ТОКОПРИЕМНИК ДЛЯ ТРОЛЛЕЙБУСА
CURRENT COLLECTOR FOR TROLLEYBUS

Предлагаемое изобретение относится к области техники, где необходим съем тока подвижными контактами.
Наилучшие условия съема тока с контактного провода были бы достигнуты в том случае, если бы давление в контакте между проводом и головкой токоприемника оставалось во все время движения неизменным. Это может быть в том случае, если контактная подвеска обладает на всем ее протяжении равномерной эластичностью и если контактные провода расположены строго на одной высоте над землей. В действительных условиях выдержать эти требования не удается.
Высота контактных проводов подвергается значительным изменениям под влиянием температуры. Также неизбежны снижения контактных проводов в отдельных пунктах участка при проходе их в искусственных сооружениях. Эластичность контактной подвески при существующих ее конструкциях изменяется нередко в значительных пределах в различных точках пролета. Таким образом, во всех случаях работа токоприемника протекает при постоянных изменениях его высоты, величина и скорость которых определяются конструктивными параметрами контактной подвески и токоприемника, скоростью движения троллейбуса и рядом других факторов. На троллейбусах ЗИУ -9Б применяются токоприемники типа РТ-6И (И.С. Ефремов, Г.В. Косарев. Теория и расчет троллейбусов. 4.1. М: "Высшая школа», 1981.), предназначенные для работы при напряжении сети 550 В и длительном токе 170 А. Токоприемник РТ -6И состоит из основания, штангодержателя с пружинами, штанги со штанговым проводом и контактной головкой.
Необходимое нажатие токоприемника на контактный провод создают две натяжные пружины. Верхние концы пружин отогнуты в виде петель и надеты на валик, запрессованный в штангодержателе. Соскакиванию пружин с валика препятствуют шайба и шплинт. Нижние концы натяжных пружин соединены с регулировочными тягами, предназначенными для регулировки натяжения пружин. Усилие нажатия на контактный провод в пределах рабочей высоты должно быть 14+1 кГ.
Недостатком токоприемника РТ -6И является то, при изменении высоты подвески контактных проводов, давление между головкой токоприемника и контактным проводом будет меняться, а значит, не будет полного съема тока и возрастает вероятность схода штанги с контактного провода.
Известен токоприемник для троллейбуса, содержащий токосъемный элемент и штангу, выполненную в виде двух шарнирносочлененных частей, верхняя из которых короче нижней и снабжена рычагом, с присоединенным к нему пружинным толкателем, нижний конец которого связан с другой частью штанги [Авторское свидетельство СССР №397386, кл. В 60/5/10, 25.1.1974], принятый за прототип.
Недостатком является то, что величина усилия пружинного толкателя меняется во время движения троллейбуса, а значит будет меняться и усилие между головкой токоприемника и контактным проводом, что приводит к нарушению полного съема тока.
Задачей (техническим результатом) заявляемого устройства является в обеспечение постоянного по величине контактного усилия между головкой троллейбуса и контактным проводом, улучшение съема тока с контактного провода, снижения вероятности спадания штанги при больших скоростях движения.
Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве поджатие головки к проводу обеспечивается за счет пружинного толкателя, который крепится шарнирно к нижней и верхней части штанги, в заявленном устройстве нижняя часть штанги крепится к корпусу жестко, а верхняя часть шарнирно соединяется с нижней. Пружина крепится одним концом на корпусе, а другим концом к кулачку, закрепленным шарнирно на нижней части штанги и выполненным с переменным радиусом закругления, а к барабану верхней части штанги крепится трос, сходящий с профиля кулачка.
На фиг. 1 представлена схема токоприемника для троллейбуса со стабилизацией контактного нажатия.
На фиг. 2 представлена схема сил, действующих на кулачок.
н
н
пр
пр
Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит корпус 1, нижнюю штангу 2, верхнюю штангу 3, кулачок 4, контактную головку 5, пружину 6, трос 7. Рассмотрим статическое состояние устройства. Начальное положение кулачка 3 соответствует углу поворота его на угол ψ. Этот угол находится посередине диапазона 0<ψ<ψ. Угол ψ=0 соответствует максимальному поднятию контактной головки 4 вместе с контактным проводом (пружина 5 в этом случае растянута на λ). Угол ψ соответствует максимальному опусканию контактной головки 4 с контактным проводом.
Устройство работает следующим образом.
В случае увеличения давления на контактную головку 5 со стороны контактного провода (то есть штанга 3 стремится повернуться по ходу часовой стрелки), кулачок 4 начнет вращаться по ходу часовой стрелки (пружина 6 растягивается). Но за счет специально рассчитанной формы кулачка 4 усилие в тросе 7, сходящего с кулачка, остается постоянным и равным заданному Q. Для того, чтобы усилие в тросе 7 было во время поворота кулачка постоянным, необходимо чтобы моменты сил Q и упругой силы F относительно оси вращения кулачка были равны (фиг. 2)
0
0
Qd=c(λ+Rψ)R,
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
В случае движения контактной головки 5 с контактным проводом вверх кулачок 4 начнет вращаться против хода часовой стрелки (пружина 6 в этом случае сжимается). Но усилие в тросе 7, сходящего с кулачка 4 и прикрепленного к барабану штанги 3, будет неизменным и равным Q. Надо связать усилие Q с усилием Р между контактной головкой и контактным проводом. Для этого составим уравнение равновесия штанги 3
где G - вес штанги 3,
L - длина штаги 3,
ВС - расстояние от центра тяжести штанги 3 до оси вращения,
0
М=Q⋅r - постоянный момент силы Q.
Рассмотрим пример реализации.
Пусть вес штанги 3 равен 200 Н, длина штанги 3 равна 6 м, расстояние от шарнира В до центра тяжести штанги 3 равно 2 м. Примем рабочую высоту от контактного провода до основания токоприемника -3 м. Тогда угол наклона штанги 3 к горизонтали составит 30°, а угол β=60°. По формуле (1) найдем величину постоянного момента М, который необходимо приложить к штанге 3, учитывая что усилие нажатия на контактный провод должно 14+1 кГ. Тогда
М=1073.84 Нм.
Перемещение контактной головки 5 по вертикали, как правило, составляет 0.3 м, что составляет 2.86° углового перемещения штанги 3. Значения контактного усилия Р в верхней и нижнем положении контактной головки из формулы (1) составит:
в верхнем положении 143 Н,
в нижнем положении 137,4 Н
То есть значения усилия Р находятся в рамках допуска.
Таким образом поставленная задача решена.