Организация высокоскоростного движения лекции. Лекции по дисциплине организация высокоскоростного движения I семестр СанктПетербург пгупс 2015
 Скачать 1.92 Mb.
|
|
34 Рисунок 17 - схема тягового электроснабжения ВСМ Японии: а – по схеме Скотта; б – по модифицированной схеме Вудбриджа Особенности КС ВСМ определяются конструктивными параметрами контакт- ных подвесок, зависящими от многих факторов. Основными из них являются до- пустимая нагрузка по току и максимальная скорость движения по условию обес- печения надежного токосъема. Сами конструкции контактных подвесок на ВСМ не имеют существенных от- личий от обычных. Выполняются цепными, одинарными и комплексными. Контактные провода выполняются из электролитической или легированной меди, несущий трос из меди или бронзы. Подвески могут выполняться как с рессорным узлом, так и без него. Для обес- печения пропуска больших токовых нагрузок сечение контактного провода уве- личивается до 120-150 мм 2 Контактные подвески делятся на анкерные участки длиной порядка 1200 мет- ров. Сопряжение анкерных участков выполняется, как правило, 4-5 пролетные. Обеспечение надежного токосъема на высоких скоростях достигается за счет уменьшения длин пролётов до 63-65 метров, повышения натяжений НТ и КП с целью выравнивания эластичности по длине пролета и улучшения динамических показателей контактных подвесок. Динамические показатели: Скорость распределения механической волны вдоль КП, Ст, км/ч; Коэффициент отражения механической волны, r; Коэффициент Доплера, определяющий взаимное соотношение скоростей токоприемника и механической волны, α (V, км/ч); Коэффициент усиления контактного нажатия, γ 35 36 Особенности подвижного состава на ВСМ На высокоскоростном ЭПС нашли применение в настоящее время две концеп- ции тягового привода: Локомотивная (сосредоточенная) – тип ПС с ТЭД установленными на элек- тровозах, которые размещаются по одному в головной и хвостовой частях поезда; Моторвагонная (распределенная) концепция – тип ПС с относительно рав- номерным размещением ТЭД по осям вдоль поезда. Высокоскоростной ЭПС в условиях эксплуатации не переформируется и рас- цепляется только в депо при проведении ремонтных работ. В последнее время производители высокоскоростного подвижного состава в своих новейших разработках отдают предпочтение распределённой тяге. Счита- ется, что поезда с распределённой тягой обладают большей полезной площадью пассажировместимости, лучшей разгонной динамикой. Кроме этого распределён- ная тяга позволяет более эффективно распределять силу тяги по длине состава, что улучшает сцепные характеристики поезда, приводя к меньшему количеству боксования, возможности преодоления более крутых уклонов, снижению износа колесных пар. Количество ТЭД на современном высокоскоростном подвижном составе – от 8 до 16 штук, а их мощность может изменяться от 500 кВт до 1200 кВт. Результирующая мощность тягового электропривода ЭПС EuroStar – 12,5 МВт. Самый мощный в мире грузовой электровоз 4ЭС5К «Ермак» имеет мощность 13,1 МВт. Наиболее важным элементом ходовой части рельсового экипажа является ко- лесная пара. Колесо являясь движителем, а также средством поддержания и задания траек- тории экипажа, не требует энергии для поддержания необходимого зазора между экипажем и поверхностью земли, поэтому затраты на передвижение экипажей яв- ляются минимальными. Вместе с тем, система колесо-рельс имеет ряд недостат- ков: Невозможно сделать идеально гладкими железнодорожный путь и колесо; Особую сложность представляет процесс прохождения кривых на высоких скоростях; На ВСМ используется ПС с разными типами опирания вагонов на тележки: С двумя двухосными тележками на каждый вагон – данный тип наиболее распространен на ВСМ; С одной промежуточной двуосной тележкой для двух смежных вагонов (сочлененные вагоны). В данном типе опирания используются более ко- роткие вагоны; С одной промежуточной одноосной тележкой для двух сочлененных ваго- нов. Сокращение количества осей позволяет снизить дополнительное сопротивле- ние движению от кривых, однако, одновременно заставляет снижать массу и длину вагонов. 09.12.15 37 Эксплуатация поезда из сочленённых вагонов усложняется, поскольку при ре- монтных работах для поддержания расцепленных вагонов требуются технологи- ческие тележки. Практически все перевозки в высокоскоростных поездах осуществляются только в сидячем положении. Исключением являются несколько протяженных маршрутов, где используется высокоскоростные поезда со спальными вагонами. На кузов ПС воздействуют высокие аэродинамические нагрузки, в т.ч. и на дверные устройства. На высокоскоростном подвижном составе в качестве наружных дверей ваго- нов получили распространение «плаг-двери». Кузов вагонов высокоскоростных поездов делается герметичным, а установки вентиляции и кондиционирования воздуха объединяются с системой защиты пас- сажиров от резких перепадов давления. В систему жизнеобеспечения вагонов входят емкости для хранения запасов воды: отдельно для технических нужд и отдельно для питья. Важным элементом создания комфортных условий поездки является инфор- мационное обеспечение пассажиров. Требования по обеспечению безопасности в аварийных ситуациях Движущийся с высокой скоростью поезд является источником повышенной опасности из-за его кинетической энергии. Типичными и наиболее опасными случаями, приводящими к аварии и ката- строфе, являются: сход подвижного состава; столкновение поездов. В таких случаях за ПС остается функция пассивной защиты, которая заключа- ется в амортизации удара для снижения ускорения-замедления (-а) и обеспечения жесткости тех частей кузова, где размещены локомотивная бригада и пассажиры. С этой целью в носовой части кузова первого и концевого вагонов размещают сцепные устройства повышенной энергоемкости, а также аварийные амортиза- торы удара: амортизаторы удара имеют сотовые (ячеистые) металлические конструкции, которые при ударе сминаются и поглощают значительное количество энер- гии. межвагонные соединения и тамбурные части вагонов проектируют с мень- шей плотностью, создавая «жертвенные» части, принимающие на себя зна- чительную часть энергии при деформации и позволяющие сохранить от раз- рушения пассажирский салон. ПС с устройствами наклона кузова. Возможности повышения скорости движения поездов ограничены действием на пассажиров в кривых поперечного или центробежного ускорения: ?????? ЦБ = ?????? 2 3,6 2 ∙ ?????? ; 16.12.15 38 Максимально допустимое поперечное ускорение (?????? ЦБ ) для ПС определяется усилиями, действующими на путь, и значительно превосходит то, которое пере- носит человек. Действие ?????? ЦБ в кривых частично снижается устройством возвышения наруж- ного рельса, но полностью быть скомпенсировано таким путем не может при вы- соких скоростях. При недостаточном возвышении наружного рельса и невозмож- ности увеличения радиуса кривых применяют вагоны с устройством наклона ку- зова. Производитель такого поезда (Pendollino) Италия. При использовании таких вагонов некоторая доля ?????? ЦБ ощущается пассажи- рами как вертикальное ускорение. Во время включения такой система верхняя часть кузова вагона наклоняется к центру кривой, что по воздействию на пасса- жира равносильно возвышению наружного рельса. Сила не должна быть полно- стью скомпенсирована, т.к. у пассажира может возникнуть ощущение «морской болезни». Исследования показали, что применение системы наклона кузова позволяет повысить скорость в кривых на 25% Транспорт на магнитном подвесе Исследования по созданию высокоскоростного транспорта на магнитном под- вешивании начали проводиться с 1960-х гг. Начали этим заниматься немцы, со- здавшие поезд Transrapid. В настоящее время главенствующая роль в развитии такого транспорта принадлежит Японии. Магнитолевитационный принцип дви- жения (Maglev) использует эффект отталкивания и притяжения магнитов. Преимуществом транспорта Maglev является отсутствие силы трения. Если путевую структуру и ПС снабдить развернутым электродвигателем, то можно получить перемещение ПС относительно путевой структуры. В транспорте Maglev используется преимущественно два типа подвешивания: 1. Электромагнитное ЭМП 2. Электродинамическое ЭДП ЭМП осуществляется с помощью электромагнитов постоянного тока. Подъем вагонов обеспечивается силами притяжения электромагнитов к неподвижному ферромагнитному рельсу путевой структуры, при этом достигается сравнительно небольшая высота подвешивания 8-10мм, что предъявляет жесткие требования точности изготовления и регулирования ЗП, а также точности регулирования то- ков в обмотках электромагнитов. Сила тяги, приводящая ПС в движение, создается взаимодействием магнит- ного поля электромагнитов ПС с бегущим магнитным полем трехфазной обмотки статора линейного синхронного двигателя, размещенного в путевом полотне. Сбоку расположены направляющие электромагниты. Снизу—поддерживающие. 18.12.15 39 Меняя направление электрического тока (чередованием фаз) в статоре элек- тродвигателя можно поучать разгон или ускорение ПС. С увеличением скорости движения поезда уменьшается сила притяжения ПС к полотну. Для поддержания требуемой высоты подвешивания необходимо в про- цессе движения изменять величину тока возбуждения в электромагнитах с помо- щью быстродействующей системы управления. Основным недостатком системы ЭМП является малая высота и неустойчи- вость подвешивания. Для получения больших значений высоты подвешивания требуются более мощные электромагниты. Для этого на ПС используют сверх- проводящие электромагниты, обмотки которых охлаждают криогенной жидко- стью. ЭДП основано на действии сил отталкивания сверхпроводящих электромагни- тов постоянного тока, размещенных на ПС, с короткозамкнутыми контурами из токопроводящего немагнитного материала (алюминий), расположенными в путе- вой структуре. При перемещении источника магнитного поля относительно путевых корот- козамкнутых контуров в них наводятся токи, стремящиеся вытолкнуть источник магнитного поля из области расположения путевых контуров. Рисунок 18 ЭДП при использовании сверхпроводящих магнитов позволяет поднять поезд весом в несколько тонн на высоту 100-150мм. ЭДП может достигаться только при определенных скоростях движения (70км/ч). Поэтому при разгоне и торможении требуется применение колес, напоминающих самолетные шасси. Для создания силы тяги и торможения на вертикальных стенках пути установ- лены электромагнитные катушки, питающиеся трехфазным током. Эти катушки во взаимодействии со сверхпроводящим магнитом образуют линейный двигатель. Рисунок 19 – линейный двигатель 40 Сравнение высокоскоростных магнитных и колесных поездов При одинаковых скоростях движения потребление энергии поездом на маг- нитном подвесе на 25% выше, чем колесным поездом. Общая потребность в железе в системе магнитной левитации в 4 раза больше, чем в системе колесо-рельс. В 4 раза дороже обходятся преобразователи электроэнергии в системе Maglev. Затраты на путевую структуру Maglev в 1,4раза выше. Плюсом Maglev является наиболее высокая скорость передвижения (600км/ч). С точки зрения безопасности существует мнение, что транспорт Maglev наиболее предпочтителен, т.к. нет возможности схода с рельсов |