КОНТАКТНЫЙ УЗЕЛ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ДУГАМИ
CONTACT ASSEMBLY AND ELECTRIC ARC CONTROL METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к контактному узлу, предназначенному, в частности, для снабжения транспортных средств электрической энергией через провод воздушной контактной сети, и к способу управления электрическими дугами на этом контактном узле, причем контактный узел содержит скользящее контактное устройство, содержащее держатель контактной планки и расположенную на нем контактную планку. Изобретение также относится к применению магнита для управления или гашения электрических дуг на контактном узле.
Уровень техники
Контактные узлы со скользящими контактными устройствами, содержащими контактную планку и держатель контактной планки, используются для снабжения электрической энергией рельсовых транспортных средств, а также не связанных с рельсами транспортных средств с приводом от электродвигателей. Эти скользящие контактные устройства прижимаются к линии передачи тягового тока или проводу воздушной контактной сети с помощью прижимного или позиционирующего устройства контактного узла, такого как пантограф или токоприемник, вследствие чего создается сила давления контактов. Таким образом, образуется скользящий контакт, обеспечивающий снабжение транспортного средства электрической энергией при движении или во время остановки.
Существенно, чтобы скользящий контакт между контактной планкой и проводом воздушной контактной сети оставался непрерывным, насколько это возможно, даже при движении таких транспортных средств. Однако непрерывный контакт между скользящим контактным устройством и проводом воздушной контактной сети не всегда может быть обеспечен. В частности, когда на проводе воздушной контактной сети имеется иней, наледь и т.п., избежать кратковременного разъединения между контактной планкой и проводом невозможно. Из-за этих нарушений контакта, помимо прочего, может периодически наблюдаться электрическое искрение или образование электрической дуги между проводом воздушной контактной сети и держателем контактной планки или даже позиционирующим устройством, что может привести к повреждению скользящего контактного устройства или компонентов позиционирующего устройства. Электрические дуги могут возникать даже просто при вхождении контактной планки в контакт с проводом воздушной контактной сети. Повышенная влажность воздуха между скользящим контактным устройством и проводом воздушной контактной сети также способствует образованию электрических дуг. Особенно серьезно поврежден электрическими дугами может быть держатель контактной планки, обычно изготовленный из металла, что сокращает требуемые интервалы технического обслуживания и замены.
Держатель контактной планки обычно изготавливают из алюминиевого профиля, содержащего U-образное посадочное место для контактной планки, изготовленной из пропитанного металлом углеродного материала, или из антрацита, или графита, или металлического сплава. Контактная планка может быть наклеена на алюминиевый профиль или зажата с геометрическим замыканием в U-образном посадочном месте путем сгибания или отгибания ножек этого посадочного места. Держатель контактной планки может быть также так называемым вспомогательным держателем, установленным на коромысле пантографа или токоприемника. При образовании электрической дуги между проводом воздушной контактной сети и держателем контактной планки, на держатель контактной планки и на контактную планку поступает тепло, что может привести к плавлению, испарению или отделению материала держателя контактной планки. Таким образом, если электрические дуги возникают многократно, то держатель контактной планки может местами изнашиваться, что приводит к его разупрочнению или даже разрушению.
В патентном документе ЕР 2746091 описано скользящее контактное устройство, предназначенное для предотвращения возникновения электрических дуг между держателем контактной планки и проводом воздушной контактной сети. В частности, на держателе контактной планки выполнен проточный канал, который обеспечивает необходимое управление воздушным потоком при движении транспортного средства таким образом, чтобы электрическая дуга отклонялась от держателя контактной планки к контактной планке. Однако проблема состоит в том, что электрические дуги продолжают вспыхивать между проводом воздушной контактной сети и держателем контактной планки и во время остановки или даже при низких скоростях транспортного средства из-за нехватки воздушного потока. В этой ситуации уже невозможно надежно предотвратить такое искрение с помощью установленного воздушного потока. Кроме того, желательно защитить от искрения электрической дуги также и позиционирующее устройство контактного узла.
Раскрытие сущности изобретения
Таким образом, задачей настоящего изобретения является предложение контактного узла и способа устранения электрических дуг, который позволит более надежно защитить контактный узел от повреждений, вызываемых электрическими дугами.
Указанная задача решена контактным узлом с признаками п. 1 формулы, способом с признаками п. 16 формулы, и применением с признаками п. 17 формулы.
Контактный узел в соответствии с изобретением, в частности для снабжения транспортных средств электрической энергией через провод воздушной контактной сети, содержит скользящее контактное устройство, содержащее держатель контактной планки и расположенную на нем контактную планку, причем контактный узел содержит управляющее устройство для управления электрическими дугами, расположенное на контактном узле или прилегающее к нему, причем это управляющее устройство снабжено магнитом.
Контактный узел такого рода может состоять из контактной планки, изготовленной из углеродного материала, графита или металлического сплава и расположенной на пантографе или токоприемнике. Управляющее устройство позволяет направлять вспышки электрических дуг между контактным узлом и проводом воздушной контактной сети таким образом, чтобы электрическая дуга попадала в контактную планку и не затрагивала держатель контактной планки. Электрическая дуга, попавшая в контактную планку, нагревает только эту контактную планку, но не нагревает профиль держателя контактной планки, поддерживающий контактную планку и обычно изготовленный из металла. Это позволяет предотвратить разрушение или плавление этого металла вследствие нагрева от попадания электрической дуги. Кроме того, электрическая дуга может быть даже погашена таким образом, чтобы она вовсе не перебросилась с провода воздушной контактной сети на скользящее контактное устройство. Магнит может быть выполнен или размещен на держателе контактной планки любым заданным способом, причем единственным существенным аспектом является то, чтобы конструкция и расположение магнита предотвращали вспыхивание электрической дуги в профиле держателя и перенаправляли электрическую дугу в контактную планку. Таким образом, управляющее устройство электрических дуг обеспечивает по существу неизнашиваемое защитное приспособление от электрических дуг. Таким образом, избыточное поступление тепла или изнашивание материала профиля держателя вследствие электрических дуг может быть эффективно предотвращено во время остановки или при движении транспортного средства и даже в случае простого контакта между проводом воздушной контактной сети и скользящим контактным устройством, благодаря чему продлевается срок службы скользящего контактного устройства и позиционирующего устройства.
Это особенно предпочтительно, поскольку электрическая дуга отклоняется или гасится с помощью магнитного поля магнита. Магнит может быть выполнен и размещен таким образом, чтоб магнитное поле магнита создавалось или располагалось в частности в области профиля держателя контактной планки. Было обнаружено, что магнитное поле может отклонять или гасить электрическую дугу, предотвращая ее попадание в профиль держателя.
Управляющее устройство может быть снабжено множеством магнитов. Это позволяет защитить профиль держателя контактной планки от попадания электрической дуги по всей длине, на протяжении которой провод воздушной контактной сети обычно проходит перпендикулярно контактной планке.
Таким образом, магниты могут быть размещены через регулярные интервалы по длине держателя контактной планки. Существенно, чтобы конфигурация магнитных полей магнитов позволяла им перекрывать интервалы между магнитами. Например, могут перекрываться магнитные поля соседних магнитов. Таким образом можно предотвратить попадание электрических дуг в профиль держателя между двумя магнитами.
Магнит может быть постоянным магнитом или электромагнитом. Постоянный магнит позволяет отклонять или гасить электрические дуги непрерывно. При использовании электромагнита магнитное поле может создаваться по мере необходимости, например, при некоторых погодных условиях, делающих вероятным образование электрических дуг. Электромагнит может легко снабжаться током, поскольку ток может поступать через провод воздушной контактной сети в случае с транспортными средствами с электроприводом.
В соответствии с другим, особенно простым вариантом осуществления, магнит может быть стержневым магнитом. Стержневой магнит может быть расположен по длине держателя контактной планки. Стержневые магниты недороги и имеются на рынке в большом количестве.
Магнит может быть расположен на профиле держателя контактной планки, причем электрическая дуга может быть отклонена от профиля держателя и направлена к контактной планке или погашена с помощью этого магнита. Магнит выполнен в виде отклоняющего магнита, который может предотвратить попадание электрической дуги в профиль держателя. Магнитное поле магнита даже не должно быть особенно сильным. В действительности, даже слабые магнитные поля прикладывают отклоняющую силу к электрическим дугам. Профиль держателя может быть изготовлен, например, из алюминия или другого подходящего металла. Особенно предпочтительно, если сам профиль держателя не является магнитным и не может быть намагничен.
Магнит может быть размещен внутри и/или снаружи профиля держателя. Если магнит расположен в профиле держателя, то этот магнит защищен от воздействий окружающей среды. Кроме того, внешний контур профиля держателя остается неизменным, что означает, что аэродинамические характеристики скользящего контактного устройства также не меняются. Однако можно также разместить магнит на наружной поверхности профиля держателя или прикрепить его к этой поверхности. В принципе это позволяет также дооборудовать магнитом скользящие контактные устройства в соответствии с известным уровнем техники.
Магнит может быть размещен на продольной стороне профиля держателя, обращенной против направления движения, и/или на продольной стороне профиля держателя, обращенной по направлению движения. Поскольку воздушный поток, образующийся на скользящем контактном устройстве при движении транспортного средства, также влияет на возникновение электрической дуги и ее траекторию, магнит может быть размещен по меньшей мере на продольной стороне, обращенной против направления движения. Если магнит размещен на каждой из противоположных сторон, то это может обеспечить дополнительную гарантию того, что электрические дуги в любом случае не попадут в профиль держателя при контакте с проводом воздушной контактной сети во время остановки транспортного средства. Например, ряд магнитов может быть размещен внутри или снаружи профиля держателя на каждой из продольных сторон. В зависимости от природы и силы магнитного поля другой магнит или множество магнитов могут быть размещены в центре внутри профиля держателя. Существенно, чтобы внешний контур профиля держателя был постоянно защищен достаточно сильным магнитным полем.
Ось симметрии магнитного поля магнита может проходить через продольную сторону или через контактную планку. Это значит, что магнитное поле стержневого магнита может, в принципе, проходить в направлении контактной планки или перпендикулярно ей. Таким же образом, возможно разместить магнит по существу параллельно воздушному проводу, что значит, что ось симметрии магнитного поля проходит через продольную сторону.
Поддерживающий профиль управляющего устройства может проходить вдоль профиля держателя контактной планки, и магнит может быть размещен на этом поддерживающем профиле или прикреплен к нему, причем этот поддерживающий профиль может быть прикреплен с возможностью отсоединения к профилю держателя, причем электрическая дуга может отклоняться от профиля держателя и направляться к контактной планке или гаситься с помощью магнита. В управляющем устройстве в соответствии с этим вариантом осуществления магнит не должен быть прикреплен непосредственно к профилю держателя. Например, поддерживающий профиль может быть установлен вместе с магнитом и затем прикреплен, например, к профилю держателя. Это значительно упрощает дооборудование управляющим устройством существующих скользящих контактных устройств в соответствии с известным уровнем техники.
Особенно предпочтительно, если магнит расположен вплотную к верхнему краю профиля держателя. Магнит расположен на внешней границе между профилем держателя и контактной планкой на относительно малом расстоянии от воздушного провода, что означает, что для вхождения в контакт с профилем держателя электрическая дуга должна сначала пройти через магнитное поле магнита. Отклонение электрической дуги в контактную планку упрощается, если магнит расположен на верхнем крае профиля держателя.
Альтернативно, управляющее устройство может содержать поддерживающий профиль, который может проходить параллельно профилю держателя контактной планки и на котором размещен магнит, причем поддерживающий профиль может быть размещен на держателе контактной планки на некотором расстоянии от профиля держателя, причем электрическая дуга может быть отклонена от профиля держателя и направлена к контактной планке или погашена с помощью магнита. На магнитное поле магнита могут оказывать влияние профиль держателя и другие компоненты держателя контактной планки, изготовленные из материалов, подверженных намагничиванию. Поэтому предпочтительно магнит расположен, примыкая к профилю держателя, на подходящем расстоянии от этих компонентов. Кроме того, поддерживающий профиль может быть достаточно широким, чтобы выступать за пределы поперечного сечения профиля держателя по сторонам.
Кроме того, контактный узел может содержать позиционирующее устройство для удержания и позиционирования скользящего контактного устройства на проводе воздушной контактной сети, и это позиционирующее устройство может содержать управляющее устройство, причем магнит может быть размещен на части позиционирующего устройства, расположенной наиболее близко к проводу воздушной контактной сети, когда позиционирующее устройство находится в положении контакта, при котором контактная планка контактирует с проводом воздушной контактной сети, и электрическая дуга может быть отклонена от этой части и направлена к контактной планке или погашена с помощью магнита. Таким образом, управляющее устройство может находиться также и на позиционирующем устройстве и предотвращать возникновение электрической дуги и ее попадание в позиционирующее устройство. Позиционирующее устройство может быть пантографом, токоприемником или другим подобным устройством. Электрическая дуга, попадающая в позиционирующее устройство, может вызвать особенно серьезное повреждение этого устройства, особенно тех его частей, которые наиболее приближены к проводу воздушной контактной сети, таких как верхняя труба.
Для лучшей защиты контактного узла управляющее устройство могут содержать и скользящее контактное устройство, и позиционирующее устройство.
Согласно изобретению, в способе управления электрическими дугами на контактном узле, предназначенном, в частности, для снабжения транспортных средств электрической энергией через провод воздушной контактной сети, держатель контактной планки, содержащий расположенную на нем контактную планку скользящего контактного устройства контактного узла, приводится в контакт с проводом воздушной контактной сети с помощью позиционирующего устройства контактного узла, причем электрическая дуга, возникающая между проводом воздушной контактной сети и контактной планкой гасится или направляется к контактной планке, входя в контакт с этой контактной планкой, с помощью управляющего устройства контактного узла, снабженного магнитом. Гашение электрической дуги означает, что электрическая дуга не возникает вовсе, или по крайней мере ее вспышка до некоторой степени ослабляется. Позиционирующее устройство предназначено для удержания и позиционирования скользящего контактного устройства, т.е. может использоваться для перемещения контактной планки к проводу воздушной контактной сети и установления контакта между этой контактной планкой и проводом воздушной контактной сети. Электрическая дуга между контактной планкой и проводом воздушной контактной сети может возникать непосредственно до или во время такого контакта. Транспортное средство может двигаться или стоять на пути следования. Существенным является то, что в случае возникновения электрической дуги она образуется только между проводом воздушной контактной сети и контактной планкой. Управляющее устройство или магнит, образующий управляющее устройство, не позволяет электрической дуге достичь каких-либо других компонентов скользящего контактного устройства или позиционирующего устройства, т.е. попасть в них. Ниже будут описаны другие преимущества способа в соответствии с изобретением со ссылками на описание преимуществ контактного узла в соответствии с изобретением.
Другие предпочтительные варианты осуществления способа поможет понять описание признаков пунктов формулы, зависимых от п. 1, в котором раскрыто устройство.
Что касается применения магнита в соответствии с изобретением для управления или гашения электрических дуг на контактном узле, предназначенном, в частности, для снабжения транспортных средств электрической энергией через провод воздушной контактной сети, то контактный узел содержит скользящее контактное устройство, содержащее держатель контактной планки, расположенную на нем контактную планку и позиционирующее устройство для поддержания и позиционирования скользящего контактного устройства, причем магнит образует управляющее устройство для управления электрическими дугами и расположен на контактном узле. Преимущества применения магнита, как и преимущества изобретения, упомянуты в описании преимуществ устройства и способа в соответствии с изобретением.
Другие варианты применения понятны из описания признаков пунктов формулы, зависимых от п. 1, в котором раскрыто устройство.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение раскрыто более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 представлен разрез скользящего контактного устройства в соответствии с предшествующим уровнем техники.
На фиг. 2 представлен разрез скользящего контактного устройства в соответствии с первым вариантом осуществления.
На фиг. 3 представлен разрез скользящего контактного устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления.
На фиг. 4 представлен разрез скользящего контактного устройства в соответствии с третьим вариантом осуществления.
На фиг. 5 представлен разрез скользящего контактного устройства в соответствии с четвертым вариантом осуществления.
На фиг. 6 представлен разрез скользящего контактного устройства в соответствии с пятым вариантом осуществления.
На фиг. 7 представлен разрез скользящего контактного устройства в соответствии с шестым вариантом осуществления.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлен разрез скользящего контактного устройства 10 контактного узла (не показан) из предшествующего уровня техники, содержащего держатель 11 контактной планки и расположенную на нем контактную планку 12, прикрепленную к профилю 13 держателя 11 контактной планки. Как обозначено линией 14, воздушный поток 15, закручивающийся на продольной стороне 16 скользящего контактного устройства 10, протекает вокруг этого скользящего контактного устройства 10 при движении транспортного средства (не показано). Электрическая дуга 18 возникает между проводом 17 воздушной контактной сети, который проходит перпендикулярно и входит в контакт со скользящим контактным устройством 10, и профилем 13 держателя. Электрическая дуга 18 на профиле 13 держателя приводит к тому, что материал профиля 13 держателя местами сходит и нагревается.
На фиг. 2 представлено скользящее контактное устройство 19 в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, расположенное на позиционирующем устройстве (не показано) для позиционирования скользящего контактного устройства 19 на проводе 20 воздушной контактной сети и образующее контактный узел с позиционирующим устройством. Скользящее контактное устройство 19 содержит держатель 21 контактной планки и расположенную на нем контактную планку 22. Держатель 21 контактной планки образован профилем 23 держателя и содержит управляющее устройство 24 для отклонения или гашения электрических дуг 25. Контактная планка 22 изготовлена из графита и вставлена в трапецеидальную канавку 26 в алюминиевом профиле 23 держателя. Контактная планка 22 может быть также соединена с профилем 23 держателя с помощью, например, клеящего материала (не показан) в канавке 26. Профиль 23 держателя содержит центральную полую камеру 27 и две наружные полые камеры 28. Наружные полые камеры 28 прилегают к продольным сторонам 29 профиля 23 держателя. В продольной стороне 29 одной из полых камер 28 размещен магнит 30, причем этот магнит образует управляющее устройство 24 для электрической дуги 25. В частности магнитное поле 32 магнита 30 имеет такую конфигурацию, что контур 33 продольной стороны 29 по существу расположен в магнитном поле 32. Магнитное поле 32 предотвращает попадание электрической дуги 25 в профиль 23 держателя путем ее отклонения к контактной планке 22. Ось 34 симметрии магнитного поля 32 проходит через контактную планку 22.
На фиг. 3 представлено скользящее контактное устройство 35 в соответствии с одним из вариантов осуществления, отличающееся от устройства по фиг. 2 тем, что содержит управляющее устройство 36 с двумя магнитами 30, каждый из которых расположен в одной из наружных полых камер 28 на продольных сторонах 29. Таким образом, это управляющее устройство 36 обеспечивает возможность отклонения электрических дуг 25 с обеих сторон 29 профиля 23 держателя.
На фиг. 4 представлено скользящее контактное устройство 37 в соответствии с одним из вариантов осуществления, отличающееся от устройства по фиг. 2 тем, что содержит управляющее устройство 38, магнит 39 которого расположен на наружной поверхности 40 профиля 23 держателя на продольной стороне 29. Магнитное поле 41 магнита 39 может быт смещено ближе к верхнему краю 42 профиля 23 держателя.
На фиг. 5 представлено скользящее контактное устройство 43 в соответствии с одним из вариантов осуществления, которое отличается от скользящего контактного устройства по фиг. 2 тем, что ось 34 симметрии магнитного поля 32 магнита 39 расположена в полой камере 28 таким образом, что она проходит через продольную сторону 29. Кроме того, магнитное поле 32 покрывает верхний край 42 профиля 23 держателя.
На фиг. 6 представлено скользящее контактное устройство 44 в соответствии с одним из вариантов осуществления, содержащее контактную планку 45, прикрепленную к профилю 46 держателя или к его поверхности 47 с помощью клеящего материала (не показан). Скользящее контактное устройство 44 содержит управляющее устройство 48, содержащее два магнита 49, причем магниты 49 прикреплены к поддерживающему профилю 50 управляющего устройства 48. Поддерживающий профиль 50 является U-образным, и магниты 49 прикреплены к внутренней стороне 51 ножек 52 U-образного поддерживающего профиля 50. Сам поддерживающий профиль 50 постоянно соединен с профилем 46 держателя с помощью винтового соединения (не показано). С помощью поддерживающего профиля 50 магниты 49 могут быть размещены достаточно близко к наружному краю 53 профиля 46 держателя для надежного предотвращения попадания электрической дуги 25 в область наружного края 53.
На фиг. 7 представлено скользящее контактное устройство 54 в соответствии с одним из вариантов осуществления, содержащее контактную планку 55 и профиль 56 держателя. Профиль 56 держателя содержит центральную полую камеру 57 и две наружные полые камеры 58. Управляющее устройство 59 скользящего контактного устройства 54 образовано магнитом 60, вставленным в центральную полую камеру 57. Магнит 60 имеет относительно большие размеры, что позволяет магнитному полю 61 магнита 60 покрывать верхние края 62 профиля 56 держателя с обеих сторон.