Development and Testing of New Solutions of Overhead Contact Line Accessories

The overhead contact line (OCL) consists of various kinds of supporting structures and elements that allows the installation of the contact wire horizontally to the track. OCL is a complex mechanical and electrical system, that has to ensure the proper electric power transfer to the traction vehicle. During the exploitation of contact line accessories (extension arms, cantilevers, tensioning devices etc.) different kinds of problems appear, significantly affecting the railway traffic. Furthermore, the outdated design is the reason for difficulties with assembly and daily use. Research results, stress characteristic numerical analyses, clamping force relaxation experimental results and contact line equipment corrosion resistances of present in-use devices are presented. An OCL new generation concept was developed. Stress distribution and safety factor tests were conducted at operationally loaded construction. Obtained results showed that currently used equipment at the operational loads has eff ort close to the material yield strength. Tested elements have also different kinds of design defects, low corrosion resistance and rheological resistance at a level of 8–10% degree of relaxation. Conducted research showed that newly designed elements have a safe level of effective stress and high safety factor – all tested under an operational load regime. A new solution of no-load tensioning device was designed and tested. The contact wire or catenary wire tensioning force is generated by device spiral springs. Properly designed elements application – cams – allowed to obtain a constant tensioning force in full contact wire length variation range.

Sieć trakcyjna (OCL) składa się z różnych konstrukcji i elementów nośnych, które umożliwiają instalację przewodu jezdnego poziomo w stosunku do toru. Sieć trakcyjna jest złożonym systemem mechanicznym i elektrycznym, który musi zapewnić właściwe przekazywanie energii elektrycznej do pojazdu trakcyjnego. W trakcie eksploatacji urządzeń sieci trakcyjnej (wysięgniki, wsporniki, urządzenia napinające itp.) pojawiają się różne problemy znacząco wpływające na ruch kolejowy. Ponadto przestarzałe konstrukcje utrudniają ich montaż i codzienną eksploatację. Przedstawiono wyniki badań, analizy numeryczne właściwości naprężeń, eksperymentalne wyniki relaksacji siły nacisku i odporności na korozję urządzeń sieci trakcyjnej w obecnie używanych urządzeniach. Opracowano koncepcję sieci trakcyjnej nowej generacji. Przeprowadzono badania rozkładu naprężeń i współczynnika bezpieczeństwa na konstrukcjach obciążonych eksploatacyjnie. Uzyskane wyniki pokazały, że obecnie używane urządzenia przy obciążeniu eksploatacyjnym pracują blisko granicy wytrzymałości materiału. Badane elementy miały również wady projektowe, niską odporność na korozję i odporność reologiczną na poziomie 8–10% stopnia relaksacji. Wykonane prace przeprowadzone w obciążeniu eksploatacyjnym wykazały, że nowo zaprojektowane elementy mają bezpieczny poziom naprężenia efektywnego i wysoki współczynnik bezpieczeństwa. Zaprojektowano, przetestowano i zbadano nowe rozwiązanie urządzenia naprężającego bez ciężarów naprężających. Siła naprężenia przewodu jezdnego i sieci trakcyjnej jest generowana przez spiralne sprężyny urządzenia. Użycie właściwie zaprojektowanych elementów – krzywek, pozwala uzyskać stałą siłę naprężającą przewodu jezdnego w całej długości przęsła naprężenia.