Автоколивання та вібрація проводів
Невигасні вимушені коливання вимагають, як відомо, для підтримки зовнішньої періодичної сили. Однак у деяких випадках коливання в системі можуть бути незатухаючими і без її дії. Такі коливання називають самопідтримуючими (самозбудливими) коливаннями або автоколиваннями.
У той час як частота вимушених коливань збігається із частотою зовнішньої сили, а амплітуда коливань залежить від амплітуди цієї сили, частота та амплітуда автоколивань визначаються властивостями системи. Автоколивання відрізняються від вільних коливань тим, що вони не згасають з часом і їхня амплітуда не залежить від початкового короткочасного впливу («поштовху»), що збуджує коливання.
Автоколивання та вібрація проводів контактної мережі відбуваються при швидкостях вітру 5-20 м/с, найчастіше за вітру понад 15 м/с на ділянках з відкритою місцевістю. При сильному вітрі (понад 20 м/с) автоколивання проводів ланцюгових підвісок не спостерігалося. У більшості випадків автоколиванням піддаються дроти, що мають односторонні відкладення ожеледиці або морози. Частота коливань проводів при цьому 0,6-1 Гц а число напівхвиль (штрихові лінії) у прольоті, як правило 1-3 (рис. 4.11,а, 6, в).Виникаючи при певній швидкості вітру і при будь-якій формі відкладень ожеледиці на проводах, вібрація може існувати на незмінній частоті при значних коливаннях швидкості вітру та з-
Мал. 4.11. Види автоколивань ланцюгової контактної підвіски з однією(а),двома(б)та трьома (в) напівхвилями в прольоті
зміні як форми, так і обсягу атмосферних відкладень.
Розмах коливань (амплітуда) проводів ланцюгової підвіски при танці може досягати 1 м і більше. Між амплітудою вібрації проводів та швидкістю вітру немаєчіткого зв'язку через зриви коливань, що відбуваються, тоді як при «танці» відзначається збільшення амплітуди коливань при зростанні швидкості вітру.
Автоколивання ланцюгових контактних підвісок (одинокових проводів) відбуваються з частотами, близькими до частот власних коливань системи, які для ланцюгової контактної підвіски визначають за формулою
дек- коефіцієнт, що залежить від конструкції опорного вузла контактної підвіски: при ресорних струнах в опорному вузлік =0,46; при простихдо =0,5;
l- Довжина прольоту, м;
Z - сумарний натяг проводів контактної підвіски, даН;
q- навантаження від ваги проводів ланцюгової підвіски (з ожеледицею), даН/м.
Професор І.І. Власов показав, що автоколивання проводів викликаються аеродинамічними силами, що виникають при обтіканні повітряним потоком проводів, що одержали в результаті ожеледиць або зносу неправильну (відмінну від круглої) площу перерізу. Якщо профіль перерізу дроту близький до круглого, то за знаком підйомна сила і кут атаки вітру збігаються (рис. 4.12). У цьому випадку крива підйомної сили в залежності -
Мал. 4.12. Схема обтікання повітряним потоком циліндра (я) та тіла некруглої форми(б)
Місті від кута атаки ά наближається до похилої прямої, що проходить через початок координат. Причому позитивним значенням кута відповідають позитивні значення підйомної силиуі навпаки. Інша картина виходить у проводів з перерізом некруглої форми, наприклад, при односторонньому відкладенні ожеледиці на дроті. Розглянемо обтікання такого дроту повітряним потоком, спрямованим з боку ожеледиці (рис. 4.12,б).У нижній частині дроту повітряний потік тісно прилягає до поверхні дроту. Лінії потоку тутзгущені та швидкість потоку збільшена, що призводить до зниження тиску в цій зоні. До верхньої частини перерізу дроту прилягає зона, в якій тиск приблизно дорівнює атмосферному. В результаті такого розподілу тиску по поверхні проводу рівнодіючи цих тисків отримує вертикальну складову, спрямовану зверху вниз.
Розглянемо залежність підйомної сили від кута атаки а: в деякому діапазоні кутів атаки позитивним значенням відповідають негативні підйомні силиу,і навпаки. У цьому випадку під час руху дроту вниз при деяких позитивних кутах атаки ά2 > ά > 0 підйомна сила також отримує негативне значення (спрямована вниз), а при русі дроту вгору при негативних кутах ά1