ТОКОПРИЕМНИК ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к токоприемникам электроподвижного состава, и может быть использована на электропоездах постоянного и переменного тока, электровозах переменного тока (далее ЭПС).
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.
Известен асимметричный токоприемник, имеющий токосъемный узел, установленный на верхней подвижной раме, шарнирно связанной с нижней подвижной рамой, шарнирно связанной с изолированным основанием и торсионом, связанным одним концом с основанием, а другим через звенчатую тягу, имеющую механизм регулировки контактного нажатия в одном из ее звеньев, с рычагом в виде кулачка, расположенным на нижней подвижной раме, причем торсион имеет энергоемкость, достаточную для преодоления сил сопротивления по подъему подвижных частей токоприемника и прижатию токосъемного узла заданным усилием к контактному проводу, а подъемно-опускающий механизм выполнен с возможностью преодоления указанной энергоемкости торсиона и удержания токоприемника заданным усилием в сложенном положении. [RU, Патент №2272720].
Недостатком данного токоприемника является сложность кинематической передачи от торсиона к нижней подвижной раме, значительный вес и габариты подъемно-опускающего механизма и торсиона, невозможность оперативной регулировки статического нажатия токоприемника на контактный провод, отсутствие системы аварийного складывания токоприемника при срыве полоза с кареток. Большое число шарниров в звенчатой тяге обуславливает повышенную величину сил трения в шарнирах, а значительная растягивающая сила, приложенная к звенчатой тяге, способствует износу ее элементов. Эти обстоятельства со временем изменяют статическую характеристику токоприемника, что отрицательно сказывается на качестве токосъема, и в связи с чем требуется частое техническое обслуживание токоприемника. Регулировка нажатия токоприемника на провод возможна только при техническом облуживании ЭПС (заходе в депо), что исключает возможность борьбы с гололедом на стоянке ЭПС.
Частично проблемы устраняются в техническом решении по патенту на полезную модель RU 147168, которое является наиболее близким по отношению к предложенной полезной модели.
Асимметричный токоприемник для электроподвижного состава состоит из: основания, пневмопривода, взаимодействующего с несущим рычагом шарнирно сочлененным с верхней рамой и облегченных кареток, установленных на верхних рамах.
На каретках размещен с возможностью поворота вокруг своей продольной оси широкий полоз, оснащенный рядами контактных элементов. В состав токоприемника также входят тяга синхронизации кареток, устройство аварийного опускания и клапан предельной высоты.
Верхняя рама связана шарнирным поводком с основанием, которое имеет заниженные стойки под установку в корпусах шарнирных узлов для подвеса пневмопривода, снабженного фланцем с валом при его монтаже.
Устройство аварийного опускания, представляющее собой пневматический механизм двустороннего действия, имеет подвижный в осевом направлении шток с радиальной канавкой и двумя шариками, расположенными под углом друг к другу.
Один из шариков, размещенный с возможностью перемещения, взаимодействует с запорным клапаном в магистрали пневмопривода через передаточный узел, а второй шарик подпружинен с возможностью регулировки.
Передаточный узел выполнен в виде двуплечего рычага, взаимодействующего одним плечом с передвигающимся по штоку шариком, а другим с запорным клапаном, размещенным на несущем рычаге перед шарниром. Шток выполнен с двумя кольцевыми проточками, расположенными симметрично по отношению к установленному в шарнире пальцу, и несет компенсационную пружину, расположенную по одну из сторон шарнира в зависимости от направления несимметричности кареток или ее отсутствия. При этом канавка штока имеет длину, равную диаметру перемещаемого по штоку шарика при срыве.
Как следует из материалов цитируемого патента, полезная модель позволяет облегчить токосъемный узел, стабилизировать контактное нажатие и повышение качества токосъема, повысить надежность его работы при эксплуатации на повышенных скоростях движения электровоза (до 200 км/ч), а также уменьшить габариты токоприемника в сложенном состоянии для лучшего вписывания в габариты электроподвижного состава.
К недостаткам известного технического решения можно отнести следующие:
- сложность конструкции верхней рамы и тяги синхронизации, обусловленная большим количеством труб, сваренных между собой в две независимые конструкции (4 трубы сварены в единую конструкцию для формирования верхней рамы и 6 труб - для тяги синхронизации). Можно предположить, что все трубы выполнены из стали для обеспечения необходимой жесткости обеих конструкций и меньшего аэродинамического сопротивления, а не из легкосплавных материалов. Такое исполнение конструкции верхней рамы и тяги синхронизации является массивным и обладает повышенным аэродинамическим сопротивлением при наибольшем допустимом раскрытии токоприемника.
- За счет вертикального размещения пневморессоры по условиям ограничения вертикального габарита токоприемника ограничена величина вертикального перемещения пневморессоры при подаче в нее сжатого воздуха. Данное условие вынуждает выполнить плечо 4 (фиг. 2) несущего рычага 3 коротким, в результате чего плечо 4 испытывает значительные нагрузки (предположительно около 1 тс) и, следовательно, должно быть очень массивным.
- Оба вышеотмеченных недостатка (большая масса несущего рычага, верхней рамы и тяги синхронизации, а также значительные усилия, необходимые для подъема подвижных рам токоприемника) усложняют регулировку и обеспечение стабильности статической характеристики нажатия полоза токоприемника на контактный провод.
Данные недостатки известного технического решения представляют определенные технические проблемы, которые могут быть решены заявленной полезной моделью.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.
Технической задачей заявленной полезной модели является устранение указанных технических проблем, повышение безопасности и качества токосъема.
Поставленная задача решается токоприемником электроподвижного состава, содержащим:
основание;
токосъемный узел, включающий штангу, полоз, каретки и срезные пальцы, в котором неподвижная часть каждой каретки размещена на упомянутой штанге, срезные пальцы закреплены на подвижной части каретки, а полоз установлен на срезных пальцах;
нижнюю и верхнюю облегченные подвижные рамы, где нижняя подвижная рама шарнирно связана с основанием, а верхняя подвижная рама шарнирно связана с нижней подвижной рамой и токосъемным узлом;
нижнюю тягу;
тягу синхронизирующую;
подъемно-опускающий механизм нижней и верхней подвижных рам, включающий пневморессору с пневматическими магистралями, где пневморессора закреплена на основании и связана с нижней подвижной рамой посредством тяг подъема и
блок управления.
В частных воплощениях полезной модели поставленная задача решается токоприемником, в котором блок управления включает манометры, регуляторы давления, пневмораспределители, реле давления, дроссели и пневмоглушители.
В этом случае в токоприемнике блок управления может включать пневмораспределители и реле давления, обеспечивающие аварийное опускание токоприемника при достижении критической высоты полоза по отношению к головке рельса.
Также в заявленном токоприемнике блок управления может включать пневмораспределители и реле давления, обеспечивающие аварийное опускание токоприемника при разрушении срезного пальца.
Упомянутый срезной палец может быть выполнен в виде пустотелого цилиндрического тела с проточками для установки полоза и концевой резьбой для подключения к магистрали.
В узлах крепления упомянутой штанги к верхней подвижной раме заявленного токоприемник могут быть установлены подшипники скольжения с тефлоновым покрытием.
В токоприемнике пневморессора может быть закреплена на основании с выходом за габариты нижней и верхней подвижных рам.
В токоприемнике верхняя и нижняя облегченные подвижные рамы могут быть выполнены из сплавов на основе алюминия.
Основание токоприемника может быть снабжено резиновым буфером.
На нижней подвижной раме заявленного токоприемника могут быть установлены ролики с разными диаметрами, выполненные с возможностью размещения на них тяг подъема.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ.
На фиг. 1 представлен общий вид токоприемника.
На фиг. 2 представлена пневмоэлектрическая схема токоприемника.
На фиг. 3 представлен общий вид срезного пальца.
На фиг. 4 представлен вид А.
Позиции означают следующее:
1. Основание
2. Нижняя подвижная рама
3. Верхняя подвижная рама
4. Нижняя тяга
5. Тяга синхронизирующая
6. Токосъемный узел
7. Пневморессора
8. Штанга
9. Полоз
10. Каретка
11. Срезной палец
12. Фланец пневморессоры
13. Кронштейн
14. Тяга подъема
15. Модуль управления
16. Изолятор опорный
17. Резиновый буфер
18. Планка
19. Направляющий ролик
20. Воздушный канал
21. Проточка
22. Резьба
23. Подшипник
Буквенные обозначения на схеме на фиг. 2 означают следующее:
А- рукав подвода воздуха для подъема и опускания токоприемника
В - рукав подвода воздуха для автоматического аварийного опускания токоприемника в случае его повреждения
С - рукав подвода воздуха для автоматического аварийного опускания токоприемника в случае превышения полозом критической высоты
М - рукав подвода воздуха от магистрали
РД - регулятор давления
ДР - дроссель
ПР1, ПР2 - пневмораспределитель
Г - пневмоглушитель
P1, Р2 - реле давления
X1, Х2, Х3 - разъемы
Мн - манометр
К - коллектор
Сущность предложенной модели состоит в следующем.
Токоприемник включает (см. фиг. 1) основание (1), облегченные нижнюю подвижную раму (2) и верхнюю подвижную раму (3), изготовленные из алюминиевых сплавов, нижнюю тягу (4), синхронизирующую тягу (5), токосъемный узел (6) и подъемно-опускающий механизм, включающий пневморессору (7), тяги подъема (14) и рукава пневматических магистралей (А, В, С) (фиг. 2).
Нижняя подвижная рама (2) шарнирно связана: с основанием (1), верхней подвижной рамой (3), нижней тягой (4) и синхронизирующей тягой (5). Основание (1) с нижней подвижной рамой (2), верхней подвижной рамой (3) и нижней тягой (4) образуют механизм, работающий по типу подвижного параллелограмма, и обеспечивают вертикальность перемещения токосъемного узла (6) на любой высоте подъема токоприемника. На верхней подвижной раме (3) установлена штанга (8), к которой крепится токосъемный узел (6).
Токосъемный узел (6) включает полоз (9), каретки (10) и срезные пальцы (11). Каретка (10) состоит из неподвижной части, размещенной на штанге (8) и подвижной в вертикальном направлении части. На подвижной части каретки (10) закреплены срезные пальцы (11), на которых установлен полоз (9).
Механизм подъема подвижных рам (2) и (3) включает пневморессору (7) с фланцем (12), прикрепленным к основанию (1). Другой конец пневморессоры (7) опирается на кронштейн (13) и посредством двух тяг подъема (тросов) (14), каждая из которых опирается на три направляющих ролика разных диаметров (19), соединяется с нижней подвижной рамой (2). Энергоемкость пневморессоры (7), при нагнетании в нее воздуха с рабочим давлением, достаточна для подъема нижней (2) и верхней (3) рам и прижатия полоза (9) с заданным усилием к контактному проводу.
Для управления работой токоприемника служит блок управления, состоящий из двух модулей, один из которых пневматический (15) размещен на токоприемнике, а второй - электропневматический - в кузове ЭПС. Модули соединены между собой воздушными изолирующими рукавами.
Основание (1) может быть установлено на опорных изоляторах (16).
Предложенная конструкция токоприемника обеспечивает не только штатный подъем и опускание токосъемного узла (6), но и аварийный для различных ситуаций, а также режим повышенного статического нажатия полоза (9) на контактный провод в гололедный период.
Для осуществления штатного и аварийного подъема и опускания токоприемника, а также режима повышенного статического нажатия могут быть использованы манометры, регуляторы давления, пневмораспределители, реле давления, дроссели, пневмоглушители и т.п. устройства (см. фиг. 2).
В частности, для внештатного опускания токосъемного узла (6), вызванного срывом полоза (9) с кареток (10), предусмотрено оснащение токосъемного узла (б) срезным пальцем (11).
Срезной палец (11) (фиг. 3) представляет собой калиброванный пустотелое стальное (марка СТ10) цилиндрическое тело (валик) с воздушным каналом (20). В теле срезного пальца (11) выполнены две проточки (21) и на одном из концов пальца -резьба (22). Полоз (9) опирается с двух сторон на проточки (21) в срезных пальцах (11). К резьбе (22) присоединяют рукав воздушной магистрали.
Срезной палец (11) при срыве полоза (9) с кареток (10) разрушается в наиболее тонкой части тела пальца - проточках (21), за счет чего происходит выход сжатого воздуха через разрушенный срезной палец (11), давление сжатого воздуха в магистрали В падает, реле давления Р2 срабатывает, закрывает пневмораспределитель ПР2, токоприемник опускается.
Первостепенность излома срезного пальца (11) по сравнению с полозом (9) обуславливается тем, что величина импульса, необходимого для разрушения полоза (9), больше импульса разрушения срезного пальца (11).
Для аварийного опускания токоприемника, вызванного достижением полоза (9) высоты 7000 мм над уровнем головки рельса, используют пневмораспределитель ПР1, на шток которого при вращении оси нижней подвижной рамы (2) нажимает планка (18), жестко закрепленная на хомуте вала нижней рамы (2), и который (ПР1) при срабатывании открывается и сжатый воздух из пневморессоры (7) через дроссель ДР и коллектор К поступает на реле давления Р1, которое замыкает контакты и закрывает пневмораспределитель ПР2, и токоприемник опускается.
Для настройки режима повышенного статического нажатия полоза (9) на контактный провод настройкой регулятора давления РД увеличивают статическое нажатие токоприемника до необходимой величины, которую контролируют манометром Мн.
На нижней подвижной раме (2) закреплены направляющие ролики (19) (фиг. 1), которые имеют разные диаметры, за счет чего обеспечивается необходимая статическая характеристика токоприемника. Ролики 19 и еще по два на каждой стороне нужны для создания касательной (эвольвенты), на которую ложатся тягиподъема 14 (троса). Эта эвольвента обеспечивает требуемую статическую характеристику.
Можно использовать одну тягу подъема (14), но две тяги обеспечивают большую надежность работы токоприемника по сравнению с одной за счет равномерного распределения в них усилия растяжения и исключают перекос пневморессоры (7) в горизонтальной плоскости.
В шарнирах верхней рамы (3) (фиг. 4) использованы подшипники скольжения (23) с покрытием из тефлона, обеспечивающие меньший по сравнению с другими коэффициент трения.
Токоприемник работает следующим образом.
В сложенном положении токоприемника давление в пневморессоре (7) отсутствует. Подвижные рамы (2) и (3), а также тяги (4) и (5) удерживаются в сложенном положении под действием собственного веса и веса токосъемного узла (6), опираясь рамой верхней (3) на резиновые буфера (17).
Управлением из кабины машиниста при подаче напряжения на контакты 1 и 2 разъема X1 (фиг. 2) открывается пневмораспределитель ПР2 и сжатый воздух из магистрали М через регулятор давления РД и манометр Мн поступает в магистраль А, далее через дроссель ДР и коллектор К в магистраль В, а также в пневморессору (7), в которой давление сжатого воздуха за счет регулятора давления РД становится пониженным до уровня, необходимого для обеспечения требуемого статического нажатия токоприемника. Происходит подъем токоприемника до упора полоза (9) в контактный провод.
При снятии напряжения с контактов 1 и 2 разъема X1 пневмораспределитель ПР2 закрывается, подвижные рамы (2) и (3) с токосъемным узлом 6, а также тяги (4) и (5) складываются, сжимая пневморессору (7), воздух из которой проходит по магистрали А, манометру Мн и выходит через регулятор давления РД в атмосферу. Сжатый воздух, оставшийся в магистрали на участке между регулятором давления РД и пневмораспределителем ПР2, выходит через глушитель Г пневмораспределителя ПР2, чем обеспечивается пониженный уровень шума выходящего воздуха.
При движении ЭПС токоприемник обеспечивает токосъем с контактного провода при высоте последнего в пределах до 7000 мм над уровнем головки рельсов. В случае превышения полозом (9) высоты 7000 мм (критическая высота) над уровнем головки рельса, планка (18), жестко закрепленная на хомуте вала нижней рамы (2), перемещается, нажимает на шток пневмораспределителя ПР1, который открывается, и сжатый воздух по магистрали С поступает на реле давления Р1. Реле давления Р1 срабатывает, при этом контакты 1 и 3 разъема Х2, подключенные к схеме управления ЭПС, замыкаются и подают информацию машинисту, а также закрывают пневмораспределитель ПР2, подвижные рамы (2) и (3) с токосъемным узлом 6, а также тяги (4) и (5) складываются, сжимая пневморессору (7), воздух из которой проходит по магистрали А, манометру Мн и выходит через регулятор давления РД в атмосферу.
При соударении полоза (9) о разрегулированные элементы контактной сети происходит разрушение срезного пальца (11). Сжатый воздух выходит через разрушенный срезной палец (11), давление сжатого воздуха в магистрали В падает, реле давления Р2 срабатывает, при этом контакты 1 и 3 разъема Х3, подключенные к схеме управления ЭПС, замыкаются и подают информацию машинисту, а также закрывают пневмораспределитель ПР2, подвижные рамы (2) и (3) с токосъемным узлом 6, а также тяги (4) и (5) складываются, сжимая пневморессору (7), воздух из которой проходит по магистрали А, манометру Мн и выходит через регулятор давления РД в атмосферу. Дроссель ДР обеспечивает отсутствие ложных срабатываний реле давления Р2 при уменьшении давления сжатого воздуха в магистрали В, возможного при растяжении пневморессоры (7) в процессе токосъема.
В гололедный период для трогания с места ЭПС, из кабины машиниста регулятором давления РД увеличивают давление сжатого воздуха в пневморессоре (7) до необходимой величины, которую контролируют манометром Мн, поднимают и опускают токоприемник троекратно, сбивая при этом лед с полоза токоприемника и контактного провода, после чего регулятором давления РД восстанавливают номинальное давление сжатого воздуха в пневморессоре (7) и ЭПС начинает движение.
Как следует из описания заявленного асимметричного токоприемника, он обладает системой подъема облегченных подвижных рам на основе пневморессоры. В заявленном токоприемнике предусмотрены аварийная система опускания подвижных рам, в частности, при срыве полоза с кареток или при достижении полозом высоты 7000 мм над уровнем головки рельса, а также возможность управления из кабины машиниста величиной нажатия токоприемника на контактный провод в гололедный период, что повышает безопасность эксплуатации токоприемника, а также улучшает качество токосъема.