ТОКОСЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ПОЕЗДА
CURRENT-COLLECTING TRAIN DEVICE

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к области электроснабжения железнодорожных поездов, в частности, к двухполюсной токосъемной конструкции и способу токосъема.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электропоезда используют схему съема тока при контакте пантограф-контактная сеть, в которой контактная сеть может быть разделена на гибкую контактную сеть и жесткую контактную сеть. Электрифицированные железные дороги обычно используют схему пантограф - гибкая контактная сеть, в то время как городские железные дороги используют схему пантограф-гибкая контактная сеть наряду со схемой пантограф - жесткая контактная сеть. Кроме того, существует схема токосъема с помощью токосъемного башмака - третьего рельса. Как следует из названия, система гибкой контактной сети относится к гибкой системе, в то время как контактная система третьего рельса и система жесткой контактной сети являются жесткими системами. Гибкие системы обычно испытывают натяжение наряду с контактным давлением пантографа, в то время как жесткие системы испытывают только контактное давление пантографа, но вряд ли испытывают натяжение. По сравнению с гибкими системами жесткие системы обладают очевидными преимуществами, такими как простая конструкция, высокая допустимая нагрузка по току, высокая надежность и высокая долговечность и так далее. Однако жесткая система влечет за собой проблемы, связанные со структурной формой, способом подвески, длиной пролета и динамическими характеристиками, согласующимися с пантографом (токосъемным башмаком); кроме того, движение поезда в рабочем состоянии передается непосредственно на контактную сеть или третий контактный рельс через пантограф или токосъемный башмак и влияет на характеристики съема тока с контакта между пантографом и контактной сетью или между токосъемным башмаком и третьим рельсом. Более того, влияние этих факторов особенно сильно, когда поезд движется с высокой скоростью и, следовательно, серьезно ограничивает использование преимуществ жестких систем. В результате до сих пор жесткие системы трудно адаптируются к высокоскоростным железным дорогам.
Кроме того, текущий способ съема тока с контакта пантограф - контактная сеть или токосъемный башмак - третий рельс, используемый электрифицированными железными дорогами и городскими железными дорогами, относится к однополюсному способу съема тока с контакта.
Заявитель ранее подал заявку «Структура электропитания для железнодорожной перевозки» («Power Supply Structure for Rail Transit») (заявка на патент Китая №201610213944.6), в которой рельс электропитания (и рельс обратного тока) также относится к жесткой системе, однако рельс электропитания установлен неподвижно вдоль изолирующей основы вместо подвешивания, и тем самым динамические характеристики рельса электропитания больше не ограничены первоначальной структурой и пролетом, что обеспечивает гарантию удовлетворительного съема тока с контакта. На основе этой заявки в настоящей заявке предлагается двухполюсная конструкция съема тока с контакта, которая может устранить неблагоприятные воздействия на систему токосъема, возникающие в результате боковых и вертикальных вибраций поезда во время работы, поддерживать контакт в хорошем состоянии и лучше использовать преимущества жесткой системы, подходящей к высокоскоростным железнодорожным применениям.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является разработка устройства токосъема для поезда, которое может эффективно устранить влияние токосъема контактного типа на поезд, вызванное боковыми и вертикальными вибрациями поезда, поддерживать постоянное значение площади контакта между токосъемным башмаком и рельсом электропитания, а также площади контакта между башмаком обратного тока и рельсом обратного тока, чтобы лучше использовать преимущества жесткой системы. Устройство токосъема для поезда подходит для высокоскоростных железнодорожных применений.
Достижение цели настоящего изобретения обеспечивается с помощью следующей технической схемы: токосъемное устройство для поезда, содержащее плечо токоприемника и плечо обратного тока, соединенное с тележкой, при этом посередине между концами тележки поезда предусмотрена поперечная балка, под поперечной балкой предусмотрены две группы опор подшипников, верхний конец плеча токоприемника и верхний конец плеча обратного тока шарнирно соединены с опорами подшипников, соответственно, посредством вращающейся оси, расположенный параллельно продольному направлению поезда; перевернутый Т-образный ограничитель предусмотрен между двумя группами опор подшипников, верхняя часть ограничителя прикреплена к средней части низа поперечной балки, нижняя часть ограничителя установлена на консоли между плечом токоприемника и плечом обратного тока с зазором с обеих сторон ограничителя; два конца прижимной пружины прикреплены к средней части плеча токоприемника и средней части плеча обратного тока, соответственно; закрепленный конец токосъемного башмака шарнирно соединен с нижним концом плеча токоприемника, а свободный конец токосъемного башмака имеет выпуклую полукруглую форму и расположен в контакте с вогнутой полукруглой стороной рельса электропитания; закрепленный конец башмака обратного тока шарнирно соединен с нижним концом плеча обратного тока, а свободный конец башмака обратного тока имеет выпуклую полукруглую форму и расположен в контакте с вогнутой полукруглой стороной рельса обратного тока; нижний конец плеча токоприемника и нижний конец плеча обратного тока снабжены соответственно ограничительными пластинами, и центральные линии ограничительных пластин перпендикулярны центральной линии плеча токоприемника и центральной линии плеча обратного тока, соответственно.
Плечо токоприемника, плечо обратного тока и ограничитель выполнены из изолирующего материала, соответственно.
Токосъемный башмак и башмак обратного тока изготовлены из износостойкого проводящего материала, соответственно.
Такой же удовлетворительный эффект контакта может быть достигнут, если свободный конец токосъемного башмака имеет вогнутую полукруглую форму, а боковая сторона рельса электропитания, контактирующая с токосъемным башмаком, имеет выгнутую полукруглую форму, или свободный конец башмака обратного тока имеет вогнутую полукруглую форму, а боковая сторона рельса обратного тока имеет выпуклую полукруглую форму.
Прижимная пружина выполнена с возможностью создавать контактное давление плеча токоприемника на рельс электропитания и контактное давление плеча обратного тока на рельс обратного тока; величина контактного давления может быть рассчитана в соответствии с моделью и обычно на основе опыта составляет 70-100 Н.
Ограничитель выполнен с возможностью ограничивать степень близости между плечом токоприемника и плечом обратного тока. Размер зазора между двумя сторонами нижней части ограничителя и плечом токоприемника/плечом обратного тока зависит от следующих факторов: (1) конкретного положения и размера нижней части ограничителя и максимальной амплитуды боковой вибрации поезда; (2) требования к изоляции между токосъемным башмаком и башмаком обратного тока после прерывания рельса электропитания и рельса обратного тока, когда поезд проходит через стрелку железнодорожного пути. Чтобы избежать соударений и износа между двумя сторонами нижней части ограничителя и токосъемного плеча/плеча обратного тока, когда поезд проходит через стрелку железнодорожного пути, на возможных участках контакта ограничителя могут быть предусмотрены прокладки, например, резиновые прокладки или губчатые прокладки.
Угол отклонения токосъемного башмака и башмака обратного тока, ограниченный ограничительной пластиной на нижнем конце плеча токоприемника и плеча обратного тока, может быть установлен путем расчета по максимальной амплитуде боковых и вертикальных вибраций поезда, длине плеча токоприемника (плеча обратного тока) и длине токосъемного башмака (башмака обратного тока).
Токосъемный башмак и башмак обратного тока подают питание на систему тягового привода поезда посредством кабелей, соответственно. Чтобы уменьшить внешние помехи и удовлетворить высокоскоростным аэродинамическим требованиям, плечо токоприемника и плечо обратного тока должны иметь сквозные отверстия, через которые кабели могут проходить и подключаются к системе электропитания поезда.
Принцип работы по настоящему изобретению заключается в следующем: верхний конец плеча токоприемника и верхний конец плеча обратного тока подвешены к нижней части поперечной балки, расположенной на тележке поезда, посредством вращающейся оси, плечо токоприемника и плечо обратного тока имеют маятниковую конструкцию относительно поперечного направления поезда; кроме того, плечо токоприемника шарнирно соединено с токосъемным башмаком, плечо обратного тока шарнирно соединено с башмаком обратного тока, и токосъемный башмак и башмак обратного тока могут отклоняться в вертикальном направлении в пределах определенного диапазона, так что боковые и вертикальные силы вибрации поезда не могут воздействовать на рельс электропитания через плечо токоприемника и токосъемный башмак, соответственно, и также не могут воздействовать на рельс обратного тока через плечо обратного тока и башмак обратного тока; таким образом, реализуется развязка и устраняется отрицательное влияние, вызванное боковыми и вертикальными вибрациями поезда, на характеристики токосъема контактного типа между токосъемным башмаком и рельсом электропитания и между башмаком обратного тока и рельсом обратного тока, площадь контакта между токосъемным башмаком и рельсом электропитания и площадь контакта между башмаком обратного тока и рельсом обратного тока поддерживаются на постоянном уровне, и, таким образом, поддерживаются высокие характеристики токосъема во время работы поезда.
По сравнению с предшествующим уровнем техники настоящее изобретение обладает следующими полезными эффектами:
1. В настоящем изобретении верхний конец плеча токоприемника и верхний конец плеча обратного тока шарнирно соединены с опорами подшипников, в то время как нижний конец плеча токоприемника и нижний конец плеча обратного тока шарнирно соединены с токосъемным башмаком и башмаком обратного тока, соответственно, так что может быть устранен негативный эффект, создаваемый боковыми и вертикальными вибрациями поезда во время работы, на характеристики токосъема контактного типа между токосъемным башмаком и рельсом электропитания и между башмаком обратного тока и рельсом обратного тока, площадь контакта между токосъемным башмаком и рельсом электропитания и площадь контакта между башмаком обратного тока и рельсом обратного тока поддерживаются на постоянном уровне, и, таким образом, поддерживаются высокие характеристики контактного токосъема во время работы поезда.
2. Токосъемное устройство, предложенное в настоящем изобретении, пригодно для жесткой системы, неподвижно закрепленной вдоль изолирующей основы; при использовании устройства, предложенного в настоящем изобретении, динамические характеристики жесткой системы больше не ограничены первоначальной конструкцией подвески и пролета. Настоящее изобретение подходит к высокоскоростным железнодорожным применениям.
3. Устройство съема, предлагаемое в настоящем изобретении, использует передовые технологии, обладает отличными характеристиками и легко реализуется.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи предоставлены для облегчения дальнейшего понимания настоящего изобретения и составляют часть заявки на патент; варианты осуществления и соответствующее описание, предложенные в настоящем изобретении, представлены для интерпретации настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение. На чертежах:
Фиг. 1 представляет схематическую структурную схему варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 представляет схематическое изображение варианта осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее настоящее изобретение будет дополнительно подробно описано в вариантах осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан вариант осуществления настоящего изобретения; токосъемное устройство для поезда, содержащее плечо 1 токоприемника и плечо 2 обратного тока, соединенное с тележкой, при этом поперечная балка 9 предусмотрена посередине между концами тележки поезда, две группы опор 8 подшипников предусмотрены под поперечной балкой 9, верхний конец плеча 1 токоприемника и верхний конец плеча 2 обратного тока шарнирно закреплены в опорах 8 подшипников, соответственно, посредством вращающихся осей 7; расположенных параллельно продольному направлению поезда; перевернутый Т-образный ограничитель 5 предусмотрен между двумя группами опор 8 подшипников, верхняя часть ограничителя 5 прикреплена к средней части низа поперечной балки 9, нижняя часть ограничителя 5 установлена на консоли между плечом 1 токоприемника и плечом 2 обратного тока с зазором с обеих сторон ограничителя 5; два конца прижимной пружины 6 прикреплены к средней части плеча 1 токоприемника и средней части плеча 2 обратного тока, соответственно; закрепленный конец токосъемного башмака 3 шарнирно соединен с нижней частью плеча 1 токоприемника, свободный конец токосъемного башмака 3 имеет выпуклую полукруглую форму и расположен в контакте с вогнутой полукруглой стороной рельса 10 электропитания; закрепленный конец башмака 4 обратного тока шарнирно соединен с нижним концом плеча 2 обратного тока, свободный конец башмака 4 обратного тока имеет выпуклую полукруглую форму и расположен в контакте с вогнутой полукруглой стороной рельса 11 обратного тока; нижний конец плеча 1 токоприемника и нижний конец плеча 2 обратного тока оба снабжены ограничительной пластиной 12; когда поезд останавливается на прямом участке, горизонтальные центральные линии ограничительных пластин 12 (т.е. горизонтальная центральная линия токосъемного башмака 3 или башмака 4 обратного тока, когда поезд останавливается на прямом участке), перпендикулярны вертикальной центральной линии плеча 1 токоприемника и вертикальной центральной линии плеча 2 обратного тока, соответственно.
Плечо 1 токоприемника и плечо 2 обратного тока изготовлены из изолирующего материала, соответственно.
Токосъемный башмак 3 и башмак 4 обратного тока изготовлены из износостойкого проводящего материала, соответственно.
Рельс 10 электропитания и рельс 11 обратного тока установлены и закреплены на изолирующей основе 13.
Когда поезд останавливается на прямом участке, плечо 1 токоприемника параллельно плечу 2 обратного тока; токосъемный башмак 3 перпендикулярен плечу 1 токоприемника, а башмак 4 обратного тока перпендикулярен плечу 2 обратного тока.
Фиг. 1 представляет вид спереди. Конструкция, показанная на фиг. 1, имеет двустороннюю симметрию. Центральная линия конструкции пересекается с центральной точкой между двумя рельсами, когда поезд останавливается на прямом участке.
Токосъемное устройство для поезда применимо к городским железным дорогам и высокоскоростным железным дорогам, в которых используется монолитное полотно; токосъемный башмак 3, башмак 4 обратного тока, плечо 1 токоприемника, плечо 2 обратного тока и поперечная балка 9 образуют четырехугольник; четырехугольник деформируется, когда поезд вибрирует в боковом направлении или вертикальном направлении, при этом зазор между токосъемным башмаком 3 и башмаком 4 обратного тока и изолирующим основанием 13 может соответствовать требованию по наклону для токосъемного башмака 3 и башмака 4 обратного тока. Ограничительные пластины 12 выполнены с возможностью ограничивать отклонение токосъемного башмака и башмака обратного тока в вертикальном направлении.
Фиг. 2 представляет вид слева конструкции в соответствии с настоящим изобретением, и в основном изображает плечо 1 токоприемника, которое имеет форму «осиной талии». Верхний конец плеча 1 токоприемника шарнирно соединен с опорой 8 подшипника посредством вращающейся оси 7, расположенной параллельно продольному направлению поезда, подвешен под поперечной балкой 9 и имеет конструкцию с увеличенной шириной верхней части для улучшения нагрузочной способности, ширина нижней части токосъемного башмака 1 увеличена для облегчения шарнирного соединения с токосъемным башмаком 3. Обычно токосъемный башмак 3 имеет более высокую допустимую нагрузку по току и большую площадь сечения. Плечо 2 обратного тока имеет ту же конструкцию и форму, что и плечо 1 токоприемника.