РЫЧАЖНОЕ КОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Заявляемая полезная модель относится к устройствам температурной линейной компенсации длины проводов и тросов, в которых требуется обеспечение постоянства линейных нагрузок, и может быть использовано на линиях электропередачи железных дорог и электрического наземного транспорта, в которых используется контактный токосъем (контактная сеть).
02
Известно компенсирующее устройство рычажного типа немецкой фирмы «Siemens» содержащее опору, выполненные с возможностью перемещения рычаги, узел крепления рычагов к опоре, груза и контактный провод (патент Германии №657418, K1.20k Gr.9, опубл. 17.02.1938 г.) - прототип.
К недостаткам данного устройства можно отнести его материалоемкость, громоздкость, слабую ветровую устойчивость, значительное удаление оси вращения рычага от опоры, сложное в изготовлении и громоздкое устройство успокоителя грузов.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является создание рычажного компенсирующего устройства, обеспечивающего при его работе постоянство натяжения проводов и тросов в диапазоне температур t=(±50°)С, при обеспечении надежности и долговечности его работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в рычажном компенсирующем устройстве, содержащем узел крепления к опоре, связанных друг с другом осью вращения, рычагов, каждый из которых содержит, расположенные под углом к друг другу, разно великие плечи, рычаги короткими плечами связаны с компенсируемым проводом, а длинными плечами посредством подвесов грузов с грузом, при горизонтальном расположении длинного плеча каждого рычага, край короткого плеча рычага, выполненный, с возможностью соединения с контактным проводом, в вертикальной плоскости расположен ниже, того края длинного плеча рычага, который выполнен с возможностью соединения с грузом, а не с коротким плечом рычага. Под горизонтальным положением длинного плеча рычага понимается положение рычажного компенсирующего устройства соответствующее фиг.4.
Рычажное устройство, характеризующееся тем, что узел крепления к опоре может содержать, по меньшей мере, один элемент крепления связанный с осью рычагов, выполненный, например в виде осевого подвеса с возможностью его перемещения в вертикальной плоскости, причем длина элемента крепления С выбирается из соотношения 1/3А≤С≤2А, где А - длина короткого плеча рычага.
Рычажное устройство, в котором плечи рычага могут быть расположены под углом 90°.
Рычажное устройство, характеризующееся тем, что отношение длин плеч рычага определяется из соотношения 1,0≤(В/А)≤5,0, где А - длина короткого плеча рычага, а В - длина длинного плеча рычага.
Рычажное устройство, в котором подвес грузов может быть выполнен в виде троса или стального прутка, или стального уголка, или стальной полосы.
Рычажное устройство, характеризующееся тем, что может содержать успокоитель грузов, а узел крепления может быть выполнен с возможностью закрепления на нем элементов оттяжки опоры.
Заявляемое рычажное устройство поясняется на фиг.1-5, где на фиг.1 показана принципиальная схема предлагаемой полезной модели рычажного компенсирующего устройства, на фиг.2 показан разрез оси соединяющей рычаги, на фиг.3 показано положение рычажного компенсирующего устройства при t=(-50°)С, на фиг.4 - положение рычажного компенсирующего устройства при t=0°С., на фиг.5 - положение рычажного компенсирующего устройства при t=(+50°)С.
Заявляемое рычажное компенсирующее устройство содержит узел крепления 1 к опоре 2 связанных друг с другом осью вращения 3 рычагов 4 и 5, каждый из которых содержит, расположенные под углом к друг другу, разно великие плечи 6 и 7. Рычаги 4 и 5 короткими плечами 6 связаны с компенсируемым проводом 8, а длинными плечами 7 посредством подвесов грузов 9 с грузом 10.
Узел крепления 1 к опоре 2 содержит, по меньшей мере, один элемент крепления 11, например, осевой подвес рычагов, связанный с осью 3 рычагов, выполненный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости.
Рычажное устройство, в котором подвес грузов 9 может быть выполнен в виде троса или стального прутка, или стального уголка, или стальной полосы, снабжено успокоителем колебания грузов 12.
В заявляемом решении возможно совмещение узла крепления (анкера) оттяжки 13 опоры 2 с узлом крепления 1 рычагов 4 и 5. Узел крепления 1 содержит, по меньшей мере, один элемент крепления 11. В случае, если устройство содержит несколько элементов крепления - осевых подвесов, например два (11 и 14), то они связаны друг с другом при помощи оси вращения рычагов 15 с подшипниками скольжения 16.
Узел крепления 1 к опоре 2, например, может быть выполнен из двух стальных уголков, сваренных между собой по кромкам полок, в полках имеются четыре отверстия для крепления к опоре и два отверстия в нижнем уголке для крепления оттяжки к опоре. Между параллельными полками уголков могут быть приварены стальные пластины 17 с отверстиями для осей вращения 3 двух параллельных осевых подвесов 11 и 14. Подвесы могут быть выполнены из листовой стали и иметь прямоугольную симметричную форму с регулировочными втулками 18 вдоль оси симметрии. Регулировочные втулки 18 предназначены для унифицирования рычагов компенсирующего устройства. Чем меньше длина компенсируемого троса (провода), тем меньше угловое перемещение рычагов в температурном диапазоне t=(±50°)С и тем целесообразнее для ветроустойчивости перемещение оси крепления рычагов ближе к опоре.
Ось вращения 3 рычагов 4 и 5, имеет, например, симметричную ступенчатую форму переменного радиуса, подшипники скольжения 16 служат для обеспечения минимального коэффициента трения, два резьбовых соединения с плоскими шайбами 19 и корончатыми гайками на концах оси вращения 3 служат для жесткой фиксации рычагов в вертикальной плоскости. Рычаги 4 и 5 выполнены из швеллера. Профиль швеллера выбирается по сортаменту в диапазоне от №5 до №12, в зависимости от прилагаемой нагрузки.
Оптимальная длина осевого подвеса С лежит в диапазоне от 1/3А до 2А, где А - длина короткого плеча рычагов 6.
Если С меньше 1/3А, то не выполняется условие беспрепятственного продольного изменения длины провода (троса) в температурном диапазоне t=(±50°)С для наименьшей длины компенсируемого провода (троса).
А если С больше 2А, то уменьшается ветроустойчивость устройства, а при значительном увеличении С устройство нарушает габарит подвижного состава.
Подвесы (осевые) 11 или 14 имеют возможность перемещения относительно осей вращения 3. Угол поворота подвеса относительно вертикали равен , где Т - натяжение троса (провода) 8, F - сила F тяжести грузов 10.
Рычаги 4 и 5 имеют два плеча расположенных под углом друг к другу. Отношение длин плеч рычага определяется из соотношения 1,0≤(В/А)≤5,0, где А - длина короткого плеча рычага, а В - длина длинного плеча рычага, что позволяет увеличить ветроустойчивость, снизить металлоемкость и уменьшить количество грузов 10.
В случае, если указанное соотношение меньше единицы, т.е. вдоль горизонта расположено короткое плечо рычага, то устройство является нецелесообразным, так как для обеспечения заданного натяжения с силой Т в компенсируемом проводе (тросе), требуется приложить усилие к плечу большее, чем сила Т, что приведет к необоснованному увеличению количества грузов и к уменьшению коэффициента полезного действия.
А если больше 5,0, то устройство не обеспечивает ветроустойчивость и длинное плечо рычага может войти в габарит подвижного состава.
Длина А короткого плеча рычага 4 или 5 выбирается в зависимости от длины компенсируемого провода 8 (троса), в диапазоне температур от -50°С до +50°С и лежит, например, в диапазоне от А=200 до А=1500 мм. Плечи рычагов сварены между собой с усилением, например косынкой. Рычаги 4 и 5 могут быть расположены симметрично относительно друг друга, и параллельно друг другу. Расстояние между рычагами может быть любым и определяется целесообразностью использования, например, это расстояние, может быть и меньше диаметра провода (троса) 8, и в десятки раз больше его.
Для удобства технологии и облегчения монтажа рычаги могут быть выполнены в виде двух раздельных рычагов, однако возможно использование единой детали (единого рычага), в котором выполняются прорези.
В заявляемом решении для оптимизации технического результата, между собой рычаги соединяются посредством осей - ось вращения рычага 3, ось вращения компенсируемого провода (троса) 8, оси вращения грузового троса 21 и двух дополнительных осей, необходимых для обеспечения большей жесткости конструкции. На конце длинного плеча рычага имеется втулка 20 для крепления оси подвеса грузов 9. Ось длинного плеча рычага жестко закреплена в отверстии втулки 22 плеча, и может иметь симметричную ступенчатую форму переменного радиуса, подшипник скольжения 16 и крепежные элементы, необходимые для жесткой фиксации подвесов 9 грузов в вертикальной плоскости. Подвес грузов 9 может быть выполнен из двух симметричных стальных пластин прямоугольной формы, с двумя отверстиями на концах для крепления оси подвеса и оси стандартной переходной детали 23 (КС-082). Подвес грузов 9 может быть выполнен из стального прутка, уголка либо стальной полосы. К подвесу грузов 9 крепится штанга двойная для грузов 24. В данной штанге на раме имеются отверстия для крепления на осях элементов подвеса грузов 9 и втулка для крепления на оси тяги 25 успокоителя колебания грузов 12. Груз 10 чугунный является стандартной деталью КС-074. Натяжения компенсируемого провода (троса) 8 достигается заданным количеством грузов 10 в зависимости от отношения длин плеч рычагов 4 и 5. Тяга 25 успокоителя колебания грузов 12 выполнена из швеллера. Профиль швеллера выбирается по сортаменту в диапазоне от №5 до №12, в зависимости от прилагаемой нагрузки. С двух концов тяги 25 успокоителя колебания грузов 12 выполнены два отверстия с втулками. Тяга 25 перемещается относительно оси вращения 26 тяги 25 в вертикальной плоскости. Ось вращения тяги крепится к выносному кронштейну 27, который выполнен из швеллера. Профиль швеллера выбирается по сортаменту в диапазоне от №5 до №12, в зависимости от прилагаемой нагрузки.
Короткое плечо рычага имеет на конце втулку для крепления тяги троса 8 (провода). Ось 28 крепления провода (троса) 8 имеет, например, ступенчатую форму переменного радиуса, подшипники скольжения 16 для обеспечения минимального коэффициента трения, и элементы крепления и фиксации для жесткой фиксации рычагов в вертикальной плоскости. Тяга провода (троса) 8 имеет два отверстия. Одно отверстие служит для жесткого крепления тяги на оси плеча, к другому отверстию крепится стандартная деталь 29 (КС-035) с тросом (проводом) 8.
Заявляемое устройство собирается и работает следующим образом.
Рычажное компенсирующее устройство собирается так: узел крепления 1 устанавливается на опору на заданной высоте и скрепляется с опорой двумя хомутами. На разогретые оси 15, 21, 28 с двух сторон напрессовываются бронзовые втулки подшипников скольжения 16. Ось 15 устанавливается неподвижно в заданные отверстия между осевыми подвесами 11 и 14. На втулку подшипника скольжения 16 оси 15 устанавливается длинные плечи рычагов 4 и 5. На которые устанавливаются стопорные оси. Затем устанавливается второй рычаг. Все оси фиксируются шайбами и корончатыми гайками, гайки стопорятся шплинтами. На втулки 22 плеч рычагов 4 и 5 запрессовываются оси 21. На подшипники скольжения с двух сторон надеваются подвесы, которые фиксируются шайбами и корончатыми гайками, гайки стопорятся шплинтами. Подвесы 11 и 14 крепятся к узлу анкеровки 13 на оси 3. Далее устанавливаются элементы крепления грузов и груза. После установки грузов 10 вытягивается компенсируемый провод 8 (трос). При этом наклон рычагов должен соответствовать температуре окружающей среды. Далее последовательно устанавливаются элементы осевого успокоителя грузов.
Работа рычажного компенсирующего устройства и успокоителя колебаний груза 12 заключается в циклическом повторении следующих операций. Исходное положение: температура окружающей среды 0°С (фиг.4), компенсирующего устройство и успокоитель собраны и находятся на опоре. При этом длинное плечо рычага и тяга 25 параллельны плоскости земли (горизонту) и между собой. При понижении температуры компенсированный провод (трос) сжимается, увлекая за собой тягу 25, вместе с рычагом. Рычаг вращается вокруг оси 15. При минимальной температуре -50°С ось и груза 10 находятся в максимально верхней точке (фиг.3). Длинное плечо рычага и тяга 25 во всем температурном диапазоне находятся параллельно друг другу. При повышении температуры компенсированный провод (трос) 8 расширяется, ось и груза 10 опускаются до тех пор, пока не установится максимальная температура окружающей среды +50°С (фиг.5). Далее температура уменьшается и рычаг приходит в исходное положение. Цикл повторяется.
На основании приведенного описания и схем рычажного компенсирующего устройства и осевого успокоителя колебаний грузов был изготовлен действующий образец со следующими техническими характеристиками:
- натяжение двух проводов контактной сети - 20 кН;
- масса грузов с рамой - 6,7 кН;
- количество грузов 26 шт;
- отношение плеч рычага В/А=3,0;
- длина плеча А=500 мм;
- длина плеча В=1500 мм;
- длина подвеса грузов 1,4А=700 мм;
- вес одного рычага 17,43 кг;
- вес подвеса 5,3 кг;
- вес анкерного крепления 21,8 кг;
- расстояние между рычагами 10D=177,5 мм;
- рычаги, подвесы, рамка для грузов, анкеровка и элементы крепления изготовлены из Ст 3;
- оси выполнены из закаленной нержавеющей стали 40Х ГОСТ 4543-71.
Все вышеуказанное позволило:
1. Создать технологически простое устройство температурной линейной компенсации длины проводов и тросов, в которых требуется обеспечение постоянства линейных нагрузок.
2. Максимально снизить массу и габариты компенсирующего устройства.
3. Получить надежное и недорогое компенсирующее устройство.
4. Исключить эксплуатационные расходы.
5. Использовать компенсирующее устройство для совместной компенсации несущего троса и контактного провода при комплектации коромыслом.