АСИММЕТРИЧНЫЙ ТОКОПРИЁМНИК ДЛЯ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОСТОЯННОГО ТОКА И ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ С МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТЬЮ ДВИЖЕНИЯ ДО 200 км/ч

Изобретение относится к области транспортной техники, в частности, к токоприемникам электрического подвижного состава.
Известен асимметричный токоприемник для электроподвижного состава, состоящий из основания, пневмопривода, взаимодействующего с шарнирносочлененным несущим рычагом и верхней рамой, на которой размещены каретки с полозами, причем верхняя рама связана шарнирным поводком с основанием, тяги синхронизации кареток и устройства аварийного опускания, имеющего подвижный в осевом направлении шток с радиальной канавкой и шарик, размещенный в канавке и взаимодействующий с запорным клапаном в магистрали пневмопривода через передаточный узел, выполненный в виде двуплечего рычага, взаимодействующего одним плечом с шариком, а другим - с запорным клапаном, размещенным на несущем рычаге перед шарниром; устройство аварийного опускания дополнительно снабжено узлом регулировки усилия срыва с подпружиненным шариком, расположенным в канавке штока под любым углом к местоположению срывного шарика, причем шток имеет две кольцевые проточки, выполненные симметрично по отношению к установленному в шарнире пальцу, компенсационную пружину, расположенную по одну из сторон шарнира, в зависимости от направления несимметричности кареток или ее отсутствия, а длина канавки штока равна диаметру шарика, причем защитный хомут выходной магистрали запорного клапана снабжен отверстиями и имеет возможность перемещения относительно выходного отверстия этой магистрали. (Патент №2428327, B60L 5/28)
Недостатком этого токоприемника является отсутствие защиты при выезде на бесконтактный участок с поднятым токоприемником, увеличенный по вертикали габарит узла регулировки и слабость его пружины, что ограничивает диапазон регулировки усилия срыва.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является асимметричный токоприемник для электроподвижного состава, состоящий из основания, пневмопривода, взаимодействующего с шарнирно сочлененным несущим рычагом и верхней рамой, на которой размещены каретки с полозами, причем верхняя рама связана шарнирным поводком с основанием, тяги синхронизации кареток и устройства аварийного опускания, имеющего подвижный в осевом направлении шток с радиальной канавкой и шарик, размещенный в канавке и взаимодействующий с запорным клапаном в магистрали пневмопривода через передаточный узел, выполненный в виде двуплечего рычага, взаимодействующего одним плечом с шариком, а другим с запорным клапаном, размещенным на несущем рычаге перед шарниром, при этом устройство аварийного опускания дополнительно снабжено узлом регулировки усилия срыва с подпружиненным шариком, расположенным в канавке штока под любым углом к местоположению срывного шарика, причем шток имеет две кольцевые проточки, выполненные симметрично по отношению к установленному в шарнире пальцу, компенсационную пружину, расположенную по одну из сторон шарнира в зависимости от направления несимметричности кареток или ее отсутствия, а длина канавки штока равна диаметру шарика, причем защитный хомут выходной магистрали запорного клапана снабжен отверстиями и имеет возможность перемещения относительно выходного отверстия этой магистрали. Кроме того, токоприемник содержит клапан предельной высоты на подводящей сжатый воздух в пневмопривод трубе основания, состоящий из корпуса с установленным в нем герметизированным клапаном со встроенной в нем пружиной, размещенной на оси с головкой, крышки с расположенной на ней с возможностью перемещения блокирующей защелкой, взаимодействующей с осью, а между корпусом и крышкой в канавке оси размещена на пальце корпуса концевая защелка, причем последняя, находясь фигурным профилем в проточке клапана, взаимодействует с регулируемым фиксирующим предельную высоту подъема токоприемника элементом несущего рычага и с пружиной возврата, закрепленной на крышке, а устройство аварийного опускания имеет узел регулировки с расширенным диапазоном усилия срыва при меньшем вертикальном габарите узла. (Патент №134121, B60L 5/28)
К недостаткам данного токоприемника относится повышенный вес верхнего узла токоприемника в одно и двух полозном исполнении, что не предусматривает эксплуатацию на повышенных скоростях движения электроподвижного состава. Кроме того, недостатком вышеприведенных токоприемников является увеличенный габарит в сложенном состоянии.
Технической задачей предлагаемой полезной модели асимметричного токоприемника является облегчение верхнего узла с целью снижения аэродинамического воздействия на токоприемник, стабилизация контактного нажатия и повышение качества токосъема, повышение надежности его работы при эксплуатации на повышенных скоростях движения электровоза (до 200 км/ч), а также снижение габарита токоприемника в сложенном состоянии для лучшего вписывания в габарит электроподвижного состава.
Указанная задача решается тем, что предлагаемый токоприемник для электроподвижного состава состоит из основания, пневмопривода, взаимодействующего с шарнирно сочлененным несущим рычагом и верхней рамой, на которой размещены каретки с полозами, причем верхняя рама связана шарнирным поводком с основанием, тяги синхронизации кареток и устройства аварийного опускания, имеющего подвижный в осевом направлении шток с радиальной канавкой и шарик, размещенный в канавке и взаимодействующий с запорным клапаном в магистрали пневмопривода через передаточный узел, выполненный в виде двуплечего рычага, взаимодействующего одним плечом с шариком, а другим с запорным клапаном, размещенным на несущем рычаге перед шарниром, при этом устройство аварийного опускания дополнительно снабжено узлом регулировки усилия срыва с подпружиненным шариком, расположенным в канавке штока под любым углом к местоположению срывного шарика, причем шток имеет две кольцевые проточки, выполненные симметрично по отношению к установленному в шарнире пальцу, компенсационную пружину, расположенную по одну из сторон шарнира в зависимости от направления несимметричности кареток или ее отсутствия, а длина канавки штока равна диаметру шарика, причем защитный хомут выходной магистрали запорного клапана снабжен отверстиями и имеет возможность перемещения относительно выходного отверстия этой магистрали; токоприемник содержит клапан предельной высоты на подводящей сжатый воздух в пневмопривод трубе основания, состоящий из корпуса с установленным в нем герметизированным клапаном со встроенной в нем пружиной, размещенной на оси с головкой, крышки с расположенной на ней с возможностью перемещения блокирующей защелкой, взаимодействующей с осью, а между корпусом и крышкой в канавке оси размещена на пальце корпуса концевая защелка, причем последняя, находясь фигурным профилем в проточке клапана, взаимодействует с регулируемым фиксирующим предельную высоту подъема токоприемника элементом несущего рычага и с пружиной возврата, закрепленной на крышке, а устройство аварийного опускания имеет узел регулировки с расширенным диапазоном усилия срыва при меньшем вертикальном габарите узла. Кроме того, токоприемник снабжен широким полозом с двумя рядами контактных элементов, имеющих пониженное удельное электрическое сопротивление, соединенных трубками, установленном на облегченных каретках с аэродинамическими компенсаторами, а основание токоприемника, выполненное из прямоугольных труб, имеет заниженные стойки с корпусами под установку шарнирных узлов для подвеса пневмопривода, который снабжен фланцем с валом для его монтажа в шарнирных узлах, и на основании размещено демпфирующее устройство, шарнирно связанное с несущим рычагом
Положительный эффект состоит в том, что за счет установки на токоприемнике облегченных кареток с аэродинамическими компенсаторами и широкого полоза с двумя рядами контактных элементов, имеющих пониженное удельное электрическое сопротивление, соединенных алюминиевыми трубками, облегчен верхний узел и снижено аэродинамическое воздействие на токоприемник, причем, аэродинамическими компенсаторами это воздействие можно регулировать, а за счет размещения на основании демпфирующего устройства, шарнирно связанного с несущим рычагом, - снижены гармонические колебания подвижных рам, происходящие под действием инерционных сил, возникающих в процессе динамического взаимодействия токоприемника с контактным проводом при работе электровоза на повышенных скоростях движения. В целом, найденные решения позволяют стабилизировать контактное нажатие, повысить нагрузочную способность и качество токосъема, надежность работы токоприемника при его эксплуатации на скоростях движения электровоза до 200 км/ч. Наличие основания токоприемника, выполненного из прямоугольных труб, имеющего заниженные стойки под установку шарнирных узлов для подвеса пневмопривода, снабженного фланцем с валом для его монтажа в шарнирных узлах, обеспечило снижение габарита токоприемника в сложенном состоянии для лучшего вписывания в габарит электроподвижного состава.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:
На фиг. 1 - асимметричный токоприемник для электроподвижного состава постоянного тока и двойного питания с максимальной скоростью движения до 200 км/ч, общий вид;
На фиг. 2 - асимметричный токоприемник для электроподвижного состава постоянного тока и двойного питания с максимальной скоростью движения до 200 км/ч в нормальном режиме работы;
На фиг. 3 - механизм аварийного опускания в нормальном режиме работы асимметричного токоприемника для электроподвижного состава постоянного тока и двойного питания с максимальной скоростью движения до 200 км/ч;
На фиг. 4 - рабочее положение механизма аварийного опускания асимметричного токоприемника для электроподвижного состава постоянного тока и двойного питания с максимальной скоростью движения до 200 км/ч при ударе полоза о препятствие на контактном проводе;
На фиг. 5 - асимметричный токоприемник для электроподвижного состава постоянного тока и двойного питания с максимальной скоростью движения до 200 км/ч, основание с демпфером;
На фиг. 6 - клапан предельной высоты подъема асимметричного токоприемника для электроподвижного состава постоянного тока и двойного питания с максимальной скоростью движения до 200 км/ч.
Асимметричный токоприемник электроподвижного состава (фиг. 2), содержащий основание 1 с установленным на нем пневмоприводе 2, который через шарнир взаимодействует с несущим рычагом 3, имеющим два плеча: короткое 4, сочлененное с пневмоприводом 2, и длинное, выполненное в виде трубы 5 с двумя отверстиями для входа и выхода сжатого воздуха, причем входное отверстие соединено воздухопроводом 6 с пневмоприводом 2, имеет верхнюю раму 7, закрепленную шарнирно на длинном плече несущего рычага 3, и тягу 8 шарнирно сочлененую с основанием 1 и с верхней рамой 7, а также устройство аварийного опускания 9 на оси 10 и клапан предельной высоты подъема 11. На свободном конце верхней рамы 7 установлены две каретки 12, которые соединены тягой синхронизации 13. На них размещен широкий полоз 14 с двумя рядами контактных элементов 15 (имеющих пониженное удельное электрическое сопротивление), соединенных трубками. Полоз 14, связанный жестко с кронштейнами кареток 12, имеет возможность углового поворота на каретках и вертикального перемещения за счет подрессоривания пружиной 16 и подвижности рычагов 17 кареток 12.
Устройство аварийного опускания 9 с шарниром 18, который исключает затирания при возможных перекосах продольной оси тяги синхронизации 13 при подъеме и опускании токоприемника, установлено у верхнего конца трубы 5.
Устройство аварийного опускания 9 имеет подвижный в осевом направлении шток 19 (фиг.3) с радиальной канавкой «а» и двумя шариками 20, расположенными в ней под любым углом друг к другу. Шток 19, выполнен с двумя кольцевыми проточками «б» и «в», расположенными симметрично по отношению к установленному в корпусе 21 пальцу 22, поджатом пружиной 23 в резьбовой втулке 24. На штоке 19 размещена компенсационная пружина 25 по одну из сторон корпуса 21 с шарниром 18 в зависимости от направления несимметричности кареток 12 или ее отсутствия.
Один из шариков 20, срывной, размещенный с возможностью перемещения по штоку 19, через передаточный узел 26 взаимодействует в магистрали сжатого воздуха с запорным клапаном 27, поджатым пружиной 28 к втулке 29.
Передаточный узел 26, выполненный в виде двуплечего рычага и расположенный в корпусе 21 на оси 30 взаимодействует одним плечом со срывным шариком 20, а другим - через стержень 31 с запорным клапаном 27, размещенным на трубе 5 несущего рычага 3 перед шарниром 18, находится в корпусе 21 и закрыт крышкой 32. Узел регулировки, состоящий из шарика 20а, толкателя 33, поджатых пружиной 34, регулировочной втулки 35 и специальной гайки 36, расположен в том же корпусе 21. На выходной магистрали запорного клапана 27 установлен подвижно хомут 37 с отверстиями.
Основание 1, выполненное из прямоугольных труб 38 (фиг.5), имеет заниженные стойки 39 под установку в корпусах 40 шарнирных узлов 41 для подвеса пневмопривода 2, снабженного фланцем 42 с валом 43 для его монтажа в шарнирных узлах 41. На основании размещены демпфирующее устройство 44, шарнирно связанное с несущим рычагом 3, который оборудован регулировочной планкой 45.
Клапан предельной высоты подъема токоприемника (фиг.6) представляет собой корпус 1, в котором установлен с возможностью перемещения подвижный клапан 2 герметизированный резинотехническими элементами 3, закрытый крышкой 4. В углубление отверстия клапана 2 встроена пружина 5, размещенная на оси 6 с головкой 7. Головка 7 с осью 6 предназначена для ручного возврата клапана предельной высоты подъема токоприемника в исходное (закрытое) положение. Крышка 4 с расположенной на ней с возможностью перемещения блокирующей защелкой 8, имеет проточку. Блокирующая защелка 8, предназначенная для обеспечения безопасности обслуживающего персонала при настройке характеристик токоприемника, взаимодействует с осью 6, предотвращая срабатывание подвижного клапана 2. В проточке между корпусом и крышкой в канавке оси 6 размещена на пальце 9 корпуса концевая защелка 10. Концевая защелка 10 взаимодействует с регулируемой планкой 45 (фиг.5) несущего рычага, фиксирующей предельную высоту подъема токоприемника. Концевая защелка 10 снабжена пружиной 11, которая своим вторым концом закреплена на крышке 4.
Асимметричный токоприемник для электроподвижного состава постоянного тока и двойного питания с максимальной скоростью движения до 200 км/ч в штатном режиме работает следующим образом: сжатый воздух, подведенный из магистрали питания, поступает в пневмопривод 2; усилие пневмопривода, приложенное к малому плечу 4 несущего рычага 3, поворачивает несущий рычаг 3 на полуосях, закрепленных шарнирно на основании 1; длинное плечо 5 (труба) несущего рычага 3 перемещает вверх средний шарнирный узел токоприемника и вместе с ним верхнюю раму 7; верхний шарнир тяги 8 перемещается вместе с несущим рычагом 3 вверх и передает усилие пневмопривода 2 на верхнюю раму 7 с помощью тяги 8 за счет перемещения ее нижнего шарнира в продольном пазу направляющей рамки основания 1; это обеспечивает поворот верхней рамы 7 относительно несущего рычага 3; каретки 12 с полозом 14 поднимаются вверх до упора контактных элементов 15 в контактный провод. Рычаги 17 кареток 12, преодолевая усилие пружин 16, просаживаются до обеспечения каретками нормируемого контактного нажатия. При выпуске сжатого воздуха из пневмопривода подвижные части токоприемника под действием собственного веса опускаются на буфера. Подрессоренный шток буфера (фиг. 1) просаживается на пружине, гася энергию удара и предотвращая деформацию подвижных частей токоприемника.
Внутренний объем трубы 5 несущего рычага 3, сообщенный с пневмоприводом 2, используется для снижения относительной степени сжатия сжатого воздуха при быстром изменении высоты полоза для стабилизации контактного нажатия.
a
Работа устройства аварийного опускания происходит следующим образом. Удар полоза 14 об аварийно выступающие элементы неисправной контактной сети (подвески контактного провода) вызывает дополнительное усилие на тяге 7, соосно соединенной со штоком 19 устройства аварийного опускания 9. При смещении штока срывной шарик 20 из канавки «» перемещается на внешнюю поверхность штока (на наружный диаметр) и поворачивает рычаг 26, который своим плечом нажимает на стержень 31 запорного клапана 27.
При этом запорный клапан, преодолевая усилие пружины 28, перемещается, открывая канал сообщения трубы 5 несущего рычага 4 с атмосферой. Быстрый выход сжатого воздуха приводит к резкому снижению давления в пневмоприводе 2 и аварийному складыванию токоприемника. Одновременно, при перемещении штока 19, преодолевающего усилие компенсационной пружины 25, палец 22 под действием пружины 23 входит в проточку «б» (или «в», в зависимости от направления удара), фиксируя положение штока и обеспечивая этим невозможность самопроизвольного возврата срывного шарика и запорного клапана в исходное положение, а, значит, исключает несанкционированный подъем токоприемника в аварийной ситуации.
а
Для возвращения механизма аварийного опускания в исходное состояние необходимо: отжать палец 22 и переместить шток 19, преодолевая усилие компенсационной пружины 25, в исходное положение до возвращения срывного шарика 20 в канавку «», при этом освобожденный от усилия рычаг 26 поворачивается на оси 30 и стержень 31 под действием пружины 28 смещается до упора запорного клапана 27 в торец втулки 29. Таким образом, клапан перекрывает канал сообщения трубы 5 несущего рычага 4 с атмосферой. Устройство аварийного опускания готово к работе в штатном режиме.
Узел регулировки дает возможность изменить усилие поджатия шарика к штоку, что обеспечивает уменьшение или увеличение силы перемещения срывного шарика на поверхность штока при аварийной ситуации. Эта регулировка позволяет избежать ложных срабатываний механизма от незначительных препятствий контактного провода.
Перемещая подвижный хомут 37, за счет изменения положения его отверстий относительно выходного отверстия запорного клапана, можно регулировать расход воздуха в атмосферу, то есть снижать или повышать скорость аварийного опускания токоприемника.
При работе электровоза на повышенных скоростях движения в процессе динамического взаимодействии полоза 14 с контактным проводом, инерционные силы стремятся складывать подвижные части токоприемника (раму 7 и несущий рычаг 3). Рабочая среда демпфирующего устройства 44 создает сопротивление и противодействующая сила не позволяет подвижным частям складываться - гармонические колебания уменьшаются, полоз 14 надежнее поджимается к контактному проводу.
10
Одновременно с подачей в пневматический привод сжатый воздух поступает в корпус 1 клапана предельной высоты (фиг. 6). Подвижный клапан 2 зафиксирован в закрытом положении концевой защелкой 10. При подъеме токоприемника на высоту (2080) мм (при выезде электровоза на бесконтактный участок с поднятым токоприемником в нарушение установленных инструкций) регулировочная планка 45 на несущем рычаге токоприемника (фиг. 5) воздействует на концевую защелку 10 (фиг. 6) клапана предельной высоты и, преодолевая противодействующую силу пружины 11, перемещает концевую защелку 10, освобождая подвижный клапан 2 от ограничения по перемещению внутри корпуса 1. Подвижный клапан 2 под действием рабочего давления сжатого воздуха преодолевает противодействующую силу пружины 5 и перемещается, открывая отверстие для выхода сжатого воздуха в атмосферу. При этом пневматический привод сообщается с атмосферой и происходит быстрый выпуск сжатого воздуха. Резинокордный баллон пневматического привода сжимается, подвижные части токоприемника под действием собственного веса быстро опускаются на буферы (амортизаторы). Токоприемник принимает сложенное положение. Подрессоренный шток буферного устройства просаживается на пружине, гася энергию удара и предотвращая деформацию подвижных частей токоприемника.
При снижении давления сжатого воздуха до значения 0,12 МПа (равновесного) сила пружины 5 уравновешивает силу давления сжатого воздуха. Клапан 2 при этом закрывает отверстие для выхода воздуха в атмосферу.
Для возврата клапана предельной высоты подъема токоприемника в закрытое положение, фиксируемое защелкой 10, необходимо прекратить подачу сжатого воздуха в пневмопривод токоприемника и выпустить остатки сжатого воздуха из него до достижения давления от 0,010 до 0,015 МПа. В противном случае защелка 10 не фиксирует клапан 2, и при повторной подаче сжатого воздуха клапан 2 откроется и будет стравливать сжатый воздух до равновесного давления.
Для возврата клапана 2 в исходное (закрытое) положение вручную (если по какой-либо причине пружина 5 не вернула его в исходное положение) предусмотрен ручной дублер, состоящий из оси 6 и установленной на ней головки 7. Для его использования напряжение в контактной сети (при ее наличии) должно быть отключено, контактный провод заземлен с помощью заземляющей штанги. Оператор должен выйти на крышу, осмотреть токоприемник - при его исправности нажать на головку 7 для перемещения оси 6 до упора в клапан 2 и установки защелки 10 под воздействием силы пружины 11 в проточку на клапане 2.
Блокирующая защелка 8 при ее установке на ось 6 под головкой 7 предотвращает срабатывание подвижного клапана 2. После установки концевой защелки 10 в исходное положение (нажав на головку 7 до упора оси 6 в подвижный клапан 2) необходимо повернуть блокирующую защелку 8 до ее установки в проточку на оси 6 под головкой 7.