ТОКОПРИЕМНИК НИЖНЕГО ТОКОСЪЕМА
CURRENT RECEIVER OF LOWER CURRENT COLLECTION

Предлагаемое изобретение относится к области техники «Транспортирование» и может быть использовано там, где необходим съем тока подвижными контактами. Рассматривается токоприемник, который используется в метрополитене для снятия тока с контактного рельса. Метрополитен России и многих зарубежных стран имеют систему токосъема, выполненную с использованием неуправляемых токоприемников. При нижнем токосъеме токоприемник, постоянно подтягиваемый пружинами вверх, скользит по нижней стороне контактного рельса, расположенного сбоку от ходовых рельсов.
Известен токоприемник нижнего токосъема ТР-3м (О.А. Сидоров. Тенденции развития устройств токосъема отечественных и зарубежных метрополитенов (часть 2). - Каталог: Научно - технический прогресс. Научный журнал «Национальные приоритеты России» №1(3), 2010), содержит токосъемный башмак, жестко связанный с рамой, которая посредством шарнира закреплена на изолировочном брусе, установленном на буксах тележки - вагона. Основным отличием конструкции токоприемника TP-3м от TP-3 является использование вместо нажимных пружин пневматического резинокордного элемента.
Недостатком токоприемника нижнего токосъема ТР-3м является усложнение конструкции при использовании резинокордного элемента, так как для регулирования нажатия требуется дополнительно система авторегулирования.
Известен токоприемник нижнего токосъема ТР-3 (Э.М. Добровольская. Электропоезда метрополитена. - Москва: ИРПО, Издательский центр «Академия», 2003. - с. 320.), принятый за прототип, состоящий из левого и правого стальных литых кронштейнов, между которыми находится держатель башмака, скользящего по поверхности третьего контактного рельса, контактной вилки, двух цилиндрических пружин, осуществляющих нажатие на башмак. Также в составе токоприемника входят шунты и ось, на которую крепится держатель башмака, обеспечивающая подвижность башмака.
Токоприемник монтируется на деревянном брусе, закрепленном на колесной тележке вагона. Брус, пропитанный изоляционным маслом, служит в качестве изолятора. Пружины, расположенные в верхней части токоприемника, работают на сжатие, заставляя держатель с башмаком повернуться так, чтобы башмак занял наивысшее положение.
Недостатком токоприемника TP-3 является следующее. При движении на линии с помощью этих пружин создается контактное нажатие башмака на контактный рельс, которое зависит от усилия пружин и от положения башмака на держателе. Недостаточное нажатие приводит к нарушению контакта и образованию электрической дуги при токосъеме, влекущей за собой недопустимый нагрев, оплавление и разрушение контактных частей. С другой стороны, чрезмерное нажатие вызывает повышенный износ башмака и контактного рельса, а также может привести к поломке деталей токоприемника. Все это приводит к снижению срока службы токоприемника.
Для обеспечения надежного безыскрового токосъема контактное нажатие должно находиться в определенных пределах и по возможности быть постоянным независимо от скорости движения вагона и атмосферных условий.
Задачей (техническим результатом) заявляемого устройства является увеличения срока службы токоприемника.
Поставленная задача достигается тем, что в токоприемнике нижнего токосъема, содержащий башмак с держателем, находящимся в постоянном контакте снизу с контактным рельсом, вертикальную цилиндрическую пружину растяжения, соединяющую держатель башмака с брусом, введены два ползуна, имеющих возможность перемещаться по прямой, присоединенные к ним пружины сжатия, и два стержня, соединяющие шарнирно ползуны с держателем башмака.
На Фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства. На Фиг. 2 приведена схема сил, действующих на ползуны и на держатель с башмаком.
Токоприемник нижнего токосъема монтируется на деревянном брусе, закрепленном на колесной тележке вагона.
Предлагаемое устройство (ФИГ. 1) содержит токосъемный башмак 1, который находится в постоянном контакте снизу с контактным рельсом 2; держатель башмака 3, жестко и перпендикулярно закрепленный к башмаку, скользящий внутри втулки, укрепленной на брусе; стержни- направляющие 4 движения башмака, жестко соединенные с башмаком, скользящие внутри втулок, укрепленных на брусе; два ползуна 5, имеющие возможность скользить вдоль горизонтальных направляющих, две горизонтальные пружины 6, соединенные с ползунами и брусом; два стержня 7, соединяющие шарнирно ползуны с держателем башмака; вертикальная пружина 8, соединяющая держатель башмака с брусом.
Устройство работает следующим образом.
8н
6н
В начальном положении (башмак подводят под рельс) стержни 7 занимают горизонтальное положение (пунктирная линия). В этом положении пружина 8 растянута и сила натяжения ее равна F. С такой силой башмак действует на рельс. Пружины 6 сжаты и силы натяжения равны F.
8н
При уменьшении толщины башмака или рельса пружина 8 сжимается, пружины 6 начнут растягиваться, стержни 7 займут положении как на Фиг. 1. Покажем при каком соотношении жесткостей пружин сила давления на рельс будет оставаться постоянной и равной F
Рассмотрим отдельно ползун 5 (Фиг. 2) и запишем условие равновесия ползунов 5 в проекции на ось oY:
где
6
с - жесткость пружины 6,
l - длина стержня 7,
S -реакция стержня 7,
α - угол наклона стержня 7 к оси о Y
Запишем условие равновесия держателя 3 с башмаком 1 (Фиг. 2) в проекции на ось оХ:
где
8
8н
8
F=F-cx,
Q - сила, с которой рельс давит на башмак.
Выражая из (1) реакцию стержня S, учитывая, что   и подставляя в (2), получим:
8
6
8н
Из выражения (3) видно, что при  и с=2с сила давления рельса на башмак будет постоянной, за время уменьшения толщины башмака, и равна Q=F.
8н
Таким образом, для того, чтобы давление башмака на рельс было постоянным и равным Q=F за время уменьшения толщины башмака, необходимо выполнение двух условий
8
6
и с=2с.
Обеспечение постоянного усилия между башмаком и контактным рельсом, или постоянного контакта, предотвратит образования электрической дуги, недопустимый нагрев, оплавление и разрушение контактных частей. Тем самым увеличится срок службы башмака, а значит и всего токоприемника.
В известном устройстве башмак, по мере уменьшении толщины его, поворачивается, а в заявленном устройстве башмак, по мере уменьшения его толщины, перемещается поступательно, что улучшает условия съема тока с контактного рельса.