Россия
Целью исследования, описанного в данной статье, является создание модели асимметричного токоприёмника, предназначенного для высокоскоростного подвижного состава железных дорог. Сравнение разрабатываемой конструкции проведено с токоприёмниками SSS400+ и ТА1-УКС.160. Проектирование и исследование токоприёмника производятся в САПР SolidWorks, позволяющей в рамках одного программного обеспечения провести практически весь необходимый комплекс исследований без натурных испытаний. Ключевыми направлениями исследований являются поиск достаточно точной и быстродействующей системы привода токоприёмника, а также анализ перспективы использования рам нестандартного сечения. В статье приведены результаты прочностных расчётов звеньев токоприёмника. Описан принцип альтернативного способа приведения механизма в движение.
токоприёмник, высокоскоростной транспорт, привод токоприёмника, асинхронный двигатель, треугольное сечение
Исследования в области высокоскоростного железнодорожного транспорта приобретают все большую актуальность для Российской Федерации, этому способствует успешная эксплуатация поездов Siemens Velaro Rus на участке Москва – Санкт-Петербург. 18 сентября 2018 г. было заключено соглашение между Siemens AG и ООО «Уральские локомотивы» о производстве высокоскоростных поездов на территории РФ [1].
Целью представленной работы является создание модели токоприёмника для высокоскоростного подвижного состава, обладающей конкурентными с зарубежными аналогами характеристиками. По причине отсутствия в РФ производства токоприёмников для высокоскоростных поездов сравнение разработанной конструкции в данной статье производится с токоприёмником электропоезда «Сапсан», а также с наиболее близким к нему по своей конструкции отечественным токоприёмником ТА1–УКС.160.
Проектируемая конструкция должна обладать эксплуатационной скоростью до 400 км/ч, иметь возможность точной активной регулировки высоты подъёма полоза для лучшего контроля усилия нажатия на контактный провод, а также иметь упрощённую конструкцию, как для удобства производства, так и для удобства эксплуатации при неукоснительном соблюдении требований ГОСТ 32204-2013 Токоприемники железнодорожного электроподвижного состава.
Как уже было сказано, аналогами, с которыми проводится сравнение проектируемой конструкции в исследовании, являются токоприёмники SSS400+ и ТА1-УКС.160 (рис. 1). Такое сравнение обусловлено тем, что асимметричные токоприёмники обладают на сегодняшний день лучшим сочетанием показателей массы, прочности, количества подвижных соединений и подрессоренной массы, чем их симметричные аналоги. По это причине симметричные токоприёмники в исследовании не рассматриваются.
В результате проектирования при помощи САПР SolidWorks была создана модель токоприёмника, представленная на рис. 2. В дальнейших прочностных расчётах её основные элементы рассматривались по отдельности. Каждому элементу была задана нагрузка, эквивалентная статической согласно требованиям ГОСТ, после чего были проведены корректировки геометрии элементов с целью уменьшения напряжений в материале. Коэффициенты запаса прочности основных элементов представлены в табл. 1 [2].
Отличительной особенностью геометрии звеньев конструкции является треугольное поперечное сечение верхней и нижней рам, дающее возможность размещать в их внутренней полости магистрали дополнительных систем токоприёмника, а также наиболее уязвимое и, вместе с тем, достаточно важное звено конструкции – синхронизирующую тягу [3]. По результатам проектирования была зарегистрирована полезная модель № 181784.
В качестве привода токоприёмника планируется использовать систему, описанную в изобретении RU 2 694 933 C1 «Электромеханическая система» (рис. 3). Данная система состоит из магнитопровода с размещенной на нем сетевой обмоткой 1, вращающейся короткозамкнутой вторичной обмотки 3, на внутренней поверхности которой нанесена и жестко связана с обмоткой резьба. Неподвижный элемент из антифрикционного неэлектропроводящего материала выполняет функцию радиального подшипника скольжения 2, вала 4. На валу 4 также нанесена резьба. При этом между вращающейся обмоткой 3 и валом 4 образовано резьбовое соединение. На торцевых частях магнитопровода 1 установлены кольца 5 с диаметром внутреннего отверстия, превышающим наружный диаметр вала, выполненные из антифрикционного материала и образующие между собой и торцевыми частями вращающейся вторичной обмотки подшипник скольжения [4].
1. Уральские локомотивы URL: http://ulkm.ru/actions/na-uralskix-lokomotivax-budut-proizvodit-vysokoskorostnye-poezda-sapsan/ (Дата обращения 24.11.2019).
2. Ким К.К. Концепт токоприёмника для высокоскоростного подвижного состава / К. К. Ким, А. А. Свечников, М. А. Герасимов // Прорывные технологии электрического транспорта.Материалы Девятого П78 Международного симпозиума «Элтранс-2017» («Eltrans-2017»), посвященного 130-летию основания Г.К. Мерчингом электротехнической школы в России. - «НП-Принт». - 2019. - С. 216-221.
3. Пат. 181784 Российская Федерация, МПК7 B 60 L 5/00 (2006.01). Токоприёмник электроподвижного состава [Текст] / Ким К. К. ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I"; заявл. 12.12.17 ;опубл. 26.07.18 Бюл. № 21. - 9 с. : ил.
4. Пат. 2 694 933 Российская Федерация, МПК H02K 7/06 (2006.01), F16H 25/20 (2006.01), H02K 17/16 (2006.01). Электромеханическая система [Текст] / Иванова А. И. заявитель и патентообладатель ПАО "Авиационная холдинговая компания "Сухой" ;заявл. 14.06.2018 ;опубл. : 18.07.2019Бюл. № 20. - 8 с. : ил.
