназначенные для создания электрического кон-
такта электрооборудования подвижного состава с контактной сетью.
Конструкция токоприемника должна обеспечивать съем тока
заданного значения при максимальной скорости движения, на кото-
рую рассчитан электроподвижной состав.
На советских и зарубежных электрифицированных железных до-
рогах эксплуатируются токоприемники разнообразных конструкций.
Объясняется это тем, что электрификация железных дорог осущест-
вляется как на постоянном, так и на переменном токе, а применяе-
мый электроподвижной состав имеет различную мощность и конструк-
ционную скорость. Наибольшее распространение получили панто-
графные токоприемники (пантографы). В Советском Союзе на элек-
тровозах и электросекциях переменного тока установлены токоприем-
ники ТЛ-13У. На электровозах постоянного тока наибольшее при-
менение получили токоприемники П-3, П-5 и 1ОРР, на электросекциях
постоянного тока — ТЛ-13У или ТЛ-13М, используют также токо-
приемники П-1 и ДЖ-5. Токоприемники ТЛ-13У и ТЛ-14М (рис. 113)
различаются только типами полоза (соответственно с угольными встав-
ками и металлокерамическими пластинами). За рубежом имеются то-
коприемники с незамкнутой (асимметричной) системой $ подвижных
рам, а также с перекрещиваю-
щимися нижними рамами.
Токоприемники представля-
ют собой сложные пространст-
венные механизмы, состоящие
из системы различных рычагов
н легких рам, шарнирно соеди-
ненных между собой и обеспечи-
вающих перемещение полозов по
вертикали. Полозы закрепляют
на рамах с помощью кареток,
обеспечивающих необходимое
подрессоривание полозам, а так-
же их угловое перемещение от-
носительно верхнего шарнира
рам токоприемника. -Подъемно-
опускающие механизмы токо-
приемников (рис. 114) состоят
из подъемных 1 и опускающих
2 пружин, пневматического ци-
линдра 3 и ' системы рычагов 4
Рис. ИЗ. Общий вид токоприемника
ТЛ-14М;
/ — полоз; 3 — каретка; 3 — верхняя подвижная
рама; 4 — диагональная тяга; 5 — рычаг ниж-
ней подвижной рамы; S — основание; 7 — изо-
лятор
171
пневматического привода. Опускающие пружины могут быть разме-
щены внутри пневматического цилиндра (рис. 114, а, б) или выпол-
нены в виде наружных пружин (рис. 114, в). С целью уменьшения
массы пневматического цилиндра его выполняют ступенчатым: боль-
ший диаметр имеет та часть, в которой перемещается поршень,
меньший, где расположена пружина.
Токоприемники, имеющие подъемно-опускающие механизмы, по-
казанные на рис. 114, работают следующим образом. Когда давление
воздуха в пневматическом цилиндре равно атмосферному и опускаю-
щая пружина разжата, токоприемник находится в опущенном поло-
жении.
Для подъема токоприемника в цилиндр через редукционное уст-
ройство (клапан) подается сжатый воздух, который, перемещая пор-
шень и связанную с ним систему рычагов, сжимает опускающие пру-
жины (пружину). При этом подъемные пружины, находившиеся в рас-
тянутом состоянии, сокращаются и поднимают нижние и верхние ра-
мы токоприемника, вследствие чего его полозы прижимаются к кон-
тактному проводу. Для опускания токоприемника выпускают сжатый
воздух из цилиндра, опускающие пружины разжимаются и через си-
стему рычагов передают усилия на рамы токоприемника; при этом
подъемные пружины растягиваются, а вся подвижная система токо-
приемника возвращается в начальное положение.
Редукционные клапаны в пневматических цилиндрах токоприем-
ников предназначены для автоматического изменения скорости вер-
тикального перемещения полоза при подъеме и опускании токоприем-
ника. Они обеспечивают быстрый начальный подъем опущенного то-
коприемника, а затем медленное его приближение к контактному про-
воду, чтобы полоз коснулся контактного провода без удара. При
опускании токоприемника полоз, наоборот, быстро отрывается от
контактного провода, а затем спокойно опускается вниз. Такие ре-
жимы достигаются автоматическим регулированием скорости подачи
сжатого воздуха в цилиндр и выпуска его в атмосферу. Время подъе-
ма токоприемника из сложенного положения до максимальной рабочей
высоты при номинальном давлении сжатого воздуха должно состав-
лять 7—10 с, а время опускания — 3,5—6 с.
Постоянный контакт полоза токоприемника с проводом в случае
изменения его высоты обеспечивается при движении электроподвиж-
Рис. 114. Схемы подъемпо-опускающих механизмов токоприемников:
а —ТЛ-13У, ТЛ-14М; б — П-5. 10РР; а — П-3, ДЖ-5
172
рис. 115. Каретки токоприемников:
а — ДЖ-5; б - П-3; в — J0PP
ного состава перемещением подвижной системы токоприемника и ра-
ботой только его подъемных пружин.
Каретки токоприемников (рис. 115) предназначены для улучшения
качества токосъема при проходе «жестких» точек (мест с резким умень-
шением эластичности контактного провода или наличием на нем сос-
редоточенных масс — зажимов и др.) и струновых пролетов цепной
контактной подвески, в которых контактный провод имеет неодинако-
вую эластичность и неодинаковую высоту расположения. В эти моменты
полозы вертикально перемещаются за счет кареток, т. е. с контакт-
ным проводом взаимодействует не весь токоприемник, а только его
верхний узел, имеющий небольшую массу. Это уменьшает динамиче-
скую составляющую нажатия токоприемника на контактный провод,
что и обеспечивает лучшее качество токосъема, особенно при высоких
скоростях движения электропоездов. В двухполозных токоприемниках
каретки обеспечивают также равномерное нажатие между полозами.
Качественный токосъем токоприемниками при более высоких ско-
ростях движения обеспечивают демпфированием их рам, а в некоторых
случаях — и полозов. Демпфирование рам осуществляют с помощью
телескопических гидравлических демпферов.
Элементы токоприемника перемещаются вертикально при его
движении вдоль контактной подвески в результате неодинаковой эла-
стичности контактного провода в струновых пролетах, неодинаковой
эластичности цепных подвесок в середине пролета и у опор, местных
изменений высоты подвеса контактного провода над верхом головок
рельсов у малогабаритных искусственных сооружений, на станциях
и т. п.
Неодинаковая эластичность контактного провода в струновых
пролетах вызывает вертикальные колебания полоза токоприемника
с амплитудой 0,03—0,04 м и длиной волны 5—10 м, а в середине проле-
та и у опор с амплитудой 0,2—0,3 м при длине волны 50—80 м. Мест-
ные изменения высоты подвеса контактного провода у искусственных
сооружений и на станциях (выполняемые с постепенным уклоном кон-
тактного провода, например, 0,002) вызывают значительные верти-
кальные перемещения полоза токоприемника, достигающие 1,2—
1,5 м. Таким образом, на большей части линии полоз токоприемника
совершает вертикальные перемещения с амплитудой до 0,35 м и толь-
ко на коротких участках пути — значительные вертикальные переме-
щения, достигающие 1,5 м. Этим обстоятельством пользуются при
разработке конструкций токоприемников для высоких скоростей дви-
173
жения. Чтобы обеспечить большой рабочий ..ход (1,5—2 м) и качест-
венный токосъем при высоких скоростях-движения, токоприемники
выполняют сдвоенными (двухступенчатыми), т. е. из двух расположен-
ных одна над другой подвижных систем (рис. 116). Верхняя подвиж-
ная система с рабочим ходом 0,4—0,5 м и небольшой массой взаимо-
действует с контактной подвеской по высоте в пределах разности от-
жатий контактного провода в середине пролета; обе подвижные систе-
мы токоприемника взаимодействуют с контактной подвеской на участ-
ках со значительным изменением высоты подвеса контактного про-
вода над уровнем головок рельсов.
Одной из разновидностей таких токоприемников является токо-
приемник Сп-бМ (рис. 116, а). Он состоит из двух подвижных систем:
нижней в виде параллелограмма 1 и верхней 2 в виде пятизвенника.
При небольших изменениях высоты контактного провода ± 0,3 м
с ним взаимодействует только верхняя система, имеющая небольшую
массу 24,5 кг, нижняя система при этом остается неподвижной. При
значительных изменениях высоты контактного провода вступает в ра-
боту и нижняя система токоприемника. Достигается это автоматиче-
ски с помощью пневматической связи между верхней и нижней под-
вижными системами. Токоприемник Сп-бМ имеет следующие характе-
ристики: допустимый длительный ток при движении 1650 А, рабочий
ход 2,15 м, ширина полоза 440 мм, масса полоза 15 кг, приведен-
ная масса токоприемника 24,5 Кг.
В верхней и нижней системах токоприемника установлены дву-
сторонние (симметричные) гидравлические демпферы.
Во Франции для скоростей до 300 км/ч создан сдвоенный токо-
приемник (рис. 116,6). Функцию нижней подвижной системы в нем
выполняет упрощенная рама токоприемника AM с демпферами, а
верхней подвижной системы—небольшой асимметричный токоприем-
ник AM с рабочим ходом 0,4, его масса равна 14 кг. Нижняя система,
Рис. 116. Двухступенчатые (сдвоенные) токоприемники:
а — Сп-бМ; б — французский; У — нижняя подвижная система; 2 — верхняя подвижная сис-
тема; 3 — полоз
174
так же как и токоприемника Сп-бМ, вступает в работу только при зна-
чительных изменениях высоты контактного провода над уровнем голо-
вок рельсов. Такая работа токоприемника достигается соответствую-
щим демпфированием нижней и верхней подвижных систем токоприем-
ника гидравлическими амортизаторами.
Для линий, рассчитанных на скорость движения поездов 250—
300 км/ч, рабочий диапазон высоты подвеса контактного провода над
уровнем верха головок рельсов принимают равным не более 0,5—
0,55 м. Это позволяет использовать легкие малогабаритные токоприем-
ники с небольшим^рабочим ходом (не более 0,85 м).
37. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОКОПРИЕМНИКОВ
Конструкцию токоприемника для определенных условий экс-
плуатации выбирают по нагрузочной способности с учетом его ста-
тической, частотной и аэродинамической характеристик, а также при-
веденной массы.
Нагрузочная способность токоприемника — это значение рабочего
тока, который токоприемник может снимать с контактного провода в
течение всего срока службы последнего (до предельного износа про-
вода). Нагрузочную способность токоприемников устанавливают для
двух режимов — движения и стоянки электроподвижного состава.
Согласно ГОСТ 12058—72 по нагрузочной способности различают
токоприемники тяжелого (Т) и легкого (Л) типов.
Токоприемники типа Т предназначены для грузовых и пассажир-
ских электровозов постоянного тока и двойного питания. При движе-
нии .электроподвижного состава онн должны обеспечивать съем с кон-
тактного провода длительного тока 2200 А, при стоянке — 300 А для
расчетного зимнего режима и 160 А для расчетного летнего режима.
Токоприемники типа Л предназначены для грузовых и пассажир-
ских электровозов переменного тока, для электропоездов переменного
и постоянного тока. При движении электроподвижного состава они
должны обеспечивать съем с контактного провода длительного тока
500 А, при стоянке — 80 А для расчетного зимнего режима и 50 А
для расчетного летнего режима. Значение максимального тока, сни-
маемого не дольше 1 мин, для токоприемников обоих типов должно со-
ставлять не более 1,4 длительного тока, указанного выше.
Статическое нажатие токоприемника, разницу между наибольшим
и наименьшим нажатиями и двойное значение сопротивления трения
в шарнирах, приведенное к контактной поверхности полозов, опреде-
ляют по статической характеристике, представляющей собой зави-
симость активного (при движении вверх) и пассивного (при дви-
жении вниз) нажатий, создаваемых подъемными пружинами, от поло-
жения полоза по высоте.
Статическую характеристику снимают динамометром / при отклю-
ченных опускающих пружинах (рис. 117, а). Показания динамометра
записывают через каждые 100 мм с точностью ±1 Н при плавном дви-
жении полоза в одном направлении (вверх и вниз). По полученным дан-
175
ным строят характеристику активного и пассивного нажатий. Ста-
тическое нажатие на контактный провод в диапазоне рабочей высоты
у токоприемников типа Т должно быть: активное (не менее) 100 Н,
пассивное (не более) 130 Н; у токоприемников типа Л —соответствен-
но 60 и 90 Н,
Разница между наибольшими и наименьшими нажатиями при од-
ностороннем движении токоприемника в диапазоне рабочей высоты
должна составлять не более 15 Н у токоприемников типа Т и 10 Н
у токоприемников типа Л. Двойное значение трения в шарнирах, при-
веденное к контактной поверхности полозов, у этих токоприемников
должно быть соответственно не более 25 и 20 Н.
Частотная характеристика токоприемника представляет собой
зависимость продолжительности отрывов токоприемника от частоты
вынужденных колебаний контактного провода или устройства, его
имитирующего, при заданной амплитуде колебаний. Нарушение
контакта (отрывы) регистрируют осциллографом, гальванометр ко-
торого включен в электрическую цепь последовательно с контак-
том «полоз токоприемника—толкатель колебательного устройства».
Частоты колебаний устанавливают по отметкам времени на осцил-
лограмме.
У токоприемников типов Л и Т, предназначенных для скоростей
до 160 км/ч, должны отсутствовать отрывы полозов от толкателя
колебательного устройства при испытаниях по схеме с ампли-
тудой (40 ±2) мм и частоте не менее 0,8 Гц. По этой схеме испыты-
вают токоприемники при различных амплитудах колебаний полоза
(в диапазоне 20—120 мм), т. е. получают амплитудно-частотные ха-
рактеристики токоприемников (рис. 118), показывающих, при ка-
ких сочетаниях амплитуды и частоты колебаний полоза начинают про-
исходить полные отрывы полоза от толкателя колебательного уст-
ройства.
Аэродинамическая характеристика токоприемника представляет
собой зависимость подъемной силы токоприемника от скорости воз-
душного потока (скорости движения токоприемника). Ее получают
в результате продувок токоприемника в аэродинамической трубе или
линейными испытаниями. Аэродинамическую характеристику опре-
Рис, 117. Схемы измерений для построения характери-
стик токоприемника:
а — статической; б — приведенной массы
176
деляют при расположении поло-
за на высоте, соответствующей
середине рабочего диапазона то-
коприемника, Аэродинамическое
нажатие токоприемника Ра,д,
обусловленное аэродинамиче-
ской подъемной силой: Рао = av2r
(здесь а — коэффициент, харак-
теризующий аэродинамические
свойства элементов подвижных
рам и полозов; — скорость
движения токоприемника или
скорость встречного воздушного
потока). «ЙЁ
Испытания токоприемников
показывают, что их аэродинами-
ческая подъемная сила зависит
Рис. 118. Амплитудно-частотные харак-
теристики токоприемников с приведенной
массой:
/ — 24,5 кг; 2 — 33,5 кг
главным образом от аэродинамической характеристики полоза: подъ-
емная сила рам обычно не превышает 30% подъемной силы полозов.
Динамическая составляющая нажатия токоприемника Рд = тта
(здесь т*— приведенная масса токоприемника, кг; а — ускорение,
получаемое этой массой в вертикальном направлении, м/с2).
Приведенной массой токоприемника называют такую массу, кото-
рая, будучи сконцентрирована в точке соприкосновения полоза с кон-
тактным проводом, оказывает такое же воздействие на контактную
подвеску, как и рассматриваемый токоприемник. Значение приведен-
ной массы токоприемника зависит как от его геометрических размеров,
так и от жесткости пружин кареток полоза, трения в шарнирах под-
вижных рам, размера демпфирования рам и полоза токоприемника;
опа несколько изменяется от высоты подъема токоприемника.
Для практических целей приведенную массу токоприемника с под-
рессоренным полозом принимают равной сумме массы полоза та и
приведенной массы подвижных рам тр. т. е. mT = ти + тр.
Приведенную массу подвижных рам токоприемника тР на раз-
личной высоте его подъема обычно определяют по периоду свобод-
ных колебаний подвижной системы при отключенных пружинах
(рис. 117, б). Токоприемник подвешивают за верхний шарнир на
пружине с известной жесткостью, раскачивают его и определяют пе-
риод свободных колебаний. Испытания производят во всем рабочем
диапазоне токоприемника через каждые 100 мм.
Приведенную массу тр для каждой высоты подъема токоприем-
ника определяют по формуле /пр = ж (здесь 7% — период свобод-
ных колебаний рам токоприемника; ж — жесткость пружины).
По полученным данным строят график изменения приведенной
массы в зависимости от высоты подъема токоприемника. Этот график
называют динамической характеристикой токоприемника.
У токоприемников Л и Т, предназначенных для скоростей до 160км/ч,
приведенная масса должна соответственно быть не более 33 и 45 кг.
177
38. ЭЛАСТИЧНОСТЬ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК
Контактные подвески являются эластичными конструкциями. По-
этому при движении токоприемника контактный провод отжимается
вверх. Значениеэтого отжатия в различных точках пролета зависит от
эластичности контактной подвески.
Эластичность контактной подвески в рассматриваемой точке про-
лета характеризуется значением отжатия контактного провода под
действием приложенной к нему вертикальной силы, равной 1 Н. Эту
величину называют коэффициентом эластичности или просто эластич-
ностью контактной подвески э, например, э = 0,5 мм/Н. Это значит,
что при приложении к контактному проводу цепной подвески верти-
кальной силы в 1 Н, он будет отжат вверх на 0,5 мм.
Обратной величиной эластичности контактной подвески являет-
ся ее жесткость ж = 1/э. Жесткость контактной подвески в рас-
сматриваемой точке пролета характеризуется силой,которую нужно
приложить к контактному проводу, чтобы отжать его вверх на 1 мм.
Например, ж = 2 Н/мм, т. е. чтобы отжать контактный провод на
1 мм, к нему надо приложить силу, равную 2 Н.
Эластичность простой контактной под-
вески (свободно подвешенного провода) с
жесткими опорными точками. Вертикальная сила
Р, приложенная на расстоянии х от опоры, вызывает подъем (отжатие)
провода на высоту Д/г и разгрузку опор (рис. 119). Так как после при-
ложения силы Р провод в рассматриваемом пролете находится в рав-
новесии, то сумма изменений моментов действующих сил относитель-
но точки приложения силы Р должна равняться нулю
К Д/г — Р (I — х) хП = 0, (102)
где Р (I — х)Н — уменьшение левой опорной реакции, вызванное
приложением силы Р\
К — натяжение провода.
Решая уравнение (102) относительно Д/г, получим
Д/г = Рх(1 — х)/(1К). (ЮЗ)
Согласно определению эластичности имеем
э = Д/г/Р.
Рис. 119. Схема для определения отжатия провода простой контактной
подвески с жесткими опорными точками
178
Тогда значение эластич-
ности простой контактной
подвески (свободно подвешен-
ного провода) в точке, распо-
ложенной на расстоянии х от
левой опоры, найдем по фор-
муле
5х,п = !Р — X (I
- х)/ (//<). (104)
При приложении силы Р
в середине пролета (при
х = 0,5/) получим
5о,5Вп ~ //(4/0- (105)
Эластичность ко н-
Рис. 120. Схема для определения отжатия
контактного провода, подвешенного к жест-
кой конструкции па часто расположенных
струнах (а), на нескольких струнах (б')
такт н ого провода,
подвешенного на часто расположенных стру-
нах к какой-либо неэластичной конструкции (рис. 120, а). Подъем
провода в точке приложения силы Р может быть представлен выраже-
нием
&hs =
где gK — нагрузка от веса 1 м провода.
Сила Р уравновешивается весом поднятого на длине s контакт-
пего провода. Подставляя gKs = Р в это выражение, найдем
Дй8 = Л(ЗД. (106)
Эластичность провода в этом случае не остается постоянной, а из-
меняется пропорционально силе Р:
= Мг/Р = Р/(8яЛ). (107)
Эластичность контактного провода в с т ру-
но в о м пролете, т. е. когда он подвешен к какой-либо неэластич-
ной конструкции только на нескольких струнах, расположенных друг
от друга на расстоянии с (рис. 120, б). В этом случае эластичность
провода зависит от значения и расположения силы Р в струновом про-
лете:
Д/гхо = Рх0 (с — х0)/(сК), (108)
а эластичность
зхо = MixjP = х0 (с — х0)/(сК), (109)
где Хо — расстояние от левой нагруженной струны до точки контакт-
ного провода, в которой к нему приложена сила Р;
с — длина струнового пролета.
При расположении силы Р в середине струнового пролета
(х0 = 0,5с)
Дйо,5с = Рс/(4/<); (НО)
ао,5о = с/(47<). (Ш)
179
Рис. 121. Расчетная схема для определения эластичности цепной одинарной
подвески з средней части пролета
При расположении силы Р под струной (х0 = 0) отжатие контакт-
ного провода произойдет только в том случае, если сила Р будет боль-
ше нагрузки на струну от веса провода g^c (Р 2> gKc). Следователь-
но, до момента разгрузки струны (при Р g^c) эластичность провода
будет равна нулю.
Отжатне контактного провода после разгрузки струны
Дйас; к = (Р — gi<c) с/(2К).
(Н2)
Эластичность контактного провода после разгрузки струны
э2С., к = с/(2К). (113)
Эластичность цепной одинарной подвес-
к и складывается из эластичности системы «несущий трос—контакт-
ный провод» и эластичности контактного провода в струновом проле-
те (рис, 121). В общем виде расчетная формула для определения эла-
Рис. 122. Схема одинарной рессорной подвески с условными золами для расчета
эластичности в различных точках пролета
180
стичности цепной подвески в любой точке пролета может быть пред-
ставлена выражением
~ (А, ДЙХ„ + ДЛ..), (114)
где Ahx — суммарное отжатие контактного провода в точке при-
ложения к нему силы Р па расстоянии х от левой опоры;
Д/гХ' — подъем контактного провода под ближайшей слева к
силе Р нагруженной струной, расположенной на рас-
стоянии х' от левой стороны;
Лйх" — подъем контактного провода под ближайшей справа к
силе Р нагруженной струной, расположенной на рас-
стоянии х" от правой опоры;
Д/ц-0 — отжатие контактного провода в струновом пролете
(между двумя нагруженными струнами);
с — длина струнового пролета (в случае разгрузки струны
или струн — расстояние между двумя ближайшими к си-
ле Р нагруженными струнами);
х0 — расстояние от левой нагруженной струны до силы Р.
Значение Д/гХо легко находят по формуле (108). Для определения
же ДЛя' и &hx» в различных точках пролета рессорных цепных под-
весок имеются три группы расчетных формул: для зоны расположения
провода рессорных струн (Л), для зоны установки первой от опоры
простой струны Б и для средней части пролета В (рис. 122).
Для вывода расчетных формул отжатнй контактного провода и
эластичности в средней части пролета (3) одинарных
цепных рессорных н с простыми опорными струнами подвесок, как
показали экспериментальные исследования, можно воспользоваться
расчетной схемой (см. рис. 121).
Подъемы контактного провода (несущего троса) ДйХ' и Ыгх» со-
гласно рис. 121 определяются выражениями:
(115)
(116)
где I — длина пролета;
Т — натяжение несущего троса;
К — натяжение контактного провода.
Подставив в выражение (114) соответствующие значения из формул
(115), (116) и (108), после необходимых преобразований получим об-
щую формулу для определения эластичности цепной подвески в сред-
ней части пролета:
_ __ x(l~x) , х$Т (с—х0)
* Р Ф сК(Г+К)
При расположении силы Р под струной (х0 = 0)
„ Д-^.с _ * О—О
ж-с р цт+к') ‘
(117)
(118)
181
Эластичность цепной подвески в середине пролета при расположе-
нии силы Р между струнами (х = 0,5Z; xQ = 0,5с) равна
AZjq 5^ IK -р сТ
3°’5/ 4К(Т + Х) *
(119)
При расположении силы Р также в середине пролета, но под стру-
ной (х = 0,5/; х0 = 0)
_ с _ I
~~ Р ^ЦТ + К} *
^0,5/; с
(120)
По полученным выше формулам можно определить эластичность
цепной подвески (отжатие контактного провода) в средней части про-
лета только до момента разгрузки струны, т. е. пока Р Рс (здесь
Рс — сила, при которой наступает эта разгрузка).
При отсутствии силы Р на струпу, расположенную в средней ча-
сти пролета, действует нагрузка
*e.K = (gK + go)C-^, (121)
1к
где ёк — нагрузка от веса 1 м контактного провода (контактных
проводов);
gc — нагрузка от веса струновых зажимов, приходящейся на
1 м контактного провода;
/к — длина части пролета, в которой контактный провод име-
ет провес; /к = / — 2е.
Поскольку несущий трос цепной подвески является эластичным,
то при приложении к контактному проводу под струной силы Р про-
изойдет его подъем, при этом в точке приложения силы Р подъем кон-
тактного провода будет больше, чем у ближайших к силе Р струн цеп-
ной подвески. Вследствие этого на струну, к которой приложена сила
Р, кроме нагрузки 7?с,к> будет действовать также вертикальная состав-
ляющая натяжения контактного провода = угрХ ^с-
Таким образом, в момент разгрузки струны будет иметь место
К
следующее равенство: Рс — 7?СЛ{ + у-р-^Рс; решая его относитель-
но Рс, найдем
= (122)
При приложении силы Р к контактному проводу в середине стру-
нового пролета разгрузка двух струн произойдет, когда сила Р до-
стигнет значения:
Рго-2/?с.„Г±£=2Ро. (123)
Отжатие контактного провода после разгрузки одной струны в
случае расположения силы Р под ней;
Aft =э р j сТ П94)
° ' х' с 2K(T-l-K) ‘ 1 24'
182
(125)
Отжатие контактного провода после разгрузки двух струн в слу-
чае расположения силы Р в середине струнового пролета:
A/z2c = Гэ*> с Н--------~Т --
* с L 4КД + К)
Эластичность цепной подвески в средней части пролета после раз-
грузки одной струны
(126)
. сТ
Эс — Эх, с г ~'----
Эластичность цепной подвески у опоры в точках О и О' в зоне А
(см. рис. 122) до разгрузки рессорных струн можно определить по
формуле
„ ~ АА° —
э0 — — —
J
Р
2——---------------
а I
(127)
где коэффициент
к_
т
(128)
рессорного провода.
Яр — натяжение
Для определения эластичности подвески в точке у опоры 01 можно
воспользоваться следующими эмпирическими формулами:
до разгрузки соседних струн
Эщ ’ 1, 1э0
(129)
и после их разгрузки
1,25э0.
(130)
В подвесках с двумя контактными проводами и шахматным рас-
положением струн в точке 01 будут находиться струны, и эластич-
ность подвески в этих точках может быть принята такой же, как в
точках 0 и 01.
Эластичность рессорной подвески в точке 1 зоны Б (см. рис. 122)
до разгрузки струны можно определить по формуле
= =..................., (131)
где
(1—0,05й). (132)
При простых опорных струнах (а = 0) коэффициент р = 0, и фор-
мула (131) примет вид
(,33>
Формула (133) аналогична формуле (118).
183
39. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТОКОПРИЕМНИКОВ
И КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК
При движении вдоль пролета токоприемник совершает вертикаль-
ные колебания, вызываемые отжатиями контактных проводов токо-
приемником, изменениями высоты подвеса контактных проводов
и другими факторами.
При движении нажатие токоприемника на контактный провод
Р — р0 ч- р ,гр + рд ч- рйэ (здесь Ро — нажатие, создаваемое подъем-
ными пружинами токоприемника; Ртр —сила трения в шарнирах
токоприемника, приведенная к контактной поверхности полоза).
Знак перед Р тр зависит от направления вертикального перемеще-
ния токоприемника, он будет положительным при движении токо-
приемника вниз (Рст = Ро + ^тр) и отрицательным при движении
его вверх (РА = Ро — Ртр). Знак перед Рд зависит от знака уско-
рения, получае1мого приведенной массой токоприемника в вертикаль-
ном направлении, он будет положительным при движении токоприем-
ника вверх и отрицательным при движении его вниз.
Аэродинамическая составляющая нажатия Рав обычно направле-
на вверх, т. е. имеет положительное значение. Аэродинамическая подъем-
ная сила токоприемников способствует улучшению качества токосъе-
ма при высоких скоростях движения поездов.Так, при отсутствии Раэ
контактные нажатия токоприемника изменялись бы в пределах от
Р" = Рет "г т,га до Р' = Р^т — mtra (здесь а — ускорение, полу-
чаемое приведенной массой токоприемника) и при определенной
скорости движения контактное нажатие оказалось бы равным нулю,
т. е. произошел бы отрыв полоза токоприемника от контактного про-
вода (рис. 123, а). При наличии Раэ контактные нажатия будут уже
изменяться в пределах от Р" = Р’^ + сш3 + тТа до Рг = Рс'т +
4* ссу? — т^а (рис. 123, б). В этом случае нарушений контакта между
полозом и проводом не будет. Однако такой способ компенсации отри-
цательных инерционных сил не всегда является приемлемым. Преде-
Рис. 123. Зависимости контактного нажатия от скорости движения токоприем-
ника:
а—при отсутствии Ра»; б — при наличии Паа; I — область положительных ускорений; 2 — об-
ласть отрицательных ускорений; 3 — отрыв токоприемника от контактного провода
184
лом его использования является допустимое значение отжатня кон-
тактных проводов токоприемниками у опор: не более 150 мм при вет-
ре до 5 м/с и не более 250 мм— при максимальном расчетном ветре
для рассматриваемого участка контактной сети. Это относится также
и к компенсации отрицательных инерционных сил повышением ста-
тического нажатия токоприемника. Эффективными мерами для ка-
чественного токосъема при высоких скоростях движения являются:
уменьшение приведенной массы токоприемников и демпфирование
элементов нх подвижной системы (рам, полозов).
Для обеспечения стабильного контактного нажатия необходимы
также равномерная эластичность контактной подвески и одинаковая
масса ее по длине пролета, отсутствие резких изменений уклонов кон-
тактного провода в вертикальной плоскости (вследствие большого про-
веса в пролете или разных высот его подвешивания у опор) и сосредо-
точенных масс на контактном проводе, т. е. «жестких» точек; токопри-
емник должен иметь небольшую приведенную массу и хорошую ампли-
тудно-частотную характеристику; в системе «контактная подвеска—
токоприемник» не должны возникать резонансные колебания масс,
входящих в эту систему. Частоты собственных колебаний токоприем-
ника не должны совпадать с частотой колебаний подвижного состава.
Повышение скорости движения до 160 и 200 км/ч на действующих
электрифицированных участках обычно обеспечивают реконструкцией
пути н контактной сети. Для движения поездов со скоростями 250—
300 км/ч строят специальные линии.
Для скоростей до 200 км/ч может быть приспособлено большинство
контактных подвесок, обеспечивающих нормальный токосъем при ско-
ростях 120—160 км/ч, в том числе полукомпенсированные с двумя
контактными проводами и двойные. Основным критерием пригодно-
сти контактной подвески для эксплуатации при скорости 200 км/ч яв-
ляется коэффициент равномерности ее эластичности кэ; он должен
быть не менее 0,75.
40. ИЗНОС КОНТАКТНОГО ПРОВОДА
И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЕГО СНИЖЕНИЮ
Съем тока с контактного провода сопровождается изнашиванием
как контактных пластин или вставок токоприемника, так и контакт-
ного провода. Износ провода и пластин токоприемника зависит от ма-
териала контактных пластин и провода, снимаемого тока, качества
токосъема (прежде всего в отношении искрения), состояния трущихся
поверхностей и от других причин.
Изнашивание элементов скользящего контакта — сложный элек-
тромеханический процесс. Иногда для удобства изучения износ раз-
деляют на электрический и механический. Такое разделение весьма ус-
ловно, поскольку электрические и механические явления в контакте
взаимозависимы.
Электрический износ вызывается электрической эрозией металла,
т. е. испарением и выбросом металла под воздействием искровых и ду-
185
говых разрядов. Он зависит не только от плотности снимаемого тока,
но и от состояния контактирующих поверхностей, так как наличие
жестких точек, вибрация провода, схватывание и задиры трущихся
поверхностей нарушают стабильность контакта, вследствие чего воз-
растает электрическая эрозия. Механический износ является следст-
вием таких видов воздействия при трении, как абразивных, окисли-
тельных, усталостных и схватывания, зависящих не только от свойств
материала контактного провода и токосъемных пластин, но и от состоя-
ния поверхностен. В свою очередь электрическая эрозия вызывает
повреждение контактирующих поверхностей и тем самым приводит
к возрастанию механического износа.
Износ контактного провода зависит главным образом от мате-
риала контактных пластин (вставок) токоприемников. Наибольший
износ контактных проводов происходит при медных контактных плас-
тинах, наименьший—при угольных вставках, промежуточное поло-
жение занимают токосъемные пластины из спеченных материалов.
Износ провода в основном определяется значением тока, снимаемого
токоприемником: с увеличением тока он значительно возрастает. По-
этому на двухпутных участках износ провода на подъемах значитель-
но (иногда в несколько раз) превосходит износ провода на спусках;
заметное повышение наблюдается в местах трогания и разгона элект-
роподвижного состава.
На однопутных участках при двустороннем движении средний из-
нос провода примерно на 30% выше, чем на двухпутных участках при
одностороннем движении, ввиду изменения характера механического
износа.
Износ контактного провода в различных его точках — в стру-
новом пролете, в пролете контактной подвески, в анкерном участке,
на перегоне •— неравномерен. На износ контактного провода значи-
тельно влияет наличие на нем различных сосредоточенных масс —
фиксаторов, питающих зажимов электрических соединений, стыковых
зажимов, средних анкеровок, а также резкое уменьшение эластично-
сти подвески на сопряжениях анкерных участков, стрелках.
Особым видом является волнообразный износ контактного про-
вода (рнс. 124). Волнообразный износ наблюдается'в местах трогания
и разгона электроподвижного состава и на подъемах. Он характери-
зуется интенсивным электрическим износом и тяжелыми дуговыми
повреждениями контактного провода на последовательно располо-
женных коротких участках (100—150 мм), разделенных еще более ко-
роткими (10—30 мм) участками с хорошо пришлифованной поверхно-
стью.
Появлению волнообразного износа контактного провода способ-
ствовала применявшаяся ранее конструкция коробчатого полоза с
двумя медными контактными пластинами, все пространство между
которыми было заполнено сухой графитовой смазкой. В какой-то
момент с проводом соприкасались не пластины, а слой плохо проводя-
щей сухой графитовой смазки. При этом съем тока пластины осуществ-
лялся через электрическую дугу, образуя первые две «волны» (см.
рис. 124).
Рис. 124, Схема возникновения и развития волнообразного износа контактного
провода:
/ — контактный провод; 2 - каркас полоза; 3 — модная пластина; 4 — сухая смазка; 5 — элект-
рическая дуга
Последующие проходы полозов расширяли зону волнового износа
провода и усиливали его там, где он уже возник.
После установки на полозы внутренних пластин волнообразный
износ в большинстве случаев прекратился. Однако средний ряд плас-
тин должен быть длинным (1000 мм), поскольку при коротких средних
пластинах также возможен волнообразный износ (особенно в зоне
фиксаторов). Кроме того, волнообразный износ неизбежно возникает
в случае, если внутренние пластины утоплены по отношению к наруж-
ным и покрыты слоем сухой смазки, а также при избыточном нанесе-
нии этой смазки на полозы.
Таким образом, чтобы избежать волнообразного износа контакт-
ного провода, удлиняют внутреннюю пластину, устанавливают ее по
оси полоза, строго следят за тем, чтобы уровень внутреннего и наруж-
ного рядов пластин был одинаковым, чтобы смазка не возвышалась
над пластинами. Это одновременно предупреждает и пережоги кон-
тактного провода. Широкие полозы рамной конструкции (например,
у токоприемника 10РР) не вызывают, как правило, волнообразного
износа провода.
Волнообразный износ не возникает и при использовании угольных
вставок (независимо от числа их рядов на полозе), так как они не
требуют нанесения сухой смазки.
На тех участках, где ранее наблюдался волнообразный износ, пос-
ле замены медных пластин угольными вставками он был полностью
ликвидирован.
Износ контактного провода измеряют с целью предупреждения
опасного уменьшения сечения провода, для анализа характера и осо-
бенностей процесса изнашивания, изучения влияния отдельных фак-
торов, влияющих на срок службы провода, и для планирования
потребности в нем.
Правилами технического обслуживания и ремонта контактной се-
ти электрифицированных железных дорог установлены значения
187
износа контактного провода, при которых делается вставка или уста-
навливается шунт и производится смена провода:
Площадь сечения контактного провода,
мм3 85 100 150
Максимальный местный износ, при ко- тором делается вставка или устанав- ливается шунт, мм3, не более .... 25 35/35 50
Минимальная высота сечения, мм, не ме- нее 7,54 7,79/7,64 9,70
Средний износ на анкерном участке, при котором производится сплошная смена, мм2 22 30/30 45
Средняя высота сечения, мм 7,82 8,21/7,98 10,05
Примечание. В числителе показатели износа даны для обычного се-
чения, в знаменателе — для овального.
Наличие шунтов па контактных проводах тех путей, по которым
поезда идут со скоростью более 120 км/ч, не допускается.
В процессе изнашивания контактного провода возрастает растя-
гивающее напряжение в его материале. Растягивающие напряжения
в материале медного, низколегированного и бронзового контактного
проводов не должны превышать соответственно 120, 130 и 140 МПа.
Для соблюдения этих напряжений в эксплуатации по мере изнашива-
ния контактного провода снижают его натяжение в соответствии с
максимальным износом провода на анкерном участке. При двух кон-
тактных проводах в цепной подвеске натяжение проводов снижают
исходя нз наибольшего износа одного из проводов.
Ранее для измерения износа контактного провода применяли толь-
ко ручные измерительные приборы, главным образом микрометры.
В ФРГ и Голландии используют ручной измеритель износа контакт-
ного провода (рис. 125). Рычажная система прибора обеспечивает
легкость его установки и фиксации на контактном проводе. Прибор
позволяет измерять высоту оставшегося сечения контактного провода
в пределах 3—13 мм с точностью 0,1 мм. Износ площади сечения кон-
тактного провода (мм3) в зависимости от высоты оставшегося сечения
находят по таблицам, приведенным в Правилах технического обслу-
В Советском Союзе для
автоматического измерения
износа одинарного контактно-
го провода разработан токо-
вихревой датчик износа кон-
тактного провода. Датчик
содержит две катушки для
возбуждения магнитного по-
ля и приемную катушку,
жестко закрепленные в
электроизоляционном карка-
се измерительного полоза то-
коприемника вагона-лабора-
торнн контактной сети. При
живания и ремонта контактной сети.
Рис. 125. Индикаторный прибор для из-
мерения износа контактного провода
188
протекании по виткам катушек возбуждения переменного тока в ок-
ружающем датчик пространстве возникает первичное магнитное
поле. Приемная катушка расположена в первичном поле таким обра-
зом, что при отсутствии над датчиком контактного провода электро-
движущая сила в ней равна нулю. Внесение провода в зону изме-
рения искажает первичное поле вследствие наложения на него поля
вихревых токов, наведенных контактным проводом. При этом в при-
емной катушке наводится электродвижущая сила, пропорциональная
площади оставшегося сечения участка контактного провода над дат-
чиком.
Датчик обеспечивает измерение износа контактного провода при
смещении его относительно оси пути ±500 мм без снятия напряжения
с контактной сети и при высоких скоростях движения (до 100 км/ч).
Исследования погрешностей измерения в зависимости от износа кон-
тактного провода показали, что погрешности токовихревого датчика
в 4—5 раз меньше погрешностей приборов, измеряющих высоту остав-
шегося сечения или ширину поверхности трения провода, и состав-
ляет 2—5% в зависимости от размера износа провода. Токовихревой
датчик может быть использован для измерения суммарного износа
двойного контактного провода. Износ контактных проводов на участ-
ках переменного тока начинают измерять не позднее шестого года экс-
плуатации, на участках постоянного тока — не позднее третьего го-
да. В течение первого и второго года эксплуатации организуют на-
блюдение за износом контактных проводов с целью выявления воз-
можных мест и устранения причин повышенной интенсивности изна-
шивания проводов. При износе контактного провода более 20% номи-
нальной площади сечения измерения проводят на участках перемен-
ного тока — один раз в два года, на участках постоянного тока —
один раз в год.
Результаты замеров записывают в книгу состояния контактного
провода, которая имеется на дистанциях контактной сети. Затем
подсчитывают среднее арифметическое значение высоты контактного
провода йср для каждого анкерного участка (для двойного — раз-
дельно правого и левого проводов). При этом данные замеров по
вставкам .отбрасывают. Далее по средней высоте сечення провода йср
определяют текущий средний износ AScp (мм2) для каждого анкер-
ного участка. Данные о AScp по установленной форме передают
в участки энергоснабжения.
Интенсивность изнашивания контактного провода в каждом ан-
керном участке устанавливают по среднему удельному износу 1а =
== AScp/PIO"4 [здесь AScp — разница между значениями среднего
износа провода данного анкерного участка за период между послед-
ним и предыдущим замерами, мм2; Р — число проходов э. п. с. (элек-
тровозов или электросекций) по анкерному участку за период меж-
ду измерениями]. Удельный износ провода I, выраженный в мм2/104
проходов э. п. с., недостаточно нагляден и не всегда удобен для техни-
ческих и экономических расчетов. Поэтому применяют единицу удель-
ной потери меди контактным проводом в кг/103 км или т/10° км
пробега э. п. с., = 0,89г.
189
Рис. 126, Износ одинарного контактного провода (по высоте) в про-
летах цепной подвески „а пригородном участке
Значение тк подсчитывают для зоны, участка, дороги. Подсчетом
и сопоставлением i и тп заканчивают анализ износа.
Предусмотрено также определение коэффициента неравномерно-
сти износа на нескольких анкерных участках каждого перегона
кн “ Д^ср.прол/Д^ср.фикс (здесь АЗСр Г[рОд средний износ провода в
середине пролетов, мм2; Д5ср.фИКе — то же у фиксаторов).
Этот коэффициент может быть как больше, так и меньше единицы.
Если он не достигает 0,8, то принимают меры по улучшению качества
токосъема в зоне фиксаторов; если он превышает 1,2, то регулируют
контактный провод в пролете по высоте или смазывают поверхности
трения контактного провода смазкой СГС-Д.
Результаты измерений износа контактного провода обычно пред-
ставляют в виде графиков: износа провода в пролетах для характер-
ных участков или типов контактных подвесок (рис. 126); среднего из-
носа по анкерным участкам; среднего удельного износа по зонам, пе-
регонам или участкам (рнс. 127).
Снижению интенсивности изнашивания контактного провода,
продлению срока его службы уделяют большое внимание. Практика
показала, что при использовании любых несамосмазывающих токо-
съемных материалов необходима внешняя смазка для снижения из-
носа как провода, так н пластин. В Советском Союзе на полозах токо-
Рис. 127, График среднего удельного износа
контактного провода по перегонам при мед-
ных пластинах (/); при угольных встав-
ках (2) па токоприемниках
приемников с медными пла-
стинами применяют сухую
(твердую) смазку на основе
графита. Такую смазку (мар-
ка СГС-О) изготавливают, сме-
шивая графит с расплавлен-
ной кумароновой смолой. Вос-
становление графитацин пла-
стин, исчезающей обычно при
длительных дождях, а также
лечение поврежденных (вы-
крошенных) мест основной
смазки осуществляют при ос-
мотрах э. п. с. нанесением
дополнительной смазки (мар -
190
Рис. 128. Профили угольных вставок типа 1 (а); типа 3 (6)
ки СГС-Д), в которой смола разведена растворителем. Применение
сухой графитовой смазкн выравнивает (в пролетах) износ провода и
снижает его примерно на 30%.
Для удлинения срока службы контактного провода заменяют мед-
ные пластины еамосмазывающими угольными вставками и пласти-
нами из спеченных материалов.
Угольно-графитовые материалы выгодно отли-
чаются от других токосъемных материалов малой плотностью, очень
большой термостойкостью, а следовательно, большой стойкостью к
электрической эрозии. Они обладают отличными антифрикционными
свойствами (коэффициент трения обычно в пределах 0,1—0,25) и вы-
сокой полирующей способностью. Эти свойства угольных вставок поз-
воляют обеспечить наименьший износ контактного провода при высо-
кой износостойкости самих вставок.
В Советском Союзе угольные вставки по ГОСТ 14692—78 изготав-
ливают двух типов: А — на коксовой основе (собственно угольные)
и Б — на графитовой основе. Графит снижает электрическое сопро-
тивление вставок, но твердость их меньше. Имеется три профиля
угольных вставок: 1, 2 и 3 (рис. 128); расчетная (номинальная) пло-
щадь сечения угольной вставки этих профилей составляет соответст-
венно 766, 916 н 837 мм2. Длина вставок 240 мм; масса вставок с про-
филями 1, 2 и 3 соответственно 0,320; 0,383 и 0,350 кг. По требованию
потребителя вставки могут изготовляться длиной до 600 мм. На обеих
боковых поверхностях каждой вставки профилей 1 и 2 выполняют не-
прерывные по длине риски илн швы глубиной от 0,1 до 0,2 мм или вы-
сотой не более 0,4 мм, предназначенные для контроля износа при экс-
плуатации и расположенные на высоте (10±0,4) мм от опорной поверх-
ности подошвы вставки.
Угольные вставки типа А не маркируют. Вставки типа Б маркируют
на одной нз боковых поверхностей риской глубиной 0,1—0,2 мм на
высоте 16—20 мм от опорной поверхности подошвы вставки.
Профиль вставок для конкретных условий выбирают максималь-
ной площади сечения при условии соблюдения требований по дина-
мическому взаимодействию токоприемника с контактным проводом.
Допускаемый ток токоприемника с угольными вставками для режи-
мов движения и стоянки э. п. с. и перегрузочную способность токопри-
191
емника для режима движения выбирают также с учетом требования
стандарта на токоприемники. При этом съем токоприемником допус-
каемого тока не должен сопровождаться непрерывным по длине пути
искрением в скользящем контакте, т. е. возникновением непрерывной
контактной электровзрывной эрозии.
Установленные ГОСТ 14692—78 длительные допустимые токи то-
коприемников, полозы которых имеют медную подложку и три ряда
угольных вставок, приведены в табл. 30.
Таблица 30
Тип вставок Допустимый ток токоприемника, А
при движений при стоянке
зимой при — 10 °C летом при-|-40 ° С
А 900(1580) 80(130) 50(80)
Б 1150 (2030) 100 (170) 65 (НО)
Примечания. 1. Без скобок даны значения тока для однополозного, в
скобках —для двухполозного токоприемников.
2. В режиме движения допускается кратковременная (в течение 1 мин)
перегрузка на 40 % сверх значений, указанных в табл. 30.
3. При двух контактных проводах в ценной подвеске ток для режима
стоянки увеличивается в 1,5 раза.
4. Однополозный токоприемник с двумя рядами угольных вставок в режиме
движения допускает 600А.
Угольные вставки снижают интенсивность изнашивания контакт-
ного провода по сравнению с медными пластинами в 3—4 раза и явля-
ются наиболее экономичными из известных токосъемных материалов.
Наряду с угольно-графитовыми практический интерес представ-
ляют спеченные материалы, которые получают мето-
дом порошковой металлургии прессованием и последующим спека-
нием различных металлических и неметаллических (например, гра-
фитовых) порошков. Сочетание положительных свойств всех компонен-
тов в этих материалах дало возможность иметь такие их характерис-
тики, которые нельзя получить металлургическими методами.
В Советском Союзе на электровозах постоянного тока используют
пластины из спеченного материала на железной основе (рис. 129) типа
60°
Рис. 129. Пластина из спеченного материала на' железной основе
Рис. 130. Расчетные схемы одинарных ценных рессорных подвесок (к примеру 10)
ВЖЗ. Такие пластины изготавливают методом прокатки из смеси по-
рошков: железного (77%), медного (22%) и никелевого (1%). Заметное
улучшение эксплуатационных свойств спеченных пластин типа ВЖЗ
достигают их пропиткой в автоклаве жидким легкоплавким свинцовым
сплавом, содержащим олово.
Основным положительным качеством пластин из спеченных ма-
териалов является то, что они имеют относительно невысокое контакт-
ное сопротивление между пластиной и проводом. Если принять это
сопротивление для медных пластин за единицу, то при металлокера-
мических пластинах оно равно 1,5, а угольных вставках — 3,5. В ре-
зультате этого нагрузочная способность токоприемника с металлоке-
рамическими пластинами в режиме стоянки (определяемая нагревом
контактного провода) примерно в 3 раза выше, чем у токоприемников
с угольными вставками.
Пластины из спеченного материала обеспечивают съем с одинарно-
го провода МФ-85 однополозным токоприемником на стоянках тока
до 300 Л. Такой ток могут потреблять иа стоянке пассажирские
электровозы ЧС2 (оборудованные однополозными токоприемниками)
при централизованном электроснабжении (отопление, вентиляция,
кондиционирование воздуха и др.) пассажирских вагонов. Опыт экс-
плуатации показал также эффективность применения контактных
пластин из спеченного материала на железной основе на электрово-
зах постоянного тока, снимающих большие токовые нагрузки. Плас-
тины из спеченного материала в отличие от медных обеспечивают эф-
фективную работу угольных вставок при их совместной эксплуатации.
Определить эластичность в опорном узле и в средней части
5P°S-70 4- Мгь ‘!плН1/Я разгрузки струн типовой рессорной подвески
^^^лпойресе °° (1’Ис. 1,30, а) и рессорной подвески ПБСМ-70 + МФ-100,
у кот Рплп^11ыс стРУнь1 и первые простые струны несколько больше, чем
и тИП еске, смещены от опоры (рис. 130, б); определить отжатие кон-
192
7 Зек. 2196
193
тактного провода при Р = 80 Н, Параметры подвесок: Т .= 15 кН, К — 10 кН;
Яр = 1,5 кН, / .-= 70 м, й = 6 м, е 10 м, е' — 13,58 м (размер взят исходя
из получения одинаковых длин струповых пролетов в средней части пролета
рассматриваемых подвесок).
Эластичность подвесок в точке 0(0') определим по формулам (128) и (127);
при е = 10 м
0,49 мм/Н;
= 0,56 мм/Н.
Отжатие контактного провода в точке 0 (О’) при Р = 80 Н будет равно:
при е = 10 м Дй0 = 0,49 • 80 = 39,2 мм; при е — 13,58 м Д/г0 = 0,56 X
X 80 — 44,8 мм.
Эластичность подвески в точке 01 согласно формуле (129):
при е = 10 м а01 = 1,1 = 0,49 = 0,54 мм/Н;
при е •= 13,58 м = 1,1 - 0,56 = 0,62 мм/Н.
Соответственно отжатия контактного провода при Р = 80 Н:
Д/г01 = 0,54 • 80 = 43,2 мм и Дйп1 = 0,62 • 80 = 49,6 мм.
Эластичность подвесок в точке 1 найдем по формулам (131) и (132):
при е - 10 м
6
₽ = — (1 — 0,05-6)=0,42;
3i.
10 (70 — 10)
а ----L.--------- 0,42 мм/И;
70 [15Ц-10—(10-1-1,5)0,42]
при е = 13,58 м
Р - —~—(1— 0,05-6) = 0,309;
1 13,58 v ’ 7
13,58 ( 70 — 13,58)
--------—---------—г2-------0,51 мм/Н.
70 [15-1-10—(10+1,5)0,309]
Соответственно отжатия контактного Провода при Р = 80 Н:
ДЛХ = 0,42 80 = 33,6 мм и Д/^ = 0,51 ч 80 = 40,8 мм.
Определим эластичность контактной подвески в средней части пролета в
точках 4 и 44 при расстановке струн по схеме (см. рис. 130, а).
Эластичность в точке 4 (х = 31,43 м) по формуле (118)
31,43 (70—31,43)
з4 =------------------=0,69 мм/Н.
70(15+10)
Эластичность в точке 44 (х = 35 м) по формуле (119)
70-10 + 7,14.15
Зад = "-....... ~..=0,81 ММ/Н.
4.10(10 + 15)
194
Соответственно отжатий контактного провода при Р = 80 11
= 0,69 80 = 55,2 мм и ДЛ44 = 0,81 • 80 = 64,8^мм.
Определим эластичность контактной подвески в средней части пролета (в
точках 34 и 4) при расстановке струн в пролете по схеме (см. рис. 130, б).
Эластичность в точке 34 (х = 31,43 м; с = 7,14 м, х0 = 3,57 м) по формуле
(И7)
31,43 (70—31,43) 3,57-15(7,14-3,57)
з34— ~ + 1 ~ =0,8 мм/Н.
70(15+10) 7,14-10(15+10)
Эластичность в точке 4 (х = 0,5, I ~ 35 м) по формуле (120)
70
э4 = "77, г—\---—0,7 мм/Н.
4(15-}-10)
Соответственно отжатия контактного провода при Р = 80 Н
Дй34 = 0,8 f 80 = 64 мм и Дй4 = 0,7 • 80 = 56 мм.
Из полученных результатов видно, что увеличение расстояния от опор до
первой простой струны с 10 м (см, рис. 130, о) до 13,58 м (см. рис. 130, б) повы-
шает эластичность цепной рессорной подвески у опоры с 0,49 мм/Н до 0,56 мм/Н
(на 14,3%) и у первой простой струны с 0,42 мм/Н до 0,51 мм/Н (на 21,4%). При
этом получается и более равномерная эластичность в опорном узле подвески.
Следовательно, расстояние от опоры до первой простой струны (е) существенно
влияет на эластичность в опорном узле рессорной подвески.
В опорных узлах максимальная эластичность получилась в точке 04; для
схем (см. рис. 130, а и б) она соответственно равна э01 = 0,54 мм/Н н з01 =
₽ 0,62 мм/Н, минимальная эластичность получилась в точке 4, она соответст-
венно равна з4 = 0,42 мм/Н и а4 = 0,51 мм/Н.
В средней части пролета при первой расстановке струн по рис. 130, а мак-
симальная эластичность получилась в точке 44 (х = 35 м), минимальная — в
точке 4; они соответственно равны э44 = 0,81 мм/Н и э4 — 0,69 мм/Н.
В средней части пролета при схеме расстановки струн по рис. 130, б макси-
мальная эластичность получилась в точке 34, а минимальная — в точке 4 (х =
= 35 м); они соответственно равны э34 =0,8 мм/Н и э4 = 0,7 мм/Н.
Таким образом, при схеме расстановки струн по рис. 130, а максимальная
эластичность получилась в середине пролета (э44=0,81 мм/Н), а минимальная
(э4 = 0,69 мм/Н) — под ближайшими к середине пролета струнами. По схеме
рис. 130, б наоборот: максимальная эластичность (эз4 =0,8 мм/Н) получилась
в середине струповых пролетов, примыкающих к середине пролета, а минималь-
ная (э4 = 0,7 мм/Н) — под струной, расположенной непосредственно в середине
пролета. Однако максимальная и минимальная эластичности в средней части
пролета, при принятых одинаковых длинах струновых пролетов и обеих схемах
расстановки струн получились практически одинаковыми: 0,8 и 0,81 мм/Н, 0,69
и 0,7 мм/Н.
Найдем коэффициенты равномерности эластичности Л‘э = Kmjn on/^mln сп
(отношение минимальной эластичности контактной подвески в опорном узле к
минимальной эластичности в средней части пролета) рассматриваемых контакт-
ных подвесок.
У контактной подвески со схемой расстановки струп по рис. 130, а
кэ=к.1кч =0,42/0,69 = 0,61.
У контактной подвески со схемой расстановки струн по рис. 130, б
кэ = +,/ 0,51/0,7 = 0,73.
Таким образом, равномерность эластичности в пролете у подвески с расста-
новкой струн по схеме рис. 130, б значительно выше, чем у подвески с расстанов-
кой струн по схеме рис. 130, а. Коэффициент равномерности эластичности у под-
вески по схеме рис. 130, б нетрудно довести до 0,75, т. е. сделать такую подвес-
ку пригодной для скоростей до 200 км/ч. Это можно осуществить, например,
Увеличением длины провода рессорных струн до 14 м (а = 7 м) и повышения его
натяжения до 2,5 кН (Нр = 2,5 кН).
7*
195
XI ПОДДЕРЖИВАЮЩИЕ И ФИКСИРУЮЩИЕ
УСТРОЙСТВА КОНТАКТНОЙ СЕТИ
41. КОНСОЛЬНЫЕ ПОДДЕРЖИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Для крепления несущих тросов контактных подвесок применяют
различные кронштейны с тягами, называемые консолями. Одиночные
провода различного назначения подвешивают на консолях или на
кронштейнах. В зависимости от числа перекрываемых путей консоли
делят на однопутные (рис. 131, а, б, в), двухпутные (рис. 131, г, д) и
многопутные.
Однопутные консоли применяют на перегонах двух-
путных участков, где контактные подвески каждого пути должны быть,
как правило, механически обособлены. На многопутных перегонах и
на станциях допускается устанавливать двухпутные консо-
ли. Многопутные консоли, перекрывающие три и более
путей, допускается использовать как исключение при невозможности
рационального применения жестких или гибких поперечин.
Однопутные консоли могут быть неизолированные, ког-
да изоляторы имеются только между несущим тросом и кронштейном
в фиксаторе; изолированные (рис. 132), когда изоляторы в
кронштейн и тягу включены у опор; изолированные с у си-
ле н и о й (двойной) изоляцией, у которых изоляторы вмонти-
рованы как в кронштейн и тягу у опор, так и между несущим тросом и
кронштейном и между контактным проводом и кронштейном консоли.
В изолированных консолях изоляторы удалены из зоны непосред-
Рис. 131. Однопутные и двухпутные консоли:
а —изогнутая наклонная; б— прямая наклонная; в—прямая горизонтальная; з— двух-
путная горизонтальная с одной фиксатор но.'! стойкой; а — то же с двумя фиксаторными
стоиками; 1 — кронштейн; 2 — тяга; .4 — опора; 4--фиксаторная стопка
196
Рис. 132. Изолированная консоль с под-
косом:
/ — кронштейн консоли; 2—тяга; 3 —подкос;
4 — фиксатор: 5 — стержневой изолятор
ФСФ -27.5/3,5; 6 — консольный стержневой изо-
лятор ИКСУ-27,5
(в период перевода участка на
электрическую тягу или при
смешанной тяге). Это уменьшает
загрязнение изоляторов и повы-
шает их надежность. Кроме того,
можно без снятия напряжения с
контактной сети проводить ра-
боты на несущем тросе в местах
его подвеса на консолях, что
недопустимо при неизолирован-
ных консолях. Отсутствие под-
весной гирлянды изоляторов в
изолированных консолях обес-
печивает более стабильное поло-
жение несущего троса, а также
позволяет устанавливать такие
консоли на опорах меньшей вы-
соты (примерно на 0,8 м).
В консолях может быть применен изогнутый кронштейн, располо-
женный наклонно (см. рис. 131, а), или прямой кронштейн. Прямые
кронштейны располагают наклонно (см. рис. 131, б) илн горизонталь-
но (см. рис. 131, в). Поэтому в зависимости от расположения кронштей-
на различают наклонные и горизонтальные консоли.
В наклонных консолях тяга располагается горизонтально
или с небольшим наклоном вверх или вниз в сторону опоры, в связи
с чем опорные устройства могут быть меньшей высоты по сравнению с
опорами для горизонтальной консоли. Г ори зон таль пая
консоль дает возможность более широкой регулировки по-
ложения несущего троса относительно оси пути и позволяет размещать
на кронштейне усиливающие провода.
При трассировке контактной сети тип консолей выбирают в зави-
симости от вида опорного устройства (консольная опора, жесткая по-
перечина), габарита, места установки (прямой участок, внутренняя
сторона кривой) и назначения опоры (промежуточная, переходная),
а также действующих на консоли нагрузок.
Неизолированные изогнутые консоли (с
изогнутым кронштейном) широко применяли ранее при установке
опор с нормальным 3,1—3,5 м и увеличенным 4,9 и 5,7 м габаритами
как на дорогах переменного, так и на дорогах постоянного тока. Изо-
гнутые консоли состоят из фигурного кронштейна, изготовляемого в
зависимости от расчетной нагрузки из двух швеллеров № 5; 6,5; 8; 10
или 12, и растянутой тяги из круглой стали диаметром 16 мм (рис. 133).
В обозначениях неизолированных изогнутых консолей, например
ВФ-У-рп-12-а, римская цифра указывает на форму и размеры кон-
соли, арабская — на номер швеллеров, из которых изготовлен крон-
штейн консоли (в данном случае— из двух швеллеров № 12); буквы
обозначают: В — консоль устанавливается в выемке за кюветом; р —
имеется раскос; а — на наклонной части консоли установлена прямая
фиксаторная стойка 1 (рис. 133, б); Ф — на горизонтальной части кон-
197
Рис. 133. Изогнутые неизолированные крпсоли:
а — для промежуточных опор (при габарите 3,1—3,5 м); б —с прямой фиксаторной стой-
кой для промежуточных и переходных опор с габаритами 4,9 и 5,7 м; в — с обратной
фиксаторной стойкой для промежуточных и переходных опор; г — с прямой и обратной
фиксаторными стойками (габарит 4,9 и 5,7 м); / — прямая фиксаторная стойка; 2 — об-
ратная фиксаторная стойка; 3 — раскос
соли установлена обратная фиксаторная стойка 2 (рис. 133, в); п —
на переходной консоли, предназначенной для крепления двух контакт-
ных подвесок, установлены усиленные фиксаторные стойки.
Кроме изогнутых неизолированных консолей иногда используют
горизонтальные н е и з о
Рис. 134. Неизолированные прямые на-
клонные консоли:
/ — регулировочная скоба; 2--тяга; 3 — бу-
гель; 4 — кронштейн консоли; 5 — фиксаторный
кронштейн; 6 — фиксатор
лированные консоли.
Кронштейн этой консоли пря-
мой и расположен горизонталь-
но, растянутая тяга наклонная.
Кронштейн горизонтальной кон-
соли изготовляют из двух швел-
леров. Консоли могут быть с
фиксаторными стойками или без
них. Для этих консолей необхо-
димы более высокие опоры. Го-
ризонтальные консоли обозна-
чают так же, как и изогнутые,
но добавляют букву Г, напри-
мер, ВГ-И-8-а.
В последние годы устанавли-
вают только неизолиро-
ванные прямые на-
клонные к о н с о л и (рис.
134) при нормальных 3,1—3,5 м
и увеличенных 4,9 и 5,7 м габа-
ритах. Кронштейн 4 этих консо-
лей прямой и состоит из двух
швеллеров № 5 пли № 6,5 с co-
ins
едпиитсльными планками или из трубы. Тяги 2 консолей могут быть
растянутыми илн сжатыми в зависимости от направления и значений
действующих па консоль усилий от контактной подвески. Растянутые
тяги изготовляют из круглой стали, сжатые— из труб. Длина тягн
регулируется скобой 1.
Несущий трос контактной подвески иа изоляторах крепят к спе-
циальной детали 5, называемой бугелем. Бугель может в определен-
ных пределах перемещаться по кронштейну ввиду наличия в крон-
штейне регулировочных отверстий. В эти же отверстия крепят тягу
консоли. Фиксаторы 6 крепят па фиксаторных кронштейнах 5, рас-
полагая между ними изоляторы.
При больших нагрузках от фиксаторов, а также в случае установки
опор с увеличенным габаритом 4,9—5,7 м консоли снабжают подко-
сами.
На переходных опорах сопряжений анкерных участков каждая
ветвь контактной подвески подвешивается и фиксируется на отдель-
ной консоли (см. рис. 134).
Прямые наклонные неизолированные консоли из двух швеллеров
обозначают буквами ПР (Н — наклонная, Р — растянутая тяга) или
НС (С —сжатая тяга), из трубы — буквами НТР (Т — трубчатая) и
нтс.
Изолированные консоли (см. рис. 132) применяют
для крепления троса на опорах, устанавливаемых с нормальным 3,1—
3.5 м или увеличенным 4,9—5,7 м габаритом. Кронштейны консолей
изготавливают из оцинкованной трубы наружным диаметром 60 мм
или из двух швеллеров. Материалом для растянутых тяг консолей
служит круглая сталь диаметром 16 мм, а для сжатых—оцинкован-
ные трубы с наружным диаметром 33,5 мм. Для правильного разме-
щения контактной подвески над осью пути тяги консолей имеют спе-
циальные регулировочные детали, позволяющие изменять их длину.
В растянутые тяги включают регулировочные скобы с отверстиями,
а в сжатые — регулировочные трубы. От опоры кронштейн изолируют
стержневым изолятором КСФ70, а тягу — стержневым изолятором
ФСФ70. В растянутые тяги врезают гирлянды изоляторов ПФ6-Б и
ПТФ70.
Консоли со сжатыми тягами устанавливают в~местах, подвержен-
ных большим ветровым воздействиям (поймы рек, насыпи высотой бо-
лее 5 м) и автоколебаниям, за исключением внешней стороны кривых
участков радиусом менее 1000 м.
Изолированные консоли при установке на опоры с габаритом более
3,5 м дополняют подкосом со стержневым изолятором. Такие же под-
косы устанавливают: в изолированные консоли при установке опор с
габаритом до 3,5 м в местах, подверженных большим ветровым воздей-
ствиям, па внешней стороне кривой радиусом менее 500 м и на внутрен-
ней стороне кривой радиусом менее 300 м; на участках постоянного
тока при двух контактных проводах в цепной подвеске.
Изолированные консоли из трубы обозначают ИТР (И — изолиро-
ванная) или ИТС, а из швеллеров ИР или ИС. Римская цифра ука-
зывает на номер типа консоли по длине кронштейна, арабские цифры —
199
Таблица 31
Длина, ММ , Длина, мм
Масса консоли, к
Тип консоли кронш- тейна к К £-| подкоса Тип консоли кронш- тейна 0? Ен nJ О й о Масса g 6 ЕС О *
Изолированные трубчатые
итс-п 3700 2300 — 33,53
ИТС-Шу 4200 2300 — 40,03
ИТР-II 3700 2350 -—' 32,23
ИТР-Пу 3700 1850 — 35,86
ИТС-П-п 3700 2300 1000 43,25
ИТС-Шу-п 4200 2300 1000 50,15
ИТР-II-п 3700 2350 1000 41,95
ИТР-Пу-п 3700 1850 1000 45,48
Неизолированные трубчатые
НТС-0 3865 1800 — 36,55
HTC-I 4615 2600 — 42,37
НТР-0 3865 1700 — 35,45
HTP-I 4615 2600 — 40,69
Изолированные швеллерные
ИС-И-5 3700 2300 — 50,90
|ИР-1Ь6,5 3700 2350 56,78
HC-V-5-п 5200 3850 1400 79,86
HP-Vl-5-п 5900 4600 2000 86,61
Иензолированные швеллерные
НС-0-5 3630 1700 — 43,99
НС-1-5 4730 2500 — 57,20
НС-II-5 5230 3300 63,96
НР-0-5 3630 1700 43,19
HP-1-5 4730 2600 — 55,57
HP-II-5 5230 3400 — 61,67
HP-III-5 6230 4400 72,62
на номер швеллера, из которого изготовлен кронштейн консоли; бук-
ва п — на наличие подкоса, а буква у — на усиленную изоляцию.
Основные данные некоторых изолированных и неизолированных
трубчатых н неизолированных швеллерных прямых наклонных кон-
солей приведены в табл. 31.
42. ЖЕСТКИЕ И ГИБКИЕ ПОПЕРЕЧИНЫ
Жесткие поперечины (ригели) представляют собой ме-
таллические фермы с параллельными поясами и раскосной решеткой.
Решетка треугольная с распорками в каждом узле. Для усиления в
узлах устанавливают еще одну распорку по диагонали. Отдельные
блоки стыкуют друг с другом накладками из угловой стали.
С железобетонными стойками жесткую поперечину соединяют ме-
таллическими оголовками, если ее крепят к вершинам стоек, и специ-
альными опорными столиками, если крепление осуществляют ниже
этих вершин. Конструкция оголовков допускает регулировку поло-
жения поперечины по высоте перемещением оголовков на стойках.
Опорные столики закрепляют на стойках хомутами, а поперечины к
столикам присоединяют болтами-скобами.
В зависимости от количества путей, перекрываемых жесткими по-
перечинами, они могут иметь длину от 16,1 до 44,2 м и собираться нз
двух, трех и четырех блоков. В указанных пределах поперечины име-
ют восемь основных-размеров длин. Для тех случаев, когда по услови-
ям расположения путей требуются поперечины промежуточных зна-
200
чений длин, отличных от основных, их образуют из основных попере-
чин сокращением числа панелей в крайних блоках.
Основные или укороченные поперечины могут быть двух или трех
типов в зависимости от несущей способности. Разная несущая способ-
ность поперечин достигается измерением сечений поясных уголков.
Поперечины обозначают буквой П и цифрами. Первые цифры оп-
ределяют несущую способность поперечины в тонно-сила-метрах
(тс • м), вторые— расчетный пролет в метрах. Для примера приведем
обозначение двух жестких поперечин длиной 17, 7 и 30,3 м, состоящих
соответственно из двух и трех блоков и различающихся несущей спо-
собностью: • Ш 5-17,7; ШЗ-17,7; П29-30,3; П26-30,3; П23-30Д
Жесткие поперечины расчетной длиной более 29,1 м, на которые
устанавливаются прожекторы для освещения путей станций, обору-
дуются настилом н перильным ограждением. Для этих поперечин и
соответственно блоков в обозначениях перед буквой П ставится буква
О, например ОП29-30,3.
Схема жесткой поперечины для компенсированных подвесок по-
стоянного тока показана на рис. 135. Несущие тросы полукомпенси-
рованных подвесок переменного и постоянного тока крепят к жестким
поперечинам на треугольных подвесах; на переходных опорах и у
воздушных стрелок используют наклонный подвес.
Несущие тросы компенсированных контактных подвесок постоян-
ного тока на перегонах н станциях и переменного тока на станциях,
как правило, подвешивают на роликах. В целях снижения стоимости
монтажных работ допускается подвешивание компенсированного тро-
са не па роликах, а в седлах, если точки подвеса троса удалены от
средней или жесткой анкеровки не более чем на 200—300 м при по-
стоянном и на 250—450 м при переменном токе.
Основные данные типовых жестких поперечин приведены в табл. 32.
Рис. 135. Жесткая поперечина для компенсированных подвесок постоянного тока:
—опора; 2 — жесткая поперечина; 3 — фиксирующий трос; 4 —фиксатор; 5 — треугольный
подвес; 6 — наклонный подвес; Г—габарит установки опор жесткой поперечины; Яд —номи-
нальная высота подвеса контактного провода над ВГР; а — расстояние между осями смеж-
ных путей
201
Таблица 32
Марка по- перечины Число блоков Условный допускаемый момент, кН'м, для блоков Возможная расчетная длина поперечины, м 1 Ширина, м Масса метал- ла на попере- чину, кг
средних крайних
П15-16,1 ШЗ-16,1 2 148/90,3 133/74,5 — 16,11; 15,3; 14,5; 13,71; 12,91 0,45 512 485
П22-29,! П17-29.1 П15-29,1 3 222/178 166/154 147,5/130 222/153 147,6/130 132,5/108,5 29,07; 28,27; 27,47; 26,67; 25,87; 25,07 24,27; 23,47 0,45 1145 987 921
П43-39.2 ПЗЗ-39,2 П29-39.2 4 434/405 328/323 290/248 328/322 257/248 230/192,5 39,16; 37,91; 36,66; 35,4 0,74 2074 1831 1680
Приме ч ан ие. В числителе даны значеи! ,.Н in Л1нп> d знаменателе—.
Гибкие поперечины представляют собой систему тро-
сов, расположенных над электрифицированными путями, предназна-
ченных для крепления контактных подвесок нескольких путей. Все
тросы гибкой поперечины могут быть изолированы от опор, на кото-
рых они крепятся; тогда эта поперечина называется изолированной.
Если изоляторы включают только в нижний фиксирующий трос, то
такая поперечина называется неизолированной. При изолирован-
ных гибких поперечинах можно обслуживать и осматривать все де-
тали и узлы контактных подвесок и гибких поперечин без снятия
напряжения.
Поэтому в основном монтируют изолированные гибкие поперечи-
ны (рис. 136).
15000или 20000
Рис, 136. Изолированная гибкая поперечина для компенсированной подвески пе-
ременного тока:
1 — опора; 2 — поперечные несущие тросы; 3.— верхний фиксирующий трос; 4 — нижний фик-
сирующий трос; 5 — фиксатор: б — наклонный подвес; 7 — струна гибкой поперечины; 8 —
нейтральная вставка; 9 — электрический соединитель; Йо — номинальная высота подвеса кон-
тактного провода над ВГР
202
Верхние тросы гибкой поперечины, называемые поперечными несу-
щими, монтируют с большими стрелами провеса (не менее Vio расстоя-
ния между опорами поперечины), чтобы вертикальные перемещения
контактных подвесок при изменениях температуры воздуха были не-
значительными. Эти тросы воспринимают вертикальные нагрузки от
массы проводов контактных подвесок и самой гибкой поперечины.
Ниже поперечных несущих тросов монтируют фиксирующие тро-
сы (верхний и нижний), препятствующие горизонтальному смещению
проводов контактных подвесок под действием ветра нли вследствие
изменения направления проводов (на кривых, воздушных стрелках).
Гибкие поперечины выполняют с поперечными несущими тросами,
состоящими из двух или четырех биметаллических (сталемедных,
сталсалюминиевых) проводов сечением 70 или 95 мм2. В качестве
фиксирующих применяют биметаллические провода сечением 50 или
70 мм2.
В нижнем фиксирующем тросе у опор устраивают нейтральные
вставки 8 (см. рис. 136), которые электрическими соединителями 9
соединены с верхним фиксирующим тросом. Это дает возможность
осматривать и чистить все изоляторы без снятия напряжения с кон-
тактной сети.
43. ФИКСАТОРЫ
Устройства, с помощью которых контактные провода удерживаются
в горизонтальной плоскости в требуемом положении относительно осн
пути (оси токоприемника), называются фиксаторами.
Фиксаторы должны обеспечивать нормальный токосъем при при-
нятых на данном участке скоростях, надежный проход токоприемни-
ков при отжатии ими контактных проводов до 300 мм в любых рас-
четных атмосферных условиях, при двух контактных проводах воз-
можность продольных перемещений одного провода относительно дру-
гого в пределах до 150 мм. В конструкции фиксатора предусмотрена
возможность регулирования загзага контактного провода.
На главных путях перегонов и станций и приемоотправочных путях,
где скорость движения превышает 50 км/ч, устанавливают сочле-
ненные фиксаторы (рис. 137, а, б), состоящие из основных
и легких дополнительных стержней, связанных непосредственно с кон-
тактным проводом.
В качестве фиксаторного изолятора 1 при постоянном токе приме-
няют изоляторы ФТФ-40, а при значительных нагрузках — стержне-
вые изоляторы КСФ-70; последние применяют и для фиксаторов при
переменном токе. На изолированных "консолях фиксаторы изоляторов
не имеют. Основные стержни фиксаторов З’и. 9 изготовляют из" угловой
стали. Для прикрепления изоляторов к основному стержню привари-
вают стержень с нарезкой. Основной стержень с помощыогдвух струн
6 подвешивают к несущему тросу?.
На основном стержне 3 или 9 фиксатора закрепляют стойку 4 нли
10, которая снабжена ушками для дополнительных фиксаторов (одно-
203
Рис, 137. Фиксаторы:
а — прямой сочлененный; б — обратный сочлененный; в—-гибкий; 1 — изолятор ФТФ-50;
2 —деталь сочленения фиксаторных изоляторов; 3 — основной стержень прямого фиксатора;
4 — стойка прямого фиксатора; 5 — дополнительный стержень сочлененного фиксатора; 6 —
струны; 7 — стержневой изолятор ФСФ-70; 8 — контактные провода; 9 — основной стер-
жень обратного фиксатора; 10 — стойка обратного фиксатора; 11— изолятор ПТФ-70; 12—
серьга; 13 — стержневой изолятор ССФ-70
го или двух). При регулировке контактного провода стойку вместе с
дополнительными стержнями фиксаторов 5 перемещают вдоль основно-
го стержня и закрепляют в нужном положении. Дополнительный
стержень фиксатора изготовляют из полосовой стали. Стержень по
всей длине выштамповывают, что позволяет повысить его жесткость.
Для шарнирного закрепления на стойке дополнительный стержень
фиксатора имеет на одном конце отверстие, а на другом конце его при-
варена скоба для крепления фиксирующего зажима. Применяют так-
же профильные в виде швеллера 35 х 2,5 мм дополнительные стержни
фиксаторов из алюминиевого сплава АМгб-М. Такие дополнительные
стержни в 1,5—2 раза легче стальных, что улучшает качество токосъе-
ма в опорных узлах контактных подвесок.
Во всех случаях фиксатор устанавливают таким образом, чтобы
усилие от изменения направления контактного провода в плане вызы-
вало растяжение дополнительного стержня фиксатора.
Опорные или поддерживающие конструкции, на которых закреп-
ляют фиксаторы, чаще всего устанавливают с одной стороны пути. Кон-
тактный провод подвешивают с зигзагами в разные стороны, поэтому
для обеспечения работы на растяжение дополнительного стержня фик-
сатора используют прямые н обратные сочлененные фиксаторы. Пря-
мые фиксаторы (см. рис. 137, а) используют при минусовых
(к опоре) зигзагах контактного провода или при горизонтальном уси-
лии, направленном от опоры в случае изменения направления контакт-
ного провода; обратные фиксаторы (см. рис. 137, б) —
при плюсовых (от опоры) зигзагах контактного провода или горизон-
тальном усилии к опоре (поддерживающему устройству).
При больших усилиях (более 200 Н) от изменения направления
контактного провода на внешней стороне кривой монтируют гибкие
фиксаторы (рис. 137, в) в соответствии с табл. 33.
Таблица 33
Максимальный радиус кривой, м, при длине пролета, м, когда могут
Расчетная ско- рость ветра, м/с устанавливаться гибкие фиксаторы 40 j 50 ) 60 | 70
Один контактный провод
До 25 800 1000 1100 1150
30 750 800 850 900
35 600 650 650 1
40 500 500 550 —
45 400 450 — —
50 350 350 — —
1450/1250
1200/1050
950/850
800/700
650/550
1550/1350
1200/1100
1000/850
Два контактных провода
До 25 1150/1050 1300/1150
30 1000/850 1100/950
35 800/750 900/800
40 700/600 750/650
45 600/500 650/550
50 500/450 550/450
Примечание. В числителе—при расположении контактной сети на нулевых местах
и насыпях высотой до 5 м, в знаменателе —на насыпях высотой более 5 м.
Сочлененные фиксаторы в необходимых случаях оборудуют уст-
ройствами, предохраняющими фиксаторы от опрокидывания (раскры-
тия) при сильном ветре; жесткими распорками между несущим тросом
и основным стержнем фиксатора и ограничительными упорами на стой-
ках дополнительных стержней' фиксаторов.
Жесткие распорки устанавливают на основные стержни прямых и
обратных (перекрывающих) фиксаторов полукомпенсированных и ком-
пенсированных подвесок с одним и двумя контактными проводами на
прямых участках пути и в кривых радиусом более 500 м в поймах рек,
на насыпях высотой более 5 м от земли или от деревьев в лесистой мест-
ности, а также в местах, подверженных автоколебаниям проводов.
Ограничительные упоры на стойках должны быть во всех случаях
при одном контактном проводе в подвеске и в незащищенных от ветра
местах (где при определении расчетной скорости ветра нормативную
скорость умножают на коэффициент 1,15 и более) — при двух контакт-
ных проводах в подвеске.
205
На насыпях высотой более 10 м обратные фиксаторы цепных под-
весок с одним контактным проводом снабжают ограничителями подъе-
ма дополнительного стержня фиксатора.
Для обеспечения надежной работы фиксаторов, в том числе и обо-
рудованных жесткими распорками на участках, подверженных силь-
ным ветровым воздействиям, и при одном контактном проводе в полу-
компенсированных подвесках при беспровесном положении контакт-
ных проводов и в компенсированных подвесках должны соблюдаться
минимально допустимые расстояния по вертикали от контактного про-
вода до основного стержня фиксатора, которые приведены в табл. 34.
Таблица 34
Место установки фиксатора Фиксатор
прямой обратный
Прямые и кривые участки пути радиусом более 2000 м Кривые участки пути радиусом 2000 и и менее 350+50 300+50 450+30 400+30
П р ii м е ч а и и с. В ветровых местах ir нрп скоростях движения поездов более 120 км/ч
указанные расстояния должны быть увеличены и? 50 мм.
В обозначениях фиксаторов буквы и цифры указывают на его кон-
струкцию, напряжение в контактной сети, для которого он предназна-
чен, и геометрические размеры: Ф — фиксатор, П — прямой, О —
обратный, А — анкеруемой ветви, Т “ троса анкеруемой ветви, Г —
гибкий, С — воздушных стрелок, Р — ромбовидных подвесок, И —
изолированных консолей, У — усиленный; цифра 3 — на напряже-
ние 3 кВ (для линий постоянного тока), 25 — на напряжение 25 кВ
(для линий переменного тока); римские цифры I, П, Ш и т. д. — ха-
рактеризуют длину основного стержня фиксатора (табл. 35).
Таблица 35
Типоразмер Длина основного стержня, мм, фиксаторов типа
ФП п ФПИ ФО и ФОН УФО и УФОЙ ФТ, ФТИ, ФА и ФАИ
I 1200 3000 3500 1300
11 1600 3400 4500 1800
III 2000 3800 4800 2300
IV 2400 4200 -—, 2800
V 3000 4600 .—- 3300
VI 3600 5000 — 3800
VII (только ФПИ) 5400 (только ФОН) - (только ФА и ФАИ)
206
Примеры обозначений фиксаторов;
ФП-3-1 —фиксатор прямой для неизолированной консоли на напряжение
3 кВ, длина основного стержня в соответствии с типоразмером I;
УФО-З-П —усиленный обратный фиксатор для неизолированной консоли
на напряжение 3 кВ, длина основного стержня в соответствии с типоразмером II;
ФГ-25 — гибкий фиксатор на напряжение 25 кВ;
ФТИ-25-III — фиксатор троса анкеруемой ветви для изолированной кон-
соли па напряжение 25 кВ, длина основного стержня в соответствии с типораз-
мером III.
Фиксаторы для изолированных консолей отличаются от фиксато-
ров для неизолированных консолей тем, что на конце основного стерж-
ня, обращенном к консоли, вместо стержня с нарезкой для соединения
с изолятором приварено ушко для соединения с консолью.
В усиленном обратном фиксаторе УФО использован консольный
стержневой фарфоровый изолятор КСФ70. Усиленные обратные фик-
саторы УФО для неизолированных консолей и УФОЙ для изолиро-
ванных консолей позволяют отказаться от применения обратных кон-
солей на внутренней стороне кривой радиусом 1000 м и менее.
44. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК,
ДЕЙСТВУЮЩИХ на поддерживающие и фиксирующие устройства
Поддерживающие и фиксирующие устройства контактной сети рас-
считывают с учетом постоянных и временных (кратковременных и осо-
бых) нагрузок и воздействий.
Значения нормативных и расчетных нагрузок определяют для со-
ответствующих расчетных режимов, которыми в зависимости от вида
и схемы поддерживающего устройства могут быть:
наибольшая гололедная нагрузка при одновременном действии
ветра на покрытые гололедом провода при температуре возду-
ха —5° С;
ветер наибольшей интенсивности при температуре воздуха +5° С;
максимальная температура при отсутствии гололеда и ветра.
Удельные расчетные нагрузки на провода от собственной массы,
массы гололеда и давления ветра определяют по формулам, приведен-
ным в гл. VI.
Расчетные усилия от изменения на-
правления проводов определяют следу-
ющим образом. При расположении под-
вески на кривой радиусом горизон-
тальное усилие Р1У передающееся на
опорное устройство от обеих ветвей про-
вода, имеющего натяжение Н, можно
определить из подобия треугольников
ЛОВ и ADH (рис. 138): AD/AH =
= АВ/ОВ.
Так как ЛВ — I и OB ж R, то
после замены входящих в пропорцию
величин буквенными их обозначениями
Рис. 138. К определению усилия
от изменения направления про-
вода на кривом участке пути
207
Рис. 139. К определению усилия от
изменения направления провода при
отводе его на анкеровку на прямом
участке пути
Рис. 140. К определению усилия от
зигзага контактного провода
Лолучим
Л = HI/R, (134)
где I — длина пролета па кривой.
Усилие, передающееся от од-
ной ветви провода,
Рх/2 - НИ (2R). (135)
При отводе провода на анке-
ровку составляющая натяжения
И, действующая в поперечном от-
носительно пути направлении, оп-
ределяется из выражения (рис.
139): Р2 = Н sin а. При неболь-
ших углах отклонения провода
можно принять, что sin а = tg а,
после чего полученное выражение
примет вид
Рг = Я tg и = Hzll, (136)
где z — поперечное смещение про-
вода на соседней опоре.
Если провод отводится на анкеровку на кривом'участке пути, зна-
чение составляющей в поперечном направлении пути от анкерной вет-
ви провода может быть приближенно определено алгебраическим
суммированием усилий Р-^2 и Р2, определяемых по формулам (135)
и (136). Полное усилие от отвода на анкеровку одной ветви провода на
кривом участке пути
К = — V (137)
Усилие от одной ветви контактного провода, вызванное его зиг-
загообразным расположением на прямом участке, может быть опре-
делено по формуле (136), если принять, что z = 2а. Усилие, передаю-
щееся на опору от двух ветвей контактного провода (рис. 140),
= 4Ka/Z, (138)
где — натяжение одного контактного провода.
45. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РАСЧЕТЕ И ПОДБОРЕ
ПОДДЕРЖИВАЮЩИХ И ФИКСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Расчет консолей выполняют на наиболее невыгодное сочетание
нагрузок. Все конструкции консолей проверяют на действие монтаж-
ных нагрузок и нагрузок, возникающих при обрыве проводов.
Кронштейны консолей, па которых предусматривается крепление
фиксаторов или фиксаторных стоек, проверяют расчетом по второму
предельному состоянию (по деформациям). Горизонтальная состав-
ляющая прогиба кронштейна консоли (от кратковременных нагрузок)
208
1здочке крепления фиксатора или фиксаторной стойки не должна пре-
вышать 35 мм. - >
Типовые консоли выбирают при проектировании контактной сети
привязкой разработанных в Трансэлектропроекте и на Люберецком
электромеханическом заводе треста Трансэлектромоитажа консолей
к конкретным условиям их установки. Консоли для цепных подвесок
обычно подбирают по имеющимся в типовых проектах специальным
таблицам, предусматривающим разнообразные случаи применения
консолей.
Типовые неизолированные и изолированные консоли для линий
постоянного и переменного тока выбирают в зависимости от типа опор
и места их установки, а при подборе переходных консолей учитывают
еще вид сопряжения контактных подвесок (без секционирования, с сек-
ционированием), расположение рабочей и анкеруемой ветвей подвес-
ки относительно опоры и какая из ветвей крепится на данной консоли.
Кроме того, для линий постоянного тока на прямых участках пути
принимают во внимание также и габарит установки анкерных опор.
Для примера приведена табл. 36 для подбора изолированных ти-
повых консолей для участков переменного тока в местах, где не тре-
буется усиленная изоляция. Аналогичные таблицы для подбора кон-
солей других типов имеются в соответствующих типовых проектах.
Таблица 36
Место уста- новки опоры Радиус кри- вой, м Ветвь подвески Типы консолей при габарите опоры , м
3,1—3,5 при гололеде 4,9 5,7
до 1 5 мм с 1 G до 20 мм
Промежуток ные опорь 1
Прямая — ИТР-П
Внешняя R <600 — ИТР-Пп ИР-П ИР-У-5п ИР-VI-5п
сторона кри- R >600 — ИТР-П
вой Внутренняя R <600 — ИТС-Пп ИС-П
сторона кри- 600<7?<1000 — — ИТС-Пп ИС-У-5п ИС-У1-5п
вой 7?>] 000 итс-п ИТС-П
Переходим е опоры
Прямая Рабочая ИТР-П ИР-У-бп ИР-У1-5П
Анкеруемая ИТС-П ИС-У-5п ИС-У1-5п
Внешняя сторона кривой /Д-600 Рабочая Анкеруемая ИТР-Пп ИТС-Пп ИР-П ИС-П ИР-У-бп ИР-У1-5п
Р>б()0 Рабочая ИТ Р-П 1
Анкеруемая ИТС-П
Внутрснняя 7? <600 Рабочая и ИТС-Пп ИС-П ИС-У-5п ИС-У1-5п
сторона анкеруемая
кривой 600<р < 1000 Рабочая и анкеруемая ИТС-П ИТС-Пп j
/?>1000 Рабочая и ИТС-П
анкеруемая
209
Расчет фиксаторов осуществляют на следующие нагрузки:
постоянные нагрузки в сочетании с максимальным ветром;
постоянные нагрузки в сочетании с гололедом и одновременным
действием ветра.
Кроме того, фиксаторные кронштейны и изоляторы, а также ос-
новные стержни фиксаторов проверяют на действие нагрузок, возни-
кающих при обрыве проводов и при монтаже (вес монтера на основ-
ном стержне или фиксаторном кронштейне).
Размеры сечений металлических элементов определяют по наибо-
лее невыгодному сочетанию нагрузок.
Фиксаторы рассчитывают по первому предельному состоянию, вы-
полняя расчеты: прочности, устойчивости стержней и устойчивости
системы стержней сочлененных фиксаторов.
Расчет фиксаторов по второму предельному состоянию (по дефор-
мациям) заключается в определении перемещений основного и допол-
нительного стержней под воздействием внешних нагрузок и нажатия
токоприемника на контактный провод.
Конструкции фиксаторных устройств должны учитывать возмож-
ность перетекания токов в шарнирных соединениях (при разности
потенциалов в проводах контактной подвески).
Длины основных стержней фиксаторов определяют в зависимости
от габарита установки опор, зигзага контактного провода, длины до-
полнительного стержня, а также от принятой схемы конструктивного
выполнения консоли и фиксатора. Длина дополнительного стержня
фиксатора полукомпенсированной подвески должна быть не менее
1200 мм, а для компенсированной подвески может быть уменьшена до
значений, определяемых расчетом.
Типовые фиксаторы выбирают по имеющимся в типовых проектах
специальным таблицам, предусматривающим разнообразные случаи
применения фиксаторов. Типовые фиксаторы, разработанные в Транс-
электропроекте, подбирают в зависимости от типа консолей и места
их установки, а для переходных опор — с учетом расположения ра-
бочей и анкеруемой ветвей подвески относительно опоры. Кроме того,
учитывают, для какой из ветвей предназначен фиксатор.
В качестве примера приведена табл. 37 для подбора типовых фикса-
торов для изолированных консолей промежуточных опор, а также пе-
реходных на сопряжениях анкерных участков без секционирования
на линиях переменного тока. В табл. 37 в обозначениях фиксаторов
для упрощения опущены цифры 25; на опорах, относящихся к типу
А, ближе к опоре расположена рабочая ветвь подвески, а на опорах
Б — анкерная ветвь. Аналогичные таблицы для подбора типовых фик-
саторов для других условий их применения приведены в соответству-
ющих типовых проектах.
Расчет жестких поперечин проводят на следующие сочетания по-
стоянных нагрузок: с гололедом и ветром; с ветром вдоль пути; с вет-
ром, перпендикулярным оси пути; с гололедом и усилиями от обрыва
проводов.
При расчете жестких поперечин на нагрузки, действующие вдоль
пути (от ветра или от обрыва проводов), учитывают реакции тросов,
210
Таблица 37
Место установки । Тип опоры Ветвь подвески Тип фиксаторов ири габарите опоры, м
3, 1 — 3,2 3,3 3,4 — 3,5 4,9 5.7
Пр омежуточные опоры ФПИ-1 ФПИ-П ФПИ-1 V ФПИ-V
Прямая Внешняя сторона кривой — — ФОИ-Ш ФПИ-Ш ФОИ-Ш ФОИ-IV ФПИ-V ФОИ-VII ФПИ-VI
Внутренняя сторона кривой — ФОИ-П ФОИ-Ш ФОИ-V ФОИ-VI
Переходные опоры
Прямая Л Рабочая ФПИ-1 ФПИ-П ФПИ-V ФПИ-VI
Анкеруемая ФАИ-Ш1 ФАИ-IV ФАИ-VI ФАИ-VII
Б Рабочая ФОИ-Ш | ФОИ-IV ФОИ-VI ФОИ-VII
Анкеруемая ФАИ-IV ФА И-VI
Внешняя А и Рабочая ФПИ-Ш ФПИ-V ФПИ-VI
сторона Б ФАИ-VI ФАИ-VII
кривой А Анкеруемая ФАИ-IV
Б Анкеруемая ФАИ-Ш1 ФАИ-IV ФАИ-VI
Внутренняя А и Рабочая ФОИ-П ФОИ-Ш ФОИ-V ФОИ-VI
сторона Б
кривой А Анкеруемая ФАИ-III ФАИ-IV ФЛИ-VI ФАИ-VII
Б Анкеруемая ФАИ-1П ФАИ-V ФЛИ-VI
Приме1 I а в f е. В числителе даны типы фиксаторов при зигзаге к опоре, в знамена-
теле—при зигзаге от опоры.
рассматривая точки крепления подвески к поперечине как упругие
опоры. Жесткие поперечины проверяют расчетом на действие монтаж-
ных нагрузок.
Типовые жесткие поперечины выбирают по методике, разработан-
ной в Гипропромтрансстрое. На основании фактического расположе-
ния путей, габаритов установки стоек поперечины и размеров между-
путий составляют расчетную схему поперечины, по которой выбира-
ют ее расчетную (между осями стоек поперечины) длину. Примени-
тельно к этой длине подбирают поперечину с определенной типовой
несущей способностью. Например, для расчетной длины 30,2 м по
табл. 32 выбирают поперечину П23-30,3.
Затем проверяют пригодность выбранного типа поперечины, сопо-
ставляя действующие на поперечину моменты от внешних сил с услов-
ными расчетными допускаемыми моментами (см. табл. 32). При этом рас-
сматривают три режима: два нормальных (гололед с ветром скоростью
в два раза меньше максимальной и ветер максимальной интенсивности
без гололеда) и аварийный (обрыв провода при гололеде, но при от-
сутствии ветра). Изгибающие моменты от внешних сил определяют для
2ы
нормальных режимов и для аварийного режима. Для нижнего пояса
поперечины рассчитывают норматйвные изгибающие моменты в ава-
рийном режиме (Л4нп), а для верхнего пояса расчетные изгибающие
моменты в нормальных режимах работы поперечины (ЛДП)-
Полученные изгибающие моменты от внешних сил сопоставляют
с допускаемыми для средних и крайних блоков (см. табл. 32). Средние
блоки проверяют в середине пролета, крайние — на расстоянии 1/s
(справа и слева, чтобы найти наибольший) для трехблочных попере-
чин и пролета — для четырехблочных. Если моменты превышают
допускаемые, принимают поперечину более тяжелого типа, при этом
снова определяют моменты от внешних сил и повторяют все указанные
выше проверки.
Расчеты по подбору жестких поперечин довольно громоздки и по-
этому здесь не приводятся. В Трансэлектропроекте для облегчения
таких расчетов разработаны вспомогательные таблицы, в которых
приведены изгибающие моменты от веса жесткой поперечины, голо-
леда на ней н давления ветра на поперечину.
Расчет гибких поперечин заключается в раздельном расчете по-
перечного несущего и фиксирующего тросов. При этом принимают, что
поперечный несущий трос воспринимает и передает на опоры все вер-
тикальные нагрузки от проводов, закрепленных на гибкой поперечи-
не, н от самой поперечины, а фиксирующие тросы — все горизонталь-
ные нагрузки от проводов цепных подвесок и одиночных проводов,
закрепленных на гибкой поперечине.
Поперечный несущий трос, состоящий из двух или четырех парал-
лельно расположенных проводов, рассчитывают как гибкую нить с
сосредоточенными нагрузками Q в местах крепления на поперечине
контактных подвесок (рис. 141). Расчетным режимом для проводов по-
перечного несущего троса является гололед с ветром. Нагрузку от
веса тросов гибкой поперечины и гололеда на них, а также деталей
поперечины, изоляторов и фиксаторов принимают также приложен-
ной в точках расположения сосредоточенных нагрузок и учитывают
при определении сил Q. Так как поперечный несущий трос подвеши-
вают с большими стрелами провеса (не менее 1/10 длины поперечного
пролета /п), влияние температуры на изменение стрелы провеса и на-
Рис. 141. Схема для расчета попереч-
ного несущего троса
тяжение троса в расчете не учи-
тываются.
В соответствии с планом распо-
ложения путей под гибкой попере-
чиной составляют условную рас-
четную схему поперечного несу-
щего троса в виде балки на двух
опорах с вертикальными сосредо-
точенными нагрузками Q на ней.
Вертикальную составляющую на-
тяжения поперечного несущего
троса Rb У опоры В (см. рис. 141)
определяют из условия равенства
212
суммы моментов всех сил Q, взятых относительно точки А (при рас-
положении точек А и Б на одном уровне):
л QJ-iAQA^AQA^A- • г Qik
in
Вертикальная составляющая натяжения поперечного несущего
п
троса у опоры A Ra = Qi — Rb.
Затем с помощью расчетной условной схемы поперечного несущего
троса находят максимальный изгибающий момент (действующий на
балку) Л4птах от вертикальных сил Q, который имеет место в точке,
где эпюра перерезывающих сил балки проходит через нуль. Разделив
значение максимального момента Л4птах на наибольшую стрелу про-
веса поперечного несущего троса fnniax, получают горизонтальную
составляющую натяжения троса Нп =Л4птах//:щпах.
Типовые опоры для гибких поперечин имеют высоту 15 или 20 м
(см. гл. XII). При таких опорах наибольшую стрелу провеса попереч-
ного несущего троса /птах принимают обычно равной соответственно
5 м или 10 м.
Значение Яп, как это ясно из условия равенства нулю суммы про-
екций всех сил на ось X, остается постоянным по всей длине троса.
Для схемы, показанной на рис. 141, приняв условно, что наибольший
момент совпадает с точкой приложения нагрузки Q3, напишем выра-
жение для его определения
Л4 птах " Й4 з = R д I з Qi (G ^1) Q2 G 3 А)
В соответствии с принятым условием имеем fnmax=Z/3. Тогда гори-
зонтальная составляющая натяжения поперечного несущего троса
гт ‘^птах Мч 1з~<21(^з~^1) + ^г (^з'“М
Пп =--------»= —- —-----------------— ------ .
Ai max Уз Уз
Натяжения поперечного несущего троса соответственно у левой и
правой опор: _______
Тл = У Чл+НЦ: Тв = У
По большему значению натяжения, возникающему в тросе в режи-
ме гололеда, проверяют правильность принятого в нем числа и пло-
щади сечення проводов
^п^р^з»
где пп — число проводов в поперечном несущем тросе;
Тр — разрушающая нагрузка при растяжении одного провода
(см. табл. 6);
кя — коэффициент запаса прочности.
Число и сечение биметаллических сталемедных проводов марки
ПБСМ ориентировочно можно выбрать по табл. 38 в зависимости от
мощности и высоты опор (см. гл. XII) для гибкой поперечины. Коэф-
фициент запаса прочности для сталемедных поперечных несущих
тросов принимают равным 3, для стальных —- 4.
213
T a *6 л и ц a 38
Параметры тросов гибкой
поперечины
Число сталемедных про-
водов марки ПБСМ в по-
перечном несущем тросе
Площадь сечения одного
провода в тросе, мм2
Площадь сечения фикси-
рующего сталемедного
троса марки ПБСМ, мм3
Значения параметров для гибкой поперечины, смонтированной
на опорах типа
МН 35/15. МИ 45/15, МН 63/15, МН 65/20 МН 105/20 МП 150/20
МН 45-55 1 5 мн 65-25 15
2 2 4 2 4 4
70 95 60 95 70 95
50 50 (70)*
* В скобках приведено сечение фиксирующего троса для гибких поперечин, перекрываю-
щих девять и более путей.
Например, гибкая поперечина перекрывает восемь путей и смонтирована
на опорах МН 45/15, максимальное натяжение поперечного несущего троса
Ллах по расчетам получилось равным 23,7 кН. Согласно данным табл, 38 попе-
речный несущий трос при опорах МН 45/15 можно выполнить из двух сталемед-
ных проводов ПБСМ-70, разрушающая нагрузка одного такого провода равна
2 47,18
47,18 кН, в этом случае 23,7 < --g----, т. с, количество и сечение проводов в
поперечном несущем тросе принято правильно.
Ординаты троса уг в точках приложения нагрузок Q; (см. рис. 141)
можно найти, если моменты действующие в этих точках, разделить
на Яп :
Ml __ %А . ^2 ^2~-Ql(^2— /1)
У1=="^ ST ’ ~ ’
Л43 ^а ^2)
//п H-r
и т. д.
После того как найдены значения ординат кривой провисания
троса, можно определить полную его длину сложением длин от-
дельных отрезков ломаной линии, образуемой тросом в нагруженном
состоянии
^i+#i +1^(4—4)2+Qfe—+
Необходимая для монтажа стрела провеса поперечного несущего
троса в ненагруженном состоянии fu = (Ln — Zu)Zn/8 (здесь
к' — коэффициент, учитывающий упругое удлинение троса и прогиб
опор после загрузки поперечины, равен 0,85—0,9).
Максимальное натяжение в фиксирующих тросах может быть в
одном из следующих расчетных режимов: минимальная температура,
214
Рас. 142. Схема для расчета фиксирую-
щего троса
гололед с ветром, ветер макси-
мальной интенсивности.
При расчете фиксирующих
тросов, кроме температурных и
упругих деформаций троса, учи-
тывают также изменение про-
гиба опор на уровне крепле-
ния фиксирующего троса, а так-
же деформацию пружинного
компенсатора (в случае его при-
менения). Примем следующие
обозначения: •
Н' — натяжение в наиболее ослабленном звене троса;
А — среднее значение относительного упругого удлинения
троса;
б — гибкость пружины компенсатора;
у у' у" — сумма прогибов левой (у') и правой (у") опор иа уровне
крепления фиксирующего троса.
Примем для исходного режима индекс I и для определяемого ин-
декс х. Тогда для схемы рис. 142 можно написать
/а (4 - У (Ах - AJZ + 6 (Д' - Я[) (уА. - у2)=0. (139)
Уравнение (139) означает, что сумма всех видов деформаций в про-
лете Zj при переходе от исходного режима к определяемому равна
нулю'.
Величина А определяется из выражения
А = — V ЧЧд } (140)
/ SE
где Нп — значения натяжения троса на отдельных его участках дли-
ной ап;
5и Е— сечение и модуль упругости троса.
Для случая, когда Рг = Р2 = ...=- ?„ = Р, выражение (140)
примет вид
А [ЯД ™Р] Л а3 + ... [Н‘
А = —------ - - — ----------------------------------—- =
ISP.
. _ Н' (щ-Ь Щг-т- + 4 [-1 )РР[таг-]-(т — 1)а2 j- . ..^гат]
„ ( )
Если принять, что точки приложения сил Р расположены симмет-
рично относительно середины пролета, т. е. принять = am+i', п2 ~
— ат (и т. д.) и обозначить
Oj + а2 + ... + Чг+i = А
то выражение (141) после сокращения I примет вид
д„ Н' + тР(2
SE
215
Соответственно для исходного и определяемого режимов величина
Д будет определяться из выражений:
л Н1 + . Нх + тРх/2
SE х SE
После подстановки значений Aj и Аж в уравнение (139) оно примет
вид
Н'+тРх/2 н\^тРг!2
щ+1 ------1 -* i 2 3~—+а (аг; —7/;) ч-
+ (Тх—Ti)=o.
Решив это уравнение относительно Нх, получим
_ /ri(Z+6SE)4-ZSEa(/1-frc)+ 0,51m (P1-PX) + SE
х~ 1 + &SE
Натяжение фиксирующего троса у правой опоры (см. рис. 142)
^'х-Нх + тРх, ; (143)
При пользовании формулами (142) и (143) для расчета фиксирую-
щих тросов необходимо иметь в виду следующее.
1. В качестве исходного режима принимается режим наивысшей
температуры. Прн этом натяжение троса в наиболее ослабленном его
звене принимается равным Н{ = 1 кН.
2. Величина т (Pt — Рх) в третьем члене числителя представляет
собой разность суммарных горизонтальных нагрузок на фиксирую-
щий трос, при исходном и определяемом режимах. При компенсиро-
ванных контактных подвесках н при расчетных режимах, в которых
отсутствует ветровая нагрузка, эта величина равна нулю.
3. При включении в трос пружины с характеристикой порядка
(150—200) 10“4 м/кН можно не принимать в расчет изменения проги-
бов опор, полагая равной нулю. При отсутствии же пружин
недоучет влияния изменений прогибов опор приводит к завышенным
расчетным натяжениям фиксирующих тросов и к некоторому утяже-
лению опор.
Прогибы типовых металлических опор гибких поперечин от силы,
равной 1 кН, приведены в табл. 39.
Правильность выбранной марки провода для фиксирующего тро-
са проверяют исходя из максимального его натяжения (Яфтах = Ях)
в наиболее нагруженном звене по формуле
Нф max ^фр/^зф’
где ЯфР—разрушающая нагрузка при растяжении провода, приня-
того в качестве фиксирующего троса (см. табл. 6);
к3ф — коэффициент запаса прочности фиксирующего троса, для
сталемедных проводов равен 2, для стальных — 3.
216
Таблица 39
Место приложения силы Прогиб на уровне Прогиб, мм, от силы, равной i кН, опоры типа
SI - —щ— НИЗ 1 се 45 МН SI —щ— НИ 59 65 МН 20 —— НИ , S0I 1 50 МН 20 ! : ——— НИ SS-Si' 65-25 i МН 15 1
- В вершине опоры Приложения силы (15 или 20 м) Между фиксирую- щими тросами (8,7 м) 6,73 1,98 4,25 1,31 3,12 1,12 5,79 0,99 3,10 0,57 2,28 0,41 2,75 0,75 '1,95 0,61
Между фикси- рующими тросами Приложения силы (8,7 м) 0,93 0,59 0,44 0,32 0,18 0,12 0,33 0,27
Например, гибкая поперечина перекрывает восемь путей и смонтирована на
опорах МН45/15. Согласно табл. 38 в качестве фиксирующего троса примем
провод ПБСМ-50; его разрушающая нагрузка по табл. 6 равна 32,6 кН. В тросе
установлен компенсатор, у которого гибкость пружины 150 10-4 м/кН. В ре-
зультате-расчетов по приведенным выше формулам установлено, что максималь-
ное натяжение в .наиболее нагруженном звене трос получит в режиме гололеда
с ветром; это натяжение равно 6,9 кН, в этом случае 6,9 < 32,6/2, т. е. провод
ПБСА1-50 в качестве фиксирующего троса выбран правильно.
ГЛАВА
X!! ОПОРЫ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
46. КЛАССИФИКАЦИЯ ОПОР
Опоры контактной сети в зависимости от назначения и характера
нагрузок, воспринимаемых от проводов контактной подвески, разде-
ляют на промежуточные, переходные, анкерные и фиксирующие.
Промежуточные опоры воспринимают нагрузки от массы
проводов контактных подвесок и дополнительных нагрузок на них
(гололед, изморозь) и горизонтальные нагрузки от давления ветра на
провода и от изменения направления проводов на кривых участках
пути.
Переходные опоры устанавливают в местах устройства со-
пряжений анкерных участков контактных подвесок и воздушных стре-
лок и воспринимают нагрузки, аналогичные промежуточным опорам,
но от двух контактных подвесок. На переходные опоры также воздей-
ствуют усилия от изменения направления проводов при отводе их на
анкеровку и на стрелочной кривой.
Анкерные опоры могут воспринимать только нагрузки от
натяжения закрепленных на них проводов или, кроме того, нести та-
кие же нагрузки, как промежуточные, переходные или фиксирующие
опоры.
Фиксирующие опоры не несут нагрузок от массы проводов
и воспринимают только горизонтальные нагрузки от изменения на-
правления проводов на кривых участках пути, на воздушных стрел-
ках, при отходах на анкеровку и от давления ветра на провода.
Различают также опоры питающих и отсасывающих линий и спе-
циальные опоры. Опоры питающих и отсасывающих линий в соответ-
ствии с классификацией опор, принятой в линиях электропередачи,
разделяют на: промежуточные, угловые, анкерные (провода заанке-
рованы с обеих сторон) и концевые (провода заанкерованы с одной
стороны опоры). Специальные опоры предназначены для установки
секционных разъединителей или какого-либо иного оборудования.
По типу закрепляемых на опорах поддерживающих устройств кон-
тактной сети различают:
консольные опоры с креплением на консоли контактной под-
вески одного, двух или нескольких путей;
опоры с жесткой поперечиной, пли, как их назы-
вают, ригельные или портальные, с креплением контактных подвесок
электрифицируемых путей на жесткой поперечине (ригеле);
опоры с гибкой поперечиной с креплением на
ней контактных подвесок перекрываемых этой поперечиной элект-
рифицируемых путей.
В зависимости от материала опоры бывают железобетонные, ме-
таллические и деревянные. Применение железобетонных предвари-
тельно напряженных опор из центрифугированного бетона дает зна-
218
чИтельное сокращение расхода металла на изготовление опор. Уста-
навливать железобетонные опоры сложнее, чем металлические, так как
они значительно тяжелее и требуют более бережного обращения при
транспортировке и установке из-за хрупкости бетона.
Железобетонные опоры получили наибольшее распространение,
их используют в качестве промежуточных, переходных и анкерных
консольных опор, а также в качестве фиксирующих опор и стоек жест-
ких поперечин.
Железобетонные консольные опоры и стойки жестких поперечин
могут быть нераздельными (цельными) с фундаментной частью для не-
посредственной установки в грунт, и раздельными, устанавливаемыми
на отдельные фундаменты. По расходу материалов, трудоемкости из-
готовления и установки предпочтительнее нераздельные опоры.
Металлические опоры в СССР используют только в качестве опор
для гибких поперечин, питающих и отсасывающих линий, для двух-
литиых консолей и анкерных самонесущих (без оттяжек) опор. При
наличии необходимых технико-экономических обоснований металли-
ческие опоры устанавливают также в качестве консольных промежу-
точных, переходных и анкерных опор.
Деревянные опоры различных типов устанавливают только в каче-
стве временных опорных конструкций контактной сети.
Для контактной сети, как правило, используют типовые опоры,
различающиеся между собой по назначению и конструкции.
Рис. 143. Унифицированные железобетонные консольные опоры контактной сети
длиной 13,6 м с фундаментной частью (а); длиной 10,8 м па трехлучевом ста-
канном фундаменте (б):
УОФ — условный обрез фундамента; ОФ — обрез фундамента; В ГР — верх головки рельса
219
Высоту опор — расстояние от верхнего (ВОФ) или условного
(УОФ) обреза фундамента до вершины опоры — выбирают в зависи-
мости от высоты подвешивания контактного провода и несущего троса
цепных подвесок, конструкции поддерживающих устройств, распо-
ложения на опорах проводов ЛЭП, автоблокировки.
Форма и размеры поперечного сечения опор зависят от нормативно-
го изгибающего момента в кН • м относительно верхнего или услов-
ного обреза фундамента, а для консольных опор — еще и нормативно-
го изгибающего момента относительно пяты консолн.
Высота консольных железобетонных опор принята равной 9,6 м;
такой же высоты опоры применяют и в качестве стоек жестких попере-
чин. При этом длина нераздельных опор с учетом фундаментной час-
ти составляет 13,6 м (рис. 143, а), а длина раздельных опор с учетом
установки их в стаканный фундамент— 10,8 м (рис. 143, б).
Металлические опоры для гибких поперечин изготовляют высотой
(длиной) 15 и 20 м. Для двухпутных консолей устанавливают метал-
лические опоры высотой 13 м.
47. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ОПОРЫ
При строительстве, реконструкции и капитальном ремонте кон-
тактной сети применяют опоры из центрифугированного железобетона
с предварительно напряженной арматурой из стальных проволок
(струн). Такие опоры называют струнобетонными.
Железобетонные опоры контактной сети по прочности, деформ а-
тивности и трещнностойкости должны удовлетворять требованиям
стандартов и строительных норм и правил.
Струнобетонные конические центрифугированные опоры типов
СКЦ и СКЦ0 изготавливают в соответствии с ГОСТ 19330-—73 по чер-
тежам типового проекта «Унифицированные железобетонные консоль-
ные опоры контактной сети» 1976 г.
В маркировке стоек, например СКЦ0-4,5-13,6; СКЦ-10-10,8,
буквенный индекс означает сокращенное наименование стоек «Стру-
нобетонные конические центрифугированные», первый цифровой
индекс означает нормативный изгибающий момент (мощность) в тс-м
в сечении опоры на расстоянии 9,6 м от ее вершины, второй числовой
индекс означает длину опоры в метрах.
Стойки с индексом «О» (особые) предназначены для установки то-
лько на участках постоянного тока с повышенной электрической кор-
розией н с требованиями повышенной безопасности. Стойки длиной
10,8 м, как правило, предназначены для установки на фундаменты в
условиях сульфатной агрессивности грунтов. Стойки СКЦ н СКЦ0
мощностью 100 кН м (Юте • м) применяют только с разрешения МПС,
На стойках СКЦ и СКЦ0 на расстоянии 9,6 м от вершины наносят
несмываемой краской линию условного обреза фундамента, а выше
нее—марку (тип) стойки.
Промежуточные опоры рассчитаны на нормативные изгибающие
моменты М'1 (мощность опор) 45; 60; 80 н 100 кН • м, действующие
220
Рис. 144. Графики нормативных моментов Л1Н железобетонных опор длиной
10,8 и 13,6 м:
УОФ — условный обрез фундамента; В ГР — верх головки рельса; ВС — верх стойки опоры;
НС — низ стойки опоры
поперек пути на уровне условного обреза фундамента, принятого на
0,5 м ниже верха головки рельса (рис. 144). Опоры запроектированы
длиной 10,8 и 13,6 м; длина стоек без нижней заглушки соответствен-
но 10,75 и 13,55 м.
Опоры могут эксплуатироваться в районах с расчетной зимней тем-
пературой наиболее холодной пятидневки до —40°С как в обычных
грунтовых условиях, так и в пучинистых грунтах районов вечной
мерзлоты и глубокого сезонного промерзания. Для установки в осо-
бых грунтовых условиях — на скальных грунтах, на болотах с торфя-
ным слоем более 1 м, а также в сейсмических районах — опоры не рас-
считаны.
Стойки опор типов СКЦ и СКЦ0 представляют собой полые кони-
ческие бесстыковые трубы из предварительно напряженного железо-
бетона с армированием высокопрочной проволокой. Поперечное арми-
рование принято в виде спирали. Для предотвращения стягивания
продольной арматуры при навивке спирали по длине стоек предусмот-
рена установка монтажных колец (рис. 145).
В стойках СКЦ0 мощностью 45, 60 и 80 кН м армирование ниж-
ней части (у опор длиной 10,8 м от низа опоры на высоту 2 м, у опор
длиной 13,6 м — на высоту 4 м) предусмотрено смешанным с установ-
кой дополнительно восьми стержней ненапрягаемой арматуры. Сме-
шанное армирование повышает трещиностойкость опор. Кроме того,
221
ненапрягаемая арматура рассчитана на восприятие нормативного из-
гибающего момента, что исключает потерю несущей способности опоры
в случае разрушения напрягаемой арматуры (струн) от электрокор-
розии. В стойках СКЦ мощностью 10 тс • м смешанное армирование
предусмотрено в верхней части опоры (на длине 8,1 м), а в стойках
СКЦ0 мощностью 100 кН • м — на всей длине опоры (рнс. 146).
Толщина стенки стоек опор постоянна по длине и принята равной:
для стоек СКЦ и СКЦ0 мощностью 45, 60 н 80 кН м — 60 мм, для
стоек СКЦ и СКЦ0 мощностью 10 тс • м — 75 мм.
Стойки опор запроектированы из бетона марок 400 и 500; продоль-
ная напрягаемая арматура (струны) — из высокопрочной проволо-
ки периодического профиля диаметром 4 и 5 мм; ненапрягаемая ар-
матура — из горячекатаных стержней периодического профиля диа-
метром 10, 12 и 14 мм; спираль— из обыкновенной профилирован-
ной арматурной проволоки диаметром 3 мм; монтажные кольца — из
стержневой горячекатаной круглой проволоки диаметром 6 мм. Сила
натяжения напрягаемой арматуры (струн) для опор с Л4Н, равным 45,
60, 80 и 100 кН * м, составляет соответственно 375; 600; 865 и 1190 кН.
Жесткость опор оценивают по прогибу опоры на уровне контакт-
ного провода, расположенного на расстоянии 7,3 м от уровня услов-
ного обреза фундамента. Этот прогиб при действии нормативного мо-
мента Л411 не должен быть более 100 мм.
В стойках опор всех типов предусмотрены отверстия (см. рис. 145
и 146): в верхней части — одиннадцать сквозных конусных отверстий
диаметром 33 (38) мм для закладных деталей, в нижней части — во-
семь сквозных отверстий диаметром 24 мм для вентиляции с целью
уменьшения влияния перепада температур наружной и внутренней
поверхностей. В отверстия, расположенные в верхней части опор
закладывают болты, на которых крепят с помощью специальных де-
талей консоли, кронштейны и другие конструкции контактной сети и
линии передачи. Такое крепле-
ние называют креплением на за-
кладных деталях в отличие от
ранее применявшегося крепле-
ния на хомутах в обхват опор.
В опорах (стойках) СКД0 ус-
танавливаемых на участках по-
стоянного тока с повышенной
электрокоррозией, стальные за-
кладные детали изолируют как
от бетона стенки отверстия, так
и от наружной поверхности опо-
ры с помощью изолирующих
втулок (рис. 147) из полиэтиле-
на. В опорах (стойках) СКЦ,
устанавливаемых на участках
переменного тока, а также по-
стоянного тока при отсутствии
на этих участках электрокорро-
Рис. 145. Конструкция опор СКЦ-4,5-10,8,
СКЦ-6,0-10,8 и СКЦ-8,0-10,8:
1 — напрягаемая арматура (струны); 2 — спи-
раль; 3 — монтажные кольца; 4 — отверстия
диаметром 21 мм для закладных детален; 5 —
вентиляционные отверстая диаметром 24 мм
222
Рис, 146. Конструкция опоры СКЦо-Ю-13,6:
/ _ напрягаемая арматура (струны); 2,' 3 и 4—ненапрягаемая арматура
(стержни);' 5 — спираль; 6 — монтажные кольца; 7 — отверстия диаметром
24 мм для закладных деталей; 8 — вентиляционные отверстая диаметром
24 мм
Рис. 147. Расположение изолирующих втулок в стойках опоры СКЦо при креп-
лении тяги консоли (а) и пяты консоли (б); изолирующая втулка из поли-
этилена (а);
I — опора; '2 — закладной болт; 3 — втулка
223
зионных процессов, закладные детали изолируют только от бетона
стенки с помощью изолирующих трубок из морозостойкой резины.
Изолирующие элементы в опорах для контактной сети постоянного
тока должны обеспечивать изоляцию закладных деталей от арматуры
опор с электрическим сопротивлением не менее 10 000 Ом (при сухой
поверхности бетона и закладных деталей).
Измеряют электрическое сопротивление опор на заводе мегаоммет-
ром ЛИ 101 напряжением 100 В по схеме, приведенной на рис. 148, для
каждой опоры. Для измерения электрического сопротивления опор
для контактной сети постоянного тока в вершине опоры предусмотрен
выпуск арматуры — одной проволоки.
В опорах для контактной сети переменного тока заземляющий про-
вод диаметром 10 мм закладывают в бетон стоек при их изготовлении,
он имеет три наружных вывода для присоединения к ним отводов к
рельсу и консолям. Опоры на участках постоянного тока заземляют
проводом диаметром 12 мм, прокладываемым снаружи стоек; он дол-
жен быть изолирован от бетона стойки специальными прокладками и
закреплен хомутами. Для подключения аппаратуры диагностики в
случае укладки заземляющего провода в бетоне стоек СКЦ0 и СКЦ,
предназначенных для применения на участках постоянного тока, пре-
дусматривается один вывод заземления на поверхность опоры.
Данные разработанных Гипропромтрапсстроем унифицированных
железобетонных консольных опор контактной сети типов СКЦ и СКЦ0
длиной 10,8 м, приведены в табл. 40, а длиной 13,6 м — в табл. 41.
Рис. 148. Схемы замера полного электрического сопротивления между
закладными деталями п арматурой (а) п между одной закладной де-
талью и арматурой (б):
I — изолирующие элементы; 2 —земля; 3 — линия; 4— провод
224
Таблица 40
Железобетонная опора Объем бетона, ма Расход стали, кг Масса, т
СКЦ0-4,5-10,8 СКЦо-6,0-10,8 СКЦо-8,0-10,8 0,63 61,2 79,3 111,1 1 ,57
СКЦ0-10,0-10,8 0,75 166,1 1,88
СКЦ-4,5-10,8 СКЦ-6,0-10,8 СКЦ-8,0-10,8 0,63 50,8 64,6 91,1 1,57
Таблица 41
Железобетонные опора, лежень г плита Объем бетона, ms Расход стали, кг Масса, т
Дойка:
СКЦ0-4,5-13,6 85,2
СКЦо-6,0-13,6 0,85 110,9 2,10
СКЦо-8,0-13,6 154,8
СКЦо-Ю,0-13,6 1,01 221,3 2,52
СКЦ-4,5-13,6 65,1
СКЦ-6,0-13,6 0,85 82,1 2,10
СКЦ-8,0-13,6 115,5
СКЦ-Ю,0-13,6 1,01 168,1 2,52
Тежень типа:
I 0,04 3,3 0,10
II 0,082 9,9 0,21
Опорная плита типа:
I 0,035 1,1 0,088
II 0,034 1,1 0,085
III 0,063 1,77 0,158
Анкерные опоры (рис. 149) образуют из промежуточных опор с до-
бавлением одной или двух металлических оттяжек, закрепляемых на
железобетонном анкере. Стойки опор длиной 13,6 м и закапываемые
фундаменты ТС устанавливают на специальные опорные плиты, вос-
принимающие вертикальные нагрузки. Оттяжки изготовляют из от-
ельных звеньев круглой стали диаметром 20 или 24 мм. Расстояние
Зак. 2195 225
г ' '
Рис. 149. Анкерная железобетонная опо-
ра с оттяжками со стойкой длиной 13,6 м:
1—стойка опоры; 2— анкер типа ТА; 3 —
опорная плита; УОФ —условный обрез фунда-
мента; ВГР — верх головки рельса
от оси анкера до оси опоры,
указанное в скобках (см. рис.
149), относится к случаям уста-
новки опор в междупутьях (на
станциях) или в выемках с га-
баритом 5,7 м.
Железобетонную анкерную
опору с оттяжками, образован-
ную, например, из стойки СКЦ-
10-13,6, обозначают: СКЦ-10-
40-13,6; такая опора рассчитана
па нормативный изгибающий мо-
мент поперек пути 100 кН • м,
а в плоскости анкеровки прово-
дов допускает условный момент
400 кН • м (сумма моментов на-
грузок от натяжения заанкеро-
ванных на опоре проводов от-
носительно условного обреза
фундамента не должна превы-
шать 400 кН • м).
Унифицированные железобетонные опоры используют также в ка-
честве стоек жестких поперечин, фиксирующих опор, опор питающих
и отсасывающих линий и специальных опор.
48. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ОПОРЫ
Стальные опоры и другие конструкции контактной сети проек-
тируют н изготовляют с соблюдением требований строительных норм
и правил. Для изготовления стальных опор контактной сети исполь-
зуют малоуглеродистые стали обыкновенного качества, а также низ-
колегированные конструкционные стали. Марку стали выбирают в
зависимости от расчетной отрицательной температуры воздуха и тол-
щины используемого проката. За расчетную отрицательную темпера-
туру принимают зимнюю температуру воздуха наиболее холодной пя-
тидневки, а для анкеровочных устройств некомпенсированных прово-
дов — среднюю температуру воздуха наиболее холодных суток.
Для контактной сети и воздушных линий продольного энергоснаб-
жения нетяговых потребителей БАМ рекомендуется на побережье
озера Байкал и других водохранилищ па расстоянии до 0,5 км от уре-
за воды, а также на участках, с сейсмичностью более девяти баллов при-
менять стальные опоры из низколегированной стали, окрашенные за
два раза суриком или оргсиликатным материалом.
Все стальные конструкции контактной сети и воздушных линий
продольного железнодорожного энергоснабжения распределяют по
группам. Конструкции и элементы несущих, поддерживающих и фик-
сирующих устройств, изготовляемые с применением сварки, гнутья
или штампования, такие, как опоры, жесткие поперечины, кронштей-
226
пы ЛЭП И дополнительных проводов (кроме тяг из круглой стали),
кронштейны анкерных оттяжек, стойки консольные и фиксаторные,
стойкп-надставки для опор и жестких поперечин, траверсы переход-
ных опор, фиксаторы и фиксаторные кронштейны, коромысла анкеро-
вок. отнесены к группе IV. Для изготовления этой группы конструк-
ций применяют марки сталей, приведенные в табл. 42. В обозначении
класса прочности стали: в числителе— временное сопротивление <тЕ,
в знаменателе — предел текучести оГ} даН/см2. Например, классу
С44/29 соответствуют стали с временным сопротивлением <тв =
— 44 даН/см2 и пределы текучести оу == 29 даН/см2. Стали класса
С38/23 имеют расчетное сопротивление на растяжение, сжатие и изгиб
2100 даН/см2, класса С44/29 — 2600 даН/см2, С46/33 — 2900 данН/см2.
Таблица 42
Расчетная температура воздуха, °C Класс прочности стали Марка с тали Толщина листового, сортового и фасонного проката, мм (от —До)
—30 >£ > — 30 — 40 С38/23 С38/23 С44/29 ВСтЗкп2 ВСтЗ псб ВСтТпс 4—40 5—25 10—25
—40>/> — 50 С44/29 09Г2-6 09Г2-6 09Г2С-9 4—32 21—32 33—60
Лу А- А А i 1 — 50 -G5 С46/33 С44/29 09Г2С-0 09Г2С-9 4—20 21—60
—50>£> — 65 C4G/33 09Г2С-9 09Г2С-9 15ХСНД-9 15ХСНД-9 4—11 4—20 4—П 4—32
При технико-экономическом обосновании для сварных конструкций
контактной сети допускается использование термически неупрочнен-
ных алюминиевых сплавов, например сплава марки АМгб, содержаще-
го 6—7% магния и 0,5—0,8% марганца. Предел текучести этого спла-
ва 160 МПа, предел прочности 320 МПа. Достоинство конструкций из
алюминиевых сплавов заключается в легкости конструкций и отсут-
ствии необходимости применения антикоррозионных покрытий. По-
следнее обстоятельство весьма ценно, так как снижает эксплуатаци-
онные расходы и повышает надежность линии.
Конструкции металлических опор контактной сети разделяют на
сквозные и сплошные, Первые представляют собой пространственные
Фермы, выполняемые обычно из уголков или швеллеров; ко вторым
относят опоры, изготовленные из широкополочных двутавров или
Дуб большого диаметра 15—25 см. Основным преимуществом сквоз-
8* 227
Hbix конструкций является нх меньшая масса, но они более сложны
в изготовлении. Опоры сплошной конструкции просты в изготовле- ।
нии, но требуют большего (на 250—100%) по сравнению с опорами
сквозной конструкции расхода металла.
Форму металлической опоры (пирамидальную, призматическую) вы-
бирают в зависимости от конфигурации эпюры изгибающих моментов.
При небольшой разнице между изгибающим моментом в основании опо-
ры и изгибающим моментом в вершине, как это, например, име-
ет место у консольных опор, выбирают призматическую форму. При
треугольной эпюре, на которую рассчитывают опоры гибких попере-
чин, более целесообразна пирамидальная форма.
Опоры гибких поперечин представляют собой пространственные
конструкции в виде четырехгранных ферм пирамидальной формы
Рис. 150. Металлическая опора гибкой попере-
чины высотой 15 м
(рис. 150). В углах таких
ферм имеются стойки 1 из
угловой стали. Раскосы 2
решетки соединяют со стой-
ками сваркой. По высоте
опоры собирают из трех-
четырех поясов,сечение ко-
торых уменьшается по мере
снижения изгибающего мо-
мента. У каждого стыка 3
устанавливают диафрагмы
4, представляющие собой
расположенные накрест два
уголка, соединяющие все
четыре стойки. Наверху
опоры имеют жесткую об-
вязку 5 с отверстиями для
крепления поперечных не-
сущих тросов. Внизу опор
устраивают основания б, с
помощью которых соеди-
няют опоры с фундамента-
ми. В местах крепления
фиксирующих тросов к
стойкам приварены специ-
альные распорки.
Для гибких поперечин,
перекрывающих до 10 пу-
тей, применяют обычно
опоры высотой 15 м; для
поперечин, перекрываю-
щих более Ю путей, — вы-
сотой 20 м. Стойки (пояса)
металлических опор кон-
тактной сети выполняют
по высоте опоры из угло-
228
вой стали разного сечения. Уголки длиной 5 м (размер, кратный вы-
соте большинства опор) в пределах одной марки (разъемной части
опоры) .стыкуют с помощью электросварки без стыковых накладок.
Для обеспечения транспортировки опор длиной 15 и 20 м на одной че-
тырехосной платформе стык двух марок выполняют болтовым.
С целью экономии металла опоры гибких поперечин обычно выпол-
няют направленными (обозначают МН — металлическая направлен-
ная), т. е. рассчитывают нащриложение нормативной нагрузки только
с одной определенной стороны опоры. В этом случае две стойки опоры,
которые работают только на^растяжение, принимают меньшего сече-
ния, чем две другие, работающие на сжатие спродольным изгибом.
Это дает экономию металла на стойки в среднем 4—5% по сравнению
с ненаправленными опорами (обозначают просто М). В самых мощных
105 150
опорах гибких поперечин МН-^-ТЗ и МН -^-^З (цифры в чис-
лителе дроби обозначают нормативный изгибающий момент, тс м,
в основании опоры в плоскости действия нагрузки, в знаменателе —
высоту опоры, м; цифры 73 — год разработки опор) кроме стоек на-
правленными выполнены также раскосы решетки; это дает дополни-
тельную экономию металла 3—4%. Для менее мощных опор гибких
поперечин применение направленной решетки дает небольшую эко-
номию металла, которая не оправдывается получающимся прн этом
увеличением количества деталей и усложнением изготовления. Все
направленные опоры допускают нагрузку (меньшего значения) и в
противоположном направлении (табл. 43).
Промежуточные опоры гибких поперечин, допускающие нагрузку
в одной плоскости, запроектированы высотой 15 м иа нормативные
изгибающие моменты в основании опоры 350, 450 и 650 кН • м, а опо-
ры высотой 20 м — на 650, 1050 и 1500 кН • м. Анкерные ненаправ-
45-25 65-25
ленные опоры гибких поперечин —73 и М —yg—73 запроек-
тированы высотой 15 м. Они рассчитаны на действие нагрузок в двух
взаимно перпендикулярных плоскостях: в плоскости гибкой попере-
чины соответственно на 450 и 650 кН • м, в плоскости анкеровки про-
водов — на 250 кН м.
Опоры гибких поперечин используют и в качестве опор питающих
и отсасывающих линий, а также опор воздушных линий электропе-
65-25
редачи напряжением 6 и 35 кВ. Опору М-у^—73 можно', использо-
вать в качестве угловой питающей линии, она допускает нагрузки в
двух взаимно перпендикулярных плоскостях на вершине опоры.
Для установки двухпутных консолей запроектированы промежу-
точные металлические ненаправленные опоры высотой 13 м типов
M-J-3-73 и М ~73 на нормативные изгибающие моменты соответ-
ственно 100 и 150 кН <• м. Такие опоры используют также в качестве
промежуточных опор питающих линий, так как они ненаправленные
и не имеют ограничений по высоте приложения нагрузок.
229
Т а б л и ц a 43
Тип опоры Поперечные размеры, м Нормативные изгибающие моменты, кН-м Масса, кг
в основа- нии на вершине ЛЫ л/1 мп , Л1 му
МН 35 1,2X1,0 0,4X0,4 350 300 225 765
15
МН 45 15 I ,5x1,0 0,5x0,5 450 400 225 834
МН 65 1,5X1,0 0,5 X 0,5 650 540 225 1011
15
МН 65 20 1,8X1,0 0,6x0,6 650 500 250 1252
м - 45-25 15 1,5X1,0 0,5X0,5 450 450 250 1176
м - 65-25 15 1,5x1,0 0,5x0,5 650 650 250 1486
м - 10 13 1 ,0X0,6 0,5x0,4 100 100 50 482
15 1 ,0X0,6 0,5x0,4 150 150 100 559
м 13
м - 10-40 10 1 ,5X1,0 0,835X0,670 400 400 Ч- 100 790
Примечания. 1. Мн — нормативный изгибающий момент вдоль широкой стороны ос-
нования опоры в направлении, указанном стрелкой; Л1^—то же, но в противоположном на-
правлении; Л1у — нормативный изгибающий момент вдоль узкой стороны основания опоры.
2. Цифра в знаменателе типа опор означает высоту опоры в метрах.
Для установки иа станциях в местах, где невозможно расположить
железобетонные опоры с оттяжками или необходимо анкеровать бо-
лее одной ценной подвески на опору, запроектирована анкерная ме-
таллическая самонесущая (без оттяжек) консольная опора высотой
10 м типа М^“73. Опа рассчитана на одновременное действие
двух изгибающих моментов: в плоскости, параллельной оси пути, —
400 кН • м, перпендикулярной оси пути — 100 кН • м. При отсутст-
вии изгибающего момента поперек пути изгибающий момент вдоль пу-
ти может быть увеличен до 550 кН м. Опора М-^~-73 может
быть применена в качестве угловой питающей линии. Основные дан-
ные типовых металлических опор, разработанных Трансэлектропро-
ектом в 1973 г., приведены в табл. 43.
230
49. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РАСЧЕТЕ И ПОДБОРЕ
ОПОР КОНТАКТНОЙ СЕТИ
Расчет опор. В инженерной практике приходится решать два вида
задач по расчету опор контактной сети:
проектировать опоры, т. е. устанавливать их оптимальные разме-
ры, сечения их элементов или арматуры в зависимости от действую-
щих на опоры изгибающих моментов;
подбирать опоры, т. е. выбирать из серии запроектированных (ти-
повых) опор такие, которые могут быть применены в конкретных ус-
ловиях по своим геометрическим размерам и прочности (по изгибаю-
щим моментам).
Первую задачу обычно решают при разработке типовых опор, вто-
рую — при трассировке контактной сети.
В последние годы строительные конструкции рассчитывают мето-
дом расчетных предельных состояний. Специфика этого метода заклю-
чается в особом подходе к определению расчетных нагрузок и расчет-
ных сопротивлений элементов конструкций. Усилия же, возникаю-
щие в конструкции, и ее перемещения определяют по упругой стадии,
т. е. в предположении, что напряжения в конструкции не превышают
предела пропорциональности.
Предельными являются состояния, при которых конструкция или
основание перестают удовлетворять предъявляемым к ним эксплуата-
ционным требованиям. Требуемая надежность и необходимая гаран-
тия от возникновения предельных состояний конструкций и основа-
ний обеспечиваются надлежащим учетом возможной минимальной
прочности материалов, возможных наибольших нагрузок и воздейст-
вий, условий и особенностей действительной работы конструкций и
оснований, а также выбором расчетных схем. Различают трн предель-
ных состояния: первое — по несущей способности, второе — по де-
формациям и перемещениям; третье — по образованию или раскры-
тию трещин.
Целью расчета по первому предельному состоянию являются обес-
печение несущей способности (прочности, устойчивости формы и по-
ложения, выносливости — при переменных напряжениях) и ограни-
чение развития чрезмерных пластических деформаций конструкций
и оснований в возможных неблагоприятных условиях их работы в
период строительства и эксплуатации.
Расчет но второму предельному состоянию заключается в ограни-
чении деформаций или перемещений (в том числе колебаний) конст-
рукций и оснований в условиях нормальной эксплуатации.
В расчете по третьему предельному состоянию предусматривают
недопущение или ограничение размера раскрытия трещин с тем, что-
бы эксплуатация конструкций и оснований не была нарушена вслед-
ствие коррозии, местных повреждений и т. д.
Расчет конструкции и основания по первому предельному состоя-
нию на прочность, по ограничению чрезмерных пластических дефор-
маций или на устойчивость форм и положения производят по упругой
стадии работы материала на расчетные нагрузки, а на выносливость —
231
по нормативным нагрузкам. Расчетные нагрузки получают умноже-
нием нормативных нагрузок на соответствующие коэффициенты пере-
грузки.
Расчет конструкций и оснований по второму предельному состоя-
нию выполняют также по упругой стадии работы материала на нор-
мативные нагрузки. При этом определяют изменения прогиба опоры
от действия временных нормативных нагрузок, добавляя нагрузки
от изменения натяжения проводов. Изменение упругого прогиба кон-
сольных опор на уровне контактного провода (без учета поворота фун-
дамента) не должно превышать 65 мм, а упругого прогиба вершины
опор гибких поперечин должно быть не более их высоты.
Конструкции н основания по третьему предельному состоянию рас-
считывают по расчетным или нормативным нагрузкам в зависимос-
ти от характера влияния на условия эксплуатации сооружений. Для
расчета железобетонных опор учитывают сочетание постоянных
(нормативных) нагрузок и временных климатических нагрузок годич-
ной повторяемости, при этих нагрузках трещины в предварительно
напряженных элементах опор с проволочной арматурой ие допуска-
ются. Расчет по методу предельных состояний должен гарантировать
недопущение предельных состояний конструкций за время эксплуа-
тации.
Отличие метода расчета по предельным состояниям от применяв-
шегося ранее метода расчета конструкций по допускаемым напряже-
ниям заключается в том, что в новом методе вместо одного (общего)
нормативного коэффициента запаса используют несколько коэффици-
ентов:
коэффициент перегрузки и, учитывающий возможность превыше-
ния фактической нагрузки (или уменьшения — когда это ухудшает
условия работы конструкции) ее нормативного значения. Значения
этого коэффициента различны для различных видов нагрузки. Напри-
мер, для собственного веса - проводов, деталей и конструкций контакт-
ной сети принимают п = 1,1 или 0,9. Для временных нагрузок, на-
пример, при определении давления ветра на провода, покрытые голо-
ледом, его принимают равным 1,4, а при определении расчетных голо-
ледных нагрузок на одиночные провода равным 2,0;1
коэффициент однородности к0, учитывающий возможное отклоне-
ние фактических показателей прочности материалов от их норматив-
ных значений; например, для стали коэффициент однородности равен
0,9. Расчетная прочность (расчетное сопротивление) материала равна
произведению’нормативного сопротивления на коэффициент однород-
ности;
коэффициент условий работы т, учитывающий особые условия ра-
боты конструкции (например, "большую гибкость элементов, концент-
рацию напряжений) и условность схем, применяемых при 'их расчете;
например, при расчетах сжатых элементов решетки * металлических
опор при гибкости их более 60 коэффициент условий работы прини-
мают равным 0,8. Чем меньше значения коэффициента т, тем больше
общий запас прочности конструкции,
232
Условие прочности (при расчете по первому предельному состоя-
нию - по несущей способности) устанавливает, что максимально воз-
можное усилие в элементе конструкции (подсчитанное от расчетных
нагрузок, т. е. с учетом возможных перегрузок) должно быть меньше
(или равно) минимальной несущей способности этого элемента, под-
считанной с учетом возможного изменения прочности материала и ус-
ловий работы конструкции. В общем виде расчет по первому предель-
ному состоянию производят по формуле PRn С RnKoFm [здесь Рн —
нормативная нагрузка (или нормативный изгибающий момент); п —
коэффициент перегрузки, учитывающий возможное превышение зна-
чения величины Р„\ Ря — нормативное сопротивление, для стали —
нормативный предел текучести; F — площадь поперечного сечения
(или момент сопротивления), т—коэффициент условий работы].
Из приведенной формулы видно, что общий коэффициент запаса
равен н/(куп). Например, при п = 1,4, к0 *= 0,9 и m — 0,8 коэффнци-
1 4
ент запаса равен у-д = 1,94.
Кроме указанных коэффициентов, применяют и другие, например
коэффициент сочетаний, учитывающий то обстоятельство, что одновре-
менное достижение всеми нагрузками (включая дополнительные и осо-
бые нагрузки) их наибольших значений практически исключено.
Таким образом, в методе расчета конструкций по предельным со-
стояниям коэффициент запаса устанавливают дифференцированно в за-
висимости от вида нагрузки, применяемого материала и условия рабо-
ты конструкции. Это позволяет, с одной стороны, снижать общий коэф-
фициент запаса (и следовательно, уменьшать стоимость конструкции)
в тех случаях, когда нормативные нагрузки и нормативные сопротивле-
ния материалов можно установить достаточно точно и когда условия
работы конструкции хорошо изучены. С другой стороны, дифференциро-
ванные коэффициенты запаса позволяют обеспечить прочность конст-
рукции в тех случаях, когда возможны значительные превышения фак-
тическими нагрузками их нормативных значений и большие отклоне-
ния фактических сопротивлений материалов от нормативных, а также
когда условия работы конструкции недостаточно изучены.
Подбор опор. Из серии типовых выбирают такие опоры, которые
могут быть использованы в конкретных случаях по своей прочности
и по геометрическим размерам (высоте и размерам в плане). Посколь-
ку маркировка применяемых типовых опор контактной сети выполне-
на по нормативным изгибающим моментам Л4Н, то опоры подбирают по
Действующим на опоры изгибающим моментам Л1ф от нормативных
нагрузок, подсчитанных для заданных условий установки опор по
формулам гл. VI. Для чего составляют расчетные схемы, на которых
показывают нагрузки, действующие на опоры при соответствующих ре-
жимах, и все необходимые для проведения расчетов размеры.
Тип стойки консольной железобетонной опоры подбирают сравне-
нием действующих на нее поперек пути нормативных изгибающих мо-
ментов для заданных условий A1J с нормативными моментами по гра-
фикам на рис. 144. Действующие моменты Л4ф в расчетных сечениях
233
опоры (на уровне условного обреза фундамента и па уровне крепления
пяты консоли) не должны превышать нормативные моменты Л'Р1, т. с.
должно выполняться условие Л4Н.
Расчетным режимом при подборе консольных и фиксирующих опор
может быть:
ветер наибольшей интенсивности, действующий на провода, сво-
бодные от гололеда или изморози;
наибольшая вертикальная нагрузка с учетом веса гололеда или
изморози при одновременном воздействии ветра на провода, покрытые
гололедом или изморозью;
минимальная температура при отсутствии гололеда и ветра.
Нормативные нагрузки для заданных условии, от веса проводов,
гололеда на них и воздействия ветра на провода находят по формулам
гл. VI, а нагрузки на опору от изменения направления (от излома)
проводов — по формулам гл. XI. Поскольку направление ветра может
быть любым, то при подборе опор его принимают таким, при котором
изгибающие моменты от ветровых нагрузок на провода и опору в рас-
четных сечениях получаются наибольшими. Равномерно распределен-
ные нагрузки от веса консоли и кронштейна обычно заменяют сосре-
доточенными нагрузками, приложенными соответственно в середине
горизонтальной проекции консоли или кронштейна.
Нагрузку от давления ветра па опоры типов СКЦ и СКЦс считают
приложенной от условного обреза фундамента на расстоянии 0,5 hon =
= 0,5-9,6 = 4,8 м и находят по формуле
8„п, (144)
где сх — аэродинамический коэффициент лобового сопротивления;
v — расчетная скорость ветра, м/с;
50П — площадь диаметрального сечения опоры, м2, для опор типов
СКЦ и СКЦ0 - Son = (0,294-0,43) 9,6:2 = 3,46 м3.
Изгибающий момент в основании железобетонной опоры (на уров-
не условного обреза фундамента) от давления ветра на опору находят
по формуле
Л!„„ = (145)
Подставляя в формулу (145) соответствующие значения входящих
в нее величин, получают
Л40П = 0,577-10"3 о3. (146)
Расчетным режимом подбора опор гибких поперечин, как правило,
является режим гололеда с ветром, при котором поперечный несущий
трос имеет наибольшее натяжение. Расчетным сечением всегда явля-
ется основание опоры. Опоры гибких поперечин подбирают по изгиба-
ющим моментам относительно основания опоры от горизонтальных
составляющих натяжений поперечного несущего троса Яп, верхнего
ЯФв и нижнего Нфн фиксирующих тросов и нагрузки от давления ветра
иа опору Роп по формуле
44о - j - ЯфВ/1фВ “р ИфП йфн~р Р01ЛоП.
234
При подборе опор гибких поперечин считают, что нагрузка от
поперечного несущего троса приложена на вершине опоры Ап =15 м
иЛИ = 20 м (для опор соответственно высотой 15 и 20 м), от верх-
него фиксирующего троса — на высоте Лфв = 9,9 м, от нижнего
фиксирующего троса— на высоте /гфь1 7,4 м или /гфн ™ 7,5 м
(для опор высотой 20 м), от давления ветра на опору — на высоте
0,5 hn, т. е. Лоп = 0,5-15=7,5 м или /ton = 0,5-20=10 м (для опор
высотой 20 м).
Нагрузку от давления ветра на решетчатую опору гибкой попере-
чины находят по формуле (144), в которую подставляют сх = 1,4 и
5оп — фоц S (здесь S — площадь поверхности стороны опоры, опре-
деленная по ее наружному габариту, м2; размеры опор см. в табл.
43; Фоп = 0,5щ0,6 — коэффициент, учитывающий заполнение
стойками и раскосами площади поверхности стороны опоры, на кото-
рую воздействует ветровая нагрузка).
Металлические опоры контактной сети подбирают по нормативным
изгибающим моментам. Чтобы учесть в обобщенном виде изменчи-
вость нагрузок в различных климатических районах и их сочетания,
полученные в результате расчетов, нормативные изгибающие момен-
ты умножают на коэффициент к, т. е. должно выполняться усло-
вие Л4ф к < Л4Н. Значения коэффициента к, принимаемые при под-
боре опор гибких поперечин, приведены в табл. 44.
Таблица 44
Коэффициент к при расчетных режимах
Направление нагрузок Гололед 5—10 мм с ветром Г ололед 1 5 мм с ветром Гололед 20 мм с ветром Мчиси- маль[1Ьп1 ветер Мини- мальна я темпера- тура
В плоскости действия нагру- зок от поперечины В плоскости действия нагрузок от анкеровки 0,85 0,84 0,93 0,84 0,95 0,84 0,85 0,84 0,85 0,84
Например, на опору гибкой поперечины высотой 20 м в районе с гололедом
10 мм действует в режиме гололеда с ветром нормативный изгибающий момент
44ф 712 кН м. Умножив этот момент на коэффициент к = 0,85, получим
—712 . 0,85 = 605 кН • м. Следовательно, может быть выбрана опора гиб-
65
кои поперечины МНт^-УЗ, поскольку 605 < 650 кН • м.
ГЛАВА
XIII ЗАКРЕПЛЕНИЕ ОПОР В ГРУНТЕ
50, ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГРУНТАХ
Грунты подразделяют на скальные и нескальные. К скальным
грунтам относят изверженные и осадочные породы с жесткими свя-
зями между зернами (спаянные и сцементированные), залегающие в ви-
де сплошного или трещиноватого массива. К нескальным
грунтам относят:
крупнообломочные — несцементированные грунты, содержащие
более 50% по массе обломков кристаллических или осадочных пород с
размерами частиц более 2 мм;
песчаные—сыпучие в сухом состоянии грунты, содержащие ме-
нее 50% по массе частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством плас-
тичности (груит не раскатывается в шнур диаметром 3 мм или число
пластичности его Zp < 0,01);
глинистые — связные грунты, для которых число пластичности
/р > 0,01.
Числом пластичности грунта Zp называют разность влажностей,
выраженных в долях единицы, соответствующих двум состояниям
грунта: на границе текучести и на границе раскатывания (плас-
тичности)
Крупнообломочные грунты в зависимости от зернового состава
подразделяют на валунный (при преобладании неокатанных частиц—
глыбовый) — масса частиц крупнее 200 мм' составляет более 50 %;
галечниковый (при преобладании неокатанных частиц — щебенис-
тый) — масса частиц крупнее 10 мм составляет более 50%; гравийный
(при преобладании неокатанных частиц — дресвяный) — масса
частиц крупнее 2 мм составляет более 50%.
Песчаные грунты (песок) в зависимости от зернового состава под-
разделяют иа:
гравелисный — масса частиц крупнее 2 мм составляет более 20 %;
крупный — масса частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50 %; сред-
ней крупности — масса частиц крупнее 0,25 мм составляет более 50%;
мелкий — масса частиц крупнее 0,1 мм составляет 75% и более;
пылеватый — масса частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75%.
Глинистые грунты подразделяют на виды в зависимости от числа
пластичности: супесь (0,01 0,07), суглинок (0,07 Zp 0,17)
и глина (Zp >0,17). В свою очередь по показателю консистенции су-
песи подразделяют на твердые, пластичные и текучие, а суглинки и
глины — на твердые, полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные,
текучепластичные и текучие.
К глинистым грунтам относятся также илы — грунты, в начальной
стадии своего формирования образовавшиеся как структурный осадок
в воде'при наличии микробиологических процессов и имеющие в при*
родном сложении влажность на границе текучести и коэффициенты по-
236'
ристости, превышающие следующие значения: для ила супесчаного
е ОД для ила суглинистого е % 1,0, для ила глинистого е % 1,5.
Глинистые и песчаные грунты условно называют «обычными». К осо-
бым видам грунтов относят:
лёссовидные грунты — пылеватые суглинки, содержащие боль-
шое количество пылеватых частиц, присутствие извести, пористость
40% и более, плотность 1,2—1,6 т/м3;
торф — органический грунт, состоящий из разложившихся рас-
тений; торф встречается как в чистом виде, так и вместе с илом; при
содержании в грунте растительных остатков до 10%, до 60% и более-
60% соответственно различают: грунт с примесью растительных остат-
ков, заторфованный грунт и торф;
плывуны — грунты в виде водонасыщенной массы, состоящей из
частиц размером 0,02—0,002 мм; высыхая, плывуны становятся твер-
дыми, а при появлении влаги возвращаются в прежнее состояние.
Грунты всех видов относятся к мерзлым, если имеют отрицатель-
ную температуру и содержат в своем составе лед. Грунты относятся
к вечномерзлым, если находятся в мерзлом состоянии в течение мно-
гих лет (от трех и более).
51. СПОСОБЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ОПОР В ГРУНТЕ
Действующие на опору контактной сети нагрузки передаются на
грунт. При этом напряжения в грунте должны быть такими, чтобы ие
приводили к разрушению его и к наклону опоры, иначе невозможна
нормальная эксплуатация контактной сети.
Все типы и виды устройств, обеспечивающие устойчивость опоры,
называют закреплениями опор в грунте. Если такое устройство состо-
ит из нескольких отдельных частей, то под закреплением опоры пони-
мают совокупность всех этих частей.
Опоры контактной сети могут быть закреплены непосредственной
заделкой их нижней (фундаментной) части в грунт или с использова-
нием различных фундаментов — массивных элементов, заглубляемых в
землю примерно на 2 м и более.
Часть грунта, воспринимающую давление фундамента, называют
основанием. Основания, грунт которых используется в естественном
состоянии, называют естественными. Если для повышения несущей
способности уплотняют или упрочняют основание, то его называют
искусственным (например, свайным). Основаниями фундаментов опор
контактной сети служат грунты в естественном состоянии.
Расстояние от подошвы фундамента до поверхности грунта в месте
его установки называют глубиной заложения фундамента (глубиной
заделки опор — при непосредственной установке ее в грунт). Глуби-
НУ заложения фундамента определяют расчетом; наименьшее ее зна-
чение ограничивают экономическими соображениями, а также условия-
ми промерзания грунта.
За расчетную поверхность грунта при расчете одиночного фунда-
мента принимают горизонтальную плоскость, проходящую через точ-
237
ку пересечения вертикальной оси фундамента с поверхностью грунта,
а при наличии насыпного неуплотнённого слоя (песчаный балласт,
шлак и пр.) — с нижней поверхностью этого слоя.
Проектированию закреплений опор контактной сети в грунте пред-
шествуют геологические и гидрогеологические изыскания, на основа-
нии которых определяют физические и механические характеристики
грунтов.
Существующие способы закрепления опор контактной сети в грун-
те можно разделить на две основные группы: закрепления, при кото-
рых подземная часть опоры или фундамент работают на выворачива-
ние (рис, 151, а), и закрепления, при которых часть фундаментов ра-
ботает на выдергивание из грунта, а другие — на вдавливание в грунт
(рис. 151, б, в, а).
Закрепления опор по схемам рис. 151, а в основном применяют для
консольных опор и опор жестких поперечин, несущих сравнительно
небольшие нагрузки и передающих небольшие усилия на грунт. За-
крепления по схемам рис. 151, б, в, г используют для консольных, ан-
керных и опор гибких поперечин.
Консольные железобетонные опоры устанавливают непосредствен-
но в грунт в заранее отрытые или пробуренные котлованы, а в усло-
виях сульфатной агрессивности грунтов — на одиночные фундаменты.
Схемы установки опор длиной 13,6 м на насыпях и в выемках при
ширине земляного полотна 5,8 м показаны на рис. 152. При установке
опор на насыпях с габаритом 3,4 м грунт присыпают. Для усиления
закрепления опор применяют лежни — железобетонные плиты шири-
ной 500 мм и длиной 1000 мм (тип I) или 1800 мм (тип П), устанавлива-
емые вертикально по отношению к опорам. Лежни крепят к опоре мяг-
кой проволокой диаметром 6 мм.
Струнобетонные центрифугированные опоры контактной сети мо-
гут быть соединены с фундаментом только телескопическим (стакан-
ным) стыком. Такое соединение после омоноличивания стыка делает
конструкцию неразъемной, что является ее недостатком, так как зна-
чительно затрудняет замену опоры при ее повреждении.
Рис. 151. Схемы различных' способов закрепления опор:
а — непосредственное и на одиночных фундаме.ц гах; б— с помонппо
фундаментах; г — iia спаях
анкера; в — на двух
238
Рис. 152. Схемы установки опор длиной 13,0 м:
ВГР — верх головки рельса; У ОФ — условный обрез фундамента; РПГ—
расчетная поверхность грунта; ВЛ — верх лежней; ДК — дно котлована
Для установки центрифугированных железобетонных консольных
опор и опор жестких поперечин применяют трехлучевые ТС (рис. 153, а)
и двутавровые ДС (рис. 153,6) стаканные фундаменты, а также сваи
со стаканным оголовком.
Фундаменты ТС разработаны взамен фундаментов ДС. По сравне-
нию с двутавровыми трехлучевые фундаменты при одной и той же дли-
не и несущей способности по
грунту дают значительное
снижение (в среднем на 23%)
расхода бетона фундаментов
(табл. 45).
Маркировка фундаментов
принята в одну строчку, на-
пример ТС-8,0-3,5 и харак-
теризует тип, мощность (нор-
мативный изгибающий мо-
мент) в тонно-сил а-мет-
рах (тс-м) н длину фунда-
мента в метрах. Буквенные
индексы ТС и ДС означают
соответственно трех лучевой
стаканный и двутавровый
стаканный.
Фундаменты ТС и ДС со-
стоят из двух основных кон-
структивных частей: верх-
ней — стакана н нижней —
фундаментной части. Верхняя
часть фундаментов представ-
ляет собой железобетонный
стакан прямоугольного сече-
ния. Размеры фундамента
0,67x0,67 м приняты исходя
Из условия работы гидрозах-
Вата вибропогружателя агре-
Рис. 153. Трехлучевой стаканный фундамент
239
Таблица 45
Тип фундамента Объем бетона, м3 Рас^д стали, кг Тип фундамента Объем бетона, м3 Расход стали, кг
ТС-6,0-3,5 54 ДС 4,5/3,5 54
ТС-8,0-3,5 62 ДС 6/3,5 0,71 62
ТС-Ю,0-3,5 0,56 73 ДС 10/3,5 71
ТС-12,0-3,5 86 ДС 4,5/4 58
ТС-6,0-4,0 ТС-8,0-4,0 57 67 ДС 6/4 ДС 10/4 0,78 67 78
ТС-Ю, 0-4,0 0,61 78 ДС 4,5/4,5 63
ТС-12,0-4,0 94 ДС 6/4,5 0,85 73
ДС Ю/4,5 85
ТС-6,0-4,5 ТС-8,0-4,5 ТС-Ю,0-4,5 0,65 62 73 86 ТА-4 ТА-4,5 0,53 0,58 43 48
ТС-12,0-4,5 ЮЗ
Примечание. В обозначении фундаментов ДС цнфр^1 в числителе показывают норма-
тивный изгибающий момент, тс-м, в знаменателе — длину фундамента, м.
гата АВСЭ. Нижияя фундаментная часть у фундаментов ТС имеет трех-
лучевое сечение с расположением лучей в плане через 120° один относи-
тельно другого. Лучи имеют толщину стенки в крайней внешней части
луча 80 мм и 90 мм — в месте схождения лучей в центральной части
сечения. Один луч на конце имеет уширение для ориентации при.уста-
новке фундамента: уширенным лучом фундамент устанавливают «от пу-
ти» (см. рис. 143, б). Сопряжение верха фундамента (стакана) с
нижней трехлучевой частью выполнено в виде пирамидального конуса.
Схемы установки опор длиной 10,8 м на фундаментах ТС на насы-
пях и в выемках при ширине земляного полотна 5,8 м показаны на
рис. 154. При установке опор на насыпях с габаритом 3,4 м грунт при-
сыпают.
Рис. 154. Схемы установки опор длиной 10,8 м на фундамен-
тах типа ТС:
i — длина фундамента; hp — глубина его заложения; ОП —опорная
плита, устанавливаемая под анкерными опорами (другие обозначения
см. иа рис. 152)
240
Рис. 155. Сваи С-8И и С-ЮИ (а) и двутавровый стаканный фундамент (б)
Свайные фундаменты состоят из двух основных конструктивных
элементов: железобетонной сваи (рис. 155) сечением 350x350 мм дли-
ной 8 или 10 м (соответственно марки сваи С-8И или С-ЮИ; буквен-
ный индекс С означает свая, цифровой индекс — длину сваи в метрах,
второй буквенный индекс. И — в конструкции сваи есть какие-то из-
менения) и двухблочного железобетонного оголовка (рис. 156)
стаканного типа из блоков СТ-1. Один блок оголовка закрепляют на
свае после ее забивки, а другой — на опоре посредством омоноличива-
ния бетоном. Объединены блоки оголовка монтажными элементами с по-
следующим омоноличиванием стыков.
Свайные фундаменты для установки центрифугированных железо-
бетонных опор используют в тех случаях, когда доля постоянной на-
грузки на опору в суммарной превышает 35% (см. п. 53) и устройство
присыпки к насыпи невозможно или технически нецелесообразно, а
также при сложных геологических условиях (сильно обводненные
грунты, сильно пучинистые грунты — при ежегодном пучении грунта
на 100 мм и более).
Устанавливают опоры длиной 10,8 м иа сваях со стаканным оголов-
ком в соответствии с рис. 157.
Трехлучевые и свайные фундаменты изготавливают из бетона мар-
ки 400 или из стал еполимер бетон а. Изготовленные фундаменты, сваи и
свайные оголовки должны удовлетворять требованиям ГОСТ 13015—75.
Для закрепления оттяжек анкерных железобетонных опор в грун-
те (см, рис. 157) используют трехлучевые аикеры ТА (Т — трехлуче-
241
вой, А — анкер), двутавровые ДА (Д двутавровый), стоечные СА
с плитой в основании (С — стоечный) и свайный СА (С — свайный).
В качестве основного типа принят трехлучевой анкер ТА (рис. 158).
Анкер изготовляют таких же размеров, как фундамент ТС, но без ста-
канной части. Для закрепления оттяжек в верхнюю часть анкера перед
бетонированием закладывают проушины из полосовой стали. Верхняя
часть анкера представляет собой железобетонный оголовок прямо-
угольного сечения 0,67x0,67 м. Выпускают анкеры длиной L 4 и
4,5 м, их соответственно обозначают ТА-4 и ТА-4,5. Расход материа-
лов на изготовление анкеров ТА и их масса приведены в табл, 45. Дли-
ну анкера выбирают по табл. 46 в зависимости от нормативного усилия
в оттяжках анкерной опоры, условного расчетного сопротивления
грунта, ширины земляного полотна и места установки опоры.
По сравнению с применявшимися ранее двутавровыми анкерами
ДА (см. рис. 158, б) анкеры ТА при одной и той же несущей способно-
сти по грунту дают значительное снижение расхода бетона.
Стоечные анкеры типов СА-4,5-1 и СА-4,5-2 (рис. 159) со-
стоят из стойки и плиты. Стойки и плиты изготовляют раздельно, а
при установке соединяют сваркой.
Рис. 156, Двухблочный железобетонный
оголовок стаканного типа из блоков СТ-1:
а — соединение стойки со сваей; б — деталь
соединения блоков СТ-1; / — стойка оиоръг 2 —
свая ’
С-ЮИ со стаканным оголовком на
насыпи;
1 — стойка опоры; 2 — стаканный ого-
ловок; 3 — свая; НС — низ стойки опо-
ры; ВС — верх сваи; ВГР — верх голов-
ки рельса; УГВ— уровень грунтовых
вод
242
Стоечные анкеры устанавливают на условно-благоприятных (II тип
и неблагоприятных (III тип) участках земляного полотна при уровне
грунтовых вод выше 2,8 м.
Свайный анкер СЛ-10 с поперечным сечением 0,35x0,35 м и длиной
10 м (расход бетона М-300 1,25 м'!, стали— 399 кг, масса сваи 3,13 т)
применяют в случаях, когда устройство присыпки грунта к насыпи
невозможно или технически нецелесообразно, а также при сложных
геологических условиях. Глубина забивки свайного анкера по усло-
виям устойчивости па выпучивание должна быть не менее 9 м.
Таблица 46
Место установки опоры Ширина зем- ляного полот- на, м Нормативное усилие в оттяжках анкерной опоры, кН, при условном расчетном сопротивлении грунта, МПа
0,10 0,15 0,20 0,10 0,15 0,20
Насыпи, выемки и нулевые места Междупутье (на станциях) 6,8 Л нкер Т А-4 35 55 55 н кер Т А-4,5 50 j 62 68
Насыпи, выемки и нулевые места Междупутье (па станциях) 7,0 59 55 69 68
243
Рис. 159. Стоечный анкер СА-4,5-2:
1 — стойка анкера; 2 — анкерная плита ЛП-2;
3 — закладная деталь
/Опоры гибких поперечин с
нормативными изгибающими мо-
ментами 450 кН-м и более уста-
навливают на свайно-ростверко-
вые фундаменты (рис. 160). Та-
кие фундаменты состоят из же-
лезобетонной плиты-ростверка
(рис. 161) и четырех — восьми
свай сечением 0,3 X 0,3 м и дли-
ной 5, 6, 8 или 10 м.
Имеется семь типов свай.
В их обозначении, например
С5-1, С10-2, буквы С—свая,
первая цифра — длина сваи в
метрах, вторая — условный тип
армирования (прочность) сваи.
В обозначении ростверков, на-
65
пример Fljg, буква П указывает,
что ростверк предназначен для
промежуточных опор гибких по-
перечин, ПА — для анкерных;
цифры в числителе — норматив-
ный изгибающий момент опор
в тонно-сила-метрах (тс-м), в
знаменателе— высота" опор в м.
Сваи погружают в грунт, пропуская их через отверстия в рост-
верке и соединяют с ним сваркой. Металлическую опору на ростверке
закрепляют анкерными болтами. Применение свайно-ростверковых
фундаментов позволяет значительно сократить затраты труда и рас-
ход материалов на установку металлических опор на станциях.
В тех случаях, когда отсутствует возможность сооружения свайно-
ростверковых фундаментов (наличие сложных подземных коммуника-
ций, грунты с большим количеством включений валунов и т. п.), для
установки опор гибких поперечин и опор М -73 используют блоч-
ные закапываемые фундаменты РФ, состоящие из двух раздельных
блоков (рис. 162).
Рис. 160. Схемы установки свайно-ростверковых фундаментов
244
рис. 161. Железобетонный ростверк
Рис. 162. Фундамент типа РФ для ме-
таллических опор гибких поперечин
Блоки фундаментов РФ выпускают семи типов. В обозначении
фундаментов, например РФ1-1, РФ4-2, буквы Р — раздельный, Ф —
фундамент, первая цифра указывает условно размеры фундамента, вто-
рая — диаметр, количество и расположение анкерных болтов.
Металлические опоры М рт-73 и М ~73 устанавливают . на
типовые закапываемые призматические фундаменты П2-2.
Заделка в грунт железобетонных (одиночных и спаренных) стоек
жестких поперечин должна обеспечивать устойчивость их поперек^и
вдоль пути. В случае необходимости установки по изгибающему мо-
менту вдоль пути лежней их устанавливают перпендикулярно к оси
пути, располагая симметрично с обеих сторон стоек.
52. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ОПОР В ГРУНТЕ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ
К особым условиям закрепления опор относят следующие схемы и
условия установки опор контактной сети: в пучинистых грунтах и в
районах вечной мерзлоты, на свежеотсыпанных насыпях и в слабых
грунтах с условным расчетным сопротивлением менее 0,1 МПа, в
скальных грунтах, в болотистых грунтах, на насыпях нестандартного
очертания, с откосом круче 1:1,5.
Условия установки опор и анкеров в пучи-
нистых грунтах и в районах вечной мерз-
лот ы. При расположении уровня грунтовых вод на глубине 2,3 м
ниже бровки земляного полотна опоры устанавливают в котлованы,
огражденные деревянными коробами, с засыпкой пазух дренирую-
щим грунтом (схема 1 на рис. 163). Во время работ изготовленные щи-
245
Рис. 163. Схемы установки опор и анкеров в пучшшетых грунтах и в районах
вечной мерзлоты:
/ — опора; 2 — ашгер ТА; 3 — стоечный анкер СЛ; -/ — деревянный короб; 5 — засыпка кот-
лована дренирующим грунтом; 6'засыпка котлована местным грунтом; 7 — прогивопучип-
иая обмотка; А —габарит опоры; ВГР— верх головки рельса; УГВ — уровень грунтовых вод
ты пропитывают антисептиками или обмазывают битумом, собирают
коробы таким образом, чтобы между щитами не было щелей, перед опус-
канием короба в котлован имеющиеся в коробах отверстия заделыва-
ют битумом, для засыпки коробов используют гравий или щебень с
примесью частиц размером менее 0,1 мм не более 3% и с наиболь-
шими фракциями не более 50 мм. •
В сильно обводненных грунтах, когда установка опор с деревян-
ными коробами затруднена, опоры устанавливают с противопучинной
или полиэтиленовой обмоткой, чередующейся с несмерзающейся смаз-
кой (см. схему 2 на рис. 163). Противопучинную обмотку устраивают
на глубину активной зоны пучения, но не менее 2 м; пазухи котлована
засыпают непучинистым грунтом.
При уровне грунтовых вод на глубине 2,8 м и ниже применяют ан-
керы ТА (см. схему 3 на рис. 163), выше 2,8м — стоечные анкеры
С А-4,5-1 или СА-4,5-2 (см. схему 4 иа рис. 163) в зависимости от сил мо-
розного пучения.
Закрепление опор на свежеотсыпанных
насыпях. К свежеотсыпанным насыпям относят насыпи высотой
2 м и более, простоявшие до сооружения опор контактной сети менее
пяти лет, На свежеотсыпанных насыпях высотой менее 2 м, а также на
насыпях из несвязных грунтов (песков и т. п.) специальных мероприя-
тий по обеспечению устойчивости опор контактной сети не требуется.
Высоту подвески контактного провода на свежеотсыпанных насы-
пях увеличивают с учетом осадки насыпи и последующей подъемки
пути из расчета возможной осадки 6 мм в год на каждый метр высоты
насыпи (но не более чем на 500 мм от нормального положения контакт-
ного провода). Срок окончания осадки насыпи принимают равным пяти
годам с момента окончания ее отсыпки.
Свежеотсыпанные насыпи в зависимости от значения критерия устой-
чивости их откосов и высоты подразделяют на три категории. На на-
сыпях I категории могут быть установлены нераздельные опоры с уве-
личенной подземной частью на 0,3 м по сравнению с типовым разме-
ром для устоявшихся насыпей или раздельные опоры со свайными
246
фундаментами длиной 4,5 м; на насыпях И категории — нераздель-
ные опоры с увеличенной подземной частью на 0,5 м или раздельные
опоры со свайными фундаментами длиной 4,5 м; на насыпях III кате-
гории — раздельные опоры со свайными фундаментами длиной 4,5 м и
с дополнительным уплотнением откоса на ширине 2 м и по высоте до
4 м от бровки насыпи.
На свежеотсыпанных насыпях устанавливают раздельные опоры
со свайными фундаментами, погружаемыми агрегатами АВСЭ. Анкеры
для оттяжек анкерных опор на свежеотсыпанных насыпях используют
только свайиые длиной не менее 4,5 м, погружаемые также агрегатом
АВСЭ. Верхние лежни для нераздельных опор, устанавливаемых на
свежеотсыпанных насыпях, не применяют.
Для стальных опор гибких поперечин на свежеотсыпанных насы-
пях нецелесообразно использовать свайные фундаменты со сборным
ростверком.
Закрепление опор в скальных грунтах.
Способ закрепления опор в скальных грунтах выбирают после проведе-
ния подробных инженерно-геологических изысканий. Во время геоло-
гических изысканий скальные грунты классифицируют по трем кате-
гориям прочности и трещиноватости. В зависимости от прочности и
степени трещиноватости скальные грунты делятся на две группы: I—
все сильнотрещиноватые грунты слабой прочности; II — средне-
трещиноватые и слаботрещиноватые скальные грунты средней и проч-
ной категории прочности.
Железобетонные и стальные опоры в скальных выемках закрепляют
двумя способами: с разработкой котлованов и последующей установкой
в них фундаментов или нераздельных опор; с помощью анкерных бол-
тов, закрепленных в скале, и установкой на них опор.
При анкерном креплении к нижней части железобетонных опор с
арматурой из высокопрочной проволоки крепят стальной стаканный
башмак высотой 0,5 м. Оттяжки анкерных опор закрепляют к железо-
бетонным анкерам, устанавливаемым в котлованы, разработанные в
скальной выемке, или к анкерным болтам (с проушинами), закреплен-
ным в шпурах.
Возможность разработки котлованов с рыхлением породы отбой-
ными молотками (без взрывов) в скальных грунтах I группы опреде-
ляет рациональные границы использования метода закрепления опор
контактной сети в котлованах с последующей засыпкой пазух скаль-
ным грунтом.
В скальных грунтах II группы применяют анкерное закрепление
опор контактной сети. Принимают также комбинированные решения,
когда верхний слой породы убирают с рыхлением отбойными молот-
ками, а затем устраивают анкерное крепление опоры. Башмак анкер-
ного крепления закрывают бетонным оголовком, верх которого рас-
полагают выше естественного уровня грунта.
Анкерные болты имеют выступы на нижней части (иа длине 0,5 м),
выполненные высадкой кузнечным способом. Изготавливают анкер-
ные болты из круглой стали. Конструктивно длина заделки анкера в
скальном грунте должна быть не меньше 1,2 м.
247
Рис. 164. Способы закрепления опор контактной сети в слабых грунтах:
а — блочный фундамент с уширенной полкой; б — свая-стойка со сборным стаканным ого-
ловком; в — двухсвайный фундамент С ростверком и висящими сваями; / — присыпка; 2 —
торф; 3 —корка; 4~ иольдиевая глина
В слабовыветривающихся скальных грунтах I группы опоры и ан-
керы заделывают на глубину 1,2 м, в легковыветривающихся скаль-
ных грунтах I группы — на глубину 2 м, а анкеры опор — на 2,45 м.
Котлованы под опоры и шпуры под анкеры устраивают взрывным спо-
собом или вручную- Диаметр шпуров для крепления анкерных болтов
принимают иа 25 мм больше диаметра болта. Диаметр шпуров под ан-
керные болты для крепления опор мощностью 4,5—6 тыс. м принима-
ют равным 52 мм, а опор мощностью 8—10 т-см— 60 мм. Зазоры между
стенкой шпура и анкерным болтом заполняют цементным раствором
состава 1:1.
Закрепление опор в слабых грунтах. Фун-
даменты опор контактной сети в слабых грунтах располагают так, что-
бы они. находились в слое обычных грунтов или опирались иа плотные
породы, находящиеся ниже слабых грунтов. Допускается использова-
ние фундаментов, ииз которых располагается в слое торфа.
Для закрепления консольных опор и стоек жестких поперечин
в слабых грунтах применяют следующие конструктивные решения:
блочные фундаменты с уширенной полкой (1,3 м) и опорной пли-
той (рис. 164, а); для повышения несущей способности таких фунда-
ментов и уменьшения глубины промерзания с полевой стороны устра-
ивают присыпку шириной 1 м;
свайные фундаменты из одиночных свай-стоек сечением 0,35x0,35 м
длиной от 6 до Юм, которые опираются на плотный грунт, располо-
женный ниже слабого (рис. 164, б);
двухсвайные фундаменты с ростверком Ювисячими сваями сече-
нием 0,3x0,3 м длиной не менее 6 м (рис. 164, в); нижняя поверхность
ростверка должна опираться на непучинистые грунты (тело земляного
полотна) и иметь расстояние от верха слабого грунта не менее 0,5 м.
Такие фундаменты применяют при расположении иижнего горизон-
та слабых грунтов на глубине 10 м от верха головки рельсов.
248
53 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА
ЗАКРЕПЛЕНИЙ опор в грунте
Закрепления опор контактной сети в грунте — фундаменты (или
фундаментную часть опор) рассчитывают по методу предельных состоя-
ний, т. е. по деформациям и устойчивости (несущей способности), при
которых они перестают отвечать требованиям эксплуатации.
При расчете закреплений опор контактной сети в грунте за
предельное состояние фундамента по деформации принимают пре-
дельное смещение опоры на уровне ' контактного провода, равное
100 мм, за период эксплуатации в 50 лет, обусловленное деформа-
цией (поворотом фундамента в грунте от действия на опору внешних
постоянных и временных нагрузок). К постоянным относят нагрузки
от веса проводов и конструкций, а также натяжения проводов с уче-
том влияния температуры; к временным — нагрузки от воздействия
ветра и гололеда.
Рассчитывают фундаменты на комбинации нагрузок, которые мо-
гут оказаться наиболее невыгодными. Например, невыгодной может
оказаться не максимальная нагрузка, а минимальная, но действующая
в том направлении, в котором грунт хуже сопротивляется опрокиды-
ванию фундамента, или та, в которой доля постоянных нагрузок в сум-
марной, имеет большее значение.
Нормативную для данных условий несущую способность Й4”р (до-
пустимый изгибающий момент) по грунту закапываемых фундаментов
(фундаментной части) опор контактной сети на действие момента от
внешних нагрузок определяют по формуле;
R”p = /И0тфт01гтвбтутптн, (147)
где Мо — несущая способность условного [фундамента по
грунту на действие изгибающего момента;
тф, тот, твб, \ — коэффициенты условий работы, учитывающие со-
ту, тп f ответственно влияние формы поперечного сечения
призматического фундамента, очертания поверх-
ности грунта в месте расположения фундамента,
вибрации (колебаний) грунта около фундамента
от проходящих поездов, повышенного уплотнения
грунта, имеющего место при забивке фундамента,
верхнего строения пути;
тп— коэффициент условий работы фундамента, учиты-
вающий долю постоянной нагрузки в суммарной.
За условный фундамент принимают призматический фундамент
прямоугольного поперечного сечения (без лежней или с лежнями), за-
копанный на горизонтальной площадке, удаленной от железнодорож-
ного пути, и при нагрузке, в которой доля постоянной составляет
35% (е = 0,35). Для условного фундамента все коэффициенты тф =
= тот = щвб = Щу Щц = тд = 1.
249
Рис, 165. Расчетная схема условного
призматического фундамента
На расчетной схеме услов-
ного фундамента без лежней,
принятой для определения
(рис. 165), показаны: h—рас-
четная глубина, т. е. расстояние
от расчетной поверхности грун-
та до подошвы фундамента; b —
поперечное сечение в направле-
нии, перпендикулярном плоско-
сти действия нагрузки; d— по-
перечное сечение в направлении,
параллельном плоскости дейст-
вия нагрузки; у0 — расстояние
от расчетной поверхности грун-
та до оси поворота фундамен-
та; е — эксцентриситет силы
давления грунта на подошву
фундамента.
Как видно из рис. 165, на
фундамент В предельном состо-
янии действуют горизонтальные
силы = Мо/Я (на высоте Н от расчетной поверхности грунта);
Ал и А*2 и вертикальная сила N принимаемая равной расчетной
вертикальной силе Лгр (включающей и вес фундамента), Л70 = Л/р.
Напряжения давления грунта на переднюю грань фундамента
(на участке от у ~ 0 до у = у0) и на заднюю грань фундамента (на
участке от у = у0 до у Л) в каждой точке этих граней прямо про-
порционально глубине у расположения этой точки от расчетной по-
верхности грунта
<зу — tnylb,
где т — коэффициент пропорциональности, КПа, представляющий
собой расчетное сопротивление грунта на глубине у = 1
в условиях пространственной задачи (при ширине фунда-
мента, Ь).
Коэффициент tn характеризует изменение давления по глубине
при Ъ 0,3 м, его определяют по формуле
т = кт0 (Ь + с),
а при b < 0,3 м — по формуле
т = кт^Ь (1 -|- с/0,3),
где с — характеристика грунта, зависящая от его рода и состояния, м;
т0 — коэффициент пропорциональности, кН/м3, представляющий
собой предельное (нормативное) сопротивление грунта на
глубине 1 в условиях плоской задачи (при ширине фун-
дамента b “ 1);
к — коэффициент однородности, учитывающий возможное отли-
чие фактических характеристик грунта от их нормативных
значений; принимается равным 0,7.
250
Значения т0 и с, принимаемые при расчете одиночных фундамен-
тов, и также предельные значения давления грунта на подошву фун-
дамента оп для закапываемых фундаментов приведены в табл. 47.
Таблица 47
1 ! Грунты Характеристики грунтов
т0( кП/м5 Су м сгп, кПа
Пески крупные и средней крупности, 140 0,35 400
глины, суглинки и супеси Пески мелкие, глины, суглинки и супе- 105 0,30 300
си тугопластичные Пески пылеватые, глины, суглинки и 80 0,25 200
супеси мягкопластинные
Данные в табл. 47 получены при послойном уплотнении грунта
засыпки котлованов (отрытых вручную, буровой машиной, буро-
взрывным или иным способом) до плотности окружающего грунта.
Категорию грунта устанавливают по крупности частиц (для пес-
ков), по числу пластичности и природной влажности его (для супесей,
суглинков и глин).
Для определения Л40 можно использовать следующую приближен-
ную формулу: Л10 = 0,1 mhs -Н Nve.
Значение е находят из условия, что е = d /2 — а/2. Так как а =
= ЛД/копЬ, то
е = rf/2 — Л7р/2 коцЬ,
где од—предельное давление грунта .на подошву фундамента (см.
табл. 47);
b — ширина фундамента;
к — коэффициент однородности, равный 0,7;
е — эксцентриситет, равен примерно 0,4 d.
Рассчитывая по формуле (147) несущую способность /ИД, под-
ставляют следующие значения коэффициентов условий работы фун-
дамента Щф, тот, ткб, шу и тп.
Значение коэффициента зависит от формы поперечного сече-
ния фундамента (табл. 48).
Коэффициент тот при нагрузке, действующей в плоскости, пер-
пендикулярной бровке земляного полотна, определяют по рис. 166
в зависимости от очертания поверхности грунта в месте установки
Фундамента и направления горизонтальной нагрузки. При нагрузке,
Действующей в плоскости, параллельной бровке земляного полотна,
™)Т = 1,0.
Коэффициент при колебаниях грунта около фундамента от про-
Х°дящих поездов, т. е. для опор контактной сети, устанавливаемых в
Теле земляного полотна главных путей, принимают равным 0,9, а при
отсутствии колебаний — 1,0.
25i
Таблица 48
Коэффициент ту принимают равным:
Фундаменты, установленные в котлованы, отрытые вручную, буровой маши-
ной или иным способом (закапываемых)... 1,0;
Свайные фундаменты сплошных сечений и пустотелые, забитые с закрытым
концом... 1,2;
Свайные фундаменты пустотелые, забитые с открытым концом, двутавровые
и трехлучевые, а также фундаменты без лежней, устанавливаемые в котлованы,
образованные буровзрывным способом ... 1,1.
Значения коэффициента тп:
во всех случаях при расположении фундамента за кюветом или
при расстоянии от оси ближайшего пути до ближайшей грани фунда-
252
h‘/h
oj_
&L
0,3
0,8 0,9 0,9
0,7 0,7 0,8
08^
1,0 1,0
h /7? иь
0 0,2 0,3 0,5 0,6
0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
0,2 0,9 1,0 1,0 1,0 1,0
0,4 0,8 0,9 1,0 1,0 1,0
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,0
60,7 0,6 0,7 0,6 0,9 1,0
Ь7Ь ьуь
0 Щ5
0 1,0 1,0
0,1 0,9 1,0
0,2 0,8 0,9
0,3 0,7 0,8
ОД 0,6 0,7
0,5 0,5 0,6
60,7 0,45 0,5
h’/h Ь'ЧЬ
0 0,15
0 1,0 1,1 1,2
0,2 0,9 1,0 1,1
0,4 0,8 0,9 1,0
0,6 0,7 0,6 0,9
60,7 0,6 0,7 0,8
Рис. [66. Значения коэффициента m0T при нагрузке, действующей в плоскости,
перпендикулярной оси пути
мента более 4 м или при изгибающем моменте, действующем в плоско-
сти, параллельной оси пути, тп = 1,0;
в остальных случаях: при изгибающем моменте, действующем в
сторону пути, и расстоянии от оси ближайшего пути по передней
грани фундамента менее 3,2 м = 1,2; от 3,2 до 4 м — = 1,1;
при моменте, действующем в сторону от пути, и расстоянии от оси
ближайшего пути до ближайшей грани фундамента до 4 м щп = 1,1.
Коэффициент
где £ — коэффициент, характеризующий долю расчетной постоян-
ной нагрузки в суммарной; при моментах ЛР и Л/р, дейст-
вующих в одном направлении, £ = Л/р/(Л/р + Л/р).
Формула (148) применима при Нп h и > Л, т. е. в большин-
стве случаев расчета фундаментов опор контактной сети.
При моментах Л/р и Л/р, действующих в противоположных направ-
лениях, когда Л/р < Л/р, тц = 2; когда Л/р > Л/р, расчет выполняют
только на действие момента Л/р при /пн = 0,52.
Упомянутые величины Л/р и Яп — соответственно расчетный мо-
мент и плечо только постоянной нагрузки, входящей в расчет-
253
ную комбинацию; Мл и Яв — то же, только временной нагрузки;
h — расчетная глубина заложения фундамента.
К постоянным относят нагрузки от веса проводов и конструкций,
а также от натяжения проводов, с учетом влияния температуры; на-
грузки от воздействия ветра и гололеда — к временным.
54. ТИПОВЫЕ СПОСОБЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
ОПОР В ГРУНТЕ
Для обеспечения устойчивости опор в грунте должно соблюдаться
условие:
АД < ЯД
где — нормативный изгибающий момент, кН-м, действующий
на опору на уровне условного обреза фундамента поперек
пути при заданных условиях, но не более допустимого из-
гибающего момента Ми для принятой опоры (см. гл. XII);
М“ —-нормативный изгибающий момент, кН-м, допускаемый на
опору (фундамент) по условиям устойчивости в грунте.
Для примера в табл. 49 приведены взятые из типового проекта для
условного расчетного сопротивления грунта 150 кПа при высоте на-
сыпи или глубине выемки от 1 до 2 м нормативные изгибающие
моменты Л1« , которые допускаются иа опоры СКЦ и СКЦ0 дли-
ной 13,6 м по условиям устойчивости их в грунте, а в табл. 50 — на
фундаменты ТС.
Таблица 49
Место установки опоры Габариты опоры, м Направление действия момента Значение моментов AfJ!p, кН-м, для опор
без лежней с верхним лежнем типа
I II
Насыпь 3,1; с присыпкой грун- та-— 3,4 К пути 105 142 178
От пути 61 77 92
3,4 К пути 85 117 148
От пути 55 70 84
Выемка 4,9 к пути 121 159 193
От пути 129 170 208
5? К пути 135 173 206
От пути 156 200 —
254
Таблица 50
Место установки фундамента Габарит опоры, м Направление действия момента Значения моментов Мрр, кН-м, при длине фундамента L, м
3,5 4,0 4,5
Насыпь 3,1; с присыпкой грун- та— 3,4 К пути 80 133 209
От пути 44 79 126
3,4 К пути 66 ПО 173
От пути 45 73 115
Выемка 4,9 К пути 98 154 224
От пути 108 164 235
5,7 К пути 113 172 —
От пути 138 198 —
Нормативные моменты в табл. 49 и 50 подсчитаны при ширине зем-
ляного полотна 5,8 м (при расстоянии от оси пути до бровки 5,8:2 =
= 2.9 м), расчетной глубине заложения Лр (см. рис, 152 и 154) с до-
пуском ± 100 мм и доли постоянной нагрузки в суммарной 35%.
При других соотношениях нагрузок значения моментов из таблицы
должны умножаться на следующие значения переходного коэффици-
ента т/.
Доля постоянной нагруз-
ки, % ..............Ю 20 35 50 60 80 [00
Переходный коэффициент
тн .................’ ,56 1,27 1,00 0,82 0,736 0,61 0,52
При заглублении опор (фундаментов) меньше чем /гр — 100, мо-
менты ЛЦр должны быть пересчитаны.
Пример пользования таблицами. Центрифугированную опору длиной 10,8 м
с фундаментом ТС необходимо установить на насыпи высотой до 2 м с габаритом
Г ~ з, ] м при ширине земляного полотна 5,8 м. Условное расчетное сопротив-
ление групта 150 кПа. Действующие моменты к пути Л4ф 60 кН-м от пути
(к полю) Л1ф == 42 кН-и; доля постоянной нагрузки 50%. Требуется определить
Длину фундамента.
По табл. 50 при длине фундамента L — 4 м с учетом переходного коэффициен-
та = 0,82 имеем:
к пути Л1£р 0,82.133 = 109 кН-м;
от пути Л4” = 0,82-79 =.- 64,8 кН -м.
Условие Л1ф -< Л1 соблюдается: 60< 109 кП-м; 42<64,8 кН-м; при этом
мощность стойки опоры должна быть нс менее Л1н _ 60 кН-м.
255
XIV ПИТАНИЕ И СЕКЦИОНИРОВАНИЕ
КОНТАКТНОЙ СЕТИ
55. НАЗНАЧЕНИЕ СХЕМ ПИТАНИЯ
И СЕКЦИОНИРОВАНИЯ И ИХ ТИПОВОЕ РЕШЕНИЕ
На электрифицированных железных дорогах электр оподвижной
состав получает электрическую энергию через контактную сеть от
тяговых подстанций, расположенных на таком расстоянии друг от
друга, чтобы были обеспечены необходимое напряжение на электро-
подвижном составе и защита от токов короткого замыкания. При сис-
теме электроснабжения постоянного тока (рис. 167, а) в контактную
сеть электрическая энергия поступает от шин положительной поляр-
ности напряжением 3,3 кВ тяговых подстанций и возвращается после
прохождения через тяговые двигатели электроподвижного состава по
рельсовым цепям, присоединенным к шинам отрицательной полярно-
сти.
В системе переменного тока (рис. 167, б) электроэнергия в контакт-
ную сеть поступает от двух фаз а и b напряжением 27,5 кВ и возвра-
щается также по рельсовой цепи к третьей фазе с. При этом питание
осуществляют одной фазой встречно на фидерную зону с чередованием
питания для последующих фидерных зон с целью выравнивания на-
грузок отдельных фаз энергоснабжающей системы. При электрифика-
I путь
Рельсы
I и Л путей
Рельсы
7777777777/7)
Нонта/тная
сеть й. путь
Контентная
сеть
Рис. [67. Принципиальная схема питания электрифицированной липни по-
стоянного тока (а), переменного тока (б):
Z — тяговые подстанции; 2—посты ссьциоипрованля
ции на переменном токе применяется также система 2x25 кВ с авто-
трансформаторами, при которой в контактной сети сохраняется на-
пряжение 27,5 кВ и в то же время передается часть энергии по допол-
нительным проводам напряжением между этими проводами и контакт-
ной подвеской 50 кВ.
Как правило, применяют схему двустороннего питания, при кото-
рой каждый находящийся на линии локомотив получает энергию от
двух тяговых подстанций. Исключение составляют участки контакт-
ной сети, расположенные в конце электрифицированной линии, где
может быть применена схема консольного (одностороннего) питания
от крайней тяговой подстанции.
Контактную сеть делят на отдельные электрически не связанные
участки (секции), для чего у тяговых подстанций и постов секциони-
рования устраивают изолирующие сопряжения, это так называемое
продольное секционирование. Каждая секция по-
лучает электроэнергию от питающей линии тяговой подстанции и от
соседних секций контактной сети через пост секционирования.
При продольном секционировании также с помощью изолирующих
сопряжений выделяют в отдельные секции контактную сеть каждого
перегона и станции. Эти секции между собой соединяются секционными
разъединителями, что позволяет при необходимости отключать любую
из секций от электрического питания. В некоторых случаях контакт-
ную сеть крупных тоннелей или мостов «с ездой понизу» также выде-
ляют в отдельные секции.
На крупных станциях, имеющих несколько электрифицированных
парков, контактная сеть отдельных парков выделяется в самостоя-
тельные секции с питанием при возможности непосредственно от
тяговой подстанции.
На двухпутных и многопутных участках электрически разделяют
контактную сеть каждого главного пути перегона и станции от дру-
гих путей, это так называемое поперечное секциониро-
вание.
При поперечном секционировании на станциях контактную сеть
группы путей выделяют в отдельные секции и питают их электроэнер-
гией от главных путей через секционные разъединители, которые при
необходимости могут быть отключены. Секции контактной сети на со-
ответствующих съездах между главными и группами второстепенных
путей изолируют секционными изоляторами. Этим достигается элект-
рическое разделение каждого главного пути и секций второстепенных
путей, что облегчает схему и устройство защиты и дает возможность
при повреждении или отключении одной из секций осуществлять дви-
жение поездов ио другим секциям и главным путям.
На контактной сети участков переменного тока у тяговых подстан-
ций монтируют два рядом расположенных изолирующих сопряжения
с нейтральной вставкой между ними. Это вызвано тем, что рядом рас-
положенные секции питаются от разных фаз, и даже кратковременное
соединение их между собой, например, через полоз токоприемника,
проходящего по изолирующему сопряжению, недопустимо.
256
9 Зак. 2 [95
257
На подстанции, питающей контактную сеть, предусматривают за-
щиту от токов короткого замыкания в виде быстродействующих авто-
матических выключателей на^линиях постоянного тока и масляных
выключателей на линиях переменного тока.
Кроме того, для защиты контактной сети от токов перегрузки и
коротких замыканий между тяговыми подстанциями устанавливают
посты секционирования. В контактной сети около поста секциониро-
вания также монтируют изолирующие сопряжения, а секции контакт-
ной сети электрически соединяются посредством быстродействующих
автоматических или масляных выключателей, установленных на посту
секционирования,
На двухпутных и многопутных участках выключателями поста
секционирования электрически соединяют контактную сеть парал-
лельно расположенных главных путей. Таким образом, создается схе-
ма узлового питания, при которой электроподвижной состав получает
электроэнергию по контактной сети всех главных путей от двух тяго-
вых подстанций. При схеме узлового питания в случае повреждения на
каком-либо из участков между тяговой подстанцией и постом секцио-
нирования защитная аппаратура отключит сеть только того участка,
где произошло повреждение, а по остальным может продолжаться дви-
жение поездов.
На грузонапряженных двухпутных линиях постоянного тока для
повышения напряжения на токоприемнике предусмотрено параллель-
ное соединение контактных сетей в нескольких местах между тяговыми
подстанциями, которое осуществляется установкой специальных
пунктов параллельного соединения.
Все разъединители контактной сети в зависимости от назначения
и частоты переключений оборудуют электродвигательными (моторны-
ми) для дистанционного управления или ручными приводами. При
этом обязательно моторные приводы должны быть у разъединителей
питающих линий тяговых подстанций, постов секционирования и участ-
вующих в схемах профилактического подогрева и плавки гололеда на
контактной сети. Дистанционно управляют разъединителями^ пунк-
тов, где постоянно находится дежурный персонал: с дистанции контакт-
ной сети, с тяговой подстанции, из помещений дежурного по стан-
ции, парка и депо. На участках с телеуправлением моторные при-
воды разъединителей вводят в систему телеуправления и переключа-
ют их непосредственно с эиергодиспетчерского пункта.
Для каждого’участка электрифицированной линии разрабатывают
схему питания и секционирования "контактной сети, йа которой пока-
зывают расположение: тяговых подстанций и постов секционирования;
пунктов группировки иа станциях стыкования; пунктов параллель-
ного соединения; линий два провода — рельс (ДПР); питающих, от-
сасывающих; линий электропередачи 6 или 10 кВ продольного элект-
роснабжения;” высоковольтных линий автоблокнровки; пересечений
контактной сети воздушными линиями электропередачи ^искусствен-
ными сооружениями; станций и остановочных пунктов.
Отражают также нормальное' положение (включенное или отклю-
ченное) для каждого из разъединителей и его обозначение. Продоль-
258
кые разъединители и соответствующие им изолирующие сопряжения
обозначают обычно первыми буквами русского алфавита А, Б, В, Г и
т. д. Разъединители, устанавливаемые на питающих линиях, — буквой
Ф, поперечные — буквой П. К каждой из указанных букв в случае
необходимости добавляют цифровой индекс, соответствующий, как
правило, номерам путей и направлений. На схемах, кроме того, ука-
зывают номера путей, секционных изоляторов, а также воздушных
стрелок, которые должны соответствовать номерам стрелочных пере-
водов. Условные обозначения, применяемые в этих схемах, следующие:
______—— электрифицированный путь и питающая линия;
.-----—- . — неэлектрифицированный путь;
изолирующее сопряжение анкерных участков;
изолирующее сопряжение с нейтральной встав-
кой;
секционный изолятор;
секционный разъединитель с телеуправлением;
секционный разъединитель- с двигательным (мо-
торным) приводом;
секционный разъединитель с ручным приводом;
секционный разъединитель с ручным приводом
и заземляющим контактом;
разъединитель-заземлитель для плавки гололеда;
пункт параллельного соединения на линиях
постоянного тока;
пункт параллельного соединения на линиях
переменного тока.
При разработке схем питания и секционирования контактной сети
электрифицированной линии используют принципиальные
схемы секционирования, разработанные па основе опы-
та эксплуатации с учетом затрат на сооружение контактной сети.
На промежуточных станциях предусматривают секционирование
контактной сети с обеих сторон станций (рис. 168). Продольные разъ-
единители оборудуют моторными приводами в обеих горловинах. На
Двухпутных участках в пределах станции устанавливают поперечный
секционный нормально отключенный разъединитель П.
Группа путей может быть отделена от главного пути и питаться
через нормально включенный секционный разъединитель /7. Если иа
9* 259
Рис. 168. Схема секционирования контактной сети станции:
а — с количеством электрифицированных второстепенных путей менее трех;
б — с количеством электрифицированных путей три и более
станции имеется путь, предназначенный для погрузочно-разгрузоч-
ных работ, то контактную сеть над ним отделяют от остальных путей
с питанием через секционный разъединитель 3 с заземляющим ножом.
При наличии в одной из горловин станции поста секционирования
продольное разделение контактной сети выполняют, как показано на
рис. 169.
Принципиальная схема питания и секционирования на станции
двухпутной линии постоянного тока при наличии тяговой подстанции
(ТП) показана на рис. 170.
На питающей линии непосредственно у тяговой подстанции уста-
навливают разъединители с моторными приводами и, кроме того,
при длине линии более 150 м у контактной сети дополнительно разъ-
единители с ручным приводом (при длине до 750 м) и с моторным (при
большей длине).
На линиях переменного тока с тяговыми подстанциями в отличие
от линий постоянного тока в одной из горловин монтируют нейтраль-
ные вставки, а разъединители на питающих линиях устанавливают
непосредственно у контактной сети (рис. 171).
Рис. 169. Схема секционирования контактной сети на станции
с постом секционирования
260
Контактную сеть пар-
ков прибытия и отправле-
ния па больших станциях
выделяют в отдельные сек-
ции и нередко подразде-
ляют на группы, что дает
возможность отключать
часть контактной сети пар-
ка для ремонта. Секциони-
рование на станционных
путях по возможности дол-
жно быть выполнено так,
чтобы при отключении од-
ной из секций сохранилась
возможность приема и от-
правления поездов на ос-
тальные секции станций.
В здании депо контактная сеть каждого пути секционируется от-
дельно и имеет индивидуальный секционный разъединитель с зазем-
ляющим контактом. Для обеспечения безопасности при осмотре и ре-
монте подвижного состава эти разъединители снабжают световыми
указателями, устанавливаемыми внутри и снаружи депо над ворота-
ми соответствующего пути и механически или электрически связан-
ными с положением разъединителя.
Выполнение ремонтных и восстановительных работ в процессе
эксплуатации требует временного изменения нормальной схемы пита-
ния и секционирования. Изменение схемы не должно нарушать усло-
вие обеспечения защитой от токов короткого замыкания. Поэтому за-
благовременно разрабатывают специальные схемы конкретно для
каждого участка, предусматривающие, кроме нормального, следующие
режимы работы:
па тяговой подстанции отключены агрегаты и подстанция работает
в режиме поста секционирования;
отключена тяговая подстанция полностью и в связи с этим про-
дольные разъединители контактной сети включены;
отключен пост секционирования и включены в этом районе про-
дольные разъединители контактно^ сети;
Рис. 17], Схема питания и секционирования контактной сети иа станции с тяго-
н^^летаицией пеРеме1Шого тока на двухпутной (а) и на однопутной (б) ли-
261
включены нормально отключенные продольные секционные разъ-
единители контактной сети у тяговой подстанции;
включены поперечные разъединители контактной сети на станции.
Для каждого режима работы рассчитывают токи короткого замы-
кания в наиболее удаленной точке контактной сети. Если при этом
значение тока короткого замыкания получается меньшим или равным
с учетом коэффициента запаса по сравнению с уставкой защиты на пи-
тающей линии тяговой подстанции нли поста секционирования, умень-
шают уставку защиты на время ремонтных работ. На двухпутных и мно-
гопутных участках в этих случаях можно изменить схему питания
и секционирования контактной сети путем параллельного соединения
ее. При этом одну из питающих линий тяговой подстанции отключают,
чем достигается увеличение тока короткого замыкания на оставшейся
в работе питающей линии.
56. ИЗОЛИРУЮЩИЕ СОПРЯЖЕНИЯ И НЕЙТРАЛЬНЫЕ
ВСТАВКИ
Для секционирования контактной сети наиболее распространенной
является трехпролетная схема изолирующего сопряже-
ния анкерных участков (рис. 172). При такой схеме между анкер-
ными опорами устанавливают две переходные опоры, на которых мон-
тируют провода таким образом, чтобы в пролете между переходными
опорами контактные провода были на определенном расстоянии друг
от друга, образуя так называемый воздушный промежуток, обеспечи-
вающий плавный проход токоприемников и одновременно электри-
ческую изоляцию между ветвями подвесок. Расстояние между контакт-
ными проводами принято 550 мм. На ранее электрифицированных и
не защищенных от сильных ветров участках постоянного тока сохра-
няют ранее принятое расстояние 400 мм, а участках переменного то-
ка—500 мм. Увеличение расстояния до 550 мм продиктовано условиями
предотвращения возникновения устойчивой электрической дуги меж-
ду проводами, которая образуется при проходе токоприемников, если
одна из секций контактной сети окажется по тем или иным причинам
обесточенной или заземленной. Контактные провода в переходном
пролете относительно друг друга постепенно повышаются в сторону
анкеровки, находясь на одном уровне в средней части переходного про-
лета. У переходных опор в приподнятые контактные провода и несу-
Рис. 172. Схема изолирующего сопряжения анкерных участков
262
тие тросы, идущие на анкеровку, врезают изоляторы. При этом, чтобы
lie повредить изоляторы, выдерживают расстояние от рабочих контакт-
ных проводов до оси врезного изолятора не менее 400 мм при двойном
контактном проводе и не менее 500 мм при одиночном. Пролет между
переходными опорами изолирующего сопряжения для обеспечения
необходимой ветроустойчивости в сравнении с остальными промежу-
точными пролетами уменьшают.
Для более плавного прохода токоприемника может быть применена
четырехпролетная схема излолирующего сопряжения анкерных участ-
ков. Тогда между анкерными опорами размещают три переходных
опоры, причем на средней опоре контактные провода располагают в од-
ном уровне. На остальных переходных опорах провода подвешивают
так же, как и в трехпролетном изолирующем сопряжении. Переход
токоприемника с одной секции контактной сети на другую в этом слу-
чае происходит в зоне средней переходной опоры, а не в середине про-
лета, как при трехпролетном сопряжении.
Изолирующие сопряжения, как правило, располагают на прямых
участках пути. На двухпутных участках переходные опоры разных
путей смещают вдоль пути относительно друг друга примерно на 5 м
для того, чтобы обеспечить необходимое по технике безопасности рас-
стояние между перекрывающими фиксаторами.
Перемещение контактных проводов, а в компенсированной под-
веске и несущих тросов относительно друг друга осуществляется
поворотными консолями и фиксаторами, которые установлены для
каждой ветви раздельно. При установке одной консоли на переходной
опоре в компенсированной подвеске один или оба несущих троса под-
вешивают на роликах. Анкерные ветви контактных проводов и медных
несущих тросов в целях экономии меди заменяют вставками из ста-
лемедного провода.
Продольный секционный разъединитель, соединяющий электричес-
ки между собой секции контактной сети, монтируют на одной из пере-
ходных опор.
На линиях переменного тока при питании секций разными фазами,
а также в случае питания разным напряжением и при подходах к за-
земленным участкам подвески в искусственном сооружении со стес-
ненными габаритами, где недопустимо замыкание двух секций через
токоприемник, применяют нейтральные вставки.
Нейтральные вставки устраивают из двух изолирую-
щих сопряжений анкерных участков, расположенных последователь-
Но Друг за другом (рис. 173). При проходе нейтральных вставок недо-
пустимо одновременное перекрытие токоприёмниками обоих изоли-
рующих сопряжений. Поэтому длину нейтральной вставки выбирают
больше, чем расстояние между крайними токоприемниками электро-
11ОДвижного состава при любом сочетании. При моторвагонной тяге
Эта длина составляет около 200 м. Если на участке имеется только
электровозная тяга, длину нейтральной вставки принимают равной
50 м.
Электроподвижной состав нейтральную вставку проходит по инер-
ции с отключением тока. Для этого, как показано на рис. 173, устанав-
263
Рис. 173. Изолирующие сопряжения контактной сети с нейтральной
вставкой
ливают предупредительные сигнальные знаки 1 «Отключить ток» за
50 м до начала нейтральной вставки, а также знак 2 «Включить ток»
для электровозов через 50 м и знак 3 для электропоездов через 200 м
после конца нейтральной вставки.
Токоприемник в момент нахождения в пределах изолирующего со-
пряжения замыкает обе секции контактной сети. При этом если заезд
Рис. 174. Устройство для защиты проводов
от пережогов на изолирующем сопряже-
нии;
I — изолирующая трубка иа несущем тросе; 2 —
узел вертикальной фиксации проводов; 3 — дугога-
сящий рог; 4 — изолирующая трубка па контакт-
ных проводах
осуществляется на заземлен-
ный участок и под нагрузкой
на обесточенный участок, в
том числе на нейтральную
вставку, между полозом то-
коприемника и контактным
проводом возникает дуга,
приводящая к пережогу про-
вода, и, более того, разви-
ваясь, она может перебро-
ситься на провод другой сек-
ции с последующим пережо-
гом проводов, В целях пред-
отвращения пережогов кон-
тактных проводов на изоли-
рующем сопряжении при пе-
реходе токоприемников вслед-
ствие возможной разности по-
тенциалов, кроме указанного
увеличения расстояния меж-
ду контактными проводами,
предусматривают и специаль-
ные защиты. На расстоянии
не менее 25 м до изолирую-
щего сопряжения, где нор-
мальное положение продолы
ного секционного разъедини,
теля — отключенное, На ли.
ниях постоянного тока уста,
навливают световой сигналь,
ный указатель «Опустить то.
коприемник». Он представ,
ляет собой светящуюся поло.
су прозрачно-белого цвета на черном щите ромбовидной формы. Нор-
мальное положение этого указателя негорящее. При появлении недо-
цустимой разности потенциалов между двумя секциями па сигиаль-
Ном указателе происходит мигание светящейся полосы^ которая пре-
дупреждает машиниста о необходимости опускания токоприемника.
На расстоянии 300 м до этого указателя устанавливают постоянный
сигнальный знак «Внимание! Токораздел», за изолирующим сопряже-
нием на расстоянии 50 м (при электровозной тяге) и 200 м (при обра-
щении электропоездов) — сигнальный знак «Поднять токоприемник».
Кроме того, на изолирующем сопряжении линий постоянного и
переменного тока (в том числе и при нейтральных вставках) в месте,
где происходит отрыв токоприемника от контактного провода, идущего
па анкеровку, монтируют устройства, предотвращающие возможность
пережога провода в случае возникновения дуги. Это устройство
(рис. 174) состоит из дугогасящего рога 3 или специальных пластин и
изолирующей трубки 4 из полиэтилена, установленных на контактном
проводе. Несущий трос над дугогасящим рогом закрывают полиэтиле-
новой трубкой 1 в целях предотвращения пережога троса при возник-
новении дуги. Вертикальную и горизонтальную фиксации осуществ-
ляют с помощью планки 2. Возникшая дуга между полозом токоприем-
ника и отходящим на анкеровку проводом при этой защите фиксиру-
ется дугогасящим рогом и гасится, не позволяя развиваться и переб-
роситься па провод другой секции.
Кроме указанной защиты, применяют и защиту из специальных
накладок, которые предохраняют контактный провод от разрыва,
принимая на себя нагрузку от натяжения.
Защиту изолирующих сопряжений от пережогов проводов осуще-
ствляют схемами мгновенного автоматического повторного включения,
монтируемыми на тяговых подстанциях и постах секционирования.
При подаче напряжения на обесточенный или заземленный участок
через полоз токоприемника от специального реле напряжения вклю-
чается соответствующий быстродействующий выключатель, который
шунтирует изолирующее сопряжение, тем самым предупреждая воз-
никновение дуги или прекращая ее горение.
57. СЕКЦИОННЫЕ ИЗОЛЯТОРЫ
На станционных путях, где длина съездов недостаточна для раз-
мещения изолирующих сопряжений, контактную сеть на электрически
независимые друг от друга участки (секции) разделяют секционными
изоляторами. Для различных условий применения разработано не-
сколько конструкций таких изоляторов: малогабаритные и трехпро-
Еодные. В качестве изолирующих элементов в малогабаритных сек-
ционных изоляторах применяют полимерные вставки и стержневые
Фарфоровые изоляторы, в трехироводных секционных изоляторах —
Фарфоровые изоляторы.
На дорогах постоянного тока наибольшее распространение полу-
Чилн секционные изоляторы СИ-2У (рис. 175) и СИ-6. В качестве изо-
265
Рис. 175. Секционный изолятор СИ-2У:
НТ — несущий трос; КП — контактный ировод
266
вИрующнх элементов в этих изоляторах использованы полимерные
сставки 9 длиной 1000 мм из пресс-материал а АГ-4С. У этого изолятора
лкользуны различных ветвей 5 заканчиваются в виде рогов 6 для гаше-
ния дуги. Для предотвращения повреждения электрической дугой на
вставки н другие элементы вблизи рога надевают полиэтиленовые чех-
лы 8. Чтобы проход токоприемника под секционным изолятором в
местах устройства дугогасящих рогов был плавным, рога смещены друг
относительно друга.
При установке в несущем тросе фарфоровых изоляторов 1 между
ними устраивают нейтральную вставку 3 из провода ПБСМ-70, на
которую надевают полиэтиленовую трубку 2. Длину нейтральной
вставки выбирают в зависимости от конструктивной высоты подвески.
При расстоянии между несущим тросом и контактным проводом до
0,5 м длина вставки 1 м, при расстоянии от 0,5 до 1 м увеличивают
длину вставки до 1,5 м и при расстоянии свыше 1 м — до 2 м.
При расстоянии между несущим тросом и контактным проводом
более 1,5 м полиэтиленовая трубка на нейтральной вставке может не
устанавл иваться.
Секционный изолятор с контактным проводом соединяют посред-
ством зажимов средней анкеровки 7, для подвески к несущему тросу
имеются специальные лапки 10, к которым крепят струны 11. На
несущем тросе устанавливают направляющие 4, чтобы обеспечить сколь-
жение струн для исключения температурной разрегулировки секци-
онного изолятора.
Секционный изолятор СИ-6 представляет собой сборку из двух от-
дельных изоляторов, каждый из которых врезают в контактный про-
вод. Каждый изолятор конструктивно выполнен из двух параллельно
расположенных полимерных вставок и направляющих с дугогасящим
рогом между ними.
На дорогах переменного тока применяют секционные изоляторы
ЦНИИ-7МА и ЦНИИ-12. Малогабаритный секционный изолятор
ЦНИИ-7МА (рис. 176) универсальный: он может использоваться на
участках как постоянного, так и переменного тока, на станциях сты-
кования, а также в контактных подвесках с одним и с двумя контакт-
ными проводами. С этой целью воздушные зазоры между скользунами
выбраны исходя из напряжения 25 кВ, а воздушные зазоры между ду-
гогасящими рогами 2 выполнены регулируемыми, чтобы можно бы-
ло их устанавливать оптимальными (при напряжении 25 кВ — 140—
150 мм, при напряжении 3 кВ — 50—80 мм) в зависимости от вели-
чины напряжения в контактной сети. Эти секционные изоляторы обес-
печивают проход по ним токоприемников при скоростях до 160 км/ч.
Изолирующие элементы секционных изоляторов 8 состоят из стек-
лопластикового стержня диаметром 20 мм и защитного трекиигостой-
гюго чехла из фторопластовой трубы. Полозы токоприемников про-
водят по внутреннему 7 и наружным 5 скользунам, выполненным из
отрезков контактного провода. Конструкция секционного изолятора
несимметрична. Однако наличие в нем внутреннего скользуна делает
секционный изолятор практически равноскоростным в обоих направ-
лениях движения поездов. Внутренний и наружные скользуны в вер-
267
Рис. 177. Трехпроводный секционный изолятор переменного тока:
/—несущий трос, 2—изолятор; 3— основной контактный провод; 4— зажим средней анкеровки; 5 — сталемедный трос; 6— натяжная
муфта; 7 — переходный зажим секционного изолятора; 8 — коромысло; 9 — распорка; 10 — вспомогательный контактный провод; Л —
клиновой зажим
269
тикальной плоскости имеют ломаный профиль с возможностью регули-
рования переходных участков этих скользунов по высоте и под углом
с помощью регулировочных устройств (вертикальных 6 н наклонных
4 регулировочных стержней). Над секционным изолятором в несущий
трос врезают полимерный изолятор 7, состоящий из стеклопластиково-
го стержня диаметром 20 мм и защитного трекингостойкого чехла, или
устраивают разнесенную изоляцию.
Изолирующий элемент крепят специальным зажимом <?, а секцион-
ный изолятор в целом соединяют с контактным проводом зажимом
средней анкеровки 9,
В секционных изоляторах ЦНИИ-12 применены полимерные встав-
кй-скользуны, состоящие из стеклопластикового стержня диаметром
12 или 14 мм и защитного чехла из керамических втулок и полимер-
ных шайб. Полимерные вставки-скользуны с износостойким защит-
ным чехлом допускают проход по ним полозов токоприемников.
На контактной сети переменного и постоянного тока могут быть
применены также трехпроводные секционные изоляторы, которые из-
готовляют непосредственно на дистанции контактной сети (рис. 177).
В этих изоляторах к основному контактному проводу подкатывают два
отрезка вспомогательного контактного провода, располагая их по обе
стороны от него в плане на расстоянии 300 мм при переменном токе
и 100 мм при постоянном. С одной стороны оба эти отрезка прикрепля-
ют к основному контактному проводу, а с другой—через изоляторы ан-
керуют на коромысло. С помощью натяжной муфты и отрезков стале-
Рис. 178. Малогабаритный секционный изолятор переменного
тока:
1 — скоба; 2 — тяга,- 3 — изолятор; 4 — контактный провод; 5 — зажим сред-
ней анкеровки; 6— шипа; 7 — направляющий полоз
270
медного троса йа вспомогательные контактные провода передается
примерно половина натяжения основного контактного провода.
Для удаления изоляторов от токоприемника устанавливают спе-
циальные распорки, которые приподнимают изоляторы на 150 мм выше
уровня рабочего контактного провода. К несущему тросу секционный
изолятор подвешивают на струнах. В секционных изоляторах посто-
янного тока этой конструкции применяют изоляторы РС-10, а в не-
сущем тросе—тарельчатые изоляторы ПФ-6. Нормальная длина трех-
проводного секционного изолятора равна 16 м. В отдельных случаях
при укороченных съездах устанавливали трехпроводные секционные
изоляторы длиной 8 м при постоянном токе и 12 м при переменном. По
трехпроводным секционным изоляторам токоприемники могут про-
ходить со скоростью не более 50 км/ч.
На участках переменного тока устанавливают также малогабарит-
ные секционные изоляторы с фарфоровыми изолирующими элемента-
ми (рис. 178). Особенностью их является включение в контактный про-
вод двух расположенных один над другим стержневых изоляторов
(верхний работает на сжатие, нижний — на растяжение) и применение
для прохода токоприемников двух направляющих полозов из уголков.
Недостатком этой конструкции является их большая масса.
58. ПОСТЫ СЕКЦИОНИРОВАНИЯ И ПУНКТЫ
ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ.
СЕКЦИОННЫЕ РАЗЪЕДИНИТЕЛИ И УПРАВЛЕНИЕ ИМИ
Пункты секционирования, обеспечивающие в местах раздела сек-
ций защиту контактной сети от токов перегрузки и короткого замыка-
ния, называют постами секционирования.
На постах секционирования установлены выключатели быстро-
действующие автоматические при постоянном
менном токе. Каждую секцию контактной
сети подключают через указанные выклю-
чатели к общей шине (рис. 179). Эти аппа-
раты обеспечивают отключение токов, пре-
вышающих уставку выключателя, лишь
и масляные при пере-
г/ сг оз м
при условии прохождения тока в' одном
определенном направлении. При корот-
ком замыкании на одной из секций элек-
трический ток пойдет на эту секцию через
выключатель от общей шины, что вызовет
отключение выключателя, по остальным
же секциям направление тока будет к об-
щей шине и выключатели останутся вклю-
ченными. Включение выключателей проис-
ходит автоматически или по телеуправле-
нию при восстановлении напряжения в кон-
тактной сети со стороны тяговой подстанции.
Количество выключателей, устанавлива-
емых на посту секционирования, зависит
Рис. 179. Принципиальная
схема поста секционирова-
ния двухпутной линии:
1 — общая шина; 2 — отключаю-
щий аппарат; 3 — секционный
разъединитель
271
Рис. 180. Принципи-
альная схема пункта
параллельного соеди-
нения двухпутной ли-
нии:
/ — реле контроля напря-
жения; 2 — разъедините-
ли; 3 — быстродействую-
щий выключатель- -i—ре-
ле РДШ
от числа секций. Ранее для постов секциониро-
вания строили специальные кирпичные помеще-
ния. В настоящее время их изготавливают ме-
таллическими и оборудование в них монтируют
на заводе, что значительно ускоряет и облегчает
процесс монтажа.
Дополнительное параллельное соединение
контактной сети между подстанцией и постом
секционирования в одной или двух точках без
продольного секционирования осуществляют
пунктами параллельного со-
единения. Этим обеспечивается сниже-
ние потерь электроэнергии и повышение напря-
жения в контактной сети. Пункты параллель-
ного соединения у тяговой подстанции позво-
ляют снизить рабочие токи на каждый выклю-
чатель подстанции за счет выравнивания токов
нагрузки и этим самым достигают улучшения
условий защиты оттоков короткого замыкания.
Параллельное соединение контактной сети
при постоянном токе выполняют быстродейст-
вующим выключателем ВАБ-28 (рнс. 180). Прн
коротком замыкании на одной из секций кон-
тактной сети срабатывает реле РДШ и в резуль-
тате отключается быстродействующий выклю-
чатель пункта параллельного соединения. При появлении напря-
жения в контактной сети обоих путей быстродействующий выключа-
тель включается.
Пункт параллельного соединения может быть выполнен также с
разъединителями, контакторами или поляризованными быстродейст-
вующими выключателями.
Пункты параллельного соединения для линий переменного тока
выполняют с масляным выключателем.
Секционные разъединители обеспечивают электрическое
соединение и разъединение между собой различных секций. Переклю-
чают эти разъединители специальными приводами вручную или ди-
станционно. Они должны обеспечивать: прохождение максимально
возможного электрического тока; отключение при наличии напряже-
ния на одной или обеих секциях; необходимую электрическую изоля-
цию между секциями в отключенном положении и от заземленных
конструкций.
В целях исключения поджогов иа ножах при возможном возник-
новении электрической дуги во время отключения разъединители по-
стоянного тока оборудуют дугогасящими рогами. Такими же рогами в
отдельных случаях снабжают и разъединители переменного тока.
На линиях постоянного тока применяют секционные разъедините-
ли РСУ-3000/3,3 (рис. 181), рассчитанные на прохождение длитель-
ного тока 3000 А и напряжение 3,3 кВ, Электрический ток проходит
по медному ножу. Разъединители монтируют на специальных штыре-
272
вых изоляторах (КО-400, ОНШ-Ю-2000). Изоляторы устанавливают
на специальной раме вертикально. Один из них является неподвиж-
ным, а второй с помощью специального вала в нижней части может
отклоняться от вертикального положения. При переводе рычагом под-
вижного изолятора в наклонное положение нож выходит из губок и
разрывает цепь. Плотное зажимание ножа между губками обеспечи-
вается стальными пружинами. Провода к каждой головке разъедини-
теля присоединяют болтовыми зажимами, рассчитанными на четыре
провода сечением до 120 мм2 каждый.
Если требуется при отключении разъединителя одновременно за-
землить отключаемую секцию, секционный разъединитель оборудуют
дополнительно заземляющим ножом,который крепится к подвижному
контакту. Этот нож при отключении входит в губки, закрепленные на
раме разъединителя.
На линиях переменного тока используют секционные разъедини-
тели РЛНД-35/1000, которые распространены на линиях электропере-
дачи и подстанциях напряжением 35 кВ. Указанные разъединители
рассчитаны на прохождение длительного тока 1000 А и напряжение
до 35 кВ. Эти разъединители смонтированы на двух стержневых изоля-
торах ОНС-35-500. Включается и отключается разъединитель с по-
мощью одновременно вращающихся двух изоляторов, связанных тя-
гой, которая соединяет рычаги у основания разъединителя. Рычаги
приварены к валам, которые в свою очередь соединены с изоляторами
и поворачивают их. Изоляторы вращаются таким образом, что укреп-
ленные на их головках полуножи поворачиваются в одну и ту же сто-
рону. При включенном положении разъ-
единителя один из полуножей входит в
пальцевые контакты, находящиеся на
конце другого полуножа. На головках
изолятора шарнирно укреплены кон-
тактные выводы, связанные с полуно-
жами гибкими проводниками из ленточ-
ной меди.
При необходимости заземляющий
нож располагают на специальном валу
со стороны полуножа с пальцевыми кон-
тактами. Вал заземляющего ножа вра-
щается в подшипнике, установленном
на основании разъединителя. При вклю-
чении заземляющего ножа его пальце-
вые контакты соединяются с контактом,
закрепленным на полуноже. Соединение
Рнс. 181. Секционный разъеди-
нитель постоянного тока
РСУ-3000/3,3:
I — заземляющий нож; 2 — подвиж-
ный изолятор; 3 — дугогасительпыс
рога; 4—главные контакты; 5 —
контактный вывод; 6 — неподвиж-
ный изолятор; 7 *— опорная рама
заземляющего ножа с заземленным ос-
нованием для надежности контакта вы-
полнено гибкой ленточной медью.
Разъединители устанавливают на
опорах контактной сети, как правило,
на специальных выносных кронштейнах;
к проводам контактной сети их присо-
273
едипяют медными проводами, причем к подвижным контактам присо-
единяют гибкие провода МГ. При необходимости эти провода закреп-
ляют на опорных изоляторах, что увеличивает надежность крепления.
Включаются и отключаются секционные разъединители приводами,
установленными внизу опоры и соединенными с рычагами разъеди-
нителя системой шарнирно связанных между собой труб или тросовы-
ми тягами. На линиях переменного тока для разъединителей без за-
земляющего ножа применяют ручные приводы ПРН-110 и для разъ-
единителей с заземляющим ножом — ПРНЗ-35 и ПРН-220.
Для дистанционного переключения секционных разъединителей
как при постоянном, так и переменном токе используют универсаль-
ный двигательный (моторный) привод УМП-И (рис. 182). Меха-
низм 2 привода установлен в литом чугунном корпусе 1 и закрыт
крышкой 3. Привод работает от сети переменного тока напряжением
220 В и состоит из электродвигателя УЛ-062 мощностью 270 Вт и час-
тотой вращения 8000 об/мин, редуктора, фрикциона и блокировок.
Масса привода 60 кг. Надежная работа моторного привода обеспечи-
вается при напряжении не менее 160—170 В. На линиях постоянного
тока моторный привод устанавливают на опоре и комплектуют рыча-
гом, к которому присоединяют трубчатые или тросовые тяги, идущие
к разъединителю. На линиях переменного тока привод устанавливают
на выносном кронштейне, выходной вал 4 соединяют муфтой с трубча-
тым валом, соединенным с разъединителем. Моторный привод позволя-
ет переключать разъединители вручную поворотом вала при открытой
крышке, дистанционно с пульта управления и по телеуправлению.
Дистанционное управление осуществляют с универсального пульта
управления ПУУ-II, который монтируют на пластмассовом основании
и закрывают крышкой из того же материала. Ручка пакетного пере-
ключателя предназначена для переключения на режим телеуправле-
ния или дистанционного управления с пульта. Пуск моторного при-
вода осуществляют кнопкой, предварительно поставив ручку пакет-
ного переключателя на управление с пульта. Сигнальные лампы пока-
зывают положение секционного разъединителя. При отключенном по-
ложении горит зеленая лампа и при включенном — красная. Для осу-
ществления дистанционного управления между пультом управления
и приводом секционного разъединителя проложены трн провода.
Рис. 182. Двигательный (моторный) привод УМП-11
274
К -защите напряжению для подстанций
переменного тона
К защите от замыканий на землю для оад-
тр станции постоянного тока.
| Моторный при8од\
Линия
^220 8
{ Пульт управления
Рис. 183. Схема управления двигательным приводом
Рассмотрим схему дистанционного управления, показанную для
отключенного положения разъединителя (рис. 183). Питание подается
на пульт управления через предохранители. При положении, показан-
ном на схеме, якорь Д и обмотка возбуждения двигателя не получают
достаточного напряжения из-за сопротивления резистора и на
пульте управления горит зеленая лампа ЛО. Для включения перево-
дят в положение «Включено» переключатель ПЛ, нажимают пусковую
кнопку КЛ, шунтируя этим резистор R2. Электродвигатель Д прихо-
дит в движение, включая секционный разъединитель, и его переключа-
тель ЛД займет положение, противоположное показанному на схеме.
После отпускания кнопки КП загорится красная сигнальная лам-
па ЛВ. Для отключения разъединителя поворачивают переключатель в
положение «Отключено» и нажатием пусковой кнопки КП шунтируют
резистор R1. Электродвигатель приходит в движение, отключая сек-
ционный разъединитель, а переключатель двигателя вновь примет
исходное положение, показанное на схеме. В схеме имеется автомати-
ческий выключатель АВ, защищающий двигатель от коротких замыка-
ний и перегрузок. Блок-контакт БД исключает возможность включения
электродвигателя при открытой дверце привода. Блок-контакты БЗ
не допускают включение электродвигателя привода с пульта при вклю-
ченном заземляющем ноже. При включении пульта в систему телеуп-
равления к нему присоединяют специальную приставку (стойку) те-
леуправления.
59. СТЫКОВАНИЕ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО
И ПОСТОЯННОГО ТОКА
Наличие двух систем электрической тяги—переменного и постоян-
ного тока—требует сооружения станций стыкования, на которых осу-
ществляется смена локомотивов соответствующей тяги. Для этого кон-
тактную сеть стыковой станции разбивают на секции так, чтобы была
276
возможность питания отдельных секций как переменным, так и посто-
янным током (рис. 184); или используют электр он сдвижной состав
(э. п. с,), способный работать как на переменном, так и на постоян-
ном токе.
На станциях стыкования имеются группы изолированных секций
контактной сети: постоянного тока, переменного тока и переключае-
мые, в которые при необходимости может быть подано напряжение
постоянного или переменного тока.
Секционирование групп постоянного и переменного тока выполня-
ется так же, как и контактной сети станций и парков, электрифици-
рованных на постоянном или переменном токе. В переключаемой груп-
пе количество секций должно быть минимально необходимым для обес-
печения поездной и маневровой работы. При этом предусматривают
параллельные маршруты на разных родах тока.
Контактную сеть с одного рода тока на другой переключают спе-
циальными переключателями с моторными приводами, устанавлива-
емыми на пунктах группировки. Пункты группировки получают пи-
тание от тяговой подстанции постоянно-переменного тока, расположен-
ной на этой же станции. Питающие линии тяговой подстанции соот-
ветствующего тока подключают к контактной сети обеих горловин стан-
ции стыкования и прилегающих перегонов, а в районе переключения—
к пунктам группировки (рис. 185). К каждому пункту группировки
подведены по две питающих линии переменного и постоянного тока.
Питающие линии к шине переменного тока подключают разъедини-
телями РЛНД-35/1000, а к шине постоянного тока — разъединителя-
ми РС-3000/3,3 с дистанционным управлением.
Разъединители монтируют на опорах контактной сети, располо-
женных вблизи пунктов группировки переключателей. Кроме шин
переменного и постоянного тока, в пункте группировки предусмотре-
на резервная шина, получающая питание через резервный переключа-
тель, с двух сторон от которого имеются разъединители. Наличие ре-
зервной шины дает возможность заменить любой переключатель ре-
зервным.
Рис. 184. Упрощенная схема питания и секционирования контактной сети стан-
ции стыкования:
,4 и Б — парки путей; I и //—главные пути; ПГ — пункт группировки; /, 2 — тупики отстоя
электровозов соответственно постоянного и переменного тока; 3, 4 — питающие линии соот-
ветственно постоянного и переменного тока; 5 — переключатель систем тока
276
Рнс. 185. Схема коммутации пунктов группировки и зашиты станции стыкования
Для защиты оборудования устройств электроснабжения и э.п.с.
постоянного тока при попадании на них напряжения переменного то-
ка имеется аппаратура защиты стат-щий стыкования (ЗСС). При попа-
дании импульса напряжения переменного тока па вентильный раз-
рядник 6 увеличенная амплитуда импульса подается через трансформа-
тор запала 4 на вспомогательный электрод защитного искрового про-
межутка 2, который, срабатывая, шунтирует вентильный разрядник
и соединяет защищаемый участок с землей. При этом через искровой
промежуток проходит ток короткого замыкания до срабатывания за-
щиты.
Разделяющий конденсатор 5 установлен для предотвращения ко-
роткого замыкания через первичную обмотку трансформатора запала,
имеющую малое сопротивление. Сглаживающий конденсатор 1 умень-
шает амплитуды набегающих на аппаратуру защиты волн атмосферных
и коммутационных перенапряжений. Кроме того, запасенная в кон-
денсаторе энергия позволяет после пробоя искрового промежутка вен-
тильного разрядника получать более крутой импульс напряжения,
что способствует более четкому срабатыванию защиты.
Для контроля за срабатыванием защиты ЗСС в цепи заземления
установлено реле 3, которое при прохождении по нему тока в момент
перекрытия искрового промежутка замыкает свои контакты. В резуль-
тате на щитке сигнализации, установленном па посту маршрутно-ре-
лейной централизации (МРЦ), звонит звонок и выпадает соответству-
ющий сигнальный флажок.
Для исключения ошибочной подачи на отдельные секции контакт-
ной сети тока, не соответствующего находящемуся там э.п.с., а также
выезда э.п.с. на секции контактной сети, куда подан ток другой систе-
мы, переключатели блокируют: между собой, с устройствами цент-
рализованного управления стрелками, с сигналами станции стыкова-
277
Переменный тон 27,5 кв 2 Постоянный ток 3,5кв
Рис. 186. Переключатель контактной сета выкатного типа:
1, 3—крайние контакты; 2 — средний контакт; 4 — тележка; 5 — контакт присоединения к шинам; 6— головка
подвижного контакта; 7 — механизм доводки и блокировки; 8— контактор; 9 — привод переключателя; 10 — электро-
двигатель; 11 — редуктор; /2 — кривошип; /3 — кулиса; 14 — ручной привод; 15 — стопор
278
ния- Управление переключателями включают в единую систему марш-
рутно-релейной централизации станции.
Таким образом, дежурный поста при подготовке маршрута одно-
временно с установкой стрелок и сигналов в требуемое положение вы-
полняет соответствующее переключение контактной сети. Напряже-
ние в секции контактной сети в районе переключений подается в зави-
симости от рода тока проходящего электровоза. Если на переключае-
мый путь вошел электровоз, то переключить напряжение в данной сек-
ции уже нельзя до его выхода, а открыть сигнал для выхода возможно
лишь при условии подачи на смежную секцию того же рода тока. После
отцепки электровоза от состава и выхода его с секции напряжение в.
секции может быть переключено на другое, даже если путь остается
занятым вагонами. Это обеспечивается посредством специальной сис-
темы счета заездов электровозов как само движущейся единицы.
На станциях стыкования применяют переключатели двух типов—
малогабаритные для установки как на открытом воздухе, так и в по-
мещении, н выкатного типа для внутренней установки в неотапливае-
мом помещении. Переключатели рассчитаны на длительный ток 1000А
прн напряжении 3,3 кВ постоянного тока и 300 А при напряжении
27,5 кВ переменного тока.
Малогабаритный переключатель имеет три розеточных контакта,
в которые входит токоведущий стержень, перемещаемый направ-
ляющей изолирующей тягой. Крайние розеточные контакты план-
ками присоединяют соответственно к линиям постоянного и пере-
менного тока, а средний — к переключаемой секции контактной сети.
Находясь в одном из крайних положений, токоведущий стержень
подключает переключаемую секцию к напряжению постоянного или
переменного тока. Крайние контакты расположены в дугогасительных
камерах, которые имеют выхлоп в атмосферу и предназначены для
гашения дуги при переключениях. Переключатель приводит в дейст-
вие стрелочный привод СПВ-5 м.
Переключатель выкатного типа (рис. 186) смонтирован на тележке
и имеет три неподвижных контакта: крайние, присоединенные посред-
ством контактов к шинам переменного и постоянного тока, и средний —
к шине, соединенной с переключаемой секцией контактной сети.
Средний контакт связан гибким шунтом с головкой подвижного кон-
такта. Привод переключателя посредством кулисы перемещает под-
вижной контакт из одного крайнего положения в другое до соприкос-
новения с одним из неподвижных контактов. Для возможности уста-
новки переключателя в среднее положение имеется ручной привод.
В случае неисправности он может быть заменен резервным, находя-
щимся в том же распределительном устройстве.
XV РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ, ЗАЗЕМЛЕНИЯ,
ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И ОГРАЖДЕНИЯ
60. УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ НА УЧАСТКАХ ПОСТОЯННОГО
И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ОТСАСЫВАЮЩИЕ ЛИНИИ
На электрифицированных железнодорожных линиях постоянного
и переменного тока в качестве обратного провода используют рельсы
Р43, Р50, Р65 и Р75.
Тяговый ток, возвращаясь па тяговую подстанцию по рельсам, при
недостаточной изоляции рельсов от земли растекается по земле. Такой
ток называют блуждающим.
Для ограничения утечки тяговых токов в землю и тем самым сни-
жения вредного воздействия блуждающих токов на подземные соору-
жения принимают меры по увеличению переходного сопротивления
между рельсами и землей и уменьшению сопротивления рельсовой
цепи.
Изоляции рельсов от земли способствуют щебеночный балласт,
просвет между подошвой рельса и поверхностью балласта размером
не менее 3 см, железобетонные или деревянные шпалы, пропитанные
антисептическими материалами. Все присоединенные к рельсам зазем-
ляющие провода и соединители изолируют от земли и металлических
и железобетонных сооружений. Все неэлектрифицированные пути от-
деляют от электрифицированных двумя изолирующими стыками, ус-
тановленными в каждую рельсовую нить так, чтобы исключалась
возможность замыкания подвижным составом неэлектрифицированных
путей с электрифицированными. В местах примыкания к электрифи-
цированным путям тупиков, не используемых для прохождения тяго-
вых токов, устраивают по одному изолирующему стыку в каждой рель-
совой нити.
Для уменьшения сопротивления рельсовой цепи на электрифици-
рованных линиях устанавливают стыковые электричес-
кие соединители из отрезков гибкого медного провода сече-
нием не менее 50 мм2 при переменном и не менее 70 мм2 при постоянном
токе с двумя наконечниками, привариваемыми электросваркой или
термитным способом к головкам рельсов. Поверхность кон