Краткий исторический обзор возникновения и развития железнодорожного транспорта в России и за рубежом 30 страница

таллические опоры обычно устанав­ливают в тех случаях, когда по несущей способности или по размерам невозможно использовать железобетонные. Деревянные опоры применяют в редких случаях только как временные.

Для участков постоянного тока железобетонные опоры контактной сети изготовляют с дополнительной стержневой арматурой, расположенной в фундаментной части, предназ­наченной для удлинения срока их службы и уменьшения повреждения арматуры электро­коррозией, вызываемой блуждающими токами.

8.5. Контактная и рельсовая сеть

В контактной сети применяют гибкие — в виде стальных тросов и жесткие — в виде ме­таллических ферм поперечины. Поперечины служат для подвешивания проводов контактной сети, расположенных над несколькими путями. Жесткие поперечины позволяют перекрыть от трех до восьми, а гибкие от восьми до двадцати путей.

. Гибкие поперечины представляют собой систему тросов, натянутых между опорами поперек электрифицированных путей (рис. 8.8, а). Поперечные несущие тросы восприни­мают все вертикальные нагрузки от проводов цепных подвесок, самой гибкой поперечины и других проводов. Для уменьшения влияния изменения температуры на положение контактных
подвесок по высоте поперечные не­сущие тросы должны иметь стрелу провеса не менее 1/10 длины про­лета между опорами, к которым они прикреплены. Фиксирующие тросы воспринимают горизонталь­ные, главным образом ветровые, нагрузки (верхний — от несущих тросов цепных подвесок и других проводов, нижний — от контакт­ных проводов), передаваемые через фиксаторы контактного провода.

Рис. 8.8. Поперечины контактной сети: а — гибкая; I -- металли­ческая решетчатая опора; 2 — верхний фиксирующий трос; 3 — фикса гор; 4 — нижний фиксирующий трос; 5 — штанга; 6 — изо­ляторы; 7 - поперечный несущий трос; б жесткая; 1 — опора; 2 - - ригель; 3 — накладка; 4--- подкос; 5 - полухомуты

Конструкция изолированной гиб­кой поперечины, тросы которой электрически изолированы от опор, обеспечивают возможность технического обслуживания кон­тактной сети без отключения на­пряжения. Все тросы гибкой попе­речины для регулирования их дли­ны закрепляют па опорах с помо­щью стальных штанг с резьбой.

Жесткие поперечины выполняются в виде металлических конструкций (ригелей), ус­тановленных на двух опорах (рис. 8.8, б). Такие поперечины используют также для разме­щения на них осветительных приборов и подвешивания других проводов —- питающих, отсасывающих, освещения и др. На станциях применяют поперечины с фиксирующим тро­сом, на перегонах — кроме того, с консольными и фиксаторными стойками. По сравне­нию с гибкими поперечинами они требуют значительно меньших фундаментов под опоры, вследствие чего расход материалов и объем земляных работ при их сооружении уменьша­ется в 2,5-3 раза. Сборные конструкции жестких поперечин состоят из двух-четырех бло­ков в зависимости от длины перекрываемого пролета (до 44 м). Жесткие поперечины с освещением имеют настил с перилами и лестницы для подъема на опоры обслуживающего персонала. Соединение ригеля со стойками осуществляется шарнирно или жестко с помо­щью подкосов. Недостатками жестких поперечин является необходимость защиты от кор­розии металлических ригелей при эксплуатации и применении электрорепеллентной за­щиты (отпугивание птиц), а также ухудшение видимости сигналов.

На отечественных железных дорогах наиболее часто применя­ют однопутные консоли опоры контактной сети, которые бывают неизолированные и изолирован­ные. Неизолированные консоли (рис. 8.9, а) по форме могут быть наклонные, наиболее часто приме­няемые в опорах контактной сети, а могут быть изогнутыми и гори­зонтальными. Кронштейн наклон­ных консолей изготавливают из двух швеллеров или из труб. Фик­саторы крепят к кронштейнам че­рез изоляторы.

Изолированная консоль (рис. 8.9, б) позволяет проводить работы на несущем тросе без отключения напряжения, что недопустимо при неизолированной консоли. Изолиро­ванные консоли выполняют только наклонными, с кронштейнами, в которые включены стержневые фарфоровые (консольные) изоляторы, и тягами со стержневыми изоляторами или гирляндами из тарельчатых изоляторов. Кронштейны и тяги изолированных консо­лей крепят на опорах с помощью пят, допускающих поворот вдоль пути на угол 90° в обе стороны относительно нормального положения.

Двухпутные консоли бывают только неизолированными горизонтальными с двумя тягами и кронштейнами из двух швеллеров. Двухпутные консоли крепят на металлических опорах высотой не менее 13 м, а иногда на двух железобетонных опорах, установленных в стаканные фундаменты.

_п Для соединения проводов

Рис. 8.10. Арматура контактной сети: I — контактный про­вод; 2 — стыковой зажим; 3 — струновые зажимы; 4 — фик­сирующий зажим; 5 — держатель; 6 — фиксатор; 7 — питаю­щий зажим; 8 — соединительный зажим; 9 — седло; К)—труб­чатый соединитель; 11 — несущий трос; 12 — клиновой зажим; 13 — ушко

gr..,Ja контактной сети между собой, с

поддерживающими устройствами и опорами служит специальная арматура (рис. 8.10), которая де­лится на натяжную, подвесную, фиксирующую, токоведущую и механически малонагруженную.

Натяжная арматура состоит из стыковых и концевых зажимов, подвесная — из струновых зажи­мов и седла. Фиксирующая — это фиксирующие зажимы, ушки и др. Механически малонагруженная арматура включает в себя питающие, соединительные и переходные зажимы от медных проводов к алюминиевым. Особенностью арматуры, зак­репляемой на фасонном контактном проводе, является наличие профильных губок, входя­щих в пазы этого провода. Такая конструкция не препятствует проходу токоприемника по контактному проводу. В современной арматуре часто используют безболтовые зажимы, закрепляемые на проводах опрессовкой или иным способом, изготовленные штамповкой, прессованием, прокаткой взамен литых. Некоторое распространение получили безарма- турные способы соединения проводов, например сваркой взрывом, холодной сваркой.

Важными узлами контактной сети являются прямые и обратные фиксаторы, продоль­ные и поперечные электрические соединители, неизолированные и изолированные сопря­жения анкерных участков, воз­душные стрелки, секционные изо­ляторы и др.

Рельсовая электрическая сеть (рис. 8.11) является частью тяговой сети, представляющая собой совокупность электротяго- вых (то есть используемых для протекания тяговых токов) нитей ходовых рельсов.

Для того чтобы уменьшить сопротивление рельсовой сети, в зоне стыков к концам рельсов приваривают рельсовые соеди­нители. Рельсовые сети двух пу­тей объединяют междупутными электрическими соединителями.

Схема рельсовой электрической сети зависит от того, применяются или нет рельсовые цепи СЦБ. Особое место занимает стыкование систем электроснабжения постоянного тока и переменного однофазного тока. Станции, на которых расположены границы раздела сис­тем электрической тяги, называют станциями стыкования.

8.6. Токоприемник

Для приема электроэнергии от контактных проводов на электроподвижном составе устанавливают токоприемники. Выбор комплекта токоприемников, их узлов и характери­стик зависит от скорости, мощности и габаритов электроподвижного состава и близости строений. Наиболее распространены схемы пантографов и полупантографов (рис. 8.12).

L\ °----------------------- ---тД

Рис. 8.12. Схемы токоприемников тяжелою и легкого типов магистрального электроподвижного состава, выпускае­мых в России: а—пантограф; о - симмсфичный нолупантограф; 1—контактные элементы (медные, мегаллокерами- чеекпе, угольные); 2 - несущие конструкции полозов (рамные шш сплошные); 3 — каретки полозов; 4 - системы подвижных рам; 5 — подъемные пружинные элементы; 6 — пневматический цилиндр с опускающей пружиной и рукавом; 7 основание с изоля торами; 8 — управляющие элементы (клапаны)

К основным характеристикам токоприемников относятся приведенные массы, нажа­тие рам и кареток, аэродинамические подъемные силы, поперечная жесткость, опускаю­щая сила, время подъема и опускания. Обычно для электровозов постоянного тока приме­няют токоприемники тяжелого типа, для электровозов переменного тока и всех электро­поездов — легкого типа.

Нижний токосъем с контактного рельса применяется преимущественно в контакт­ной сети метрополитенов, а также на электрифицированных городских п пригород­ных участках железных дорог (рис. 8.13).

Контактный рельс размещается сбоку от ходовых рельсов с левой стороны по ходу движения поезда и подвешивается через изоляторы на кронштейнах, прикрепленным к деревянным шпалам шурупами, а к железобетонным плитам или шпалам — закладными болтами. Контактный рельс изготовляют из малоуглеродистой мартеновской стали. Би­металлические контактные рельсы получают металлургическим способом, например со­вместной прокаткой и прессованием углеродистой или нержавеющей стали с алюминием. Преимущества таких рельсов заключается в сочетании износостойкости стали с высокой теплопроводностью алюминия.

Непосредственный контакт токоприемника с контактным рельсом осуществляет баш­мак, который прикреплен к держателю со стороны рифленой поверхности болтами. Необ­ходимое статическое нажатие создается работающими на сжатие пружинами, расположен­ными между кронштейнами и держателем. Ток от башмака к кронштейнам протекает че­рез гибкие шунты. Токоприемники могут снабжаться приводами с дистанционным управ­лением, позволяющими из кабины машиниста поднимать или опускать башмаки.

Использование контактного рельса вместо контактного провода позволяет умень­шить габариты тоннелей. Кроме того, они обладают высокой надежностью и долго­вечностью, простотой обслуживания и ремонта. Недостатки контактных рельсов в ус­ловиях применения на наземном транспорте — пониженная элекгробезопасность и не­защищенность от снежных заносов.

Безопасность обслуживающего персонала и других лиц обеспечивается заземлени­ем устройств электроснабжения, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции или соприкосновения с оборванными проводами. В зоне влияния контактной сети переменного тока заземляют также все металлические сооружения, на которых могут возникнуть опасные наведенные напряжения. Для защиты контактной сети от грозовых перенапряжений используют роговые и трубчатые разрядники. Так как на электрифицированных железных дорогах рельсы используют для пропуска тяговых токов, верхнее строение пути на таких участках имеет особенности: стыковые соедине­ния выполняют из медного троса, что снижает электрическое сопротивление рельсовых стыков; ирименяю'1 щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами; зазор между подошвой рельсов и верхним уровнем балласта делают не ме­нее 3 см; железобетонные шпалы изолируют от рельсов резиновыми прокладками, а де­ревянные пропитывают креозотом; рельсовые нити через определенные расстояния элек­трически соединяют между собой, что позволяет уменьшить сопротивление току; чтобы пропустить тяговые токи в обход изолирующих стыков, устанавливают дроссель-транс­форматоры или частотные фильтры.

8.7, Системы управления устройствами электроснабжения

Система электроснабжения железных дорог представляет собой сложный объект уп­равления, образованный тяговыми подстанциями, пунктами параллельного питания, по­низительными подстанциями, линиями электропередач. Система рассредоточена на десят­ки и сотни километров, но объединена общностью процессов преобразования, распреде­ления и потребления электрической энергии в нормальных, утяжеленных, аварийных, пос- леаварийных и ремонтных режимах.

Различают организационно-экономическое и диспетчерско-технологическое управле­ние электроснабжением. Диспетчерско-технологическое управление, в свою очередь, под­разделяется на диспетчерско-оперативное, выполняемое на расстоянии из энергодиспет­черских пунктов средствами автоматизированных систем диспетчерского управления, и управление технологическими процессами, осуществляемое местными и централизован­ными системами автоматического управления.

Автоматизированная система управления электроснабжением реализуется на базе вы­числительной и управляющей техники, телемеханического и диспетчерского оборудова­ния как иерархическая многоуровневая система. Местные системы технологического уп­равления включают релейную защиту, автоматическое повторное включение оборудова­ния. автоматическое включение резерва, автоматическое регулирование напряжения и мощности, автоматическое включение преобразовательных агрегатов, автоматическое определение мест повреждения и др.

Для организации диспетчерского управления образуют диспетчерские круги про­тяженностью 150...250 км, объединяющие до 50 контролируемых пунктов с числом объектов управления 1500 и числом объектов телесигнализации 2500. Задачи диспет­черского управления решаются средствами телемеханики: телеуправления, телесигна­лизации и телеизмерения (рис. 8.14).

11а диспетчерском пункте устанавливается диспетчерский щит с мнемосхемой дистан­ции электроснабжения.

Рис. 8.14. Структурная схема системы телеуправления (ТУ), телесигнализации (ТС) и телеизмерений (ТИ): ДП диспетчерский пункт; КП ----- контролируемый пункт; ПУ пульт управления; КУ - кодирующее устройство; УРС устройство разделения сигналов; Пер передатчик; J1C линия связи; Пр приемник; ДКУ декодирующее устройство; ВУ - выходные усилители; ДТС—датчики ТС; ДТП -- датчики ТИ; УОИ - устройство отображения информации; ПрТИ приемник ТИ

8.8. Хозяйство электрификации и энергетики

Основным линейным подразделением хозяйства электрификации и энергетики на же­лезнодорожном транспорте является дистанция электроснабжения (участок энергоснабже­ния), представляющая собой административно-хозяйственное подразделение железной до­роги, осуществляющее через свои сети и подстанции электроснабжение всех железнодорож­ных потребителей электроэнергии (шифр ЭЧ). На участок энергоснабжения возложено со­держание в исправном состоянии и ремонт устройств электрификации и энергетического хозяйства, обеспечивающих бесперебойную работу и безопасность движения поездов. Один участок энергоснабжения обслуживает 200—300 км электрифицированных линий. Основ­ными производственными подразделениями участка энергоснабжения являются районы кон­тактной сети, тяговые подстанции, районы электроснабжения, ремонтно-ревизионный уча­сток, энергодиспетчерская группа, лаборатории, мастерские, базы по обслуживанию и ре­монту автомобильной и моторельсовой техники, складское хозяйство и др.

Район контактной сети (ЭЧК) обеспечивает техническое обслуживание и ремонт кон­тактной сети, фидерных линий, линий продольного электроснабжения, а также воздушных линий автоматической блокировки. Эксплуатационная длина электрифицированной линии, обслуживаемой одним ЭЧК, составляет 25—50 км. На территории дежурного пункта нахо­дятся помещения для персонала, мастерские, гаражи для автомотрисы и автолетучки и др.

Район электроснабжения предназначен для обслуживания понизительных электропод­станций, электрических сетей до ввода к потребителям электроэнергии (пункты техничес­кого обслуживания, стрелочные посты, депо, устройства СЦБ и связи и др.). Район элект­роснабжения обеспечивает содержание оборудования и электрических сетей в соответствии с действующими правилами и нормами, проводит профилактические ревизионные и ре­монтные работы, испытания электрооборудования, капитальный ремонт электрических сетей, замену устаревшего или вышедшего из строя оборудования. Работники района элек­троснабжения в пределах закрепленной за ними зоны осуществляют эксплуатационное и техническое обслуживание установок наружного освещения станционных путей железно­дорожного узла, контролируют расход и оплату электроэнергии потребителями и т.д., а также выполняют по договорам ряд специальных работ в электроустановках потребите­лей. В состав района электроснабжения входят мастерские, оснащенные специальным обо­рудованием, центральные распределительные подстанции. На крупных узлах и станциях, как правило, имеются центральные распределительные пункты района электроснабжения, на которых организовано круглосуточное дежурство электротехнического персонала. В аварийных ситуациях в районах электроснабжения создаются аварийно-восстановитель­ные бригады по заранее разработанной схеме оповещения.

Ремонтно-ревизионный участок выполняет плановые профилактические ревизионные, испытательные и наладочные работы устройств и оборудования тяговых подстанций, по­стов секционирования и пунктов параллельного соединения контактной сети. В распоря­жении специализированных групп по ремонту и наладке преобразовательной техники, ре­лейной защиты, устройств автоматики и телемеханики, проверке, ремонту, регулировке приборов учета расхода электроэнергии и т.п., находятся лаборатории, специальные при­боры и аппаратура. Специалисты участка осуществляют монтаж и наладку вновь устанав­ливаемого, а также поврежденного оборудования. На участке производится испытание электротехнических индивидуальных средств защиты и высоковольтных приспособлений.

Рис. 8.15. Гололедоочистители: а-■ установка на дрезине; 6-- впброполоз: I ---вибратор;2--стальнойуголок;5 —-балочка

Для обеспечения надежного то­косъема в зимнее время ведется борь­ба со льдом, образующимся на контак­тных проводах. Мерами, обеспечива­ющими удаление льда, служит нагре­вание контактных проводов подачей больших токов, а также механические способы — с помощью гололедоочис- тителей (рис. 8.15), скребков и др.

Железнодорожный путь и искусственные сооружения

Железнодорожный путь с искусственными сооружениями является одним из важней­ших технических средств железнодорожного транспорта. Он имеет следующие функцио­нальные назначения:

— направлять движение колес подвижного состава;

— обеспечивать пространственную устойчивость рельсовой колеи, характеризующейся геометрическим очертанием рельсовых нитей в плане и профиле;

— воспринимать нагрузки от подвижного состава и передавать их на земную поверхность.

— выравнивать земную поверхность и обеспечивать необходимый план и про­филь рельсовой колеи.

От состояния конструкции железнодорожного пути зависит непрерывность и безо­пасность движения поездов, объемы перевозок грузов и пассажиров, а также эффектив­ность использования подвижного состава, величина осевой и погонной нагрузок вагонов.

В настоящее время основными показателями технического уровня главных (магист­ральных) путей железных дорог России являются: развернутая длина путей 125,2 тыс. км; средняя грузонапряженность 18,6 млн т-км брутто/км в год; протяжение пути с рельсами типа Р65 — 90 % от развернутой длины пути; протяженность пути с термоупроченными (закаленными рельсами) — 75,7 % от развернутой длины пути; протяжение бесстыково­го пути — 29,3 %; протяжение пути на железобетонных шпалах — 32,2 %; средняя баль­ная оценка пути — 80 баллов.

Структура железнодорожного пути показана на рис. 9.1. Он состоит из нижнего стро­ения земляного полотна с укрепительными устройствами и сооружениями, водоотводны­ми, регуляционными и искусственными сооружениями верхнего строения пути.

Рис. 9.1. Структурная схема железнодорожного нуги

Кроме того, имеются специальные защитные устройства на полосе отвода (снегоза­держивающие заборы, лесонасаждения, иротиволавинные сооружения, улавливающие стен­ки, нагорные и водоотводные канавы и т.п.).

9.1. Земляное полотно

Земляное полотно представляет собою долговременное (расчетный срок службы 500 лет) сооружение из грунтов (песок, глина, скальные, торф, заторфованные., сапро- пели), на которых размещается верхнее строение пути и которые воспринимают стати­ческие нагрузки от верхнего строения пути и динамические нагрузки от подвижного состава. Земляное полотно предназначено также для выравнивания земной поверхнос­ти в пределах железнодорожной трассы и придания пути необходимого плана и профи­ля. Трассой железнодорожной линии называют ось железнодорожного пути на уровне бровок основания площадки земляного полотна; проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом линии, а проекция трассы на вертикальную плоскость трассы — продольным профилем. Элементами плана линии являются прямые., сопря­женные с криволинейными участками через переходные кривые. Поперечным профи­лем (разрезом) земляного полотна называется поперечный разрез его вертикальной плос­костью, перпендикулярной оси земляного полотна. Этот профиль определяет ширину земляного полотна наверху, крутизну откосов, расположение водотводных устройств и др. Земляное полотно может располагаться в выемке или на насыпи (рис. 9.2).

[балластный слой Основная площадка Кювет

Бровка основной площадки

б [балластная призма 11одошиа насыпи Рис. 9.2. Поперечный разрез земляного полотна: а - тзыемка; о — насыпь

чем в сухом, и несущая способность его уменьшается. Кроме того, насыщение земляного полотна водой может привести к деформации основной площадки, выплескам, образованию балластных корыт (углубления на основной площадке под шпалами), пучин (местные поднятия грунта при замерзании воды в балластном слое и в теле земляного полотна), оползней (смещение земляных масс основания и откосов земляного полотна). Для отведения атмосферной воды от пути вдоль насыпи прокладываются водоотводные канавы трапецеидального поперечного се­чения с шириной по дну не менее 0,6 м. Такие же канавы предусматриваются вдоль бровки отко­са выемки пути с ее нагорной стороны (нагорные канавы) для предотвращения поступления воды в выемку с прилегающей местности и разрушения ее откосов. Отвод воды с основной пло­щадки земляного полотна и откосов выемки производится по кюветам трапецеидального попе­речного сечения глубинojo 0,6 м и шириною по дну 0,4 м. При пилообразном профиле земляного полотна по пониженным местам прокладываются продольные лотки или канавы.