Токоприемник для электропоезда
CURRENT COLLECTOR FOR AN ELECTRIC TRAIN

Предлагаемое изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к токоприемникам электроподвижного состава.
Удовлетворительное качество токосъема может быть обеспечено прежде всего при том условии, что величина контактного нажатия в процессе движения токоприемника будет стабильной и вместе с тем не настолько большой, чтобы вызывать усиление механического износа контактных элементов полоза и контактного провода, и не настолько малой, чтобы вызывать увеличение электрического износа контактной пары и уровня радиопомех.
Наилучшие условия съема тока с контактного провода достигаются в том случае, если давление в контакте между проводом и полозом  остается во все время движения неизменным. Это может быть в том случае, если контактная подвеска обладает на всем ее протяжении равномерной эластичностью и если контактные провода расположены строго на одной высоте над головкой рельса. В действительных условиях выдержать эти требования не удается.
Высота контактных проводов подвергается значительным изменениям под влиянием температуры. Также неизбежны снижения контактных проводов в отдельных пунктах участка при проходе их в искусственных сооружениях.
Эластичность контактной подвески при существующих ее конструкциях изменяется нередко в значительных пределах в различных точках пролета.
Таким образом, во всех случаях работа токоприемника протекает при постоянных изменениях его высоты.
Известен Асимметричный токоприемник (патент № 2188136, РФ, МПК B60L 5/26, Бюл. № 24, 2002), имеющий токосъемный узел, установленный на полупантографе, содержащем сочлененные нижнюю и верхнюю подвижные рамы, шарнирно связанные с изолированным основанием и с системой подрессоривания в виде нескольких торсионов, соединенных одними концами через кинематическую передачу с нижней подвижной рамой полупантографа, а другими – основанием, кроме одного торсиона, конец которого связан с электромеханическим приводом.
Недостатком данного токоприемникаявляется сложность кинематической передачи отторсионов к нижней подвижной раме, двух одинаковых механизмов для регулировки усилия контактного нажатия, что приводит к усложнению всей конструкции.
Известен Токоприемник транспортного средства (патент № 124478, РФ МПК В60L 5/00, Бюл. № 3, 2013), принятый за прототип, включающий полоз, систему подвижных рам, механизм нажатия, пневморедуктор, в цепь тягового тока полоз-электродвигатель транспортного средства включают датчик тока, который выходом подключен к входу устройства управления механизмом нажатия, к другому входу устройства управления механизмом нажатия подсоединен выход  датчика скорости транспортного средства, а устройство управления механизмом нажатия своим выходом подключено к пневморедуктору, который соединен с механизмом нажатия.
Недостатком данного изобретения является сложная конструкции, требующая. для регулирования нажатия дополнительно использовать систему регулирования.
Недостаточное нажатие приводит к нарушению контакта и образованию электрической дуги при токосъеме, влекущей за собой недопустимый нагрев, оплавление и разрушение контактных частей. С другой стороны, чрезмерное нажатие вызывает повышенный износ полоза и контактного провода, а также может привести к поломке деталей токоприемника. Все это приводит к снижению срока службы токоприемника.
Для обеспечения надежного безыскрового токосъема контактное нажатие должно находиться в определенных пределах и по возможности быть постоянным независимо от скорости движения вагона и атмосферных условий.
Задачей (техническим результатом) заявляемого устройства является увеличение срока службы токоприемника и улучшение статических и динамических характеристик.
Поставленная задача достигается тем, что в токоприемнике электропоезда, содержащем держатель, полоз, находящимся в постоянном контакте снизу с контактным проводом, вертикальную цилиндрическую пружину сжатия, соединяющую держатель полоза с корпусом, введены два ползуна, имеющих возможность перемещаться по прямой, присоединенные к ним пружины сжатия, и два стержня, соединяющие шарнирно ползуны с держателем полоза.
На Фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.
На Фиг. 2 приведена схема сил, действующих на ползуны, и на держатель с полозом.
Токоприемник электропоезда монтируется на крыше вагона электровоза.
Предлагаемое устройство (ФИГ. 1) содержит полоз 1, который находится в постоянном контакте снизу с контактным проводом 2, держатель полоза 3, два ползуна 4, имеющие возможность скользить вдоль горизонтальных направляющих, две горизонтальные пружины 5, соединенные с ползунами и корпусом (корпус на Фиг. 1 не показан), два стержня 6, соединяющие шарнирно ползуны с держателем полоза, вертикальную пружину 7, соединяющую держатель полоза с корпусом.
Устройство работает следующим образом.
При опущенном токоприемники стержни 6 занимают горизонтальное положение, отмеченное пунктиром. В этом положении пружина 7 сжата и сила натяжения ее равна . Пружины 5 сжаты и силы натяжения равны . С помощью привода полоз подводится под контактный провод. Токоприемник примет положение как на Фиг.1. Пружина 7 действует на держатель с полозом силой равной . В этом положении пружина 7 не полностью растянута, имеет некоторую деформацию. При стирании провода или полоза или колебания токоприемника сила контакта провода с полозом будет оставаться постоянной и равной .
Покажем при каком соотношении жесткостей пружин сила давления со стороны полоза на  провод будет оставаться постоянной и равной .
Рассмотрим отдельно ползун 4 (Фиг. 2a) и запишем условие равновесия его в проекции на ось оY:
где
,
– жесткость пружины 5,
– длина стержня 6,
– реакция стержня 6,
α – угол наклона стержня 6 к оси оY
Запишем условие равновесия держателя 3 с полозом 1 (Фиг. 2б) в проекции на ось оX:
где
,
– жесткость пружины 7,
– сила, с которой провод давит на полоз.
Выражая из (1) реакцию стержня , учитывая, что
,
и подставляя в (2), получим:
Из выражения (3) видно, что при  и  сила давления провода на полоз будет постоянной, за время уменьшения толщины полоза или колебания токоприемника, и равна  .
Таким образом, для того, чтобы давление полоза на контактный провод было постоянным и равным  за время уменьшения толщины полоза или колебания токоприемника, необходимо выполнение двух условий
Обеспечение постоянного усилия между полозом и контактным проводом, или постоянного контакта, предотвращает образования электрической дуги, недопустимый нагрев, оплавление и разрушение контактных частей. Тем самым увеличивается срок службы провода и полоза, а значит и всего токоприемника, улучшаются статические и динамические характеристики.