Механический расчет цепной контактной подвески
Из всего многообразия сочетания метеорологических условий действующих на провода контактной сети, можно выделить три расчетных режима, при которых усилия (натяжения) в несущем тросе может оказаться наибольшим опасным для прочности троса:
- режим минимальной температуры – сжатие троса;
- режим максимального ветра – растяжение троса;
- режим гололеда – растяжение троса.
Для этих расчетных режимов и определяем нагрузки на несущий трос.
Режим минимальной температуры
Несущий трос испытывает только вертикальную нагрузку от собственного веса и нагрузку от веса контактного провода, струн и зажимов.
Вертикальная нагрузка от собственного веса 1-го погонного метра определяется по формуле:
, (1.1)
где gт,gк – нагрузка от собственного веса одного метра несущего и контактного проводов, даН/м;
n – число контактных проводов;
gс– нагрузка от собственного веса струн и зажимов, равномерно распределяется по длине пролёта принимается равной 0,05даН/м, для каждого контактного провода.
Для главных путей станции и перегона:
даН/м.
Для второстепенных путей станции:
даН/м.
Режим максимального ветра
В этом режиме на несущий трос действует вертикальная нагрузка от веса проводов контактной подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий и контактные провода (гололед отсутствует), ветер максимальной интенсивности наблюдается при t0c воздуха +50с.
Вертикальная нагрузка от веса проводов контактной подвески определена согласно формуле (1.1).
Горизонтальная ветровая нагрузка на несущий трос в даН/м определяется по формуле: 
, (1.2)
где Сх– аэродинамический коэффициент лобового сопротивления провода;
Кv– коэффициент, учитывающий влияние местных условийрасположения подвески на скорость ветра, [1, с.104, таблица 19], 
;
Vн– нормативная скорость ветра наибольшей интенсивности, м/с с повторяемостью 1 раз в 10 лет, [1, с.102, таблица 18];
d– диаметр несущего троса, мм [1, с.33].
Горизонтальная ветровая нагрузка на контактный провод определяется по формуле:
, (1.3)
где Н– высота контактного провода [1, с.26].
Второстепенные пути станции
даН/м,
даН/ м.
Главные пути станции
даН/м,
даН/м.
Прямой участок перегона и кривые различного радиуса
даН/м,
даН/м.
Выемка глубиной до 7м
даН/м,
даН/м.
Насыпь более 5м
даН/м,
даН/м.
Результирующая (суммарная) нагрузка на несущий трос в даН/м определяется по формуле:
. (1.4)
Второстепенные пути станции
даН/м.
Главные пути станции
даН/м.
Прямой участок, кривые различного радиуса и выемка глубиной до7 м
даН/м.
Насыпь более 5м
даН/м.
При определении результирующей нагрузки на контактный провод она учитываться не будет, так как в основном воспринимается фиксаторами.
Режим гололеда с ветром
На провода контактной подвески в этом режиме действует вертикальная нагрузка от веса проводов контактной подвески, вес гололеда и горизонтальная нагрузка от давления ветра на провода контактной подвески, скорость ветра при гололеде -5 С, вертикальная нагрузка от собственного веса проводов контактной подвески определяется выше.
Вертикальная нагрузка от веса гололеда на несущем тросе даН/м определяется по формуле:
, (1.5)
где nг– коэффициент перегрузки;
nг=1 для нормальных условий контактной сети(станция, кривая);
bт– толщина стенки гололеда на несущем тросе, мм;
d– диаметр несущего троса, мм.
, (1.6)
где bн– нормативная толщина стенки гололеда, мм;
– коэффициент, учитывающий влияние диаметра провода на отложения гололеда, [1, с.100];
– коэффициент, учитывающий влияние высоты расположения контактной подвески, [1, с.100].
Второстепенные пути станции, для несущего троса ПБСМ-70 принимаем =0,09; для главных путей станции и перегона для несущего троса ПБСМ-70 принимаем =0,99; для выемки глубиной более 5м =0,75; для второстепенных и главных путей станций =0,8; прямой участок перегона и кривые различных радиусов =1; насыпь 
=1,1.
Вертикальная нагрузка от веса гололёда на контактном проводе в даН/м определяется по формуле:
, (1.7)
где bк– толщина стенки гололёда на контактном проводе, мм; на контактных проводах толщину стенки гололёда принимают равной 50% от толщены гололёда на несущем тросе; 
; bк – средний диаметр контактного провода, мм.
,
где Н и А– соответственно высота и ширина сечения контактного провода, мм.
мм.
Второстепенные пути станции
даН/м,
мм.
Главные пути станции
даН/м,
мм.
Перегон, прямой участок и кривых различного радиуса
даН/м,
мм.
Выемка глубиной до 7м
даН/м,
мм.
Насыпь высотой более 5м
даН/м,
мм.
Контактный провод, для второстепенных путей станции
мм,
мм,
даН/м.
Главные пути станции
мм,
мм,
даН/м.
Перегон, прямой участок и кривые различного радиуса
мм,
мм,
даН/м.
Выемка глубиной до 7м
мм,
мм,
даН/м.
Насыпь высотой более 5м
мм,
мм,
даН/м.
Полная вертикальная нагрузка от веса гололёда на проводах контактной подвески в даН/м определяется по формуле:
, (1.8)
где gсг— равномерно распределённая по длине пролёта вертикальная нагрузка от веса гололёда на струнах и зажимах при одном контактном проводе, даН/м, которая в зависимости от толщены стенки гололёда составляет gсг=0,06даН/м.
Второстепенные пути станции
gг=0,768+1∙(0,289+0,06)=1,113даН/м.
Главные пути станции
gг=0,768+1∙(0,306+0,06)=1,134даН/м.
Перегон, прямой участок и кривые различного радиуса
gг=1,065+1∙(0,210+0,06)=1,538даН/м.
Выемка глубиной до 7м
gг=0,522+1∙(0,210+0,06)=0,792даН/м.
Насыпь более 5м
gг=1,576+1∙(0,590+0,06)=2,226даН/м.
Горизонтальная ветровая нагрузка на несущий трос, покрытый гололёдом в даН/м, определяется по формуле:
, (1.9)
где Vгн—нормативная скорость ветра при гололёде, м/с.
Горизонтальная ветровая нагрузка на контактный провод, покрытый гололёдом в даН/м, определяется по формуле:
. (1.10)
Второстепенные пути станции
даН/м,
даН/м.
Главные пути станции
даН/м,
даН/м.
Перегон, прямой участок и кривые различного радиуса
даН/м,
даН/м.
Выемка глубиной до 7м
даН/м,
даН/м.
Насыпь более 5м
даН/м,
даН/м.
Результирующая (суммарная) нагрузка на несущий трос в даН/м определяется по формуле:
. (1.11)
Второстепенные пути станции
даН/м.
Главные пути станции
даН/м.
Перегон, прямой участок и кривые различного радиуса
даН/м.
Выемка глубиной до 7м
даН/м.
Насыпь более 5м
даН/м.
1.2 Выбор исходного расчетного режима
Расчетный режим устанавливается сравнением ветровых нагрузок на контактные провода при максимальном ветре и при ветре с гололедом. Если окажется что какая либо из этих ветровых нагрузок превышает другую более чем на двадцать процентов, то определить длинны пролетов можно только в режиме одной наибольшей нагрузки. Если ветровые нагрузки отличаются менее чем на двадцать процентов то длину пролета следует рассчитывать как в режиме максимального ветра так и в режиме ветра с гололедом, а при трассировки принимать наименьшее значение.
Таблица 1.1 – Результаты расчета нагрузок действующие на провода контактной подвески
| Участок местности | Нагрузки, действующие на контактную подвеску, даН/м. | |||||||||||
| gт | gк | gc | g0 | Ртv | Ркv | qтv | Ртг | Ркг | gтг | gкг | qг | |
| Главные пути | 0,598 | 0,890 | 0,05 | 1,538 | 0,722 | 0,775 | 1,698 | 0,611 | 0,416 | 0,768 | 0,30 | 2,740 |
| Боковые пути | 0,598 | 0,755 | 0,05 | 1,403 | 0,722 | 0,709 | 1,577 | 0,611 | 0,398 | 0,768 | 0,28 | 2,593 |
| Выемка | 0,598 | 0,890 | 0,05 | 1,538 | 1,237 | 1,327 | 1,937 | 0,773 | 0,533 | 0,522 | 0,21 | 2,454 |
| Насыпь | 0,598 | 0,890 | 0,05 | 1,538 | 1,740 | 1,866 | 2,322 | 1,199 | 0,772 | 1,576 | 0,59 | 3,950 |
| П.у. (кривая) | 0,598 | 0,890 | 0,05 | 1,538 | 1,237 | 1,327 | 1,937 | 0,946 | 0,619 | 1,065 | 0,41 | 3,218 |
Главные пути
Ркv max> Ркг—режим максимального ветра.
Второстепенные пути
Ркv max> Ркг—режим максимального ветра.
Перегон, прямой участок и кривые различного радиуса
Ркv max>Ркг—режим максимального ветра.
Выемка глубиной до 7м
Ркv max>Ркг—режим максимального ветра.
Насыпь более 5м
Ркv max>Ркг—режим максимального ветра.
1.3 Определение длин пролетов на прямом и кривом участках пути
Правилами устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог (ЦЭ-868) рекомендуется выполнять длины пролетов по условиям токосъема не более 70метров.
Длина пролета для прямого участка пути определяется по формуле:
. (1.12)
В кривом участке пути:
, (1.13)
где К—номинальное натяжение контактных проводов, даН/м;
bк доп.— наибольшее допустимое горизонтальное отклонение контактных проводов от оси токоприемника в пролете; bк доп.=0,5м—на прямых и bк доп.=0,45м—на кривых;
а– зигзаг контактного провода, а=0,3м—на прямых и а=0,4м—на кривых;
Рк— ветровая на контактный провод, даН/м;
упругий прогиб опоры, м, взять из таблицы при соответствующей скорости ветра Vmax.;
R— радиус кривой, м.
Далее определяем среднюю длину струны по формуле:
(1.14)
где h— конструктивная высота подвески;
g0— нагрузка на несущий трос от веса всех проводов цепной подвески;
Т0— натяжение несущего троса при беспровесном положении контактного провода.
Удельная эквивалентная нагрузка, учитывающая взаимодействие несущего троса и контактного провода при ветровом их отклонении, даН/м, определяется по формуле:
(1.15)
где Т— натяжение несущего троса контактной подвески в расчетном режиме, даН/м;
Рт— ветровая нагрузка на несущий трос, даН/м;
gт— результирующая нагрузка на несущий трос, даН/м;
hи— длина подвесной гирлянды изоляторов, м, длину гирлянды изоляторов можно принять: 0,16 м (длина серьги и седла) при изолированных консолях; 0,56 м при двух подвесных изоляторах в гирлянде, 0,73 м при трёх, 0,90 м при четырёх изоляторах;
Lmax— длина пролёта, м.
Окончательно определяем длину пролёта с учетом удельной эквивалентной нагрузки по формулам:
(1.16)
на кривых:
. (1.17)
Второстепенные пути
м,
м,
даН/м,
м.
Главные пути
м,
м,
даН/м,
м.
Прямой участок
м,
м,
даН/м,
м.
Выемка глубиной до 7м
м,
м,
даН/м,
м.
Насыпь более 5м
м,
м,
даН/м,
м.
Кривой участок пути R1=700м
м,
м,
даН/м,
м.
Кривой участок пути R2=1400м
м,
м,
даН/м,
м.
1.4 Обоснование схемы питания и секционирования контактной сети станции и перегона
1.4.1 Составление схемы питания и секционирования контактной сети
Контактная сеть электрифицируемого участка для обеспечения надежной работой и удобства ее обслуживания делится на отдельные секции, электрически независимые друг от друга. Секционирование осуществляется изолирующими сопряжениями анкерных участков, секционными изоляторами, секционными разъединителями врезными секционирующими изоляторами.
Продольное секционирование предусматривает отделение контактной сети станции от контактной сети перегонов по каждому главному пути.
Продольное секционирование осуществляется трехпролетными изолирующими сопряжениями, которые располагаются между входным сигналом и крайним стрелочным переводом.
На изолирующих сопряжениях устанавливаются шунтирующие их продольные секционные разъединители, обозначающиеся заглавными буквами русского алфавита: А, Б, В…
Секции контактной сети переменного тока, питающие от разных фаз, разделяют изолирующими сопряжениями с нейтральной вставкой, исключающей одновременное перекрытие токоприемником этих сопряжений.
Поперечное секционирование между путями осуществляется секционными изоляторами, поперечными разъединителями и врезными изоляторами в фиксирующих тросах поперечных и в нерабочих ветвях контактных подвесок.
Поперечные разъединители, соединяющие контактные подвески разных секций станций, обозначаются буквой «П».
Присоединение контактных подвесок путей, где производятся работы вблизи контактной сети, выполняют секционными разъединителями с заземляющими ножами; обозначают буквой «З».
Современные требование предусматривают применение дистанционного и телеуправления секционными разъединителями, поэтому линейные, продольные и поперечные разъединители следует проектировать с двигательными приводами.
Питание контактной сети от тяговой подстанции осуществляется питающими линиями (фидерами), обычно воздушными.
На двухпутных участках переменного тока питание линии, отходящие от тяговой подстанции к контактной сети перегонов, проектируется отдельно на каждый путь. Фидерная линия, питающая станционные пути, выделяются отдельно. В питающих линиях контактной сети переменного тока линейные разъединители уславливаются в местах присоединениях их к контактной сети.
Разъединители питающих линий обозначаются «Ф» с цифровыми индексами.
1.5Трассировка контактной сети станции и перегона
1.5.1 Трассировка контактной сети станции
Планы контактной сети станции составляют в увязке с существующими планами путевого развития станции, учитывая ее развитие на перспективу, и расположение всех сооружений: пассажирское здание, переходные мостики, путепроводы и т.д..
Планы контактной сети станции вычерчиваются в масштабе 1:1000, как правило, на миллиметровой бумаге. Ширина листа равна 297 мм, длина листа должна определяется согласно заданной длине станции. Например: на схеме указаны расстояния от оси пассажирского здания до крайних точек схемы, не учитывая знак, нужно сложить эти отметки и прибавить 600-800 мм для размещения на чертеже нейтральных ставок на переменном токе.
Положение опор контактной сети на плане определяется расстоянием от оси ближайшего пути и расстоянием от оси пассажирского здания, измеренным по оси главного пути.
Планы контактной сети станции составляют в следующем порядке: намечают места фиксации контактных проводов в горловинах станций; выбирают наилучший вариант расстановки несущих и фиксирующих опор, опор изолирующих сопряжений, опор средней части станции, у пассажирского здания и искусственных сооружений; выполняют трассировку анкерных участков; намечают места для анкерных опор; производят трассировку питающих и отсасывающих линий, ВЛ и других проводов, увязывая их между собой; подбирают типы опор, фундаментов, консолей и пр..
1.5.2 Трассировка контактной сети перегона
Планы контактной сети перегона вычерчивают в масштабе 1:2000 на миллиметровой бумаге. Необходимую длину листа определяют исходя из заданной длины перегона с учетом масштаба и необходимого запаса в правой части чертежа на размещение общих данных и основной надписи.
План контактной сети перегона вычерчивают в следующей последовательности:
- предварительная разбивка перегона на анкерные участки. Расстановка опор на перегоне начинают с переноса на план перегона опор изолирующего сопряжения. Расположение этих опор на плане перегона должно быть увязано с их расположением на плане станции. Увязку осуществляют по входному сигналу, который обозначен и на плане станции;
- наметка анкерных участков контактной сети, примерное расположение мест их сопряжений. В середине анкерных участков намечают места средних анкеровок, где впоследствии необходимо сокращать длины пролетов.
Намечая анкерные участки подвески, необходимо исходить из следующих соображений:
- количество анкерных участков на перегоне должно быть минимальным;
- максимальная длина анкерного участка контактного провода на прямой принимается не более 1600м;
- сопряжение анкерных участков рекомендуется выполнять на прямых. В конце перегона находится трехпролетное изолирующее сопряжение;
- далее расстановка опор на перегоне. Расстановка опор производится пролетами, по возможности равными допустимым для соответствующего участка местности, полученным в результате расчетов длин пролетов. Пролеты со средними анкеровками должны быть сокращены при компенсированной: два пролета на 5% максимальной расчетной длины для соответствующего участка местности;
- обработка плана перегона. Выполнив расстановку опор и зигзагов контактного провода, производят окончательную разбивку контактной сети перегона на анкерные участки и вычерчивают их сопряжения.
2 Технологический раздел
2.1Воздушная стрелка контактной сети с дополнительной контактной подвеской
2.1.1 Анализ работы устройств воздушных стрелок контактной сети
В 2005 г. на сети железных дорог РФ в эксплуатации находилось 69,3 тыс. воздушных стрелок контактной сети [ЦЭ ОАО «РЖД». Анализ производственно-хозяйственной деятельности хозяйства электрификации и электроснабжения РФ за 2005 год].
На воздушных стрелках в 2005 г. допущен 481 случай поломок токоприемников э.п.с., из них 367 – по вине хозяйства электроснабжения.
Удельная повреждаемость на 100 км развёрнутой длины контактной сети в 2005 г. по вине дистанций электроснабжения в целом по сети составила 0,74 случая.
Из общего числа повреждений устройства контактной сети на постоянном токе составляют 50,5 %, на переменном токе – 49,5.
Из них доля повреждений воздушных стрелок составила 9,9 %. Удельная повреждаемость воздушных стрелок возросла к уровню 2004 г. и составила 0,13 случаев на 100 воздушных стрелок ( в 2004 г. – 0,09 ).
Возросла удельная повреждаемость на Московской железной дороге с 0,73 до 1,15, на Южно-Уральской – с 0,55 до 0,69, на Красноярской – с 0,42 до 0,59.
В тоже время снизилась удельная повреждаемость на Северной железной дороге с 1,10 до 0,64, на Горьковской – с 0,66 до 0,47, на Юго-Восточной – с 0,71 до 0,58.
В 2005 г. по сети дорог модернизировано более 6,5 тыс. воздушных стрелок, в том числе на Московской железной дороге – 22,4 % от общего числа воздушных стрелок, на Куйбышевской – 14,1. Низкие объемы модернизации воздушных стрелок на Красноярской железной дороге – 1,9 %, на Юго-Восточной – 4,5, на Северо-Кавказской – 5,3.
В 2006 г. модернизировано 5,5 тыс. воздушных стрелок, в том числе на Московской железной дороге 25,1 % от общего числа воздушных стрелок, на Куйбышевской – 12,7, на Октябрьской – 12. Низкие объемы модернизации воздушных стрелок на Красноярской, Приволжской и Юго-Восточной железных дорог и не превышают 2 %.
Воздушные стрелки, оборудованные устройствами одновременного подъема контактных проводов составляют 28,4 %.
Установка устройств одновременного подъема проводов проводилась в первую очередь на воздушных стрелках, примыкающих к главным путям и образованных пересечением одиночных и двойных контактных проводов.
В 2006 г. процент воздушных стрелок, оборудованных устройствами одновременного подъема контактных проводов увеличился до 30,6 % [ЦЭ ОАО «РЖД». Анализ производственно-хозяйственной деятельности хозяйства электрификации и электроснабжения РФ за 2006 год].
При низких температурах воздуха (ниже 30°С) количество повреждений на воздушных стрелках увеличилось в 2 – 3 раза на Горьковской, Приволжской и Северо-Кавказской ж. д.
В январе 2006 г. при резком понижении температуры до – 30°С и ниже на дорогах Европейской части и Урала был допущен рост отказов по сравнению с 2005г. в 3,8 раза.
Повреждения по видам элементов контактной сети приведены на (рисунке 2.1). По вине хозяйства электроснабжения: 1 – провода и тросы (29,5 %); 2 – изоляторы (16 %); 3 – зажимы и детали (14,7 %); 4 – воздушные стрелки (9,3 %); 5 – поддерживающие конструкции (7,4 %); 6 – струны (7,2 %); 7 – разрядники, разъединители (2,5 %); 8 – секционные изоляторы (2,2 %); 9 – опоры (1,3 %); 10 – дроссель трансформаторы, рельсовые цепи (0,9 %); 11 – прочие (8,2 %).
Рисунок 2.1 – Повреждение контактной сети по видам элементов в 2006 г.
В 2007 г. на сети железных дорог РФ в эксплуатации находилось 68,9 тыс. воздушных стрелок контактной сети [ЦЭ ОАО «РЖД». Анализ производственно-хозяйственной деятельности хозяйства электрификации и электроснабжения РФ за 2007 год].
Количество повреждений на воздушных стрелках составило 83 случая, в том числе по вине работников хозяйства 77 случаев.
Удельная повреждаемость на 100 км развёрнутой длины контактной сети в 2007 г. по вине дистанций электроснабжения в целом по сети составила 0,64 случая.
Из общего числа повреждений устройства контактной сети на постоянном токе составляют 46,6 %, на переменном токе – 53,4.
Из них доля повреждений воздушных стрелок составила 10,5 %. Удельная повреждаемость воздушных стрелок в 2007 г. уменьшилась и составила 0,12 случаев на 100 воздушных стрелок против 0,13 в 2006г.
В 2007 году модернизировано 5,1 тыс. воздушных стрелок, в т.ч на Московской ж. д. 17,2% от общего числа воздушных стрелок, Юго – Восточной ж. д. – 11,5%, Южно – Уральской ж. д. – 9,3%. Низкие объемы модернизации воздушных стрелок на Северо – Кавказской ж. д . – 1,5%.
В 2008 г. модернизировано 4,5 тыс. воздушных стрелок, в том числе на Московской железной дороге 11 % от общего числа воздушных стрелок, Юго- Восточной ж.д. – 11,4 %, Горьковской ж.д. – 9,3 %. Низкие объемы модернизации воздушных стрелок по – прежнему на Северо – Кавказской ж. д. – 1,2%.
В 2008 г. процент воздушных стрелок, оборудованных устройствами одновременного подъема контактных проводов увеличился до 33,8 % [ЦЭ ОАО «РЖД». Анализ производственно-хозяйственной деятельности хозяйства электрификации и электроснабжения РФ за 2008 год].
Повреждения по видам элементов контактной сети приведены на (рисунке 2.2). По вине хозяйства электроснабжения: 1 – провода и тросы (31,2 %); 2 – изоляторы (14 %); 3 – зажимы и детали (14 %); 4 – струны (10 %); 5 – воздушные стрелки (8,3 %); 6 – поддерживающие конструкции (6,0 %); 7 – разрядники, разъединители (3,9 %); 8 – секционные изоляторы (2,4 %); 9 – дроссель трансформаторы, рельсовые цепи (2,2 %); 10 – опоры (0,7 %); 11 – прочие (7,1 %).
Рисунок 2.2 - Повреждение контактной сети по видам элементов в 2008 г.
Характерные повреждения контактной сети и воздушных линий в зимний период: вырыв контактных проводов из стыковых зажимов, поджатия проводов к заземленным конструкциям, обрывы усиливающих, питающих проводов из-за недостаточной стрелы провеса, разрегулировка воздушных стрелок (не оборудованных устройством одновременного подъема проводов), разрывы хомутов, крюковых болтов, изломы стержневых изоляторов и др.
Анализ статистических данных по числу отказов устройств контактной сети на Западно-Сибирской железной дороги с 2005 по 2007 г.г. показывает, что воздушные стрелки занимают второе место в ряду наименее надежных устройств контактной сети.
Большинство повреждений токоприемников электровозов происходит на воздушной стрелке.
Основной причиной отказов воздушных стрелок является разность высот контактных проводов в точке подхвата, возникающая вследствие отжатия провода полозом токоприемника той ветви, по которой он проходит, а также разрегулировка воздушных стрелок при изменении температуры воздуха. Поэтому с 1960 г. применяются дополнительные устройства, которые устанавливают перед зоной подхвата.
4
 | |||
 |
2 1
Рисунок 2.3 – Воздушная стрелка с жесткими элементами
Характерным устройством является устройство воздушной стрелки В. Е. Чекулаева (рисунок 2.3), где одновременный подъем контактных проводов достигается за счет использования двух жестких распорок 1, связанных с контактными проводами 2 и соединенных с верхней перекладиной 3 посредством рычажно-поворотной пластины 4. Однако большая сосредоточенная масса устройства (10 – 13кг) позволяет применять такое устройство только при невысоких скоростях движения электроподвижного состава, т.е. на боковых и приемоотправочных путях [5].
Воздушная стрелка О. Е. Малышева (рисунок 2.4), имеет несложное дополнение к устройству обычной воздушной стрелки, которое обеспечивает равенство стрел провеса несущих тросов и контактных проводов пересекающихся подвесок в зоне подхвата воздушной стрелки при любой температуре воздуха. Это достигается установкой дополнительного зажима 1, скрепляющего несущие тросы пересекающихся подвесок на расстоянии до 1 м от поддерживающих струн 2 [6].
1 2
Рисунок 2.4 – Воздушная стрелка, дополненная новыми элементами
Воздушная стрелка, разработанная авторским коллективом в составе И. Ф. Агибалова, А. Т. Демченко, В. А. Савченко и др. (рисунок 2.5), снабжена скользунами 1, дополнительным соединительным элементом 2 и двумя дополнительными струнами 3, одни концы которых прикреплены к средней части последнего, а другие совместно с соответствующими концами первых струн связаны со скользунами, установленными на контактных проводах [7].
2 1 3
Рисунок 2.5 – Воздушная стрелка с элементами температурной компенсации
Вариантов устройств воздушных стрелок по сети дорог насчитывается более 30.Наличие дополнительных устройств перед зоной подхвата усложняет работу воздушной стрелки при высоких скоростях движения. В связи с этим конструкция воздушной стрелки нуждается в совершенствовании.
В ОмГУПСе разработана воздушная стрелка для высокоскоростных контактных подвесок с вариантами для магистральных до 160 км/ч и скоростных свыше 200 км/ч. Устройство воздушной стрелки предполагает изменение конструкции контактной подвески в зоне стрелочного перевода, которое заключается в монтаже вспомогательной контактной подвески, обеспечивающей плавный переход токоприемника с контактного провода главного пути на контактный провод дополнительной подвески. Аналогичным образом указанное устройство работает при движении токоприемника по боковому пути. Таким образом воздушная стрелка становится одним из вариантов неизолирующего сопряжения. Главной особенностью стрелки является отсутствие скрещивания и пересечения контактных проводов, что улучшает механическое взаимодействие с полозом токоприемника.
Указанное устройство воздушной стрелки представлено на (рисунке 2.6). Устройство воздушной стрелки контактной сети: 1 – токоприемник; 2 – контактный провод главного пути; 3 – контактный провод дополнительной подвески; 4 – контактный провод бокового пути.
Рисунок 2.6 – Воздушная стрелка контактной сети с дополнительной контактной подвеской
2.1.2 Устройство и работа воздушной стрелки контактной сети с дополнительной контактной подвеской
Воздушные стрелки предназначены для обеспечения плавного и надежного перехода токоприемников с контактной подвески одного пути на контактную подвеску другого пути при движении электропоездов по стрелочному переводу и образуются пересечением двух контактных подвесок.
Известна воздушная стрелка контактной сети, содержащая расположенные друг над другом контактные провода главного и примыкающего путей и несущие тросы, присоединенные к проводам через поддерживающие струны цепной подвески [1].
Однако известная стрелка ненадежна в работе, особенно при высоких скоростях движения транспорта.
Цель предложенного устройства - повышение надежности воздушной стрелки в работе при высоких скоростях движения транспорта за счет отсутствия пересечения контактных проводов.
Указанная цель достигается тем, что контактная подвеска, смонтированная над стрелочным переводом, представляет сопряжение контактных подвесок, образующих воздушную стрелку, с дополнительной контактной подвеской ограниченной длины. Анкерный участок дополнительной контактной подвески монтируется от воздушного промежутка и заканчивается за первым стрелочным переводом станции. Примерная длина анкерного участка дополнительной контактной подвески триста метров.
На рисунке (2.7) изображена предлагаемая воздушная стрелка.
Воздушная стрелка содержит основной контактный провод 1 главного и контактный провод 2 примыкающего путей, между которыми расположен контактный провод 3 дополнительной контактной подвески ограниченной длины.
Воздушная стрелка работает следующим образом.
При движении токоприемника 4 в направлении, указанном стрелкой на рисунке (2.7) по контактному проводу главного пути 1, в зоне стрелочного перевода происходит плавный переход полоза токоприемника 4 с контактного провода пути следования 1 на контактный провод дополнительной контактной подвески 3. При дальнейшем движении токоприемника полоз будет плавно переходить с контактного провода дополнительной контактной подвески 3 на контактный провод контактной подвески перегона.
Указанное устройство работает аналогичным образом при движении токоприемника 4 по контактному проводу бокового пути 2.
Использование предлагаемого устройства позволит повысить надежность работы за счет исключения подхвата полозом токоприемника контактного провода смежного пути и обеспечит подход этого провода к полозу сверху, над его рабочей горизонтальной частью.
Рисунок 2.7 – Воздушная стрелка контактной сети с дополнительной контактной подвеской
2.1.3 Результаты исследования воздушных стрелок контактной сети
Исследования жесткости воздушных стрелок контактной сети проводились на учебном полигоне Омского техникума железнодорожного транспорта – филиал ОмГУПСа.
С укладкой воздушной стрелки для стрелочного перевода 1/11. Длинна пролета, в котором смонтирована стрелка, составила 12,5 метров. Как показали исследования, длинна пролета мало влияет на величину отжатия провода, по этому результаты эксперимента достаточно корректны.
В анкеровке контактных проводов смонтированы компенсирующие устройства, несущие троса заанкерованы жестко. Температура воздуха пр и которой производились эксперименты составила двадцать – двадцать пять градусов Цельсия.
Исследования проводились как для фиксированной с пересечением контактных проводов воздушной стрелки, так и для воздушной стрелки без пересечения контактных проводов с дополнительной контактной подвеской.
Для измерения жесткости контактных подвесок использовался механизм (рисунок 2.8), 1 – балка; 2 – лыжи; 3 – ребро жесткости; 4 – опорная планка; 5 – стержень с резьбой (винт); 6 – трубка; 7 – балансир (рычаг); 8 – седло; 9 – фиксирующий болт; 10 – крюк; 11 – тросик; 12 – подвижный ролик; 13 – вилка; 14 – трубка. Механизм изготовлен в учебных мастерских Омского техникума железнодорожного транспорта – филиал ОмГУПСа, студентами Быковым, Дубининым, Калиниченко, Киричком, Максимкиным под руководством мастера производственного обучения Хохловым А.П., по проекту Жмудь Д.Д. – руководителя дипломного проекта. Этим механизмом проводили измерения вертикальной и боковой жесткости контактной подвески воздушных стрелок контактной сети.
В ходе испытаний прикладывались вертикальные усилия на провода, соответствующие нажатиям токоприемника от 2,5 до 32 килограмм, и боковые усилия от 2,5 до 7,5 килограмм. Перемещения проводов замерялись в нескольких точках пролета воздушной стрелки. Результаты расчетов указаны в приложении В.
На основании экспериментальных результатов строим графики жесткости контактных подвесок воздушных стрелок контактной сети, которые показывают что жесткость контактной подвески в пролете воздушной стрелки с пересечением контактных проводов превышает жесткость контактной подвески воздушной стрелки без пересечения контактных проводов, следовательно воздушная стрелка с дополнительной контактной подвеской обеспечивает плавный и беспрепятственный токосъем в переходном пролете. Графики приведены в приложении Г.
Рисунок 2.8 – Механизм для измерения жесткости контактной подвески
3 Экономический раздел
3.1 Планирование труда и заработной платы
В плане по труду и заработной плате района контактной сети предусматриваются:
– расчет списочной численности работников района контактной сети;
– определение общего годового фонда заработной платы и среднемесячной заработной платы в расчете на одного работающего;
– расчет уровня производительности труда.
Нормирование труда – это вид деятельности по управлению производством, цель которой состоит в определении необходимых затрат и результатов труда. Необходимыми считаются затраты и результаты, соответствующие наиболее эффективным вариантам организации труда, производства и управления.
Техническое нормирование труда является инструментом правильной организации труда, заработной платы и планирования производства.
Для правильной организации труда на предприятии необходимо знать количество труда, необходимого для выполнения той или иной работы, а также иметь обоснованные данные о режимах работы оборудования, целесообразной последовательности действий работника, рациональной организации рабочего места.
Техническое нормирование труда – это основа для правильной организации планирования производства. Так, при разработке плана по труду важную роль играют нормы затрат труда и нормы обслуживания, на основе которых определяют численность работников, фонд оплаты труда, количество оборудования, степень использования производственной мощности предприятия. Нормирование труда необходимо для обеспечения соотношения между заработной платой каждого работника и его вклад в производство [2].
Производительность труда – это эффективность производственной деятельности людей, выраженная соотношением затрат труда и количества произведенных материальных благ. Измеряется производительность труда количеством продукции в натуральном, денежном или ином (условном) выражении, произведенной одним работником за какой-то период (час, смену, год) или временем, затраченным на изготовление единицы продукции.
В производстве продукции транспорта участвуют два вида труда: живой труд, то есть труд, затрачиваемый работниками при осуществлении производственного процесса, и прошлый (овеществленный) израсходованный при создании данного вида продукции средствам производства (сырье, материалах, топливе, электроэнергии, машинах, оборудовании и так далее).
На производительность труда оказывают влияние такие факторы, как технический прогресс, фондовооруженность, объем капитальных вложений, качество рабочей силы и ее распределение, управление различными ресурсами и эффективность их размещения. Другими словами, производительность труда увеличивается по мере улучшения профессиональной подготовки, образования, здоровья работников и повышения их заинтересованности, по мере роста обеспеченности высокопроизводительными машинами и оборудованием, а также природными ресурсами, при лучшей организации и управлении производством. Повышение производительности труда является объективным экономическим законом [3].
3.2 Расчет численности электромонтеров района контактной сети
Списочная численность электромонтеров контактной сети ЧСП учитывает контингент, необходимый для выполнения полного объема работ с учетом трудозатрат на замещение электромонтеров, находящихся в отпусках, отсутствующих по болезни и другим причинам, предусмотренным трудовым законодательством, и рассчитывается по формуле:
, (3.1)
где ЧЯВ – явочная численность электромонтеров, чел;
КСП – списочный коэффициент для перевода явочной численности в списочную, принимаем равным 1,18.
Явочная численность электромонтеров определяется исходя из технической оснащенности района контактной сети и нормативов численности.
При расчете нормативы численности должны корректироваться повышающими коэффициентами:
– коэффициентом перемещения КП , учитывающим затраты времени на перемещение ремонтного персонала к месту работы и обратно, принимаем равным среднему коэффициенту перемещения 1,25 при протяженности плеча обслуживания до 30 км;
– климатическим коэффициентом КК , учитывающим повышение работ в зимних условиях, принимаем равным 1,11, так как участок контактной сети находится в 5 температурной зоне;
– коэффициентом на пропуск поездов КПП , учитывающим затраты времени на пропуск поездов при производстве работ на контактной сети, для двухпутного участка при 38 парах поездов за рабочий день – КПП=1,23.
Нормативы численности электромонтеров, занимающихся техническим обслуживанием и текущим ремонтом высоковольтных линий (ВЛ) и сетей, кроме того, в зависимости от местных условий и особенностей устройств следует умножить на коэффициенты:
– коэффициент линий КЛ , учитывающий сложность и дополнительные затраты труда при работе на двухцепных линиях;
– коэффициент местности КМ , учитывающий местность, в которой расположены обслуживаемые устройства.
Два последних коэффициента в данной работе не учитываем.
Из общего числа электромонтеров: шестого разряда – 18; пятого – 26; четвертого – 35 и третьего – 21%. Количество вспомогательных рабочих, занятых содержанием зданий, оборудования, работой транспорта, принимаем равным 10% от основного производственного персонала (2 разряд).
В районе контактной сети на дежурном пункте организовано дежурство одного электромонтера пятого разряда и одного водителя автомотрисы. В штатном расписании района контактной сети необходимо предусмотреть начальника (12, 13 разряд), двух электромехаников (10 разряд), по два водителя автомобиля в смену (6 разряд), шофера (5 разряд) и уборщицу производственных помещений (2 разряд) [1].
Результаты расчета численности электромонтеров района контактной сети приведены в (таблице 3.1).
Таблица 3.1 - Расчет численности электромонтеров района контактной сети
| ЧЯВ, чел | ||
| Из них: Всего: | Шестого разряда Пятого разряда Четвертого разряда Третьего разряда | |
| ЧСП, чел | ||
| Начальник (12 разряд) Электромеханик (10 разряд) Водитель транспортного средства (6 разряд) Шофер (5 разряд) Уборщица производственных помещений (2 разряд) | ||
| Вспомогательные рабочие (2 разряд) | ||
| Итого: | ||
3.3 Определение общего годового фонда заработной платы и среднемесячной заработной платы в расчете на одного работающего
Всякий труд должен быть оплачен. Заработная плата должна непосредственно зависеть от количества и качества труда. Определяющим фактором оплаты труда является квалификация работника, то есть его способность выполнять работу определенной сложности. Уровень квалификации работника определяется тремя факторами: общим образованием, специальной (профессиональной) подготовкой и производственным опытом (стажем практической работы). Труд квалифицированный должен оплачиваться выше, чем неквалифицированный.
На железнодорожном транспорте есть профессии с неблагоприятными условиями труда, характеризующиеся высокой степенью опасности, ответственности, напряженности, тяжести. Труд с тяжелыми и вредными условиями, а также с высокой степенью опасности, ответственности и напряженности должен оплачиваться выше по сравнению с трудом в нормальных условиях.
Оплата труда должна быть выше в отдаленных и малообжитых, но перспективных по развитию районах, а также районах с тяжелыми природно-климатическими условиями.
Количество труда определяется продолжительностью рабочего дня, устанавливаемой в законодательном порядке. Более продолжительная работа оплачивается выше.
Принципы оплаты труда бесспорны, но в рыночной экономике нельзя забывать о роли спроса и предложения при разных ситуациях на рынках конкретных видов труда. Если предложение какого-то конкретного вида труда велико по отношению к спросу на него, то в результате заработная плата будет низкой и наоборот [2].
Существует две формы оплаты труда: сдельная и повременная. Каждая из них имеет разновидности, которые принято называть системами оплаты труда. Формы и системы оплаты труда представляют собой совокупность правил, которые определяют соотношение между размерами вознаграждения работников и мерой их труда.
В данной курсовой работе для района контактной сети примем повременную оплату труда.
При повременной оплате труда сумма заработка работника определяется его тарифной ставкой и фактически отработанным временем.
Простая повременная система на железнодорожном транспорте практически не применяется, так как она материально не заинтересовывает работников в увеличении выпуска продукции, повышении ее качества, в росте производительности труда.
При повременно-премиальной системе оплаты труда работник сверх заработка по тарифной ставке за фактически отработанное время дополнительно получает премию за выполнение определенных количественных и качественных показателей.
Для руководителей, специалистов и служащих используется система должностных окладов. Должностной оклад – абсолютный размер заработной платы, устанавливаемый в соответствии с занимаемой должностью. Размер должностного оклада постоянен и не зависит от колебаний нормы рабочих часов по месяцам. Сверх должностного оклада работник дополнительно может получать премию за выполнение и перевыполнение установленных показателей [2].
Годовой фонд основной заработной платы района контактной сети определяется исходя из расчетной численности работников, часовых тарифных ставок или месячных должностных окладов, с учетом доплат, премий и районного коэффициента.
Общий фонд заработной платы работников района контактной сети определяется по формуле:
, (3.2)
где ФЗПосн – основной фонд заработной платы, то есть для оплаты отработанного времени, руб;
ФЗПдоп – дополнительный фонд заработной платы, то есть для оплаты неотработанного, но оплачиваемого времени (отпуск, время выполнения государственных и общественных обязанностей, заработная плата государственным депутатам, военные сборы, все льготные часы и сверхурочная работа), руб.
Тарифная система является основным средством регулирования заработной платы в зависимости от квалификации, условий труда и других факторов.
Элементами тарифной системы являются тарифно-квалификационные справочники работ и профессий, тарифные сетки, тарифные ставки, схемы должностных окладов.
Тарифная сетка представляет собой шкалу, определяющую соотношения в размерах тарифных ставок в зависимости от квалификации (сложности) труда. Таким образом, с помощью тарифной сетки заработная плата дифференцируется в зависимости от квалификации работника.
Тарифная ставка – это абсолютный размер оплаты труда рабочих и категорий служащих за единицу рабочего времени. Исходной является тарифная ставка рабочих I разряда, тарифный коэффициент которого равен 1. Зная тарифную ставку рабочего I разряда и пользуясь тарифными коэффициентами, можно определить тарифные ставки для остальных разрядов квалификации.
Размеры часовых тарифных ставок и должностных окладов определяются на основании тарифных коэффициентов отраслевой единой тарифной сетки.
Величина месячной тарифной ставки первого разряда на 1 сентября 2000 г. составляет 640 р. Месячная норма рабочего времени принимается равной 166,75 ч.
Доплата за работу в тяжелых и вредных условиях труда принимается в размере от 8 до 20% (принимаем равной 20% для электомонтеров), работу в ночное время – 13,3, праздничные дни 2, неосвобожденным бригадирам за руководство бригадой выплачивается 10%, премия из фонда заработной платы составляет 10% месячного тарифного заработка или должностного оклада. Районный коэффициент – 1,15.
Дополнительный фонд заработной платы принимается в размере 10% от основного фонда, то есть
. (3.3)
Результаты расчетов фонда заработной платы представлены в (таблице 3.2)
Уровень среднемесячной заработной платы (ЗСР) в расчете на одного работника рассчитывается по формуле:
. (3.4)
По формуле (3.4) среднемесячная заработная плата в расчете на одного работника района контактной сети равна
руб.
Таблица 3.2 - План по труду и заработной плате
| Категория работников | Разряд | Численно-сть,чел | Тарифный заработок, оклад, руб | Доплаты и надбавки, руб | Премия, руб. | Районная надбавка, руб. | Годовой фонд заработной платы, руб. | |||
| за условия труда | за работу в ночное время | за работу в праздничные дни | за руководство бригадой | |||||||
| Начальник | 3737,6 | — | — | — | — | 747,52 | 756,86 | 78601,72 | ||
| Электромеханик | 2444,8 | — | — | — | — | 488,96 | 495,07 | 102828,24 | ||
| Электромонтер | 1344,0 | 268,80 | — | — | 161,28 | 322,56 | 350,78 | 144571,39 | ||
| Электромонтер (дежурство) | 1241,6 | 248,32 | 198,15 | 32,77 | — | 297,98 | 336,34 | 138079,77 | ||
| Электромонтер | 1241,6 | 248,32 | — | — | — | 297,98 | 301,70 | 63737,4 | ||
| Электромонтер | 1139,2 | 227,84 | — | — | — | 273,40 | 276,82 | 229990,84 | ||
| Электромонтер | 1017,6 | 203,52 | — | — | — | 244,22 | 247,27 | 128400,78 | ||
| Водитель транспортных средств | — | 178,75 | 29,56 | — | 268,80 | 303,40 | 249113,08 | |||
| Шофер | 1241,6 | — | — | — | — | 248,32 | 251,42 | 26110,84 | ||
| Уборщица | 787,2 | — | — | — | — | 157,44 | 159,40 | 16554,81 | ||
| Вспомогательный рабочий | 787,2 | — | — | — | — | 157,44 | 159,40 | 33109,63 | ||
| Основной фонд заработной платы ФЗПосн, руб | 1211098,59 | |||||||||
| Дополнительный фонд заработной платы ФЗПдоп, руб | 1211098,59 | |||||||||
| Общий фонд заработной платы ФЗПобщ, руб | 1332208,45 |
3.4 Расчет стоимости оборудования контактной сети перегона