УСТРОЙСТВО ПРУЖИННОЙ КОМПЕНСАЦИИ ПОСТОЯННОГО НАТЯЖЕНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
SPRING COMPENSATOR OF CONTACT SYSTEM CONSTANT TENSION

Область техники
Данное изобретение относится к технике электроснабжения контактной сети электрифицированной железной дороги и, в частности, к устройству пружинной компенсации постоянного натяжения, обеспечивающему поддержку определенного натяжения и уменьшение вероятности отрыва бугеля контактной сети (несущего каната, контактной линии и гибкой поперечины) электрифицированной ж.д.
Предыдущий уровень техники
Высота контактной подвески и натяжение контактной сети (несущего каната, контактной линии и гибкой поперечины) электрифицированной железной дороги подвергаются влиянию не только дилатации, вызванной изменениями температуры, но и удлинения упругих проволок от ползучести, коверкания и др., а также наклонения опор от долговременного воздействия на них и т.д. Указанные факторы приводят к возникновению отрыва бугеля от линии, как последствие, ухудшается характеристика токосъема контактной сети, а увеличение натяжения может привести к обрыву проводов контактной сети, как последствие, возникает отказ в работе контактной сети.
Контактная сеть на всем своем протяжении выполняется расположением по участкам, каждый из них называется анкерным участком, на концах которого выполняется анкеровка. Для автоматической поддержки постоянного натяжения контактной сети, как правило, предусмотрено устройство компенсации натяжения на точке анкеровки.
Предшествующие устройства компенсации натяжения разделяются, главным образом, на два вида:
1. Существующая контактная сеть (несущий канат, контактная линия и гибкая поперечина) электрифицированной железной дороги оборудована наиболее употребляемыми подвесными устройствами компенсации, для которых характерны два вида: соответственно с блоком полиспаста и храповиком. Эти два вида устройства компенсации отличаются конструктивной простотой, надежностью эксплуатации, но имеют недостатки, такие как громоздкость, тяжеловатость, антиэстетичность, зыбкость и соударение при бурном ветру. Еще недостаток в высоком расходе на монтаж и обслуживание, что объясняется необходимостью применения вспомогательной конструкции для подкрепления, наведения и защиты указанного устройства и текущими эксплуатацией, управлением и ремонтной работой. В особенности для монтажа подвесок при модернизации электрифицированной контактной сети при низком и узком условиях габарита метро и существующего туннеля необходимо увеличить сечение туннеля, что большим масштабом увеличится объем работ и помеха движению транспортов, продлится срок на производство, увеличится строительный расход, даже трудно осуществить на участке со сложным геологическим условием.
2. Гибкая поперечина электрифицированной контактной сети представляет собой подвесное поперечное поддерживающее оборудование контактной сети для станций и узлов с нескольким путевым развитием электрифицированной ж.д. и состоит из опор по бокам э.ж.д. и поперечных несущих канатов, вешающихся на опорах, верхнего и нижнего фиксирующих тросов, а так же поддерживающих и соединяющих их деталей.
Для улучшения свойств токосъема контактной сети и уменьшения текущего технического обслуживания ее гибких поперечин применяется устройство компенсации переменного натяжения, устанавливаемое в фиксирующих тросах верхней и нижней частей. Данное устройство компенсации переменного натяжения, в основном, может адаптироваться к имеющимся недостаткам, как короткий компенсирующий анкерный участок, большое изменение натяжения, маленькая удлиненность и низкая характеристика при неизмененной высоте поперечного несущего каната гибкой поперечины.
Предшествующие в мире устройства компенсации, нешироко употребляемые в связи с наличием различных недостатков, представлены собой следующими:
1. Устройство компенсации, выполняемое последовательным соединением нескольких колонн цилиндрических винтовых нажимных пружин (например, упругий компенсатор натяжения, номер Китайского патента CN 200420025333.1; автоматический упругий компенсатор натяжения контактной сети, номер Китайского патента CN 200510038827.2, и т.д.). Данное устройство компенсации не обеспечивает неизменность натяжения контактной сети в связи с характеристикой прямого отношения силы действия цилиндрической винтовой нажимной пружины к ее ходу.
2. Гидравлическое, пневматическое устройства компенсации (например, гидравлическое устройство компенсации контактной сети э.ж.д., номер Китайского патента CN 03235102.Х; дифференциальное плунжерное гидравлическое устройство компенсации натяжения, номер Китайского патента CN 03218606.1; пневматический автоматический компенсатор натяжения контактной сети электрифицированной ж.д., номер Китайского патента CN 00232367.2). Расход на эксплуатацию данных устройств высок, область их употребления ограничена, поскольку ввиду потери маслом и газа необходимо проводить непрерывные контроль и обслуживание, своевременную дозаправку маслом и газом, при этом иногда происходит течка масла и газа.
Сущность изобретения
По мере развития междугородного поезда, пути пассажирского движения, скоростного поезда электрифицированной ж.д. скорость движения поезда повысилась до 200 км/ч, 300 км/ч и выше, что выдвинуто более высокое требование к характеристике компенсации для контактной сети. Актуальный вопрос в том, как можно обеспечить безопасность, надежность ее работы.
Устройство пружинной компенсации постоянного натяжения является важной составной частью контактной сети электрифицированной ж.д., важным устройством для поддержки постоянного натяжения контактной сети при изменении температуры, поскольку ее характеристика оказывает непосредственное влияние на пружинность подвески контактной сети и нормальное состояние контактной линии в пространственном положении, имеет важное значение для уменьшения аварий бугеля и сети и повышения безопасности и надежности контактной сети.
Целью данного изобретения является преодоление недостатков вышеуказанных устройств компенсации, опирающихся на экзогенную компенсацию, предоставление устройства, аккумулирующего энергию упругой деформации с помощью предварительно закрученных контактных плоских спиральных пружин для автоматической эндогенной компенсации изменений длины контактной сети (несущего каната, контактной линии и гибкой поперечины) электрифицированной ж.д. Данное чисто механическое устройство высокого действия может обеспечить их натяжение, адаптироваться к изменениям их длины и поддержать постоянство натяжения. Кроме того, данное устройство может быть конструктивно компактным, позволяет уменьшить объем и вес большим масштабом. Таким образом, можно повысить стабильность подвески контактной сети и скорость движения поезда.
Техническое решение технических вопросов данного изобретения: контактная сеть (несущий канат, контактная линиям и гибкая поперечина) оказывает действие на желобчатые шкивы (эвольвентный шкив, винтовой шкив или шкив неподвижного блока) путем соединения компенсирующего троса устройства пружинной компенсации постоянного натяжения с ними. При изменениях температуры окружающего воздуха длина контактной сети изменяется от расширения при нагревании и сжатия при охлаждении, при чем шкив приводит в действие контактные плоские спиральные пружины, установленные на шпинделе. Контактные плоские спиральные пружины в перпендикулярной к шпинделю плоскости образуют вращающий момент, при этом предварительно закрученные контактные плоские спиральные пружины аккумулировали энергию упругой деформации, таким образом, момент кручения при закручивании и разблокировке контактных плоских спиральных пружин принуждает укорочение и удлинение компенсирующего троса, как последствие, обеспечена поддержка постоянства натяжения контактной сети при изменениях ее длины.
Данное изобретение раскрывает устройство пружинной компенсации постоянного натяжения, в состав которого входят желобчатый шкив, компенсирующий трос, левая торцевая плита, шпиндель, масляное уплотнение, подшипник, правая торцевая плита, контактные плоские спиральные пружины, кожух, угольник для крепления, установочная анкерная плита, бурсок, тормозящее при обрыве устройство;
Указанный желобчатый шкив, закрепленный на шпинделе, намотан указанным компенсирующим тросом, один конец которого прикреплен к шкиву, а другой - к внешней контактной сети. Указанный шпиндель устанавливается на левой и правой торцевых плитах с помощью масляных уплотнений и подшипников.
Указанные левая и правая торцевые плиты, кожух, угольник для крепления, установочная анкерная плита составляют закрытый корпус коробки, указанный бурсок присоединяется к стороне установочной анкерной плиты далеко от указанного корпуса коробки.
Указанная контактная плоская спиральная пружина, установленная в указанном корпусе коробки, крюком ее внутреннего конца соединяется с шпинделем, а ее внешнего конца - с угольником, прикрепленном к корпусу коробки.
Указанное тормозящее при обрыве устройство, собранное посадкой с желобчатым шкивом и торцевыми плитами, заклинивая желобчатый шкив, останавливает его вращение в покойное состояние без происхождения пружинения в случае обрыва контактной сети или компенсирующего троса и обеспечивает безопасность эксплуатации устройства пружинной компенсации.
Указанное тормозящее при обрыве устройство состоит из стопорного колеса, клиньев, пружины кручения, крепежных болтов, гаек, нажимных винтов, стальных шариков, в частности, стопорное колесо закреплено на желобчатом шкиве, клинья закреплено крепежными болтами и гайками на торцевых плитах, пружина кручения в сборе установлена крепежными болтами в месте между клином и торцевой плитой. На поверхности наружной окружности стопорного колеса имеются пазы, оказывающие посадочное действие на зарубины в верхней части клина. Зажимное устройство, состоящее из прижимного винта, нажимного упора, стальных шариков, устанавливается под крепежным болтом.
Поскольку компенсация натяжения контактной сети э.ж.д. осуществляется стягивающим действием компенсирующего троса, компенсирующий трос является чрезвычайно важным напряженным элементом. В связи с тем, что компенсирующий трос несет большое натяжение в тяжелых рабочих условиях, бывают явления обрыва жилы или линии от усталости и/или износа. У концевого устройства компенсации натяжения контактной сети устанавливается тормозящее при обрыве линии устройство с задачей: тормозящее при обрыве линии устройство, устанавливается так, чтобы положение его вывода было противоположным по направлению тягового усилия аккумулирующего аппарата устройства компенсации. В случае аварии контактной сети с обрывом линии желобчатый шкив немедленно тормозится для уменьшения масштабности аварии и защиты устройства компенсации.
Имеется шлицевая канавка на установочной поверхности шпинделя устройства пружинной компенсации постоянного натяжения настоящего изобретения. Шлицевая канавка соединяется посадкой с покрышкой шлица, установленной на желобчатом шкиве или на втулке желобчатого шкива. Профиль указанной шлицевой канавки является фланцевой или желобовой формой.
Вышеуказанная контактная плоская спиральная пружина представлена плоской спиральной пружиной с переменным крутящим моментом или плоской спиральной пружиной с постоянным крутящим моментом. Принята сборка тех самых пружин параллельным соединением двух групп - верхней и нижней.
Вышеуказанная контактная плоская спиральная пружина сделана навивкой одной и более, одного и более, слоев стальной ленты.
Вышеуказанный желобчатый шкив представлен собой эвольвентным шкивом, винтовым шкивом или шкивом неподвижного блока. Вышеуказанная плоская спиральная пружина с постоянным крутящим моментом комбинированно группируется с шкивом неподвижного блока или винтовым шкивом, а плоская спиральная пружина с переменным крутящим моментом - с эвольвентным шкивом.
Конечный радиус вышеуказанного эвольвентного шкива определяется по следующему соотношению: конечный радиус = начальный радиус × (конечный крутящий момент плоской спиральной пружины / начальный крутящий момент плоской спиральной пружины).
Процесс дедукции данного соотношения таков: Допустим:
конечный крутящий момент плоской спиральной пружины с переменным крутящим моментом: N1
начальный крутящий момент плоской спиральной пружины с переменным крутящим моментом: N2
начальное усилие компенсирующего троса: F1
конечное усилие компенсирующего троса: F2
начальный радиус желобчатого шкива: r1
конечный радиус желобчатого шкива: r2
по характеристике упругости Nl=F1×r1, N2=F2×r2
точнее: F1=N1/r1, F2=N2/r2
для обеспечения постоянства нагрузки при ее выходе необходимо: F1=F2
точнее: N1/r1=N2/r2
Из чего следует: r2=r1×N2/N1
Вышеуказанный желобчатый шкив является одножелобным или двухжелобным; При наличии одного шкива он устанавливается по стороне шпинделя на корпусе коробки или в его центре, а при наличии двух они симметрически устанавливаются по обеим сторонам шпинделя.
Можно установить одно тормозящее при обрыве линии устройство на левой или правой торцевой плите. Можно установить два соответственно на левой и правой торцевых плитах.
Наклонные плоскости на контакте стопорного колеса с клином у тормозящего при обрыве линии устройства, включают в себя плоскость, дуговую поверхность, винтовую поверхность, сферическую поверхность и другие кривые поверхности, а также совокупность различных поверхностей контакта. Угол между касательной плоскостью в любой точке вышеуказанной наклонной плоскости и линией касания в данной точке касания окружности, проходящей через данную точку и имеющей центр оси вращающейся массы центром круга, не равняется нулю.
Установочная поверхность вышеуказанных шпинделя и желобчатого шкива является трехсторонней, четырехсторонней или политропической формой.
Опоры вышеуказанного шпинделя выполняются торцевыми плитами по обеими сторонам корпуса коробки. В режиме локализации данных опор используются минимально две опоры, или три, или произвольное число больше трех.
Вышеуказанный компенсирующий трос представлен собой стальным тросом или полиэтиленовым волокнистым тросом с высокой характеристикой.
Устройство пружинной компенсации постоянного натяжения данного изобретения обладает основными техническими показателями:
1. Рабочая температура окружающей среды: -40°С~40°С;
2. Номинальная величина натяжения устройства компенсации: 1.96кН~26.49кН, или иная номинальная величина натяжения, установленная по необходимости;
3. Величина удлинения устройства компенсации: в общем, 0~1300 мм, по необходимости можно разработать устройство компенсации с величиной удлинения не более 2000 мм;
4. Дисперсия натяжения (в т.ч. сила трения) устройства компенсации в пределах полного хода компенсирующего троса при его вытягивании и отступлении должна быть не более 4%;
5. Дисперсия натяжения устройства компенсации между максимальным показанием натяжения при вытягивании компенсирующего троса и минимальным показанием натяжения при его отступлении и номинальной величиной натяжения должна быть не более 4%;
6. Устройство компенсации после работы 2×104 двойных ходов (вытягивание и отступление) должно быть легким при его реагировании и вращении, без заклинивания, без деформации;
7. Нагрузка разрушения на тормозящее при обрыве устройство≥58,86 кН, максимальная длина перемещения предохранительного каната при заторможении тормозящего при обрыве устройства≤200 мм
8. Устройство компенсации соответствует всем антикоррозийным требованиям, предусмотренным ТВ/Т2073 "Требования по антикоррозии деталей", срок службы настоящего устройства компенсации больше 15 лет.
В связи с вышеизложенным, устройство пружинной компенсации постоянного натяжения настоящего изобретения является конструктивно компактным, по объему меньшим, по весу легким. Оно позволяет поддержать определенную величину натяжения контактной сети (несущего каната, контактной линии и гибкой поперечины) электрифицированной ж.д. и уменьшить вероятность отрыва ее бугеля от линии. Данное устройство пружинной компенсации постоянного натяжения может обеспечить постоянство величины натяжения, отсутствие изменений пружинистости и высоты контактной сети при изменениях ее длины под действием расширения при нагревании и сжатия при охлаждении и при перемене сезонов и изменениях температуры.
Детальное описание конкретного варианта осуществления изобретения дано в сочетании с прилагаемыми чертежами. Вышеуказанные и иные цели, особенности и преимущества настоящего изобретения станут понятными для технического состава в данной области техники из следующего детального описания изобретения.
Описание прилагаемых чертежей, на которых:
ФИГ.1А - конструктивная схема примера осуществления устройства пружинной компенсации постоянного натяжения настоящего изобретения; ФИГ.1В - вид в разрезе ФИГ.1А по поверхности А-А;
ФИГ.1С - принципиальная схема действия тормозящего при обрыве линии устройства на ФИГ.1А;
ФИГ.1D - конструктивная схема тормозящего при обрыве линии устройства на ФИГ.1А;
ФИГ.2А, ФИГ.2В - схемы устройства пружинной компенсации постоянного
натяжения настоящего изобретения, установленного на опоре;
ФИГ.3А-ФИГ.3D - схемы устройства пружинной компенсации постоянного натяжения настоящего изобретения, установленного в туннеле.
Варианты осуществления изобретения
Ниже дано детальное описание устройства пружинной компенсации постоянного натяжения настоящего изобретения в сочетании с прилагаемыми чертежами и конкретными примерами осуществления изобретения.
Конструктивная схема устройства пружинной компенсации постоянного натяжения 100 настоящего изобретения, как показано на ФИГ.1А, ФИГ.1В, показывает эвольвентный шкив 1, компенсирующий трос 2, левая торцевая плита 3, шпиндель 4, масляное уплотнение 5, подшипник 6, правая торцевая плита 7, контактная плоская спиральная пружина 8, кожух 9, угольник для крепления 10, установочная анкерная плита 11, бурсок 12, тормозящее при обрыве линии устройство 104 и другие.
Для настоящего примера контактная плоская спиральная пружина 8 представлена плоской спиральной пружиной с переменным крутящим моментом, конечный радиус вышеуказанного эвольвентного шкива 1 определяется по соотношению: конечный радиус = начальный радиус × (конечный крутящий момент плоской спиральной пружины / начальный крутящий момент плоской спиральной пружины).
В том числе левая торцевая плита 3, правая торцевая плита 7, кожух 9, угольник для крепления 10, установочная анкерная плита 11 составляют закрытый корпус коробки.
Эвольвентный шкив 1 закреплен по сторонам шпинделя 4; компенсирующий трос 2 намотан и одним концом закреплен на желобчатом шкиве 1, а другим соединяется с внешней контактной сетью; маслоуплотнения 5 по сторонам корпуса коробки, подшипник 6 и шпиндель 4 опираются на левую торцевую плиту 3, правую торцевую плиту 7; указанная контактная плоская спиральная пружина, установленная в указанном корпусе коробки, крюком ее внутреннего конца соединяется с шпинделем, а ее внешнего конца - с угольником, прикрепленном к корпусу коробки.
При снижении температуры окружающего воздуха контактная сеть стягивается при охлаждении, плоская спиральная пружина 8 отпускается, при этом компенсирующий трос 2 начинает по эвольвентному шкиву 1 удлинение наружу для компенсации укорочения контактной сети; при повышении температуры окружающего воздуха контактная сеть стягивается при нагреве контактная плоская спиральная пружина 8 начинает закручиваться, компенсирующий трос 2 начинает наматываться на эвольвентный шкив 1.Таким образом, крутящее усилие при закручивании и разблокировке плоской спиральной пружины 8 привело к укорочению или удлинению компенсирующего троса 2, как последствие, все время поддержан компенсирующий трос в прямолинейном горизонтальном состоянии, обеспечивается контакт токоприемника электровоза с контактной линии контактной сети для обеспечения безопасности работы электровоза.
Как лучший пример осуществления настоящего изобретения, на правой торцевой плите 7 дополнительно установлено тормозящее при обрыве линии устройство 104.
ФИГ.1D - конструктивная схема тормозящего при обрыве линии устройства 104 на ФИГ.1А, см. ФИГ.1D. Тормозящее при обрыве линии устройство 104 состоит из стопорного колеса 13, клина 14, пружины кручения 15, болта крепления 16, нажимного винта 17, нажимного упора 18, стального шарика 19, пружинной шайбы 20, гайки 21, низкой гайки 22 и других.
В том числе стопорное колесо 13 закреплено на эвольвентном шкиве 1, клин 14 болтом крепления 16 пружинной шайбой 20, гайкой 21 и низкой гайкой 22 закреплено на правой торцевой плите, пружина кручения 15 в сборе установлена крепежным болтом 16 в месте между клином 14 и торцевой плитой 7, на поверхности внешней окружности стопорного колеса 13 имеются пазы, оказывающие посадочное действие на зарубины в верхней части клина 14. Зажимное устройство, состоящее из прижимного винта 17, нажимного упора 18, стального шарика 19, установлено под крепежным болтом 16. Указанная пружина кручения 15 и зажимное устройство оказывают фиксирующее действие на клин 14.
ФИГ.1С - принципиальная схема действия тормозящего при обрыве линии устройства на ФИГ.1А (см. по направлению В-В), как показано на ФИГ.1С, в случае отказа (разрыв несущего каната, контактной линии, провода гибкой поперечины или обрыв компенсирующего троса 2), под совместным действием активной силы отпруживания закрепленного на эвольвентном шкиве 1 стопорного колеса 13 (на ФИГ.1С показана стрелка II) и усилия клина 14 (на ФИГ.1С показана стрелка) зарубина клина 14 принудительно попала в паз стопорного колеса 13, при этом вращающиеся стопорное колеса 13 и эвольвентный шкив 1 останавливаются под действия трения в состояние покоя, таким образом, от контактной плоской спиральной пружины 8 не происходит большая активная сила отпруживания для обеспечения безопасности работы устройства пружинной компенсации постоянного натяжения 100.
Наклонные плоскости на взаимном контакте стопорного колеса 13 с клином 14 у тормозящего при обрыве линии устройства 104, включают в себя дуговую поверхность плоскости, винтовую поверхность, сферическую поверхность и другие кривые поверхности, а также совокупность различных поверхностей контакта. Угол развала между касательной плоскостью в любой точке рассматриваемой наклонной плоскости и линией касания в данной точке касания окружности, проходящей через данную точку и имеющей центр оси вращающейся массы центром круга не равняется нулю.
ФИГ.2А, ФИГ.2В - схемы устройства пружинной компенсации постоянного натяжения 100 настоящего изобретения, установленного на опоре 200. В состав входят опора 200, угольник анкеровки 201, устройство пружинной компенсации постоянного натяжения 100, компенсирующий трос 2, клиновой провододержатель для проводов и изолятора с серьгой 204, противогруз 205, соединитель для проводов и изолятора с серьгой 206, шест с пестиком 207, гирлянда изоляторов 208 и другие. Устройство пружинной компенсации постоянного натяжения 100 угольником анкерования 201 закреплено на опоре 200, компенсирующий трос 2, намотанный на эвольвентный шкив, с помощью клинового провододержателя для проводов и изолятора с серьгой 204, противогруза 205, соединителя для проводов и изолятора с серьгой 206, шеста с пестиком 207, гирлянды изоляторов 208 и других присоединяется к несущему канату или контактной линии. Кроме того, можно оборудовать стойку 200 оттяжными проволоками для дальнейшего обеспечения прямого стояния и стабильности стойки.
ФИГ.3А-ФИГ.3В - схемы устройства пружинной компенсации постоянного натяжения 100 настоящего изобретения, установленного в туннеле; где:
ФИГ.3В - схема по направлению А на ФИГ.3А, устройство пружинной компенсации постоянного натяжения 100 настоящего изобретения закреплено в туннеле с помощью несущего рога якоря 301, установленного в верхней части туннеля. Кроме того, еще можно оборудовать несущий рог якоря 301 оттяжными проволоками, непосредственно прикрепленными к верхней части туннеля, для дальнейшего обеспечения прямого стояния и стабильности несущего рога якоря 301.
ФИГ.3С - вид по направлению В на ФИГ.3В. Как показано ФИГ.3С, компенсирующий трос 2 устройства пружинной компенсации постоянного натяжения 100 присоединяется к несущему канату (или контактной линии) с помощью клинового провододержателя для проводов и изолятора с серьгой 204, противогруза 205, соединителя для проводов и изолятора с серьгой 206, шеста с пестиком 207, гирлянды изоляторов 208 и других.
ФИГ.3В - вид по направлению С на ФИГ.3В, по конструкции, в основном, показывается как на ФИГ.3С.
Кроме вышеуказанных примеров, имеются еще варианты осуществления настоящего изобретения. Например: контактная плоская спиральная пружина может быть сделана завивкой одного слоя стальной ленты, или двух или нескольких слоев стальной ленты. Контактная плоская спиральная пружина может применяться в количестве одна или две, может быть по ее торцевой форме прямолинейная или дуговая. Эвольвентный шкив может быть установлен по бокам контактной плоской спиральной пружины, может быть по ее боку. Допускается применять взамен эвольвентного шкива винтовой шкив; эвольвентный шкив может быть одножелобный или двухжелобный; в качестве компенсирующего троса допускается использовать проволочный трос или полиэтиленоволокнистый трос с высокой характеристикой; стопорное колесо может быть установлено по стороне корпуса коробки или по обеим сторонам; устройство компенсации может быть собрано параллельным соединением двух устройств пружинной компенсации постоянного натяжения, обладающих адекватным натяжением. Еще можно установить две параллельно соединенные контактные плоские спиральные пружины в двурядном виде в корпус коробки; и другие. Всякие технические решения, в которых приняты идентичные или эквивалентно-эффективные альтернативы, включены в зону защиты предъявленного права на настоящее изобретение.