ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОПРИЕМНИКОМ
ELECTRICALLY-PNEUMATIC CONTROL OF CURRENT COLLECTOR CONTROL

Изобретение относится к устройству для управления прижимным усилием токоприемника транспортного средства (например, самодвижущейся единицы подвижного состава) к контактному проводу, к способу применения такого устройства, а также к транспортному средству с таким устройством.
Для токоприемников электрических самодвижущихся единиц подвижного состава необходимо определенное прижимное усилие к контактному проводу. Контактный провод является воздушной контактной линией обычного или инновационного исполнения, например, подвесным контактным рельсом.
При недостаточном прижимном усилии, токоприемник начинает прыгать. Возникающие из-за этого размыкания контакта и электрические дуги отрицательно влияют на срок службы контактной накладки токоприемника и контактных проводов. При слишком большом прижимном усилии, контактный провод избыточно поднимается. При недопустимых распределениях усилий в контактных проводах нельзя обеспечить их механическое позиционирование. Обычными последствиями является установка токоприемника и срыв контактного провода.
В соответствии с DIN (Германский промышленный стандарт) EN 50637:2012 необходимые контактные усилия, особенно при высокоскоростном режиме эксплуатации (> 200 км/ч), резко возрастают, примерно, вдвое превышая значение при неподвижном состоянии, как это показано на фиг. 1. Для обеспечения этого повышения, согласно уровню техники, в токоприемнике используют направляющие аэродинамические щитки, которые, с одной стороны, прикладывают аэродинамическое дополнительное усилие, а с другой стороны, компенсируют динамические подъемные силы. Недостатком этого является трудность приведения в соответствие конструкции и манипуляции этими направляющими аэродинамическими щитками с разными рабочими ситуациями. Например, аэродинамическое дополнительное усилие в высокоскоростных туннелях значительно выше, чем на открытом участке пути. К тому же это дополнительное усилие также зависит от формы транспортного средства, поперечного сечения туннеля, величины заграждения (отношение поперечное сечения транспортного средства к поперечному сечению туннеля), скачкообразного изменения площади поперечного сечения и положения токоприемника в составе поезда. Это дополнительное усилие также зависит от направления движения (например, в зависимости от хода набегания или сгибания асимметричного однорычажного токоприемника – полу-пантографа).
Вдобавок к этому, возрастают требования к увеличению прижимного усилия токоприемника в неподвижном состоянии для предотвращения перегрева и повреждения контактной накладки и провода контактной сети в месте контакта при протекании большого тока, вследствие освещения, работы кондиционеров и информационных систем для пассажиров в произведенных транспортных средствах. К тому же, направляющие аэродинамические щитки не могут создавать дополнительное усилие, если транспортное средство находится в неподвижном состоянии.
Из уровня техники в настоящее время известны одноступенчатые и двухступенчатые (не управляемые, но с возможностью юстировки) давления. В отдельных случаях уже используются электропневматические (э.п.) устройства управления давлением, например, известные из документа ЕР 1533 528 A1. В документе раскрыто, как необходимый для эксплуатационников спад уровня давления при неисправности электропневматического регулятора осуществляют с помощью переключающего клапана. Электропневматический регулятор переключается в случае неисправности на нерегулируемый с возможностью юстировки редукционный клапан. Электропневматический регулятор управляет прижимным усилием в нормальном режиме эксплуатации транспортного средства. При этом недостатком является то, что управлять прижимным усилием с помощью регулятора можно с недостаточной точностью и, что это вызывает большое потребление воздуха.
Поэтому в основе изобретения лежит задача создать устройство и способ применения такого устройства, с помощью которого возможно более точное управление необходимыми прижимными усилиями между токоприемником и контактным проводом, которые лучше подходят к различным рабочим ситуациям.
Эта задача решается согласно изобретению с помощью устройства для управления или регулирования прижимного усилия между контактным проводом и токоприемником транспортного средства согласно пункту 1 формулы изобретения. Кроме того, задача решается способом согласно пункту 13 или пункту 14 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно изобретению, решение задачи заключается в устройстве для управления прижимным усилием между контактным проводом и токоприемником транспортного средства, которое приводится в действие пневматически или гидравлически. При этом, в качестве рабочих сред для передачи давления можно использовать, например, воздух или масло. Во время подъема или опускания токоприемника давление веществ находится в равновесии с силой тяжести (веса) токоприемника. Необходимое прижимное усилие осуществляется посредством повышения давления рабочего давления, регулируемого посредством управления или регулирования, или ими обоими. В обычных дорожных ситуациях - в пределах допуска прижимного усилия токоприемника - рабочим давлением управляют только посредством основного давления. Если рабочая ситуация требует дополнительного прижимного усилия, то дополнительное давление прибавляют к основному давлению для совместного повышения рабочего давления.
В первом примере исполнения предлагаемого изобретения основное давление и дополнительное давление суммируют в контуре управления рабочим давлением для образования сложенного давления в качестве рабочего давления.
Во втором примере исполнения, согласно изобретению, дополнительно для этого предусмотрено еще и регулировочное устройство для складывания в нем основного давления с дополнительным давлением и для управления в нем произведенным давлением с помощью сложенного давления и для образования рабочего давления в качестве управляемого произведенного давления. При этом преимущество заключается в том, что основное давление и дополнительное давление можно регулировать с помощью небольших поперечных сечений, в частности, небольшого и постоянного объема, причем произведенное давление и рабочее давление предусмотрены с большими поперечными сечениями, в частности, с большим и изменяющимся объемом. Регулирование давления управляющего контура может передаваться, как правило, 1:1 на рабочее давление большего объема. Дополнительно, в другом варианте исполнения изобретения реализуют другое, чем 1:1 передаточное отношение. Например, если выбирают передаточное отношение 1:5, то в управляющем контуре действует давление 10 бар с исходным давлением 2 бар на выходе ускорительного клапана. В этом случае отклонение уменьшается также пропорционально. Если, например, отклонение в управляющем контуре составляет ± 0,1 бар, то отклонение на выходе ускорительного клапана составляет только ± 0,02 бар, что соответствует абсолютному уменьшению отклонения, а вследствие этого, обеспечивает повышение точности управления и уменьшение гистерезиса.
Согласно изобретению, такое устройство предусмотрено с основным контуром управления, дополнительным контуром управления и контуром управления рабочим давлением. Основной контур управления имеет регулировочное устройство основного контура управления (например, редукционный клапан) для регулирования основного давления. Дополнительный контур управления имеет устройство для управления (например, регулятор) для регулирования дополнительного давления, причем основное давление и дополнительное давление сводят в месте соединения для подачи рабочего давления в контур управления рабочим давлением, где промежуточно подключены другие элементы для воздействия с давлением или объемным потоком. Дополнительно контур управления рабочим давлением может быть сконфигурирован так, что рабочее давление ограничивается до максимальной величины во избежание слишком высокого давления на токоприемник или на контактный провод, с целью предотвращения повреждения.
Наряду с регулятором, дополнительный контур управления имеет предпочтительно датчик давления и два регулирующих клапана. Датчик давления предусмотрен для предоставления сигналов давления регулятору дополнительного контура управления. Большой диапазон срабатывания датчика давления позволяет реализовать низкий уровень регулирования (небольшие значения давления) устройства управления дополнительного контура управления и более меньшее допустимое отклонение (более высокую точность управления) при одновременно меньшем гистерезисе. Регулирующие клапаны служат не только для регулирования дополнительного давления, но они сконструированы к тому же так, что могут компенсировать возможный дрейф регулировочного устройства основного контура управления (основного давления) в обоих направлениях (дополнительная функция калибровки).
В предпочтительном варианте исполнения изобретения предусмотрен конечный автомат для контролирования основного давления/дополнительного давления/рабочего давления. Если одна из величин давления становится ниже минимального заданного значения давления, превышает максимальное заданное значение давления, или отклоняется от диапазона между заданным значением и фактическим значением, происходит экстренное отключение. Экстренное отключение действует на дополнительный контур управления и выключает его. Основное давление сохраняется для рабочего давления. В противном случае, посредством главного крана управления или размещенным около токоприемника клапана поршня или крана экстренного торможения с внутренним сравниванием давления и эталонным объемом давления, можно осуществлять также полный выпуск воздуха рабочего давления. Вместо конечного автомата также возможно, например, использование электрического, электронного или микропроцессорного блока (в некоторых случаях с классифицированным, согласно уровню безопасности, программным обеспечением). Сравнительные сигналы для этого контрольного устройства можно получать из датчика давления дополнительного контура управления и/или из предусмотренному для рабочего давления датчика давления.
Транспортное средство, снабженное устройством, имеет, благодаря более точному прижимному усилию между контактным проводом и токоприемником более улучшенные и надежные ходовые качества.
Далее приводится более подробное разъяснение двух примеров исполнения изобретения со ссылкой на чертежи.
На чертежах представлено следующее:
фиг. 1 - необходимое прижимное усилие в зависимости от скорости транспортного средства согласно уровню техники;
фиг. 2 - схематическое изображение блока управления токоприемника согласно первому примеру исполнения изобретения;
фиг. 3 - схематическое изображение блока управления токоприемника согласно второму примеру исполнения изобретения;
фиг. 4 - детальное изображение участка устройства для управления согласно первому примеру исполнения изобретения.
На фиг. 2 показана часть транспортного средства 10, токоприемник 12, контактный провод 20 и устройство 22 управления согласно первому примеру исполнения изобретения. Рабочая среда для передачи давления - воздух поступает в направлении стрелки 90 впуска потока от входа 24 давления через воздушный фильтр 34 в блок 22 управления.
При нахождении транспортного средства 10 в режиме эксплуатации или в режиме ожидания, устройство 22 управления включено посредством переключающего клапана 28a. Переключающий клапан 28b и устройство 30 представляют собой контрольные устройства.
Во время эксплуатации транспортного средства 10 между токоприемником 12 и контактным проводом 20 необходимо определенное прижимное усилие для обеспечения надежного перехода энергии от контактного провода 20 через токоприемник 12 к транспортному средству 10. Этого рабочего давления достигают посредством основного контура 56 управления и дополнительного контура 26 управления в направлении контура 60 управления рабочим давлением.
Произведенное давление подводится к первому трубопроводу 52 рабочей среды для передачи давления, основному контуру 56 управления, и дополнительному контуру 26 управления. Основной контур 56 управления регулирует основное давление, а дополнительный контур 26 управления регулирует дополнительное давление, причем основное давление и дополнительное давление направляют соответственно дальше через второй трубопровод 54 рабочей среды, передающей давление к контуру 60 управления рабочим давления для создания в нем рабочего давления, сложенного из основного давления и дополнительного давления.
На фиг. 3 показана часть транспортного средства 10, токоприемник 12, контактный провод 20 и устройство 22 управления согласно второму примеру исполнения изобретения. Рабочая среда для передачи давления - воздух поступает в направлении стрелки 90 впуска потока от входа 24 давления через воздушный фильтр 34 в устройство 22 управления.
При нахождении транспортного средства 10 в режиме эксплуатации или режиме ожидания, устройство 22 управления включено посредством переключающего клапана 28a. Переключающий клапан 28b и устройство 30 играют роль контрольных устройств.
Во время эксплуатации транспортного средства 10 между токоприемником 12 и контактным проводом 20в необходимо определенное прижимное усилие для обеспечения надежного перехода энергии от контактного провода 20 через токоприемник 12 к транспортному средству 10. Этого рабочего давления достигают посредством управляющего контура 32 и регулировочного устройства 50 в направлении к контуру 60 управления рабочим давлением.
Управляющий контур 32 имеет основной контур 56 управления и дополнительный контур 26 управления. Произведенное давление подводится к первому трубопроводу 52 рабочей среды для передачи давления, основному контуру 56 управления, и к дополнительному контуру 26 управления. Основной контур 56 управления регулирует основное давление, а дополнительный контур 26 управления регулирует дополнительное давление, причем основное давление и дополнительное давление направляется дальше соответственно через второй трубопровод 54 рабочей среды для передачи давления в регулировочное устройство 50 для управления в нем произведенного давления первого трубопровода 52 рабочей среды для передачи давления.
На фиг. 4 показано подробное изображение участка устройства 22 управления по фиг. 3. Управляющий контур 32 имеет редукционный клапан 36, переключающий клапан 28c, дополнительный контур 26 управления, включая регулятор 38, датчик 72а давления, первый регулирующий клапан 76 для снижения давления, второй регулирующий клапан 78 для повышения давления, ускорительный клапан 40 и датчик 72b давления.
Редукционный клапан 36 предназначен для регулирования основного давления, а регулятор 36 предназначен для регулирования дополнительного давления, причем основное давление и дополнительное давление подводятся соответственно через второй трубопровод 54 рабочей среды для передачи давления ко входам 46a и 46b ускорительного клапана 40. Ускорительный клапан 40 сконструирован так, что суммированное основного давления и дополнительного давления происходит после входов 46a и 46b для управления произведенным давлением первого трубопровода 52 рабочей среды для передачи давления со сложенным давлением и выпуска рабочего давления из выхода 42 ускорительного клапана 40. Переключающий клапан 28c предусмотрен для отключения в случае необходимости дополнительного контура управления. Датчики 72a и 72b давления предусмотрены для измерения дополнительного давления в дополнительном контуре 26 управления и рабочего давления на выходе 42 ускорительного клапана.