УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ КОНСОЛИ КОНТАКТНОЙ ПОДВЕСКИ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ НА ОПОРЕ

Заявляемая полезная модель относится к области электрификации железных дорог, в частности к поддерживающим устройствам контактной подвески, и может быть использована при электрификации скоростных железнодорожных магистралей.
На электрифицированных железных дорогах движение поездов осуществляется за счет электрической энергии, передаваемой через контактную сеть, включающую следующие основные элементы: контактная подвеска, поддерживающие опорные и фиксирующие устройства, изоляторы различных типов. Для высоких скоростей движения наибольшее распространение получили цепные одинарные подвески, контактный провод которых на специальных струнах подвешивается к несущему тросу. Положение контактного провода по высоте обеспечивается, прежде всего, положением несущего троса и длиной струн, а в горизонтальной плоскости - фиксирующими устройствами. Несущий трос чаще всего крепится на консолях - одном из видов поддерживающих устройств контактной подвески. В скоростных подвесках применяются компенсированные подвески. В таких подвесках, за счет применения устройств, компенсирующих температурные изменения длины проводов и тросов во всем диапазоне рабочих температур, обеспечивается их постоянное натяжение. Для обеспечения свободного изменения длины несущего троса, установленного на консолях, их крепят на опорах контактной сети при помощи специальных узлов, обеспечивающих поворот консоли относительно опоры. Натяжение несущего троса определяет высоту подвешивания контактного провода и является строго регламентируемой величиной, определяющей качество регулировки контактной подвески. От качества регулировки контактной подвески в значительной степени зависит качество ее взаимодействия с токоприемниками, а значит скорость износа контактного провода, срок его службы и экономическая эффективность системы токосъема в целом. Поэтому международные нормы устанавливают жесткие допуски по регулировке подвески для высоких скоростей движения. Так, разница высот контактного провода у соседних опор должна составлять не более 10 мм при скоростях 220-250 км/ч и не более 30 мм при скоростях 200-220 км/ч. Новые проекты по контактной сети содержат требования по точности установки стрелы провеса контактного провода, составляющей ±5 мм. Из этих требований исходит требование к стабильности натяжения несущего троса на всей длине анкерного участка. По международным нормам нестабильность натяжения несущего троса не должна превышать 5,0%. Значительное влияние на стабильность натяжения несущего троса оказывает величина момента сопротивления повороту консоли в узлах ее крепления на опоре при изменении длины несущего троса.
В известных из уровня техники решениях «Узел крепления пяты консоли в обхват» (по чертежу УКС 00763, стр. 6) и «Узел крепления тяги консоли в обхват с креплением кронштейна» (по чертежу УКС 00764, стр. 8) из альбома «Каталог узлов крепления контактной сети на металлических опорах», разработанных ЗАО «Универсал-контактные сети», Санкт-Петербург, 2007 г., проект КС-200-07, известна конструкция, состоящая из гнутого швеллера и прижимного уголка, стянутых шпильками в обхват металлической опоры, в которой металлический швеллер имеет параллельные прямые полки с двумя соосными отверстиями для оси, на которой установлена петля. В основании швеллера имеются отверстия для крепежных шпилек. Гнутый швеллер с петлей стягивается с опорным уголком из металлического профиля двумя крепежными шпильками в обхват на двухшвеллерной металлической опоре. Аналогичные узлы крепления консоли на опорах контактной сети известны также из патентов RU 21559 (МПК В60М 1/20, опубл. 27.01.2002) и RU 116417 (МПК В60М 1/23, опубл. 27.05.2012).
В современных подвесках наибольшее распространение получил узел крепления консоли на опоре, содержащий скобу, жестко закрепленную на опоре, и поворотную петлю, взаимодействующую с вертикально установленной в скобе осью. Для крепления консоли на опоре применяются два узла - крепление ее пяты и тяги. Величина потерь на трения в паре поворотная петля-ось определяет сопротивление повороту консоли под действием несущего троса и оказывает существенное влияние на стабильность величины его натяжения. Момент сопротивления повороту определяется потерями на трение в шарнирах узлов крепления. Величина потерь на трение в паре поворотная петля-ось определяет сопротивление повороту консоли под действием несущего троса и оказывает существенное влияние на стабильность величины его натяжения.
Известно крепления консоли на опоре на двух узлах крепления, содержащих скобы с осями и поворотные петли (см. Справочник «Контактная сеть и воздушные линии», М, 2001, рис. 2.1.11. стр. 65). Известен также узел крепления, содержащий скобу с осью и поворотную петлю, взаимодействующую с этой осью (см. там же рис. 7.1.27. стр. 180).
Недостатком известных узлов крепления является то, что величина момента трения в них определяется коэффициентом трения пары сталь-сталь, причем такие узлы трения являются необслуживаемыми и в них не применяется смазка, что обуславливает сухой режим трения. Для сухого трения пары сталь-сталь значение коэффициента трения составляет 0,8. Отсутствие защитной смазки вызывает коррозию поверхностей трения и еще больше увеличивает потери на трение. Указанные недостатки способствуют увеличению момента сопротивления повороту консолей при температурном изменении длины несущего троса, это снижает стабильность натяжения несущего троса на длине анкерного участка и, в конечном счете, эффективность токосъема.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности, т.е. прототипом, является узел крепления консоли контактной подвески железной дороги, описанный в книге А.С. Маркова «Контактные сети». М., 1991, с. 50, рис. 25а.). Такой узел содержит скобу с осью, закрепляемую на опоре, и взаимодействующую с ней поворотную петлю.
Недостатком прототипа, как и приведенных выше аналогов, является наличие значительных моментов сопротивления повороту консолей при температурном изменении длины несущего троса, что снижает стабильность натяжения несущего троса на длине анкерного участка и, в конечном счете, эффективность токосъема.
Настоящая полезная модель направлена на исключение вышеперечисленных недостатков, а именно на повышение эффективности токосъема за счет обеспечения стабильности натяжения несущего троса на длине анкерного участка.
Поставленная задача достигается тем, что узел крепления консоли контактной подвески железной дороги на опоре, содержащий жестко закрепленную на опоре скобу, в которой установлена вертикальная ось, и поворотную петлю, установленную на оси с возможностью поворота, согласно заявляемой полезной модели дополнительно снабжен подшипником скольжения, размещенным в поворотной петле и взаимодействующим с вертикальной осью.
В качестве подшипника в заявляемой полезной модели может быть использован, например, подшипник скольжения из композиционного материала, выполненный из антифрикционного и силового слоев, причем антифрикционный слой выполнен из фторсодержащего материала, армированного углеродным волокном, а силовой - из эпоксидной смолы, армированной стеклотканью. Такой подшипник обладает эффектом самосмазывания и не нуждается в обслуживании в течение всего срока эксплуатации. Коэффициент трения пары сталь-подшипник составляет 0,04, т.е. практически равен коэффициенту трения пары сталь-фторопласт. Аналогичные подшипники известны и успешно применяются в компенсаторах контактной сети с середины 90-х годов (см. например, RU 21560 (МПК В60М 1/26, опубл. 04.07.2000).
Проведенный патентный поиск показал, что в настоящее время не известен узел крепления консоли на опоре, обладающий такой же совокупностью существенных признаков, что и предлагаемый. Таким образом, заявляемая конструкция соответствует критерию полезной модели "новизна".
Поскольку, при прочих равных условиях, величина момента трения в подшипниковом узле прямо пропорциональна величине коэффициента трения, за счет установки подшипника в поворотной петле, можно достигнуть снижения момента трения в узле крепления консоли в 20 раз. Таким образом, все вышеприведенные признаки, отличающие заявляемый узел крепления консоли на опоре от прототипа, касающиеся изменения конструкции узла крепления консоли, позволят существенно повысить стабильность натяжения несущего троса контактной подвески и, тем самым, повысить эффективность токосъема.
Вышеизложенное доказывает, что совокупность отличительных от прототипа признаков позволит с успехом использовать узел крепления консоли на опоре согласно заявляемой полезной модели, который сможет снизить потери на трение при повороте консоли, т.е. он соответствует критерию полезной модели «промышленная применимость».
Заявляемая полезная модель поясняется графическим материалом, где на:
- фиг. 1 - схематично изображена консоль, установленная на опоре контактной сети;
- фиг. 2 - показана конструкция узла крепления консоли на опоре контактной сети.
Консоль 1 контактной подвески железной дороги включает в себя трубчатые горизонтальный 2 и наклонный 3 стержни, одним концом посредством узлов крепления 4, 5 шарнирно закрепленные на опоре 6, а другим - связанные между собой. На горизонтальном стержне 2 установлен поворотный зажим 7 с закрепленным в нем несущим тросом 8. На наклонном стержне 3 установлен фиксатор 9, взаимодействующий с контактным проводом 10.
Узел 4 (5) крепления консоли 1 на опоре 6 контактной подвески железной дороги состоит из жестко закрепленной на опоре скобы 11 с установленной в ней вертикальной осью 12 и поворотной петли 13, установленной на оси с возможностью поворота. Поворотная петля 13 снабжена подшипником 14 скольжения, взаимодействующим с осью 12. Подшипник 14 выполнен из антифрикционного и силового слоев. Антифрикционный слой выполнен из фторсодержащего материала, армированного углеродным волокном, а силовой - из эпоксидной смолы, армированной стеклотканью. В поворотной петле 13 посредством пальца 15 со шплинтом 16 закреплен один из стержней 2 или 3 консоли 1.
Работа узла осуществляется следующим образом.
При монтаже консоли 1 на опоре 6 первоначально жестко закрепляется скоба 11 узлов крепления 4 и 5 с установленными в них осями 12 и поворотными петлями 13. Крепление скобы 11 на опоре 6 может осуществляться при помощи различных кронштейнов либо в обхват, либо на закладных элементах, устанавливаемых в специальных отверстиях опоры. После установки узлов крепления 4, 5 консоли 1 на опоре 6, в поворотных петлях 13 посредством пальца 15 со шплинтом 16 закрепляются горизонтальный 2 и наклонный 3 стержни консоли 1. Перед закреплением несущего троса 8 в поворотном зажиме 7 консоль 1 поворачивают относительно линии, перпендикулярной оси пути, на определенный угол, соответствующий температуре воздуха в момент монтажа. Значение угла определяется по специальной расчетной таблице. После поворота консоли 1 несущий трос 8 закрепляется в поворотном зажиме 7.
В процессе эксплуатации изменяется температура несущего троса 8 вследствие его разогрева эксплуатационными токами или изменения температуры окружающего воздуха. При изменении температуры несущего троса 8 изменяется его длина, и несущий трос, воздействуя на поворотный зажим 7, поворачивает консоль 1 с соединенными с ней поворотными петлями 13 вокруг осей 12. При повороте консоли 1 с поворотными петлями 13 установленный в них подшипник 14 взаимодействует с осями 12, при этом момент трения в узле ось 12 - поворотная петля 13 определяется коэффициентом трения пары подшипник 14 - ось 12, как указано выше, равным 0,04.
Заявляемая полезная модель позволяет достигнуть снижения момента трения в узле крепления консоли в 20 раз, что позволит существенно повысить стабильность натяжения несущего троса контактной подвески и, тем самым, повысить эффективность токосъема.