Определение расчетного пролета для анкерного участка с подвижными точками подвеса

Если точки подвеса имеют возможность перемещаться, натяжение провода по всей длине а.у. будет одинаковым. Для каждого а.у. можно подобрать одиночный расчетный пролет, называемый эквивалентным пролетом, в котором натяжение провода будет изменяться по тому же закону, что и в рассматриваемом а.у.

Докажем это и найдем формулу для расчета эквивалентного пролета. Обозначим l₁, l₂, l₃ ... l_n длины пролетов в а.у. (всего n пролетов), l_э – искомую длину эквивалентного пролета. Выведем уравнение состояния для а.у. По формуле (64) можно определить длину провода в каждом пролете и во всем а.у. в исходном и в определяемом режимах:

(103)

(104)

Следовательно

(105)

С другой стороны, как и при выводе уравнения состояния для одного пролета, ∆L можно представить как сумму удлинений во всех пролетах а.у., вызванных изменением температуры и натяжения:

(106)

Приравняв выражения (105) и (106), Разделив обе части этого выражения на получим уравнение состояния провода для а.у.:

(107)

С другой стороны, запишем в аналогичной форме уравнение состояние провода для эквивалентного пролета:

(108)

Приравнивая левые части уравнений (107) и (108) находим, что

(109)

где L_a – длина а.у., м.

Заменив различные пролеты а.у. одним эквивалентным, можно по уравнению состояния провода для эквивалентного пролета установить закон изменения натяжения провода в зависимости от климатических условий для всего а.у. Т.е. при подвижных точках подвеса в качестве расчетного принимают эквивалентный пролет. При этом стрелы провеса будут разными для каждого конкретного пролета.

3.3.4. Последовательность расчета провода

1 Для заданного географического района устанавливают расчетные климатические факторы по нормативным документам и по данным наблюдений метеостанций повторяемостью 1 раз в 10 лет с учетом местных условий (t_min, t_max, V_max, b_max, V_г).

2 Определяют распределенные вертикальные, горизонтальные и результирующие нагрузки на провод для расчетных режимов Р_tmin, Р_tmax, РГВ, РВ_max.

3 Задают на основании нормативных документов (например, СТН ЦЭ 141-99 [3]) максимально допускаемое натяжение провода, или определяют его по формуле (9). Это натяжение не может быть превышено ни при каких условиях.

4 Вычисляют длины критических пролетов.

5 Осуществляют трассировку а.у. и разбивку длин пролетов в пределах каждого а.у.

6 Выбирают расчетный пролет (пролеты).

7 Определяют наиболее тяжелый (исходный) режим, в котором провод будет иметь принятое ранее максимально допускаемое натяжение путем сравнения расчетного пролета с критическими.

8 По уравнению состояния находят натяжение провода в других расчетных режимах.

9 Составляют монтажные кривые и таблицы зависимости H_i(t_i) для расчетных пролетов.

10 Для установленных натяжений и нагрузок в разных режимах определяют стрелы провеса провода в каждом реальном пролете а.у.

11 Контролируют соблюдение габаритов.

4. Цепные контактные подвески

4.1. Классификация контактных подвесок

По наличию НТ контактные подвески делятся на простые и цепные.

На рисунке 49 изображена простая контактная подвеска. В этом случае КП подвешивается непосредственно к поддерживающим конструкциям.

Рисунок 49 – Схема простой контактной подвески

На рисунке 50 изображена цепная контактная подвеска. В этом случае КП подвешивается к НТ с помощью струн (иногда через вспомогательный трос), а НТ крепится к поддерживающим конструкциям:

Рисунок 50 – Схема цепной контактной подвески

Цепные подвески, в свою очередь, так же делятся по способу подвешивания контактного провода. На рисунке 51 изображена одинарная, двойная и сложная контактная подвеска.

Рисунок 51 – Классификация цепных подвесок по способу подвешивания контактного провода

По способу регулирования натяжения проводов цепные подвески делятся на некомпенсированные, полукомпенсированные и компенсированные. На рисунке 52 приведены схемы этих подвесок.

Рисунок 52 – Классификация цепных подвесок по способу регулирования натяжения проводов

По конструкции опорного узла контактные подвески делятся на подвески с простой опорной струной, со смещенными струнами и рессорным тросом. На рисунке 53 приведены схемы этих подвесок.

Рисунок 53 – Классификация цепных подвесок по конструкции опорного узла

По расположению проводов в плане контактные подвески делятся на вертикальные, полукосые, косые, ромбовидные. На рисунках 54, 55, 56 и 57 приведены схемы этих подвесок.

Рисунок 54 – Вертикальная контактная подвеска

Рисунок 55 – Полукосая контактная подвеска

Рисунок 56 – Косая контактная подвеска

Рисунок 57 – Ромбовидная контактная подвеска

Приведенная классификация является упрощенной. Существуют и другие конструкции подвесок – рычажные, пространственно-ромбовидные, подвески с демпфирующими элементами и др.

4.2. Расчет одинарной полукомпенсированной цепной подвески

4.2.1. Общая характеристика подвески и условия ее применения

Полукомпенсированная одинарная цепная подвеска состоит из НТ и подвешенного к нему на струнах КП. На прямых участках пути обычно выполняется полукосой (НТ монтируется по оси пути, а КП зигзагообразно для равномерного износа токоприемника). На кривых обычно выполняется вертикальной (НТ и КП располагаются в одной вертикальной плоскости, зигзаг НТ соответствует зигзагу КП).

Подвеска называется полукомпенсированной потому что на анкерных опорах НТ крепится жестко (без компенсации температурных удлинений), а КП – через компенсатор температурных удлинений (как правило, грузокомпенсатор).

Благодаря наличию НТ, относительно частому подвешиванию КП к НТ (длина межструнового пролета обычно не более 10 м) и поддержанию натяжения КП с помощью компенсатора – при значительно большей длине пролета, чем у простой подвески (в 2 и более раз), обеспечивается удовлетворительный токосъем при скоростях движения до 70 км/ч при отсутствии и до 120 км/ч при наличии рессорного троса в опорных узлах.

Варианты исполнения а.у. полукомпенсированной подвески приведены на рисунке 58.

Рисунок 58 – Анкерный участок полукомпенсированной подвески

В основном применяется вариант «а» со средней анкеровкой, которая располагается, как правило, в середине а.у. и представляет собой отрезок троса (например, ПБСМ1-70) с помощью которого соединяют НТ (в двух точках) и КП (в одной точке). НТ жестко закреплен на анкерных опорах, при изменении температуры он практически не перемещается в пролетах вдоль а.у. Поэтому и КП в точке соединения с тросом средней анкеровки является зафиксированным от продольных перемещений при изменении температуры и выполняет тем самым роль жесткой анкеровки для КП в середине а.у. Применение средней анкеровки дает возможность увеличить длину а.у. в 2 раза (по сравнению вариантом без средней анкеровки «б»), и, кроме того, ограничить зону повреждения подвески при обрыве КП или НТ половиной а.у.

Длина пролета со средней анкеровкой должна быть на 10% короче максимально допускаемой длины промежуточного пролета по ветроустойчивости (из-за увеличения парусности пролета с дополнительным тросом).

При длине а.у. 750 м и менее (значение для прямых) средняя анкеровка не монтируется, а на одной из опор применяется жесткая анкеровка цепной подвески – вар. «б».

При изменении температуры изменяется натяжение компенсированного КП на участке от средней анкеровки до компенсатора из-за влияния струн и фиксаторов при изменении их положения относительно заданного при средней температуре. Поясняющие схемы приведены на рисунке 59.

Рисунок 59 – Изменение натяжения компенсированного КП на участке от средней анкеровки до компенсатора из-за влияния струн и фиксаторов при изменении их положения относительно заданного при средней температуре

Таким образом, при t>t_ср за счет влияния струн и фиксаторов появляются силы ), направленные противоположно K. Натяжение КП будет уменьшаться по мере приближения к средней анкеровке. При t < t_ср натяжение будет увеличиваться по мере приближения к средней анкеровке.

По нормам допускается |∆K|<0.15K_н. Необходимость выполнения этого требования ограничивает допускаемое расстояние от средней анкеровки до компенсатора, а следовательно, и длину а.у. По расчету максимальная длина а.у. на прямой получается около 1500 м. В этом случае изменения натяжения КП у средней анкеровки при экстремальных температурах достигают предельно допус- каемых ±15% от номинального. На кривых участках пути длины а.у. меньше, чем на прямых, и зависят от радиуса кривых (чем меньше радиус, тем меньше длина а.у.).

Схемы, иллюстрирующие работу контактной подвески с различными опорными узлами при изменении температуры, приведены на рисунках 60, 61 и 62.

Рисунок 60 – Работа простой контактной подвески при изменении температуры

Рисунок 61 – Работа контактной подвески с разнесенными струнами при изменении температуры

Рисунок 62 – Работа контактной подвески с рессорным тросом при изменении температуры

При изменении температуры подвеска перемещается по вертикали, изменяется провес НТ и КП, изменяется натяжение НТ и КП, рессорного троса. Т.е. не стабильны значения практически всех параметров подвески. Однако, величина и диапазон изменения провеса КП зависит от конструкции опорного узла. С простыми опорными струнами наибольшая величина изменения провеса. При отрицательных температурах может произойти разгрузка опорных струн. Кроме того, очень велик перепад эластичности между серединой пролета и у опор. Поэтому такая схема подвески практически не применяется. Вариант со смещенными опорными струнами – значительно лучше, с рессорным тросом – еще лучше. Чем длиннее рессорный трос, тем меньше провес КП и в меньших пределах меняется его значение.