СИСТЕМА ПОДАЧИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОСРЕДСТВОМ УСТАНОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА С ПРИЕМНЫМ РЕЛЬСОМ, УСТАНОВЛЕННЫМ НА ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГЕ
SYSTEM OF POWER SUPPLY BY ELECTRIC CONTACT WITH RECEIVING RAIL, INSTALLED ON VEHICLE USING ELECTRIC PROPULSION

Настоящее изобретение относится к вспомогательному средству установления контакта с системой электропитания, посредством распределительной штанги, транспортного средства с установленным на его крыше или на по меньшей мере одной из его сторон по меньшей мере одним токопроводящим рельсом для получения электрической энергии.
Этот тип подачи электропитания на транспортное средство на электрической тяге от распределительной штанги и токопроводящего рельса, установленного на транспортном средстве, обладает множеством преимуществ, одним из которых является возможность сэкономить на силовых кабелях, подвешиваемых вдоль пути следования, и на опорах, а также за счет предоставления минимального количества необходимых наземных конструкций, что позволяет преимущественно применять этот тип подачи электропитания для городского транспорта.
Эти преимущества и благоприятные эффекты уменьшаются за счет сложностей, присущих установлению контакта штанги подачи электропитания с токопроводящим рельсом, установленным на транспортном средстве.
Поэтому по электрическим и механическим причинам установление контакта проводящего элемента, применяемого в качестве токосъемного башмака распределительной штанги, с токопроводящим рельсом, установленным на крыше или сбоку транспортного средства, должен быть надежным и без скачков, и одновременно плавным и амортизированным, без ударов. Поскольку транспортное средство проходит под штангой на определенной скорости, возвышающаяся часть наклонной направляющей стремится поднять ее. Следовательно, опускание штанги необходимо амортизировать для предотвращения поломки токосъемного башмака при установлении контакта с токопроводящим рельсом.
Аналогично после установления электрического контакта токосъемный башмак не должен отсоединяться от рельса подачи электропитания, поскольку в таком случае в результате возникновения электрической дуги он может быть поврежден. Часто рельс подачи электропитания не идеально прямолинейный, и транспортное средство также может подпрыгивать во время движения по поверхности пути следования. Для обеспечения наилучшего электрического контакта штанга должна качаться, совершая амортизирующее движение, предотвращающее ее нежелательное отсоединение.
Также необходимо регулировать соответствующим образом воспринимаемую нагрузку токосъемного башмака на токопроводящий рельс. Таким образом, вдобавок к амортизации, настоящее изобретение также предоставляет компенсирующую нагрузку пружину.
В документе WO 2011/079215 также раскрыт блок подачи электропитания для транспортных средств, содержащий боковые токосъемные башмаки, между которыми происходит зацепление токопроводящего рельса транспортного средства. Эти боковые токосъемные башмаки содержат спереди отклоняющиеся участки, упрощающие зацепление токопроводящего рельса. Требуемая высота боковых токосъемных башмаков по отношению к токопроводящему рельсу достигается и поддерживается, например, за счет колеса, жестко соединенного с опорой боковых токосъемных башмаков, и контактирует с крышей транспортного средства. Движение колеса по крыше транспортного средства обеспечивает оптимальное расположение по высоте боковых токосъемных башмаков относительно токопроводящего рельса. На самом деле колесо должно постоянно катиться по крыше на протяжении всего электрического контакта между токосъемными башмаками и токопроводящим рельсом. Целью является установление и поддержание токосъемных башмаков на постоянной высоте относительно крыши транспортного средства для предотвращения разрушительного износа нижней части указанных токосъемных башмаков за счет трения о крышу. Такое осуществление, предоставленное специально для боковых токосъемных башмаков, не предотвращает или смягчает удары, возникающие при электрическом контакте между указанными токосъемными башмаками и токопроводящим рельсом. Этими ударами нельзя пренебречь, особенно для транспортного средства, прибывающего на станцию подачи электропитания на скорости, которая может достигать 40 км/ч или 50 км/ч.
Целью настоящего изобретения является предотвращение указанных выше различных недостатков посредством вспомогательного средства подъема штанги непосредственно перед или во время установления контакта с токопроводящим рельсом.
Другой целью изобретения является предоставление системы подачи электропитания, обеспечивающей наилучшее поглощение ударов, возникающих при установлении электрического соединения между транспортным средством и штангой распределения электроэнергии.
Цели и объекты изобретения достигаются посредством системы электропитания для транспортного средства на электрической тяге по меньшей мере с одной электрического штангой распределения электроэнергии, установленной шарнирно на опорах, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль пути, по которому следует транспортное средства; при этом штанга электрически соединена с источником электропитания и оснащена элементом для электрического контакта, применяемого в качестве токосъемного башмака на продольном токопроводящем рельсе, установленном на транспортном средстве, характеризующемся тем, что штанга, соединяемая с продольным токопроводящим рельсом, установленным на транспортном средстве, содержит следующее:
- вспомогательное средство для установления оптимального электрического контакта между элементом для электрического контакта штанги и токопроводящим рельсом, установленным на транспортном средстве; причем это средство образует часть штанги и содержит элемент временного контакта и опоры;
- трек, проходящий, по меньшей мере, на части верхней передней секции транспортного средства смежно с токопроводящим рельсом, и проходящий по меньшей мере на участке длины токопроводящего рельса, при этом указанный элемент временного контакта и опоры опирается и перемещается по указанному треку вначале прохождения транспортного средства (1) под штангой (4) перед тем, как элемент (17) для электрического контакта соприкоснется с указанным токопроводящим рельсом (2).
В соответствии с одним вариантом осуществления согласно настоящему изобретению трек представляет собой опорную наклонную направляющую, возвышающуюся от передней до задней части транспортного средства. Наклонная направляющая имеет, например, изогнутую форму, предпочтительно выпуклую дугообразную форму.
В соответствии с одним вариантом осуществления согласно настоящему изобретению трек установлен на транспортном средстве за счет подвешивания.
В соответствии с одним вариантом осуществления согласно настоящему изобретению трек проходит на ограниченном отрезке по отношению к длине токопроводящего рельса, обеспечивая вывод элемента временного контакта и опоры из контакта с транспортным средством после установления оптимального электрического контакта между элементом для электрического контакта и токопроводящим рельсом.
Согласно другому варианту осуществления согласно настоящему изобретению трек проходит по всей длине токопроводящего рельса, обеспечивая постепенный и достаточный подъем его верхней поверхности для разъединения указанного трека с указанным элементом временного контакта и опоры после установления оптимального электрического контакт между элементом для электрического контакта и верхней контактной поверхностью токопроводящего рельса.
В соответствии с одним вариантом осуществления согласно настоящему изобретению штанга установлена с возможностью поворота на опоре за счет шарнирного соединения с устройством подвешивания штанги.
В соответствии с одним вариантом осуществления согласно настоящему изобретению устройство подвешивания преимущественно содержит компенсирующую нагрузку пружину и амортизатор.
Шарнирное соединение штанги на опоре смещено в поперечном направлении относительно транспортного средства за пределы опоры.
В соответствии с одним вариантом осуществления согласно настоящему изобретению элемент временного контакта и опоры содержит деталь качения, такую как колесо или ролик, перемещающийся вдоль трека, смежного с токопроводящим рельсом.
В соответствии с одним вариантом осуществления согласно настоящему изобретению элемент временного контакта и опоры содержит скользящую деталь, такую как ползун или контактный башмак, скользящий по треку, смежному с токопроводящим рельсом.
В соответствии с одним вариантом осуществления согласно настоящему изобретению элемент временного контакта и опоры расположен на свободном конце штанги.
В соответствии с одним вариантом осуществления согласно настоящему изобретению качение колеса или ролика обеспечивается штангой. Колесо (или ролик) установлено, например, с возможностью амортизации или плавающим образом на основной части штанги.
В соответствии с одним вариантом осуществления согласно настоящему изобретению ползун или контактный башмак установлен с возможностью амортизации или плавающим образом на основной части штанги.
В соответствии с одним вариантом осуществления согласно настоящему изобретению узел содержит две штанги распределения электропитания, каждая из которых входит в контакт с токопроводящим рельсом, расположенным на каждой из продольных сторон крыши, или на каждой верхней части каждой стороны транспортного средства, при этом каждая штанга соединена с одной полярностью источника электропитания транспортного средства.
Поэтому вспомогательное средство установления механического и электрического контакта содержит вспомогательную систему, которая в особенности характеризуется системой качения или скольжения, установленной на распределительной штанге.
Это средство качения или скольжения входит в контакт с профилированным треком, смежным с токопроводящим рельсом, с которым контактный элемент средства качения или скольжения входит в контакт, и по которому он катится или скользит до установления электрического контакта токосъемного башмака распределительной штанги с токопроводящим рельсом, установленным на транспортном средстве.
В случае двух линий электропитания или токопроводящих рельсов, установленных на транспортном средстве - каждый на продольной стороне его крыши или на каждой из его сторон, - рельс примыкает к каждому токопроводящему рельсу, по которому перемещается вспомогательное средство, обеспечивая каждую штангу электрическим контактом с одной полярностью источника электропитания.
Аналогичный или идентичный рельс качения или скольжения может быть предоставлен на другом конце транспортного средства для одного токопроводящего рельса или каждого из токопроводящих рельсов в случае двухстороннего движения.
Также наклонный рельс качения или скольжения может быть предусмотрен на заднем конце токопроводящего рельса в области, в которой токосъемная головка сходит с токопроводящего рельса или покидает его.
Другие характеристики и преимущества изобретения станут понятны из приведенного ниже описания, которое не является ограничивающим примером, и прилагаемых графических материалов, на которых:
- на фиг. 1 представлен общий вид спереди, иллюстрирующий транспортное средство на электрической тяге, находящееся под штангой подачи электропитания, установленной на опоре вдоль пути следования;
- на фиг. 2 представлен подробный вид в перспективе согласно фиг. 1, показывающий передний конец транспортного средства, и всю штангу подачи электропитания, содержащую вспомогательное средство в соответствии с изобретением;
- на фиг. 3 представлен общий вид штанги подачи электропитания, содержащей вспомогательное средство в соответствии с изобретением;
- на фиг. 4 представлен вид сверху штанги подачи электропитания, содержащей вспомогательное средство в соответствии с изобретением;
- на фиг. 5 представлено продольное поперечное сечение, выполненное по линии V-V согласно фиг. 4, штанги подачи электропитания, содержащей вспомогательное средство в соответствии с изобретением;
- на фиг. 6 представлен подробный вид в продольном поперечном сечении свободного конца штанги подачи электропитания, содержащей вспомогательное средство в соответствии с изобретением;
- на фиг. 7 представлен подробный вид в продольном поперечном сечении другого конца штанги подачи электропитания, содержащей вспомогательное средство в соответствии с изобретением;
- на фиг. 8 представлен частичный вид одного варианта осуществления системы электропитания согласно настоящему изобретению в различных положениях во время перемещения транспортного средства; и
- на фиг. 9 схематически представлен частичный вид сбоку системы электропитания, показанной на фиг. 8.
Как показано на фиг. 1, система подачи электропитания в соответствии с изобретением предназначена для подачи электропитания на транспортное средство, например транспортное средство (1) на электрической тяге для городского транспорта, на котором установлен по меньшей мере один продольный токопроводящий рельс (2) на его крыше (3) или на по меньшей мере одной из его сторон. Этот рельс получает электроэнергию от нескольких распределительных штанг (4), каждая из которых шарнирно установлена на опоре (5), при этом ряд таких опор расположен на расстоянии друг от друга вдоль пути следования, по которому перемещается транспортное средство (1).
Для упрощения в приведенном ниже описании используется только одна штанга (4).
Это транспортное средство (1) для городского транспорта может содержать шины (6) и может направляться посредством направляющей системы (7) вдоль направляющего рельса (8), закрепленным на земле (9).
Токопроводящий рельс (2) предпочтительно установлен на опоре (10) и проходит вдоль большей части длины транспортного средства, посредством которая обеспечивает его поднятое положение относительно крыши транспортного средства (1). Его также можно расположить на соответствующей высоте на одной или другой из двух сторон транспортного средства (1) на конце опоры, например, вертикальной.
Токопроводящий рельс (2) содержит верхнюю поверхность (11), на которой установлен элемент (4) для электрического контакта штанги, обеспечивающей подачу электропитания на транспортное средство (1).
Штанга (4) подачи электропитания обеспечивает энергию электрической тяги для транспортного средства, но также предоставлен пантограф для обеспечения традиционной подачи электропитания от контактной линии (не показана) на участках пути, на которых она предоставлена.
Изобретение относится к усовершенствованной системе подачи электропитания с несколькими распределительными штангами (4) и, более конкретно, к вспомогательному или сопроводительному средству распределительной штанги (4) при установлении контакта с токопроводящим рельсом (2), выполненному для этого на транспортном средстве (1).
Распределительная штанга (4) установлена с возможностью поворота на опоре (5) посредством шарнирного соединения (12).
В варианте осуществления, показанном и представленном в качестве примера, шарнирное соединение (12) смещено относительно опоры (5) в поперечном направлении за пределы транспортного средства, тем самым обеспечивая уменьшение амплитуды движений с угловым отклонением на конце штанги. Того же эффекта можно достичь посредством опоры (5), более удаленной в поперечном направлении от транспортного средства. Целью является уменьшение угловых отклонений на конце штанги.
Вспомогательное средство для оптимального установления электрического контакта для системы электропитания в соответствии с изобретением содержит, например, дополнительные элементы.
Таким образом, распределительная штанга (4), сочлененная шарнирно с опорой (5), установлена на устройстве (13) подвешивания, содержащем компенсирующую нагрузку пружину (14) и амортизатор (15). Характеристики пружины (14) подобраны для снятия веса со штанги таким образом, чтобы нагрузка токосъемного башмака на токопроводящий рельс (2) не была слишком высокой, что может приводить к преждевременному износу. Внутри пружины (14) расположен амортизатор (15), например гидравлический телескопический и двойного действия. Амортизатор (15) отрегулирован таким образом, что он не амортизирует и не тормозит штангу (4) во время ее подъема при установлении контакта вспомогательного средства с треком, на котором оно установлено. Он амортизирует опускание штанги на токопроводящий рельс (2). Этот принцип аналогичен принципу действия автомобильной оси при следовании по неровной дороге.
Амортизатор (15), аналогичный компенсационной пружине (14), может быть выполнен в различных формах, например, в виде амортизатора сухого трения, торсионной пружины или другого приспособления. Устройство (13) подвешивания также предназначено для сохранения жесткого контакта, предотвращающего вибрацию между токосъемным башмаком и рельсом подачи электропитания во время движения транспортного средства.
Распределительная штанга (4) содержит основную часть, защищенную обтекателем (16), открытая сторона которого направлена вниз для обеспечения разъединения проводящего элемента (17) в форме токосъемной головки (также называемой токосъемным башмаком), применяемой в качестве токосъемного башмака для механического и электрического контакта с верхней частью токопроводящего рельса (2), и осуществляющего скользящее движение по нему для передачи электрической энергии. Токосъемный башмак (17) предпочтительно установлен с возможностью поворота и амортизации на продольной оси штанги (4).
Распределительная штанга (4) проходит к шарнирному соединению (12) с опорой (5) посредством хвостовика (18).
В соответствии с изобретением передний конец штанги (4) содержит элемент (19) временного контакта и опоры, участвующий в установлении контакта, в виде средства качения или скольжения, перемещающегося по смежному треку (20). В случае системы качения оно может представлять собой, например, колесо или ролик (21), который образует временную опору, движущуюся перед и во время установления механического и электрического контакта распределяющего электроэнергию токосъемного башмака (17) с частью или верхней поверхностью токопроводящего рельса (2).
В случае системы скольжения (не показана) оно может представлять собой ползун, или контактный башмак, или любой другой эквивалентный скользящий элемент, движущийся за счет скольжения вдоль соответствующего трека (20), смежного с токопроводящим рельсом (2).
Как показано на фигурах средство качения или скольжения предоставлено на конце распределительной штанги (4).
В показанном варианте ролик (21) установлен на ступице (22) с помощью подшипника качения (23), установленного на механической конструкции (24) на свободном конце (25) штанги. Этот конец (25) штанги (4) защищен концевой крышкой (26).
Противоположный конец (27) штанги (4) представляет собой механическую конструкцию, предназначенную для сочленения шарнирного соединения (12) для соединения штанги (4) с опорой (5). В полом механическом элементе (28) расположен силовой кабель (29), обеспечивающий посредством внутреннего соединения (30) электрическое соединение с системой подачи электропитания на опоре (5). На конце этого полого элемента (28) расположено шарнирное соединение (12), немного смещенного относительно опоры (5) для увеличения длины штанги ввиду амплитуды движений с угловым отклонением на конце штанги. Это положение зависит от положения опоры (5) относительно транспортного средства. Целью является предоставление штанги достаточной длины, при которой угол, который может образовывать штанга с токопроводящим рельсом во всех возможных вертикальных отклонениях транспортного средства, не будет слишком большим.
Элемент (19) временного контакта и опоры штанги (4), предоставленный возле свободного конца (25) штанги (4), также выполняет функцию амортизатора.
На самом деле качающаяся или скользящая деталь может быть установлена плавающей или подвешенной сверху вниз относительно основной части штанги (4), например, в виде амортизирующего устройства, предпочтительно направляемого (не показано), обладающего упругим сопротивлением к сжатию в ходе постепенного и амортизируемого сжатия, и упругим возвратом в растянутое положение, обеспечивая необходимую плавность установления контакта и качения или скольжения.
Трек (20), по которому перемещается элемент (19) временного контакта и опоры, например ролик (21), расположен на транспортном средстве (1) смежно с токопроводящим рельсом (2). Это позволяет качающейся или скользящей детали, расположенной на конце штанги (4), способствовать или постепенно помогать указанной штанге (4) с токосъемным башмаком (17) устанавливать во время движения электрический контакт с токопроводящим рельсом (2).
Так, например, показана часть верхней области (31) передней части (32) транспортного средства (1), такая как представлена на фигурах. Она преимущественно имеет дугообразную поверхность, выпуклая кривизна которой обеспечивает требуемую постепенность установления контакта токосъемного башмака (17) с токопроводящим рельсом (2). Этот смежный трек (20) может быть преимущественно предоставлен на крышке (33), стыкуясь, например, с формой части верхней области (31) для обеспечения элемента транспортного средства, например отсека для размещения системы кондиционирования воздуха.
Она показана на фиг. 1 и 2 в виде белой полосы.
Трек (20) предпочтительно установлен посредством подвешивания на транспортном средстве (1) для фильтрации звуков от ударов во время установления контакта с роликом (21) или ползуном. Трек (20), имеющий форму наклонной направляющей, и токопроводящий рельс (2) имеют соответствующие формы, так что нагрузка штанги (4), временно воспринимаемая роликом (21), постепенно снимается токосъемным башмаком (17), постепенно скользящим и перемещающимся по токопроводящему рельсу (2).
Настоящее изобретение не ограничено одним единственным токопроводящим рельсом и одной единственной распределительной штангой. Напротив, их может быть две для обеспечения работы в двух направлениях, что часто необходимо, или, в случае транспортного средства на ненаправляемых шинах, для осуществления возврата тока, который, в случае направляемого транспортного средства, такого как трамвай на шинах, осуществляется посредством направляющего рельса.
Также токопроводящий рельс может быть предусмотрен на одной стороне или на каждой из сторон транспортного средства на соответствующей высоте в целях безопасности.
В этом случае основная идея остается той же, даже для боковой штанги (4). Достаточно предоставить соответствующим образом изогнутый рельс, на котором будет установлено и будет скользить вспомогательное средство.
Принцип действия изобретения относительно прост, и его можно проиллюстрировать, например, на фиг. 8 и 9.
На фиг. 8 показан вариант осуществления системы подачи электропитания в соответствии с изобретением, согласно которому трек (20) имеет форму сегмента изогнутой наклонной направляющей. Рядом или позади трека токопроводящий рельс (2) имеет восходящую кривую, продолжением которой является по существу горизонтальный участок. На фиг. 8 также показана последовательность положений ролика (21), моделирующая движение транспортного средства (1) относительно системы подачи электропитания.
Когда токосъемный башмак (17) касается верхней поверхности токопроводящего рельса (2) с обеспечением полного электрического контакта, ролик (21) находится за пределами заднего конца трека (20). Поэтому механический контакт между роликом (21) и треком (20) или крышей транспортного средства (1) невозможен.
То же справедливо и для варианта осуществления системы подачи электропитания в соответствии с изобретением, согласно которому трек (20) проходит до заднего конца транспортного средства (1). Достаточное возвышение верхней поверхности токопроводящего рельса (2) относительно трека (20), таким образом, предотвращает вероятность механического контакта ролика (21) с указанным треком (20).
Когда транспортное средство приближается к распределительной штанге (4), происходит первый контакт средства качения или скольжения (ролик 21) с треком (20), независимо от того, расположена ли штанга (4) вверху и горизонтально или сбоку и вертикально. Этот первый контакт обеспечивает небольшой подъем распределительной штанги (4), а затем, за счет устройства (4) подвешивания штанги, ее удержание при качении или прижатии к треку (20) на высоте, при которой токосъемный башмак (17) не входит в контакт с токопроводящим рельсом (2). Этот первый контакт схематически показан на фиг. 9 положением А токосъемного башмака (17).
Далее следует фаза постепенного приближения, в конце которой токосъемный башмак (17) располагается на уровне с ней, обеспечивая касание с электрическим контактом, и абсолютно параллельно, по меньшей мере, локально относительно контакта с верхней поверхностью токопроводящего рельса (2). Этот второй контакт схематически показан на фиг. 9 положением В токосъемного башмака (17).
Преимущественно изогнутая начальная часть токопроводящего рельса (2) смещена продольно назад относительно начала трека (20) на достаточное расстояние для обеспечения соответствующего подъема штанги (4), тем самым обеспечивая оптимальный электрический контакт и плавный переход в механический контакт. Следовательно, механический контакт происходит без ударов от механического контакта между роликом (21) и треком (20) до механического контакта между токосъемным башмаком (17) и токопроводящим рельсом (2).
Этот контакт будет надежным и плавным, поскольку воспринимаемая нагрузка мертвого веса штанги уменьшается за счет пружины (14). Одновременно деталь качения или скольжения вспомогательного средства качения или скольжения достигает конца перемещения по смежному треку (20). Затем пружина (14) распределительной штанги (4) может создавать усилие. Вся эта фаза установления контакта будет происходить постепенно, кратковременно и плавно.
Различные описанные варианты осуществления обеспечивают вывод элемента качения или скольжения из контакта с треком (20) сразу после достижения оптимального электрического контакта. Следовательно, вспомогательное средство установления электрического контакта устраняет недостатки, особенно возникающие за счет ударов, способствующих износу и охрупчиванию элементов, из которых состоит система подачи электропитания.