Владимир Евгеньевич Андреев, канд. техн. наук, начальник
107174, г. Москва, Новая Басманная ул., 2/1, стр. 1)
Author ID: 1045354
Vladimir E. Andreyev, Cand. Sci. (Eng), Head
107174, Moscow, bldg. 1, 2/1, Novaya Basmannaya St.
Author ID: 1045354
Евгений Владимирович Кудряшов, канд. техн. наук, начальник отдела моделирования контактных сетей
121205, г. Москва, инновационный центр Сколково, Большой бул., д. 40
Evgeny V. Kudryashov, Cand. Sci. (Eng), Head of Overhead Contact Lines Simulation Department
121205, Moscow, Skolkovo Innovation Centre, 40, Bolshoi Blvd.
Введение. Рассмотрены основные научно-технические проблемы, возникающие при создании контактной сети КС-400 для российских высокоскоростных железнодорожных магистралей и пути их решения на основе математического моделирования и поэтапных испытаний. При высоких скоростях движения возрастают токовые нагрузки и существенно усложняются условия динамического взаимодействия токоприемников и контактной подвески. Для достижения требуемого качества токосъема необходима тщательная проработка параметров взаимодействующих систем с учетом механических, электрических и тепловых процессов. Цель работы — обеспечить надежную работу узлов и конструкций контактной сети в широком диапазоне эксплуатационных условий.
Материалы и методы. При разработке технических решений по контактной сети использованы методы математического моделирования. Контактная сеть представлена детальной конечно-элементной моделью, токоприемник — моделью, построенной на основе методов многотельной динамики. Моделирование выполняется в пространственной нелинейной постановке задачи. Расчет динамики производится во временной области методом прямого интегрирования уравнений по времени. Контактная задача о взаимодействии контактной сети и токоприемника реализована методом штрафа. Подтверждение соответствия параметров контактной сети и ее отдельных элементов нормативным требованиям выполняется посредством механических, ресурсных, электрических, тепловых и других видов испытаний.
Результаты. Параметры узлов и конструкций контактной сети КС-400 определены по результатам математического моделирования. Показано, что показатели качества токосъема находятся в нормируемых пределах. Приведены особенности технических решений контактной сети КС-400, рассмотрены основные этапы ее разработки и сооружения.
Обсуждение и заключение. К настоящему времени выполнен значительный объем проектных, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию контактной сети КС-400 для российских высокоскоростных магистралей. Изготовлены опытные образцы изделий, построен опытный участок контактной сети на Экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ», выполняются необходимые испытания. Для подтверждения эксплуатационной совместимости КС-400 с другими подсистемами железной дороги и проверки показателей качества токосъема при взаимодействии с токоприемниками высокоскоростного электропоезда запланированы испытания на опытном
Introduction. The article examines the key scientific and technical problems arising at design and construction of the KS-400 overhead contact line for Russian high-speed railways and presents their solutions based on the results of numerical simulations and stage-by-stage tests. At high train speed, electric current loads increase and dynamic interaction between pantographs and catenary becomes more complex. To provide a required quality of current collection, an extensive study of the parameters affecting mechanical, electrical and thermal processes in the pantograph-catenary interaction system must be carried out. The aim of the presented study is to ensure reliable operation of the overhead contact line assemblies and components in the wide range of operational conditions.
Materials and methods. Numerical simulation methods have been employed in the design of the KS-400 overhead contact line. The contact line is simulated with a detailed finite element model and the pantographs are modeled using multibody dynamics approach. Numerical models employ a three-dimensional nonlinear formulation. Dynamic problems are directly solved in the time domain by numerical integration of the system of finite element equations over time. Contact interaction between catenary and pantographs is modeled using the penalty method. The compliance of the overhead contact line parameters and the individual hardware components with regulatory requirements is confirmed by mechanical, electrical, thermal and other types of tests.
Results. The KS-400 overhead contact line assemblies and components have been designed based on the results of numerical simulation. It has been shown that the obtained indicators of current collection quality are within the allowable margins. The main technical solutions for the KS-400 overhead contact line and the key stages of its design and construction are presented in the article.
Discussion and conclusion. To date, large amount of design, research and development work on implementing the KS-400 overhead contact line for Russian high-speed railways have been carried out. The prototype hardware components have been manufactured. A pilot overhead contact line section has been built at the Experimental Loop of the Railway Research Institute. The tests due are currently underway. In order to confirm operational compatibility of the KS-400 with other railway subsystems and to check the quality of current collection at high train speed, further field tests are scheduled at the Kryukovo – Novaya Tver experimental site which is a part of the designed Moscow – St. Petersburg high-speed railway.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.