Асимметричный токоприёмник электроподвижного состава

Полезная модель относится к железнодорожной области техники, конкретнее к токоприемникам электроподвижного состава, и может быть использовано на электровозах и моторвагонах электропоездов, а также на моторвагонах высокоскоростных электропоездов.
Известен асимметричный токоприемник для электропоездов, имеющий токосъемный узел с подрессоренным полозом, установленный на полупантографе, содержащем нижнюю подвижную раму, шарнирно связанную с изолированным основанием, торсионной системой подрессоривания и подъемно-опускающим механизмом, верхнюю подвижную раму, шарнирно связанную с нижней рамой и через нижнюю тягу - с основанием, а также верхнюю тягу, одним концом шарнирно связанную с нижней рамой, а другим - с кареткой токосъемного узла на конце верхней рамы, система подрессоривания выполнена в виде одного торсиона, параллельного оси шарнирного соединения нижней рамы с основанием и связанного одним концом с основанием, а другим через звенчатую тягу, имеющую механизм регулировки контактного нажатия в одном из ее звеньев, - с рычагом в виде кулачка, расположенным на нижней подвижной раме, причем торсион имеет энергоемкость, достаточную для преодоления сил сопротивления по подъему подвижных частей токоприемника и прижатию токосъемного узла заданным усилием к контактному проводу энергосети, а подъемно-опускающий механизм выполнен с возможностью преодоления указанной энергоемкости торсиона и удержания токоприемника заданным усилием в сложенном положении (патент RU 2272720, МПК: B60L 5/26, опуб. 27.03.2006, автор Авотин Е.В. и др. Асимметричный токоприемник для электропоездов).
К недостаткам данного токоприемника относится повышенная инерционность токосъемного узла из-за размещения на каретке большого количества различных конструктивных узлов, таких как жесткий каркас с крайними контактными вставками и системой подрессоривания, промежуточный полоз с контактными вставками и собственной системой подрессоривания и механизма выставки промежуточного полоза относительно крайних токосъемных вставок. Недостатком также является пониженная адаптивность токосъемного узла из-за размещения крайних токосъемных вставок на общем жестком каркасе и плоскопараллельного движения промежуточного полоза и невозможность обеспечения одинакового нажатия токосъемных вставок на контактный провод, что вызывает неравномерность нагрева полозов из-за разного тока, неравномерность износа контактных элементов, приводящую к ухудшению токосъема. Отсутствие подрессоривания токосъемного узла в поперечном направлении по отношению к направлению движения вызывает при прохождении фиксатора, размещаемого на каждой опоре контактной сети и формирующего зигзагообразную форму контактного провода, резкое изменение направления силы взаимодействия токосъемного узла и контактного провода, что негативно влияет на работу токоприемника. Большое количество элементов конструкции пагубно сказывается на надежности и аэродинамике механизма. Отсутствует возможность проведения коммуникаций внутри конструкции.
Известен асимметричный токоприемник электроподвижного состава, содержащий токосъемный узел с подрессоренным полозом, установленный на полупантографе, смонтированном на изолированном основании и имеющем нижнюю подвижную раму, шарнирно связанную с изолированным основанием, а также верхнюю подвижную раму, шарнирно связанную с нижней рамой и через поводок с основанием, при этом верхняя рама выполнена в виде полой подвижной трубы круглого сечения с продольными отверстиями на обоих концах, внутри которой смонтирована синхронизирующая тяга, одним концом шарнирно соединенная с нижней рамой, а другим - с кареткой токосъемного узла на конце верхней рамы, и систему подрессоривания полоза относительно верхней рамы, причем полоз токоприемника содержит токосъемные элементы, токоприемник содержит пневматический привод, установленный на изолированном основании, и копировальный кулачковый механизм, установленный на нижней раме полупантографа, при этом пневматический привод связан с нижней рамой тросом через копировальный кулачковый механизм, а токосъемный узел дополнительно содержит полоз и систему подрессоривания полоза, идентичные упомянутым, причем системы подрессоривания полозов смонтированы в корпусах, расположенных симметрично по концам каретки и содержат пружины, образующие связанную систему (патент RU 102327, МПК: B60L 5/28, опубл. 27.02.2011, автор Вахонин В.П. и др. Асимметричный токоприемник электроподвижного состава).
К недостаткам данного токоприемника относится наличие лишних связей в кинематической схеме верхнего токосъемного узла, что приводит к перекосам в соединениях и, как следствие, уменьшает надежность механизма. Также к недостаткам данной полезной модели можно отнести более сложную конструкцию синхронизирующей тяги с загибом через шарнир соединения верхней и нижней рам и отсутствие возможности безопасного проведения пневмомагистралей внутри верхней рамы, что негативно сказывается на аэродинамике и надежности механизма.
Данное техническое решение было выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение надежности токоприемника и снижение аэродинамического сопротивления механизма.
Технический результат достигается тем, что в асимметричном токоприемнике электроподвижного состава согласно полезной модели шарнирные соединения держателей полозов с верхними и нижними рычагами и соединения корпусов с нижними рычагами в системе подрессоривания полозов выполнены в виде сферических кинематических пар. Верхняя и нижняя подвижные рамы выполнены из полой трубы треугольного сечения, а синхронизирующая тяга выполнена трапециевидной формы.
Таким образом, повышена адаптивность верхнего токосъемного узла к контактному проводу за счет применения сферических шарниров в соединениях системы подрессоривания полозов. Улучшение аэродинамических характеристик происходит за счет использования полой трубы треугольного сечения для верхней и нижней рам, и, как следствие, появляется возможность безопасного расположения различного рода коммуникации внутри конструкции. Применение трапециевидной синхронизирующей тяги позволяет максимально скрыть ее внутри верхней рамы и сократить количество отверстий в этой раме. Данные нововведения в целом обеспечивают уменьшение сопротивления воздуха во время движения коленом вперед, более надежную работу токоприемника и повышение качества токосъема даже при высоких скоростях движения.
На фиг. 1 - асимметричный токоприемник электроподвижного состава, продольный разрез;
На фиг. 2 - предлагаемая кинематическая схема верхнего токосъемного узла;
На фиг. 3 - поперечный разрез системы подрессоривания полоза;
На фиг. 4 - поперечный разрез корпуса системы подрессоривания;
Асимметричный токоприемник электроподвижного состава состоит из подвижных нижней 1 и верхней 2 рам, поводка 3, трапециевидной синхронизирующей тяги 4, изолированного основания 5 и копировального кулачкового механизма 6, установленного на нижней раме. Токосъемный узел, установленный на верхней раме, содержит каретку, два полых полоза 7 с токосъемными накладками 8 и две одинаковые системы подрессоривания полозов. Каретка состоит из основания 9 в виде пластины с обтекаемым профилем и двух корпусов системы подрессоривания 10, расположенных на торцах основания. Токосъемный узел содержит сферические шарниры 11 в механизме подрессоривания полозов. Каждый корпус содержит идентичную систему подрессоривания, каждая из которых состоит из шарнирно, крест-накрест установленных верхних рычагов 12, и нижних рычагов 13, держателей 14, крышек корпуса 15, крышек держателей 16 и пружин 17. Основание снабжено буфером 18.
Токоприемник работает следующим образом.
В сложенном состоянии верхняя рама 2 под своим весом лежит на буфере 18 основания 5. Механизм предполагает наличие пневмопривода. При подаче сжатого воздуха в пневматический привод последний тянет трос, закрепленный на подвижной части привода, который в свою очередь через копировальный кулачковый механизм 6 поворачивает нижнюю раму 1, что вызывает раскрытие токоприемника за счет поводка 3. Трапециевидная синхронизирующая тяга 4 поддерживает горизонтальное положение каретки. При подходе к контактному проводу происходит поджатие полозов 7 с токосъемными накладками 8 к контактному проводу за счет растяжения пружин 17 системы подрессоривания и выравнивание усилий нажатия полозов через упомянутые пружины. Система подрессоривания выполнена следующим образом. Два корпуса системы подрессоривания 10 крепятся по краям основания каретки 9, на каждом корпусе имеется пара осей и пара углублений в форме полусфер. В углубления устанавливаются сферические шарниры 11 и закрепляются крышками корпусов 15. На оси устанавливаются с возможностью вращения верхние пары рычагов 12, а нижние пары рычагов 13 крепятся к сферическим шарнирам жестко. Держатели 14 также имеют сферические углубления под шарниры, которые фиксируются крышками держателей 16. И верхние, и нижние рычаги свободными концами жестко крепятся к сферическим шарнирам, устанавливаемым в держатели. Рычаги вместе с держателями и пружинами 17 образуют параллелограммный привод, обеспечивающий плоскопараллельное движение держателей полозов. Полозы, поворачиваясь вокруг осей держателей, отслеживают угол наклона контактного провода и стабильно прилегают к нему. Угол поворота полозов относительно горизонта ограничивается упором в края канавок полозов. При движении рельсового транспортного средства изменение положения контактного провода контролируется системами подрессоривания полозов, а также пневматическим приводом. Крайнее нижнее положение полозов определяется упором верхних рычагов в оси их вращения, а крайнее нижнее - упором нижних рычагов в оси сферических шарниров соседних нижних рычагов. При подаче команды пневматическому приводу на снижение подвижные части токоприемника опускаются вниз. Под действием веса подвижных частей токоприемник принимает первоначальное сложенное положение. Трапециевидная синхронизирующая тяга максимально скрыта внутри верхней рамы при минимальном количестве необходимых отверстий в последней, за счет чего повышена защищенность тяги от внешних факторов. Благодаря рамам треугольного сечения помимо снижения аэродинамического сопротивления появляется возможность проведения различного рода магистралей к датчикам и системам внутри конструкции, а именно - по краям верхней рамы, при этом исключая их контакт с синхронизирующей тягой.
Предлагаемая полезная модель повышает надежность всего узла в целом на 15% и уменьшает аэродинамическое сопротивление на 20%, а также упрощает конструкцию всего механизма. Данный механизм более приспособлен к условиям движения на высоких скоростях.