ПАНТОГРАФ
PANTOGRAPH

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству железнодорожного транспортного средства и, в частности, к пантографу.
Уровень техники
Ассиметричный пантограф, в целом, состоит из шасси, нижней рычажной штанги, верхней рычажной штанги, тяговой штанги, балансировочной штанги, головки пантографа и других компонентов. Балансировочная штанга используется для балансировки и поддержки, так что угол головки пантографа с горизонтальной плоскостью остается неизменным в процессе поднятия пантографа.
Когда пантограф поднимается и касается контактного провода для токосъема, поскольку транспортное средство имеет относительно высокую скорость, верхняя рычажная штанга, нижняя рычажная штанга, тяговая штанга и балансировочная штанга пантографа будут подвергаться большому сопротивлению ветра, таким образом, влияя на устойчивость номинального давления контакта между пантографом контактного провода, что вызывает неустойчивый токосъем. Следовательно, когда пантограф проектируется и изготавливается, ожидается, что головка пантографа может оставаться устойчивой.
Головка пантографа играет решающую роль в устойчивости токосъема всего пантографа. В целом, для того, чтобы гарантировать качество токосъема и устойчивость работы, требуется, чтобы головка пантографа имела небольшую массу, хорошую аэродинамическую характеристику и структурную безопасность, и т.д.
В настоящее время, среди конструкций головки пантографа, используемых для железнодорожных транспортных средств, таких как мотор-вагонные поезда, многосекционные локомотивы и городские рельсовые транспортные средства и т.п., головки пантографа, главным образом, делятся на головки пантографа с одной угольной пластиной скольжения, головки пантографа с двумя угольными пластинами скольжения и головки пантографа с четырьмя угольными пластинами скольжения согласно числу угольных пластин скольжения. Во время высокоскоростной эксплуатации массы головок пантографа с двумя угольными пластинами скольжения, головок пантографа с четырьмя угольными пластинами скольжения и других головок пантографа с множеством угольных пластин скольжения являются большими, и существует большое возмущение воздуха между угольными пластинами скольжения, и угольные пластины скольжения имеют плохие аэродинамические характеристики, высокий коэффициент искрения и плохую стабильность токосъема. Следовательно, как правило, пантограф с головкой пантографа с одной угольной пластиной скольжения используется в высокоскоростных транспортных средствах.
Однако, головка пантографа с одной угольной пластиной скольжения на предшествующем уровне техники имеет следующие недостатки вследствие ограничений своей структуры и режима внешнего соединения:
1. Вал вращения головки пантографа, как правило, является горизонтальной штангой, вал вращения головки пантографа соединяется с верхней рычажной штангой, и, между тем, две стороны вала вращения головки пантографа соединяются с корпусом пружины. Вследствие структурной компоновки, если обеспечивается соединение вала вращения головки пантографа и корпуса пружины, расстояние от точки соединения вала вращения головки пантографа и верхней рычажной штанги до пластины скольжения является большим, приводя в результате к относительно большому крутящему моменту головки пантографа для поддержания вертикальности головки пантографа, большому усилию на балансировочную штангу и небольшой усталостной долговечности.
Кроме того, относительно большое расстояние вызывает относительно большую подъемную силу, которая прикладывается воздухом к пластине скольжения, приводя в результате к тому, что большая действующая сила прикладывается к компонентам, таким как корпус пружины, так что компоненты, такие как корпус пружины, могут повреждаться.
2. Когда происходит сильный удар, соединяющий фиксатор в месте соединения верхней рычажной штанги и головки пантографа подвержен поломке, что вынуждает головку пантографа падать, что серьезно влияет на безопасность другого оборудования транспортного средства и безопасность периферии транспортного средства.
3. Как показано на фиг. 1, балансировочная штанга 16 является прямой штангой и является структурно двухсиловой штангой, и двухсиловая штанга поддерживает головку 17 пантографа в процессе поднятия и опускания пантографа, чтобы обеспечивать горизонтальность головки 17 пантографа. Для того, чтобы обеспечивать горизонтальность головки 17 пантографа, геометрические параметры балансировочной штанги 16 и другого компонента взаимодействуют друг с другом, так что балансировочная штанга 16 располагается с разнесением с осью верхней рычажной штанги 5 во время проектирования, и балансировочная штанга 16 и ось верхней рычажной штанги 5 формируют определенный угол. Наклонно размещенная балансировочная штанга 16 подвергается относительно большому ветровому сопротивлению, которое не способствует аэродинамической характеристике пантографа во время токосъема, и влияние на устойчивость токосъема является большим, особенно в высокоскоростном мотор-вагонном поезде.
Сущность изобретения
В виду вышеописанных проблем, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать пантограф, который имеет длительный срок службы, высокую безопасность и надежную прочность.
Техническое решение для решения проблемы в настоящем изобретении является следующим: пантограф включает в себя шасси, нижнюю рычажную штангу, установленную на шасси, верхнюю рычажную штангу, шарнирно соединенную с нижней рычажной штангой, тяговую штангу с одним концом, шарнирно соединенным с нижним концом верхней рычажной штанги, и другим концом, шарнирно соединенным с шасси, приводное устройство для подъема пантографа и головку пантографа, при этом головка пантографа включает в себя ответвления пантографа, вал вращения головки пантографа, упругие буферные устройства, присоединенные к обоим концам вала вращения головки пантографа, и пластину скольжения, стягивающую упругие буферные устройства на обоих концах вала вращения головки пантографа и неподвижно соединенную с упругими буферными устройствами, соединительный участок проходит от верхнего конца верхней рычажной штанги, соединительный участок шарнирно соединяется с валом вращения головки пантографа, расстояние от позиции соединения вала вращения головки пантографа и соединительного участка до пластины скольжения меньше расстояния от позиции соединения вала вращения головки пантографа и упругого буферного устройства до пластины скольжения.
Дополнительно, пантограф дополнительно включает в себя балансировочную стержневую систему, расположенную прямо под верхней рычажной штангой, балансировочная стержневая система включает в себя первую штангу, шарнирно соединенную с верхним концом нижней рычажной штанги, вторую штангу, шарнирно соединенную с верхним концом верхней рычажной штанги, четвертую штангу, шарнирно соединенную с валом вращения головки пантографа, и третью штангу с одним концом, шарнирно соединенным со свободным концом второй штанги, и другим концом, шарнирно соединенным со свободным концом четвертой штанги; и
другой конец первой штанги шарнирно соединяется с серединой второй штанги.
В вышеописанном решении точка соединения вала вращения головки пантографа и верхней рычажной штанги перемещена вверх по сравнению с предшествующим уровнем техники, так что расстояние от точки соединения вала вращения головки пантографа и верхней рычажной штангой до пластины скольжения уменьшается, таким образом, расстояние между осью вращения головки пантографа и центром тяжести головки пантографа может быть уменьшено, таким образом, уменьшая крутящий момент головки пантографа для поддержания вертикальности головки пантографа, и тогда механическое напряжение, которое балансировочная стержневая система испытывает, уменьшается, и усталостная долговечность балансировочной стержневой системы продлевается. Между тем, поскольку расстояние уменьшается, сила аэродинамического подъема, прикладываемая к пластине скольжения, может также быть уменьшена, чтобы уменьшать действующую силу, прикладываемую к упругому буферному устройству и другим компонентам, и продлевать усталостные долговечности структурных компонентов.
Между тем, традиционная прямая балансировочная стержневая конструкция заменяется балансировочной стержневой системой, имеющей множество соединительных штанг и применяющей мультисегментную конструкцию, так что угол поворота головки пантографа, в основном, остается неизменным в процессе поднятия и опускания пантографа, и пластина скольжения пантографа остается горизонтальной.
В частности, вал вращения головки пантографа имеет π-образную конструкцию и включает в себя полую промежуточную трубу и изогнутые дугообразные сегменты, неподвижно соединенные со стенками трубы двух концов промежуточной трубы, соответственно, два конца изогнутых дугообразных сегментов соединяются с упругим буферным устройством, и промежуточная труба соединяется с соединительным участком; и
расстояние от позиции соединения промежуточной трубы и соединительного участка до пластины скольжения меньше расстояния от позиции соединения изогнутого дугообразного сегмента и упругого буферного устройства до пластины скольжения.
Дополнительно, первая штанга располагается прямо под верхней рычажной штангой, и позиция шарнирного соединения четвертой штанги и вала вращения головки пантографа располагается прямо посередине промежуточной трубы.
В вышеописанном решении первая штанга является скрытой прямо под верхней рычажной штангой, так что ветровое сопротивление может быть эффективно уменьшено во время высокоскоростной эксплуатации транспортного средства.
Дополнительно, точкой шарнирного соединения нижней рычажной штанги и первой штанги является E, точкой шарнирного соединения первой штанги и второй штанги является J, точкой шарнирного соединения верхней рычажной штанги и второй штанги является F, точкой шарнирного соединения второй штанги и третьей штанги является G, точкой шарнирного соединения третьей штанги и четвертой штанги является I, и точкой шарнирного соединения четвертой штанги, соединительного участка и вала вращения головки пантографа является H; и
пропорциональное соотношение между расстояниями точек шарнирного соединения равно: DE: DF: FH: EJ: FG: GI: HI=159: 1882: 154: 1729,5: 80: 150: 90.
Дополнительно, в процессе поднятия и опускания пантографа, четвертая штанга поддерживает приблизительное смещение, и диапазон углового отклонения четвертой штанги относительно первоначальной позиции четвертой штанги равен от -0,5 до 0,5 градуса. Так называемое приблизительное смещение означает, что четвертая штанга поддерживает небольшой угол отклонения при перемещении.
В частности, соединительный участок является парой изогнутых участков, закрепленных на верхнем конце верхней рычажной штанги и симметрично размещенных, соединительный участок и основная часть верхней рычажной штанги формируют Y-образную конструкцию вместе, соединительное посадочное место с отверстием размещается на одном конце изогнутого участка, соединительные посадочные места с отверстием распределяются на двух концах промежуточной трубы, расстояние между двумя соединительными посадочными местами с отверстием равно длине промежуточной трубы, болт последовательно проходит через соединительные посадочные места с отверстием и внутреннюю полость промежуточной трубы, чтобы шарнирно соединять изогнутые участки с валом вращения головки пантографа, и промежуточная труба может вращаться вокруг болта.
В вышеописанном решении промежуточная труба формирует треугольную конструкцию с соединительным участком верхнего конца верхней рычажной штанги, таким образом, обеспечивая структурную устойчивость и эффективно улучшая поперечную жесткость конструкции, после того как верхняя рычажная штанга соединяется с головкой пантографа. Кроме того, применяя сквозное соединение посредством одного болта, достаточная структурная прочность может быть гарантирована, и эффективно гарантируется, что компоненты не падают в случае столкновения с посторонним телом.
Предпочтительно, втулки из конструкционной пластмассы соответственно размещаются на двух концах промежуточной трубы посредством прессовой посадки. Оригинальные втулки из металлокерамики заменяются втулками из конструкционной пластмассы, чтобы решать проблему того, что процесс обработки втулки является трудно контролируемым и подвержен перебоям в использовании.
В частности, болт и соединительные посадочные места с отверстием предварительно затягиваются гайкой, чтобы ограничивать вращение болта; и существуют зазоры между соединительными посадочными местами с отверстием и двумя концами промежуточной трубы. Вследствие наличия зазоров вал вращения головки пантографа может податливо вращаться вокруг болта.
Предпочтительно, упругое буферное устройство является корпусом пружины.
В частности, пластина для установки ответвления пантографа размещается на упругом буферном устройстве, и ответвление пантографа устанавливается на пластину для установки ответвления пантографа.
Значимые результаты настоящего изобретения являются следующими:
1. Точка соединения вала вращения головки пантографа и верхней рычажной штанги перемещена вверх по сравнению с предшествующим уровнем техники, так что расстояние от точки соединения вала вращения головки пантографа и верхней рычажной штангой до пластины скольжения уменьшается, так что расстояние между осью вращения головки пантографа и центром тяжести головки пантографа может быть уменьшено, таким образом, уменьшая крутящий момент головки пантографа для поддержания вертикальности головки пантографа, и тогда механическое напряжение балансировочной стержневой системы уменьшается, и усталостная долговечность балансировочной стержневой системы продлевается.
2. Поскольку расстояние уменьшается, аэродинамическая подъемная сила, прикладываемая к пластине скольжения, может также быть уменьшена, чтобы уменьшать действующую силу, прикладываемую к упругому буферному устройству и другим компонентам, и продлевать усталостные долговечности структурных компонентов.
3. Промежуточная труба формирует треугольную конструкцию с соединительным участком верхнего конца верхней рычажной штанги, таким образом, обеспечивая структурную устойчивость и эффективно улучшая поперечную жесткость конструкции, после того как верхняя рычажная штанга соединяется с головкой пантографа. Кроме того, применяя сквозное соединение посредством одного болта, достаточная структурная прочность может быть гарантирована, и эффективно гарантируется, что компоненты не падают в случае столкновения с посторонним телом.
4. Первая штанга является скрытой прямо под верхней рычажной штангой, так что ветровое сопротивление может быть эффективно уменьшено во время высокоскоростной эксплуатации транспортного средства.
5. Традиционная прямая балансировочная стержневая структура заменяется балансировочной стержневой системой, имеющей множество соединительных штанг и применяющей мультисегментную конструкцию, так что угол поворота головки пантографа, в основном, остается неизменным в процессе поднятия и опускания пантографа, и устойчивость токосъема улучшается.
6. Поскольку балансировочная стержневая система применяет структуру с множеством соединительных штанг, пространство для установки является небольшим, следовательно, балансировочная стержневая система может быть скрыта непосредственно под верхней рычажной штангой, чтобы уменьшать наветренную площадь пантографа, уменьшать ветровое сопротивление во время высокоскоростной эксплуатации транспортного средства и улучшать аэродинамическую характеристику пантографа.
Кроме того, поскольку она размещается прямо под верхней рычажной штангой, вероятность того, что пантограф сталкивается с посторонним телом в воздухе во время высокоскоростной эксплуатации, уменьшается, и надежность применения пантографа улучшается.
7. Поскольку штанги балансировочной стержневой системы устанавливаются между верхней рычажной штангой и нижней рычажной штангой, и все размещаются снаружи, балансировочную стержневую систему легко обслуживать.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение дополнительно иллюстрируется ниже вместе с чертежами.
Фиг. 1 - структурная схема пантографа согласно предшествующему уровню техники;
Фиг. 2 - вид спереди головки пантографа с единственной пластиной скольжения настоящего изобретения;
Фиг. 3 - вид спереди, после того как головка пантографа с единственной пластиной скольжения соединяется с верхней рычажной штангой в настоящем изобретении;
Фиг. 4 - вид в разрезе для I с фиг. 3;
Фиг. 5 - вид сзади с фиг. 3;
Фиг. 6 - стереоскопический чертеж пантографа настоящего изобретения;
Фиг. 7 - упрощенная схема модели балансировочной стержневой системы настоящего изобретения; и
Фиг. 8 - частичный боковой вид пантографа настоящего изобретения.
Ссылочные позиции: 1 - пластина скольжения, 2 - ответвление пантографа, 3 - вал вращения головки пантографа, 4 - корпус пружины, 5 - верхняя рычажная штанга, 6 - шасси, 7 - нижняя рычажная штанга, 8 - первая штанга, 9 - тяговая штанга, 10 - болт, 11 - втулка из конструкционной пластмассы, 12 - соединительный участок, 13 - вторая штанга, 14 - третья штанга, 15 - четвертая штанга, 16 - балансировочная штанга, 17 - головка пантографа, 31 - промежуточная труба, 32 - изогнутый дугообразный сегмент, 51 - изогнутый участок, 52 - соединительное посадочное место с отверстием.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Как показано на фиг. 2-8, пантограф включает в себя шасси 6, нижнюю рычажную штангу 7, установленную на шасси 6, верхнюю рычажную штангу 5, шарнирно соединенную с нижней рычажной штангой 7, тяговую штангу 9 с одним концом, шарнирно соединенным с нижним концом верхней рычажной штанги 5, и другим концом, шарнирно соединенным с шасси 6, приводное устройство для подъема пантографа и головку 17 пантографа, головка 17 пантографа включает в себя ответвления 2 пантографа, вал 3 вращения головки пантографа, упругие буферные устройства, соединенные с обоими концами вала 3 вращения головки пантографа, и пластину 1 скольжения, стягивающую упругие буферные устройства на обоих концах вала 3 вращения головки пантографа и неподвижно соединенную с упругими буферными устройствами. Упругое буферное устройство предпочтительно является корпусом 4 пружины. Пластина для установки ответвления пантографа размещается в корпусе 4 пружины, ответвление 2 пантографа устанавливается на пластину для установки ответвления пантографа. Соединительный участок 12 протягивается от верхнего конца верхней рычажной штанги 5, и соединительный участок 12 шарнирно соединяется с валом 3 вращения головки пантографа.
Расстояние от позиции соединения вала 3 вращения головки пантографа и соединительного участка 12 до пластины 1 скольжения меньше расстояния от позиции соединения вала 3 вращения головки пантографа и упругого буферного устройства до пластины 1 скольжения.
Пантограф дополнительно включает в себя балансировочную стержневую систему, расположенную прямо под верхней рычажной штангой 5, балансировочная стержневая система включает в себя первую штангу 8, шарнирно соединенную с верхним концом нижней рычажной штанги 7, вторую штангу 13, шарнирно соединенную с верхним концом верхней рычажной штанги 5, четвертую штангу 15, шарнирно соединенную с валом 3 вращения головки пантографа, и третью штангу 14 с одним концом, шарнирно соединенным со свободным концом второй штанги 13, и другим концом, шарнирно соединенным со свободным концом четвертой штанги 15.
Другой конец первой штанги 8 шарнирно соединяется с серединой второй штанги 13.
В конкретном решении вал 3 вращения головки пантографа имеет π-образную конструкцию и включает в себя полую промежуточную трубу 31 и изогнутые дугообразные сегменты 32, неподвижно соединенные со стенками трубы двух концов промежуточной трубы 31, соответственно. Два конца изогнутых дугообразных сегментов 32 являются горизонтальными и соединяются с упругим буферным устройством. Промежуточная труба 31 соединяется с соединительным участком 12, и расстояние от позиции соединения промежуточной трубы 31 и соединительным участком 12 до пластины 1 скольжения меньше расстояния от позиции соединения изогнутого дугообразного сегмента 32 и упругого буферного устройства до пластины 1 скольжения. Ответвление 2 пантографа используется для обеспечения того, что головка 17 пантографа может плавно проходить через воздушное пересечение проводов, и обеспечения достаточного безопасного расстояния между пантографом и крышей транспортного средства. Пластина 1 скольжения используется для контакта с контактным проводом, когда пантограф работает, чтобы выполнять токосъем. Пружинная конструкция размещается в корпусе 4 пружины и используется для буферизации воздействия вибрации.
Первая штанга 8 располагается прямо под верхней рычажной штангой 5, и позиция шарнирного соединения четвертой штанги 15 и вала 3 вращения головки пантографа располагается прямо посередине промежуточной трубы 31.
Соединительный участок 12 является парой изогнутых участков 51, закрепленных на верхнем конце верхней рычажной штанги 5 и симметрично размещенных, соединительный участок 12 и корпус верхней рычажной штанги формируют Y-образную конструкцию вместе, соединительные посадочные места с отверстием 52 размещаются на концах изогнутых участков 51, соединительные посадочные места с отверстием 52 распределяются на двух концах промежуточной трубы 31, расстояние между двумя соединительными посадочными местами с отверстием 52 является равным длине промежуточной трубы 31, болт 10 последовательно проходит через соединительные посадочные места с отверстием 52 и внутреннюю полость промежуточную трубу 31, чтобы шарнирно соединять изогнутые участки 51 с валом 3 вращения головки пантографа, и промежуточная труба 31 может вращаться вокруг болта 10.
Втулки 11 из конструкционной пластмассы соответственно размещаются на двух концах промежуточной трубы 31 посредством прессовой посадки. Болт 10 и соединительные посадочные места с отверстием 52 предварительно затягиваются гайкой, чтобы ограничивать вращение болта 10; и существуют зазоры между соединительными посадочными местами с отверстием 52 и двумя концами промежуточной трубы 31.
Для удобства описания, точкой шарнирного соединения нижней рычажной штанги 7 и первой штанги 8 является E, точкой шарнирного соединения первой штанги 8 и второй штанги 13 является J, точкой шарнирного соединения верхней рычажной штанги 5 и второй штанги 13 является F, точкой шарнирного соединения второй штанги 13 и третьей штанги 14 является G, точкой шарнирного соединения третьей штанги 14 и четвертой штанги 15 является I, и точкой шарнирного соединения четвертой штанги 15, соединительного участка 12 и вала 3 вращения головки пантографа является H. В предпочтительном решении пропорциональное соотношение между расстояниями точек шарнирного соединения равно: DE: DF: FH: EJ: FG: GI: HI=159: 1882: 154: 1729,5: 80: 150: 90.
В процессе поднятия и опускания пантографа четвертая штанга 15 поддерживает приблизительное смещение, и диапазон углового отклонения четвертой штанги 15 относительно первоначальной позиции четвертой штанги равен от -0,5 до 0,5 градуса.
В конструкции пантографа настоящего изобретения верхняя рычажная штанга 5, главным образом, используется для поддержки конструкции пантографа, и балансировочная стержневая система используется для регулировки баланса и устойчивости и гарантирует, что конструкция пантографа не создает большое вращение. Когда пантограф поднимается, нижняя рычажная штанга 7 поворачивается, первая штанга 8 поворачивается вокруг точки E шарнирного соединения, и вторая штанга 13, толкаемая первой штангой 8, поворачивается вокруг точки F шарнирного соединения, таким образом, приводя третью штангу 14 во вращение, и третья штанга 14 толкает четвертую штангу 15, чтобы поворачиваться относительно верхней рычажной штанги 5, так что головка 17 пантографа остается горизонтальной в процессе, когда головка 17 пантографа поворачивается вместе с верхней рычажной штангой 5.