Николай Васильевич МИРОНОС, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, отдел «Контактная сеть и токосъем», центр «Электрификация и теплоэнергетика»
129626, г. Москва, ул. 3-я Мытищинская, д. 10
Nikolay V. MIRONOS, Cand. of Sci. (Engineering), Leading Researcher, Contact Network and Current Collection Department, Electrification and Heat Power Engineering Centre
129626, Moscow, 10, 3rd Mytishchinskaya St.
Марина Николаевна ЕМЕЛЬЯНОВА, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, отдел «Контактная сеть и токосъем», центр «Электрификация и теплоэнергетика»
129626, г. Москва, ул. 3-я Мытищинская, д. 10
Marina N. Emel’yanova, Cand. of Sci. (Engineering), Senior Researcher, Contact Network and Current Collection Department, Electrification and Heat Power Engineering Centre
129626, Moscow, 10, 3rd Mytishchinskaya St.
Денис Викторович ТАРТЫНСКИЙ, начальник испытательного центра
141270, Московская обл., пос. Софрино, ул. Патриарха Пимена, д. 77
Denis V. TARTYNSKIY, Head of the testing centre
141270, Moscow region, Sofrino, 77, Patriarkha Pimena St.
Введение. В статье исследовано влияние аэродинамических параметров токоприемника на контактное нажатие. С этой целью определено их влияние в диапазоне скорости движения до 160 км/ч на качество токосъема, в частности на повышенный износ вставок токоприемника.
Материалы и методы. Была разработана методика расчета аэродинамических сил с применением математического моделирования методом вычислительной гидродинамики. Токоприемник можно условно разделить на три части: основание, механизм подъема и полоз. Основной характеристикой этого взаимодействия является значение силы, с которой полоз прижимается к контактному проводу, и стабильность обеспечения этой силы в динамически меняющихся внешних условиях.
Результаты. Проведенное моделирование показало, что при скорости около 140 км/ч возникают колебания полоза, изменяющие контактное нажатие. Это позволило объяснить причину повышенного износа вставок при испытаниях и запуске в эксплуатацию электропоездов типа ЭС2Г и ЭТ4А, на которых используются однотипные токоприемники. Наличие вблизи полоза токоприемника его держателя, представляющего собой трубу, расположенную вдоль всей длины полоза на незначительном удалении, принципиально меняет картину обтекания. На основании проведенного математического моделирования были внесены изменения в конструкцию полоза токоприемника с целью улучшения его аэродинамических свойств. Были использованы другие токосъемные элементы, позволяющие обеспечить стабильные аэродинамические свойства полоза в заданном диапазоне скоростей.
Обсуждение и заключение. Внесенные изменения в конструкцию полоза позволили решить проблему с повышенным износом вставок токоприемника при скорости движения до 160 км/ч. Проведенные исследования и внесенные на их основе изменения в ГОСТ 32204—2013 позволят повысить надежность и долговечность работы устройств токосъема.
Introduction. This article investigates the influence of the aerodynamic parameters of the current collector on the contact force. For this purpose, the influence in the speed range up to 160 km/h on the quality of the current collection, in particular on the increased wear of the current collector contact strips, was determined.
Materials and methods. A method for calculating aerodynamic forces was developed using mathematical modelling by the method of computational fluid dynamics. The current collector can be conditionally divided into three parts: the base, the current collector lifting mechanism and the current collector head. The main characteristic of this interaction is the force with which the head is pressed against the contact wire and the stability of this force in dynamically changing external conditions.
Results. The simulation performed showed that at a speed of about 140 km/h, head vibrations occur that change the contact force. This made it possible to explain the increased wear of the inserts during testing and commissioning of electric trains of the ES2G and ET4A types, which use the same type of current collectors. The presence of the current collector holder near its head, which is a pipe located along the entire length of the head at a slight distance, fundamentally changes the flow pattern. Based on the performed mathematical modelling, changes were made to the design of the current collector head in order to improve its aerodynamic properties. Other current-collecting elements were used to ensure stable aerodynamic properties of the head in a given speed range.
Discussion and conclusion. The introduced changes made it possible to solve the problem with increased wear of the contact strips at a speed of up to 160 km/h. The conducted studies and the introduction of changes in GOST 32204–2013 based on these studies will improve the reliability and durability of the current collection devices.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.