ТОКОПРИЕМНИК НИЖНЕГО ТОКОСЪЕМА
LOWER CURRENT PICK-OFF CURRENT COLLECTOR

Предлагаемое изобретение относится к области техники «Транспортирование» и может быть использовано там, где необходим съем тока подвижными контактами. Рассматривается токоприемник, который используется в метрополитене для снятия тока с контактного рельса. Метрополитен России и многих зарубежных стран имеют систему токосъема, выполненную с использованием неуправляемых токоприемников. При нижнем токосъеме токоприемник, постоянно подтягиваемый пружинами вверх, скользит по нижней стороне контактного рельса, расположенного сбоку от ходовых рельсов.
Известен токоприемник нижнего токосъема ТР-3м (О.А. Сидоров. Тенденции развития устройств токосъема отечественных и зарубежных метрополитенов (часть 2). - Каталог: Научно-технический прогресс. Научный журнал «Национальные приоритеты России» №1(3), 2010), содержит токосъемный башмак, жестко связанный с рамой, которая посредством шарнира закреплена на изолировочном брусе, установленном на буксах тележки - вагона. Основным отличием конструкции токоприемника ТР-3м от ТР-3 является использование вместо нажимных пружин пневматического резинокордного элемента.
Недостатком токоприемника нижнего токосъема ТР-3м является усложнение конструкции при использовании резинокордного элемента, так как для регулирования нажатия требуется дополнительно система авторегулирования.
Известен токоприемник нижнего токосъема ТР-3 (Э.М. Добровольская. Электропоезда метрополитена. - Москва: ИРПО, Издательский центр «Академия», 2003. - С. 320.), принятый за прототип, состоящий из левого и правого стальных литых кронштейнов, между которыми находится держатель башмака, скользящего по поверхности третьего контактного рельса, контактной вилки, двух цилиндрических пружин, осуществляющих нажатие на башмак. Также в составе токоприемника входят шунты и ось, на которую крепится держатель башмака, обеспечивающая подвижность башмака.
Токоприемник монтируется на деревянном брусе, закрепленном на колесной тележке вагона. Брус, пропитанный изоляционным маслом, служит в качестве изолятора. Пружины, расположенные в верхней части токоприемника, работают на сжатие, заставляя держатель с башмаком повернуться так, чтобы башмак занял наивысшее положение.
Недостатком токоприемника ТР-3 является следующее. При движении на линии с помощью этих пружин создается контактное нажатие башмака на контактный рельс, которое зависит от усилия пружин и от положения башмака на держателе. 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 башмака и контактного рельса, 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 увеличения срока службы токоприемника.
Поставленная задача достигается тем, что в токоприемнике нижнего токосъема, содержащий башмак с держателем, находящимся в постоянном контакте снизу с контактным рельсом, цилиндрическую пружину, введены кулачок, закрепленный на оси вращения и соединенный с одним концом пружины, другой конец которой закреплен на брусе, выполненный с переменным радиусом закругления, стержни-направляющие поступательного движения башмака, и трос, сходящий с кулачка, переброшенный через неподвижный блок и соединенный с держателем башмака.
На Фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.
На Фиг. 2 приведена схема сил, действующих на кулачок.
Токоприемник нижнего токосъема монтируется на деревянном брусе, закрепленном на колесной тележке вагона.
Предлагаемое устройство (ФИГ. 1) содержит токосъемный башмак 1, который находится в постоянном контакте снизу с контактным рельсом 2; держатель башмака 3, жестко и перпендикулярно закрепленный к башмаку, скользящий внутри втулки, укрепленной на брусе; стержни-направляющие 4 движения башмака, жестко соединенные с башмаком, скользящие внутри втулок, укрепленных на брусе; кулачок 5, закрепленный на оси вращения, которая находится на брусе; пружина 6, одним концом крепится к кулачку, а другим к брусу; трос 7, сходящий с кулачка, переброшенный через неподвижный блок 8 и соединенный с держателем башмака.
Устройство работает следующим образом.
пр
0
0
0
Начальное положение кулачка 5 соответствует углу поворота его на угол ψ. В этом положении пружина 6 растянута и нажатие башмака 1 на рельс 2 равно заданному Q. При уменьшении толщины башмака или рельса пружина 6 сжимается, а кулачок 5 будет поворачиваться по часовой стрелки, но заданное значение нажатия Q башмака на рельс будет сохраняться постоянным. Постоянство усилия Q обеспечивается постоянством по величине силы натяжения троса 7. Постоянство силы натяжения троса 7 при повороте кулачка обеспечивается тем, что профиль кулачка 5 выполнен с переменным радиусом закругления. Конечному положению кулачка соответствует угол ψ=0. В этом положении пружина растянута на заданное значение λ.
0
0
Для того, чтобы усилие в тросе 7 было во время поворота кулачка постоянным, необходимо чтобы моменты сил Q и упругой силы F=с(λ+Rψ) относительно оси вращения кулачка были равны (ФИГ. 2)
0
0
0
Qd=с(λ+Rψ)R,
0
где Q - заданное усилие в тросе, сходящего с кулачка,
с - жесткость пружины,
ψ - угол поворота кулачка,
λ - деформация пружины при ψ=0,
0
R - радиус барабана кулачка,
d - длина перпендикуляра, опущенного из центра барабана кулачка на линию троса.
Отсюда длина перпендикуляра d, опущенного из центра барабана кулачка О на линию троса 7 должна изменяться по закону
где
Кулачок 5, выполненный по приведенным формулам, обеспечит постоянство усилия в тросе 7, а значит и постоянство усилия между башмаком и контактным рельсом. Обеспечение постоянного усилия между башмаком и контактным рельсом, или постоянного контакта, предотвратит образования электрической дуги, недопустимый нагрев, оплавление и разрушение контактных частей. Тем самым увеличится срок службы башмака, а значит и всего токоприемника.
В известном устройстве башмак, по мере уменьшении толщины его, поворачивается, а в заявленном устройстве башмак, по мере уменьшения его толщины, перемещается поступательно, что улучшает условия съема тока с контактного рельса.