МДК 01,01(1) 35

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО
ТРАНСПОРТА
ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ
СООБЩЕНИЯ» в г. САРАТОВЕ
( Филиал СамГУПС в г. Саратове)
МДК 01.01 Электроснабжение электротехнического оборудования
---------------------------------------------------------------------------(название дисциплины)
Контрольная работа № _1__
Филиал СамГУПС в г. Саратове 13 .02. 07 ___35__
(код специальности, номер варианта)
Выполнил:
студент группы __3Э___, шифр_85______
Проверил:
преподаватель
Саратов 2021
Контактная сеть.
Контрольная работа №1.
ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ № 1.
Выполнить
механический
расчет
анкерного
участка
цепной
полукомпенсированной контактной подвески:
1. Установить основные данные проводов подвески.
2. Определить расчетные нагрузки на несущий трос.
3. Подсчитать длину эквивалентного и критического пролетов и установить
исходный расчетный режим.
4. Рассчитать и построить монтажную кривую натяжения несущего троса Тх
(tx), определить значения натяжений несущего троса при всех расчетных
режимах: Tt
min,
TГ, Тv
max
и при температуре беспровесного положения
контактных проводов То. Составить монтажную таблицу.
5. Рассчитать и построить монтажные кривые стрел провеса несущего троса
Fx(tx) и контактных проводов f
кх
(tx) для заданных пролетов анкерного
участка; составить монтажные таблицы. Монтажные таблицы должны
содержать данные натяжений и стрел провеса при следующих значениях
температуры t:
tmin; -20°; t0; 0°; +20°; tmax.
6. Составить итоговую монтажную таблицу. Сделать выводы о характере
зависимости натяжения несущего троса и стрел провеса несущего троса и
контактных проводов от температуры при ее изменении от tmin до tmax и о
зависимости стрел провеса от длины пролета.
Исходные данные.
Марка несущего троса М-120, контактных проводов 2НлОл0,04Ф-100.
Ток переменный.
Анкерный участок состоит 9∙70+7∙60+6∙50.
Расстояние от опоры до первой простой струны е 11 м.
Ветровой коэффициент k v  1 ,15 гололедный к г  1 .15
Минимальная температура - tmin  50C .
Максимальная tmax  20C .
Ветровой район Ⅰ. Гололедный район Ⅱ .
Форма гололеда цилиндрическая, удельная плотность -  Г  900 кг / м 3 .
Температура образования гололеда -5˚С.
Температура при максимальной силе ветра tV max  5C .
Воздушная газовая среда – неагрессивная к ж/б конструкциям.
Решение.
1. Основные данные проводов.
Таблица 1.1. Характеристика проводов.
Марка
провода
Площадь
расчетно
го
сечения
S p , мм 2
Высота
сечения
Н,
диамет
р d, мм.
Ширин
а
сечения
А, мм.
М-120
2НлОл0,
04Ф-100
120
100
12,9
10,5
14,92
Нагрузк 24  10 6
а то веса , 1/˚С.
провода
g, даН/м.
1,068
0,89
408
408
ES ,
даН/˚
С
22,10
22,10
Временное
сопротивлени
е
разрыву
 ВР  10 6 Па
370
377
Максимально допустимое натяжение несущего троса:
Т ДОП  0,95 
 ВР  S p  10 7
кЗ
,
Где:  ВР временное сопротивление разрыву материала проволок, из которых
свит трос, Па;
Sp - расчетное сечение несущего троса, кв.м.
к3 - номинальный коэффициент запаса прочности: значения к3 принимаются
для биметаллических сталемедных и сталеалюминевых многопроволочных
тросов - не менее 2,5.
Т доп  0,95 
370  106  120  10 7
 1687даН
2,5
Максимальное натяжение несущего троса Т max обычно принимают несколько
ниже Тдоп. По таблице, выбираем для ПБСМ-70+МФ-100:
В режиме ветра максимальной интенсивности при минимальной температуре 50˚С = 0,85∙Тmax.
В режиме гололеда с ветром (толщина корки гололеда 15 мм.) = 0,95∙Тmax.
При беспровесном положении контактных проводов Т0 = 0,8∙Тmax.
1687  0,8  1350 даН
Принимаем Тmax = 1300 даН.
Номинальное натяжение новых контактных проводов К определяем по
таблице МФ-100 – 1000 даН.
2. Определение распределенных нагрузок на несущий трос.
Можно выделить три расчетных режима, при которых усилие (натяжение) в
несущем тросе может оказаться наибольшим, опасным для прочности троса:

режим минимальной температуры – сжатие троса;

режим максимального ветра – растяжение троса;

режим гололеда с ветром – растяжение троса.
2.1 В режиме минимальной температуры несущий трос испытывает
нагрузку только вертикальную - от собственного веса; ветра и гололеда нет,
tx = tmin.
НТ
g
Рис. 1. Нагрузка на провод.
Вертикальная нагрузка от собственного веса 1 метра проводов в даН/м:
g = gT+nK∙(gK+gc),
где gT, gK - нагрузки от собственного веса 1 м несущего троса и контактного
провода, даН/м; значения gT и gK определяем в соответствии с заданным
типом подвески;
gc - нагрузка от собственного веса струн и зажимов, равномерно
распределенная по длине пролета; значение gc принимается равным 0,1 даН/м
для каждого контактного провода;
пк - число контактных проводов.
g  1,068  1 0,89  0,1  2,058 даН / м
2.2 В режиме максимального ветра.
На несущий трос действует вертикальная нагрузка от веса проводов
контактной подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на
несущий трос (гололед отсутствует); tx = tvmax = -5˚С.
PTVmax
НТ
g
qTVmax
Рис. 2. Нагрузка на повод.
Горизонтальная ветровая нагрузка на несущий трос в даН/м определяется по
формуле:
рТ V max  C x 
kV  v H 2
16
 d  10 3
где Сх - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления несущего
троса ветру, для всех несущих тросов Сх = 1,25;
vH - нормативная скорость ветра наибольшей интенсивности, м/с, с
повторяемостью 1 раз в 10 лет – 36 м/с.
KV
- коэффициент, учитывающий влияние местных условий расположения
подвески на скорость ветра 1,0.
d - диаметр несущего троса, 11 мм.
рТ V max
2

1  36 
 1,25 
11 10  3  1,11 даН / м
16
Результирующая (суммарная) нагрузка на несущий трос в даН/м в режиме
максимального ветра определяется по формуле:
qTV max  g 2  pTV max  2,0582  1,112  2,34 даН / м
2
При определении результирующей нагрузки на несущий трос ветровая
нагрузка на контактные провода не учитывается, т.к. она в основном
воспринимается фиксаторами.
2.3. В режиме гололеда с ветром.
На несущий трос действуют вертикальные нагрузки от собственного веса
проводов контактной подвески, от веса гололеда на проводах подвески и
горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос, покрытый
гололедом при скорости ветра vr; tx = tr = -5°С.
PTГ
НТ
g
gГ
qГ
Рис. 3. Нагрузка на провод.
Вертикальная нагрузка от веса гололеда на несущем тросе в даН/м
определяется по формуле:
g ГТ  0,0009    bT  d  bT   0,8
Где: bt – толщина стенки гололеда на несущем тросе, мм.
d – диаметр несущего троса, мм.
Толщина стенки гололеда на несущем тросе определяется:
bT  bH  k г
bH - нормативная толщина стенки гололеда 15 мм. (III зона).
k г - 1.
g ГТ  0,0009  3,14  15  11  15  0,8  0,88 даН / м
Вертикальная нагрузка от веса гололеда на контактном проводе в даН/м
определяется по формуле:
g ГК  0,0009    bк  dср.к  bк 
где bK - толщина стенки гололеда на контактном проводе, мм;
dcp.к - средний диаметр контактного провода 11,8 мм.
На контактных проводах толщину стенки гололеда принимают равной 50%
от толщины стенки гололеда на несущем тросе:
bк  0,5  bT
bк  0,5  15  7,5 мм.
g ГК  0,0009  3,14  7,5  11,8  7,5  0,41 даН / м
Полная вертикальная нагрузка от веса гололеда на проводах контактной
подвески в даН/м равна:
g Г  g ГТ  nк   g ГК  g ГС 
grc - равномерно распределенная по длине пролета вертикальная нагрузка от
веса гололеда на струнах и зажимах при одном контактном проводе, даН/м,
которая в зависимости от толщины стенки гололеда bH , и составляет 0,1
даН/м.
g Г  0,88  1  0,41  0,1  1,39 даН / м
Горизонтальная ветровая нагрузка на несущий трос, покрытый гололедом в
даН/м при скорости ветра vГH, определяется по формуле:
кv  v ГН 2 
рТГ  С х 
 d  2  bT   10 3
16
где Сх - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления несущего
троса ветру 1,25;
KV -
ветровой коэффициент KV =1;
d - диаметр несущего троса 11 мм;
bT - толщина стенки гололеда на несущем тросе 15 мм;
VГH - нормативная скорость ветра при гололеде, 15 м/с.
рТГ
2

1  15
 1,25 
 11  2  15  10 3  0,72 даН / м
16
Результирующая (суммарная) нагрузка на несущий трос в режиме гололеда
с ветром, даН/м определяется по формуле:
qГ 
2
g  g Г 2  рТГ
qГ 
1,59  1,39 2  0,72 2
 3,07 даН / м
В заключении сравним полученные значения результирующих нагрузок,
действующих на несущий трос в трех расчетных режимах, и выявим режим
наибольшей нагрузки.
1,59  1,94  3,07
Следовательно, режимом наибольшей нагрузки является режим гололеда с
ветром.
3. Определение длины эквивалентного и критического пролетов и
установление расчетного режима.
Длина эквивалентного пролета в м определяется по формуле:
n
lЭ 
 li3
1
n
 li
1
где li - длина пролета с номером i;
n - число пролетов в анкерном участке.
lЭ 
9  70  7  60  6  50
 61,36 м
976
Для режима гололеда с ветром критический пролет равен:
lкр.г  Т max 
24  t г  t min 
qг2  g 2
lкр .г  1300 
408 10 6   5   35
 72,9 м
3,07 2  2,0582
Для режима максимального ветра:
lкр.v max  Т max 
lкр .v max  1300 
24  tv max  t min 
qv2max  g 2
408 10 6   5   35
149,1 м
2,34 2  2,0582
Сравнивая полученные значения, определим исходный расчетный режим:
lкр.г  lЭ  lкрv max - следовательно, исходный расчетный режим – гололед с
ветром.
4. Определение натяжений несущего троса. Построение монтажной
кривой Тх (tx ). Составление монтажной таблицы.
4.1 Расчет зависимости натяжения нагруженного несущего троса от
температуры и построение монтажной кривой Тх (tx ).
Расчет зависимости Тх (tx) выполняется по уравнению состояния несущего
троса цепной полукомпенсированной контактной подвески.

q12  lЭ2
Т
Т1  q x2  lЭ2

t x   t1 

 х
2
2

24Т1 ЕS  24Т х ЕS

Исходный расчетный режим – гололед с ветром:
Т1=Тmax; t1=tГ = - 5˚С; q1=qГ.
Для упрощения дальнейшего расчета уравнение состояния может быть
приведено к виду:
tx  A 
B Tx

Tx2 C
где А, В, С - постоянные для данного расчета коэффициенты:
А  t1 
q12  lЭ2
Т1
3,07 2  61,36 2
1300



50


  42,64
2
6
2
22,10
24Т1 ES
408 10 1300
В
q x2  lЭ2 3,07 2  61,36 2

 1,418 108
24
408 10 6
С  ES  13,82
Расчет проведем для нескольких значений Тmax, начиная с 1400 даН.
При Т=1400:
1,418 108 1400
t x  42,64 

  71,6С
13,82
1400 2
1
При Т=1200:
t x  42,64 
2
1,418 108 1200

 31С
13,82
1200 2
При Т=1000:
t x  42,64 
3
1,418 108 1000

 26,8С
13,82
1000 2
При Т=800:
t x  42,64 
4
1,418 108 800

 121С
13,82
800 2
Результаты сводим в таблицу.
Таблица 2.
Тх
1400
1200
1000
800
tx
-71,6
-31
26,8
121
Чертим монтажную кривую натяжения нагруженного несущего троса в
зависимости от температуры.
Монтажная кривая натяжения нагруженного несущего троса.
4.2 Определение натяжений несущего троса при всех трех расчетных
режимах:

при минимальной температуре Tt min;

при максимальном ветре Tvmax;

при гололеде с ветром Тг.
Т.к. исходный режим – режим гололед с ветром, то ТГ = Тmax= 1300 даН.
Значения Tt
min
и Tvmax определяются методом подбора по уравнению
состояния несущего троса полукомпенсированной контактной подвески.
Коэффициент А в уравнении состояния (в его упрощенном виде) будет иметь
найденное в предыдущем расчете значение; коэффициент С также остается
прежним. Уравнение состояния приобретает вид:
tx  A 
q x2  lЭ2 Т х

24Т х2 С
Вначале определяем значение Tv max.
Тогда в уравнении состояния qx = qv max=2,34 даН/м.
Задаем Тх=1200 даН.
t x  42,64 
2,34 2  61,36 2
1200

 96,4С
6
2
408 10 1200 22,10
Задаем Тх=1000 даН.
t x  42,64 
2,34 2  61,36 2
1000

 87,5С
6
2
408 10 1000 22,10
Задаем Тх=1050 даН.
t x  42,64 
2,34 2  61,36 2
1050

 89,4С
6
2
408 10 1050 22,10
Полученные значения находятся между искомой величиной, методом
интерполяции определяем:
1050  1050  1000 
 89,4   5
 1121даН
 12,23   87,5
Определяем значение Tt min.
qx = qГ =3,07 даН/м.
Подбираем Тх.
t x  42,64 
3,07 2  61,36 2
1100

 20,54С
6
2
408 10 1100 22,10
t x  42,64 
3,07 2  61,36 2
1300

 50С
6
2
408 10 1300 22,10
Методом интерполяции определяем:
1300  1300  1100 
4.3
 50   5
 1379 даН
 50   20,54
Определение
натяжения
несущего
троса
при
беспровесном
положении контактных проводов.
Для полукомпенсированной цепной подвески температуру t0 беспровесного
положения контактных проводов обычно принимают несколько ниже (на
величину t'), чем среднее значение температуры в заданном районе.
t0 
t max  t min
 t
2
где t' - величина, зависящая от типа и количества контактных проводов для
одиночных контактных проводов t   15С
t0 
20  (50)
 15  15C
2
Величину
натяжения
несущего
троса
при
беспровесном
положении
контактных проводов То определяем по построенной выше монтажной
кривой натяжения несущего троса Тх (tx).
При t0= - 15˚С
T0= 1350 даН.
4.4 Составление монтажной таблицы натяжения несущего троса.
По монтажной кривой натяжения нагруженного несущего троса Тх (tx)
определяем значения натяжения несущего троса, соответствующее заданным
значениям tx и заносят их в монтажную таблицу.
Таблица 3. Монтажная таблица натяжений несущего троса.
tx ˚C
Tx , даН
tmin=-50
-20
t0=-15
0
+20
tmax=20
1500
1380
T0=1350
1275
1180
1120
Tt min=1321 даН. Tv max = 1121 даН.
5. Расчет и построение монтажных кривых стрел провеса несущего троса
и контактных проводов.
5.1 Определение стрел провеса нагруженного несущего троса.
Стрелы провеса нагруженного контактного проводом несущего троса F, в м
для каждого из заданных действительных пролетов, входящих в анкерный
участок, определяют по формуле:

K
 g x  g 0    l  2  e 2
T0 
g  l  gTX  e  e
Fx  
 x
8  Tx  K 
2  Tx
В этой формуле:
l - длина пролета в м, для которого рассчитывается стрела провеса несущего
троса ;
е - расстояние от опоры до первой простой (нерессорной) струны 11 м.;
К - натяжение контактных проводов 1000 даН;
Т0 - натяжение несущего троса при беспровесном положении контактных
проводов 1280 даН;
Тх - натяжение несущего троса в даН, соответствующее температуре tx, для
которого рассчитывается значение стрелы провеса Fx;
g0 - вертикальная нагрузка на несущий трос от веса всех проводов цепной
подвески при беспровесном положении контактных проводов в даН/м, т.е. g0
= g = 2,058;
gx - вертикальная нагрузка на несущий трос от веса всех проводов цепной
подвески, соответствующая расчетным условиям, 2,058 даН;
gTX - нагрузка от веса несущего троса при расчетных условиях, 1,068 даН.
Значения Тх, соответствующие заданным температурам, tx, принимаются по
составленной выше монтажной таблице натяжений несущего троса. Все
прочие величины, кроме Тх, входящие в формулу, не зависят от изменения
температуры, что позволяет упростить формулу, предварительно определив
М1 М2, М3 и N1, N2, N3 - числовые значения не зависящих от температуры tx
частей формулы соответственно для длин пролетов l1, l2, l3:
Для l1:
1000 

2
 2,058  2,052 
  70  2 15
1280 
М1  
 650,6
9
N1 
2,058  70  1,068 1515  959,85
2
1000 

2
 2,058  2,058 
  60  2 15
1280 
М2  
 470,57
7
N2 
2,058  60  1,068 1515  805,35
2
1000 

2
 2,058  2,058 
  50  2 15
1280 
М3  
 244,38
6
N3 
2,058  50  1,068 15 15  651,6
2
Fx 
Mi
N
 i
Tx  K Tx
Таблица 4. Расчет стрел провеса несущего троса.
tx ˚C
tmin= -50
-30
t0= -15
0
30
tmax= 20
Tx , даН
l1  70 м
1500
1380
T0=1350
1275
1180
1120
Fx, м.
0,74
0,79
0,81
0,85
0,91
0,95
l2  60 м
Fx, м.
0,66
0,71
0,73
0,77
0,82
0,86
l1  50 м
Fx, м.
0,61
0,65
0,67
0,70
0,76
0,79
Монтажные кривые стрел провеса несущего троса.
5.2. Определение стрел провеса контактных проводов.
Стрелы провеса контактных проводов f кх в м определяются по формуле:
g  l  2  e   T0  Tx 
 0
8  T0  Tx  K 
2
f кх
g 0 = 2,058 даН/м.
Определяем для каждой длины пролета не зависящую от температуры часть
формулы, обозначив ее Д.
g  l  2  e 
Д1  0 1
8  T0
2
2,058  70  2 15
Д1 
 0,271
9 1350
2
2,052  60  2 15
 0,195
7 1350
2
Д2 
2,052  50  2 15
Д3 
 0,228
6 1350
2
f кх  Д 
Т0  Т х
Тх  К
Таблица 5. Расчет стрел провеса контактных проводов.
Tx ˚C
tmin= -50
-30
t0= -15
0
30
tmax=35
Tx , даН
l1  70 м
1500
1380
T0=1350
1275
1180
1120
fkx, м.
-0,014
-0,003
0
0,0078
0,018
0,026
l2  60 м
fkx, м.
-0,011
-0,0024
0
0,006
0,015
0,021
l1  50 м
fkx, м.
-0,009
-0,002
0
0,005
0,012
0,017
Монтажные кривые стрел провеса контактных проводов.
6. Составление итоговой монтажной таблицы. Выводы из расчета.
Полученные для заданных значений tx величины натяжения Тх и стрел
провеса Fx несущего троса, а также стрел провеса контактных проводов fкх
сводим в итоговую монтажную таблицу.
Таблица 6. Итоговая монтажная таблица.
tx ˚C
l1  70 м
Tx , даН
l2  60 м
l1  50 м
tmin= -50
1500
Fx, м.
0,74
fkx, м.
-0,014
Fx, м.
0,66
fkx, м.
-0,011
Fx, м.
0,61
fkx, м.
-0,009
-30
1380
0,79
-0,003
0,71
-0,0024
0,65
-0,002
t0= -15
T0=1350
0,81
0
0,73
0
0,67
0
0
1275
0,85
0,0078
0,77
0,006
0,70
0,005
30
1180
0,91
0,018
0,82
0,015
0,76
0,012
tmax= 35
1120
0,95
0,026
0,86
0,021
0,79
0,017
Выводы.
В зависимости от изменения температуры - при ее уменьшении, натяжение
несущего троса возрастает, и соответственно при увеличении температуры –
натяжение уменьшается.
Стрелы провеса несущего троса и контактных проводов при уменьшении
температуры уменьшаются, т.к. материал сжимается, а при увеличении
температуры стрелы провеса увеличиваются.
При tx = t0 fкх = 0.
Также отметим что, при уменьшение длины пролета - уменьшаются стрелы
провеса троса и проводов полукомпенсированной контактной подвески.