Исследование электромеханического изнашивания контактных пар устройств токосъема электрического транспорта

Актуальность исследования электромеханического изнашивания контактных пар устройств токосъема электрического транспорта вызвана постоянно растущими требованиями к повышению энергосбережения электрической энергии на городском электрическом транспорте, и как следствие требованиями к повышению качества токосъема в данном виде транспорта.

Проблема износа контактных пар устройств токосъема на городском электрическом транспорте (ГЭТ) не теряет своей актуальности. Известно, что на устройства токосъема ГЭТ приходятся высокие нагрузки вследствие различных видов износа, характеризующиеся ухудшением энергоэффек­тивности работы транспорта, а порой и вовсе его отказом в работе. Износ оказывает влияние на процессы пуска электрического транспорта и приводит к дополнительным потерям электроэнергии, в результате чего требуется ремонт токосъема или его замена.

Для минимизации затрат на ремонт и обслуживание контактных пар устройств токосъема требуется выбрать оптимальные материалы и конструкцию данного устройства в соответствии с условиями эксплуатации.

Согласно государственным стандартам РФ износом контактного провода является уменьшение сечения контактного провода контактной подвески железной дороги под воздействием механического и электрического износов. Таким образом, износ контактного провода разделяют на механический и электрический.

Интенсивность износа контактного провода зависит от величины контактного нажатия токоприемника и характеризуется кривой, приведенной на рисунке 1. Из зависимости видно, что во время токосъема контактное нажатие имеет зону оптимальных нажатий, при которых износ контактирующих элементов будет минимальным.

При уменьшении или увеличении силы контактного нажатия кривая показывает, что износ провода увеличивается.

Рисунок 1. График зависимости интенсивности износа контактирующих элементов от величины нажатия токоприемника ЭПС при I = const

В работе [1] предлагается введение понятия «теплового износа» медного контактного провода. Под тепловым износом понимается процесс термического разупрочнения некоторого объема провода под действием тепловых импульсов.

При механическом или электрическом износах происходит уменьшение сечения провода, повышения тепловой нагрузки, а также относительно небольшое вытягивание провода, как результат постоянно действующей растягивающей нагрузки и влияния внешних сил. В результате уменьшения активного сечения и удлинения провода плотность тока в проводе возрастает (область зоны электрического износа на рисунке 1), материал контактирующих при токосъеме элементов теряет свои прочностные свойства и при достижении температуры материала выше допустимого значения температуры нагрева. В режиме токосъема контактирующие элементы токоприемника испытывают усилия контактного нажатия, величина которого определяется механическими свойства материала контактирующих элементов токоприемника и допустимой рабочей температурой (область зоны механического износа на рисунке 1). При уменьшении активного сечения контактирующих элементов токоприемника температура в сечении возрастает, прочностные свойства материала уменьшаются и возникают условия, обуславливающие увеличение тепловые потери и потери механические, что характеризуется электромеханическим износом (зона электромеханического износа на рисунке 1), для которого характерно образование удлиненной шейки на проводе, которая при определенных значениях параметров приводит к разрыву.

Совместное воздействие теплового износа (электрический износ) с натяжением контактного привода (механический износ) в большинстве случаев приводит к обрыву контактного провода даже без значительного уменьшения его сечения и удлинения.

Таким образом, решение задачи определения параметров, характери­зующих область электромеханического износа контактных пар устройств токосъема электрического транспорта с учетом условий его эксплуатации, обеспечит повышение энергосбережения электрической энергии на городском электрическом транспорте,