ТОКОСЪЕМНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТОКОПРИЕМНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2002 года по МПК B60L5/08 

Изобретение относится к электротранспорту и может быть использовано в качестве токосъемных элементов электрического транспортного средства, например, на трамвае или электровозе.

Известна угольная вставка для железнодорожного пантографа, применяемая, в частности, в токоприемниках электроподвижного состава, которая представляет собой прямоугольную пластину, у основания которой выполнены выступы в форме "ласточкина хвоста". Контактная поверхность такой конструкции выполнена параллельно площади основания (авторское свидетельство 1397323 от 03.05.1988 г.).

Недостаток известной конструкции в том, что в процессе прохождения вставки по контактному проводу наблюдается износ контактной поверхности вследствие значительной концентрации динамических нагрузок по причине, связанной с плоской формой выполнения контактной поверхности вставки и основания.

Известна угольно-графитовая контактная вставка для токоприемника электроподвижного состава, содержащая корпус в виде пластины с плоскими основанием и контактной поверхностью, основание выполнено в виде "ласточкина хвоста" и контактирует с корпусом (Цветметинформация, инф. лист, Т-05952 от 28.03.1972 г.).

Недостатком указанной конструкции угольно-графитовой вставки является относительно быстрый износ средней части поверхности контакта вследствие высоких динамических нагрузок, действующих в процессе эксплуатации, из-за несовершенства конструкции.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является составная углеродная вставка для пантографа, содержащая корпус в виде башмака с фланцами, плоским основанием и плоской контактной поверхностью, состоящая из плотно подогнанных секций, имеющих выступы у основания, соединенных встык и удерживаемых в корпусе (башмаке) фланцами (патент США 4578546, кл. B 60 L 5/20, "Вставка для токового силового пантографа", опубл. 23.03.1986 г.).

Недостатком указанной конструкции угольно-графитовой вставки является относительно быстрый износ средней части поверхности контакта вследствие высоких динамических нагрузок, действующих на плоскую поверхность контакта вставки.

Кроме того, угольно-графитовая вставка имеет плоское основание. Плоское основание не позволяет регулировать величину радиуса и, в конечном счете, снизить величину динамических нагрузок.

Кроме того, в конструкции применено достаточно сложное устройство регулирования прижима вставки пантографа к контактному проводу, что в реальных условиях работы электротранспорта не позволяет избежать механических повреждений из-за конструкции самой угольно-графитовой вставки. Такая конструкция не надежна в эксплуатации и требует дополнительных материальных затрат. Исследованиями установлено, что наибольшему износу в процессе эксплуатации подвергается центральная часть вставки. Вставка такой конструкции имеет одинаковую высоту по всей длине, однако в процессе эксплуатации вставки средняя ее часть изнашивается в 3-5 раз быстрее, чем крайние. Кроме того, плоская поверхность контакта вставки в процессе работы испытывает значительные динамические нагрузки, способствующие быстрому ее износу и механическому разрушению. Основание, изготовленное плоским, не позволяет регулировать радиус контактной поверхности и тем самым снижать динамические нагрузки, действующие на вставку.

Задачей изобретения является повышение износостойкости контактной вставки, за счет снижения динамических нагрузок при прохождении вставки по контактному проводу. Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый токосъемный элемент токоприемника электрического транспортного средства содержит металлический каркас с размещенной в нем токосъемной составной углеродсодержащей пластиной с контактной поверхностью, основанием, выполненным в виде "ласточкина хвоста", контактирующим с металлическим каркасом, и отличающийся от известной конструкции тем, что контактная поверхность выполнена дугообразной формы радиусом 2,0-5,0 м и имеет заходную часть, угол наклона которой к основанию пластины, имеющей высоту в средней части 0,05-0,20 от величины радиуса контактной поверхности, составляет 30-60^o, причем в продольном сечении основание имеет форму трапеции с углом наклона к горизонтали 5-15^o.

Повышение износостойкости токосъемного элемента достигается тем, что углеродсодержащая пластина выполнена составной, контактная поверхность имеет дугообразную форму радиусом от 2,0 до 5,0 м, а ее заходная выполнена с углом наклона 30-60^o к основанию пластины, имеющей высоту (h) в средней части 0,05-0,20 от величины радиуса контактной поверхности, причем в продольном сечении основание имеет форму трапеции с углом наклона к горизонтали 5-15^o. Такая форма выполнения пластины приводит к значительному снижению величин динамических нагрузок, возникающих при прохождении указанного токосъемного элемента по контактному проводу, что в конечном счете приводит к повышению его износостойкости. При этом изготовление основания в форме трапеции, с углом наклона к горизонтали 5-15^o позволяет, в процессе износа угольно-графитовой вставки, сохранять среднюю величину радиуса в пределах от 2,0 до 5,0 м и дополнительно снижать величины динамических нагрузок, действующих на контактную поверхность.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что пластина имеет контактную поверхность дугообразной формы радиусом 2,0-5,0 м, а заходная часть контактной поверхности пластины, имеющей высоту (h) в средней части 0,05-0,20 от величины радиуса контактной поверхности, выполнена под углом наклона к основанию 30-60, причем в продольном сечении основание имеет форму трапеции с углом наклона к горизонтали 5-15^o.

Таким образом токосъемный элемент соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и другими техническими решениями в данной области техники не позволили выявить в них указанную совокупность признаков изобретения, что позволило сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Токосъемный элемент токоприемника может быть использован в электрических транспортных средствах, в частности, городском и железнодорожном транспорте, в том числе в электропоездах, локомотивах и трамваях, без изменения конструкции существующей контактной сети, поэтому соответствует критерию изобретения "промышленная применимость".

Токосъемный элемент токоприемника электрического транспортного средства содержит металлический каркас 1 (фиг.1) с размещенной в нем составной углеродсодержащей пластиной 2 (фиг.1) с контактной поверхностью 3 (фиг.1) и основанием 4 (фиг.2), выполненным в виде "ласточкина хвоста" 5 (фиг.2), контактирующим с металлическим каркасом 1 (фиг.1). Пластина 2 (фиг.1) выполнена составной, состоящей из отдельных элементов, плотно подогнанных к друг другу, контактная поверхность 3 углеродсодержащей пластины 2 выполнена дугообразной формы радиусом 2,0-5,0 м, с заходной частью 6 (фиг.2). Заходная часть 6 выполнена под углом 30-60^o к основанию 4 пластины 2, имеющей высоту (h) в средней части 0,05-0,20 от величины радиуса контактной поверхности, причем в продольном сечении основание 4 имеет форму трапеции, с углом наклона к горизонтали 5-15^o.

Токосъемный элемент работает следующим образом.

Составная углеродсодержащая пластина 2 (фиг.1), расположенная в металлическом каркасе 1 (фиг.2), укрепленная в нем с помощью выступов у основания 4 (фиг. 2), выполненного в виде "ласточкина хвоста" 5 (фиг.2), для быстрого и надежного крепления пластины, скользит контактной поверхностью 3 (фиг.1) дугообразной формы радиусом 2,0-5,0 м по контактному проводу, передавая ток от провода к двигателю электрического агрегата. При этом, выполненная под углом 30-60^o к основанию 4 (фиг.1) заходная часть 6 (фиг.2) составной контактной поверхности дугообразной формы 3 (фиг.1) пластины 2 (фиг.1), имеющей высоту (h) в средней части 0,05-0,20 от величины радиуса контактной поверхности, дополнительно снижает динамические нагрузки, действующие на элемент, а следовательно, величину износа и число поломок. Кроме того, контактная поверхность 3 (фиг.1) дугообразной формы за счет радиуса 2,0-5,0 м, позволяет увеличить высоту средней части токосъемной пластины 2 (фиг.1) в 1,5 раза без изменения веса и, как следствие, за счет этого увеличить пробег такой пластины в 1,5-2 раза.

Выполнение пластины 2, имеющей высоту (h) в средней части 0,05-0,20 от величины радиуса контактной поверхности, составной из отдельных плотно подогнанных элементов, образующих основание 4 в форме трапеции с углом наклона к горизонтали 5-15^o, позволяет дополнительно снизить величины динамических нагрузок, действующих на ее контактную поверхность дугообразной формы, за счет чего снижается величина износа пластины.

Разработанная конструкция элемента позволяет повысить износостойкость, снизить в процессе работы искрообразование и подгары.

Пример 1 (предлагаемая конструкция) на основе углеродсодержащей композиции (патент 1790201 от 29.07.1993 г.), состоящей из углеродного наполнителя и фенол-формальдегидного связующего было изготовлено по десять токосъемных элементов каждого варианта с радиусом контактной поверхности 3,0 м с различным углом наклона заходной части контактной поверхности к основанию. Пластина, имеющая высоту (h) в средней части 0,15 от величины радиуса контактной поверхности, выполнена составной из четырех частей плотно подогнанных друг к другу элементов, образующих дугообразную контактную поверхность и основание, имеющее в продольном сечении форму трапеции с углом наклона к горизонтали 12^o (см. табл. 1).

Пример 2 (по прототипу) изготовлено 20 вставок. Результаты испытания таких вставок в качестве трамвайного токосъемного элемента представлены в табл. 1 и 2. Испытания проходили на одном маршруте, в сухую погоду.

Пример 3. Определено влияние величины радиуса контактной поверхности на величину износа углеродсодержащей пластины, при этом угол наклона заходной части к основанию был взят 45^o, высота пластины 40 мм, результаты испытаний представлены в табл. 2, испытания проходили в сухую погоду на одном маршруте.

Испытания предлагаемой конструкции показали, что изменение радиуса контактной поверхности составной токосъемной углеродсодержащей пластины в пределах от 5,0 до 2,0 м и геометрических размеров основания пластины, имеющего высоту (h) в средней части 0,05-0,20 от величины радиуса контактной поверхности, в продольном сечении имеющего форму трапеции, с углом наклона 5-15^o к горизонтали значительно снижает величины динамических нагрузок, действующих на токосъемный элемент, и, тем самым, значительно снижает удельный износ вставок. Указанные величины радиуса контактной поверхности и форма выполнения основания пластины дают возможность повысить высоту рабочей зоны без увеличения веса вставки, снизить величины динамических нагрузок, действующих на токосъемный элемент, а следовательно, увеличить срок службы трамвайной пластины до ее замены. Кроме того, выполнение пластины составной, а контактной поверхности - дугообразной формы позволяет пластине выдерживать более высокие динамические нагрузки, чем если бы пластина была цельная. С увеличением радиуса контактной поверхности более 5,0 м значительно увеличиваются динамические нагрузки, действующие на вставку, радиус менее 2,0 м хоть и позволяет дополнительно снизить динамические нагрузки, действующие на пластину, но усложняет конструкцию и не возможен к применению на существующих контактных сетях.

Из таблиц следует, что выполнение заходной части контактной поверхности под углом 30-60^o к основанию пластины, имеющей высоту (h) в средней части 0,05-0,20 от величины радиуса контактной поверхности, снижает величины динамических нагрузок, а изготовление радиуса контактной поверхности 2,0-5,0 м ( при этом угол наклона боковой грани трапеции к горизонтали составляет 15-5^o) дополнительно снижает величины динамических нагрузок, действующих на токосъемный элемент, что позволяет увеличить пробег на такой вставке в 1,5-2,0 раза. Выполнение пластины высотой в средней части 0,05-0,20 от величины радиуса контактной поверхности и основания в форме трапеции, с углом наклона к горизонтали 5-15^o позволяет обеспечить требуемый радиус контактной поверхности, а в итоге дополнительно повысить износостойкость, за счет уменьшения динамических нагрузок, действующих на контактную поверхность. При высоте средней части пластины менее 0,05 от величины радиуса контактной поверхности резко возрастают динамические нагрузки, действующие на контактную поверхность, при высоте пластины более 0,20 от величины радиуса динамические нагрузки на контактную поверхность снижаются, но изготовление и применение таких пластин практически не возможно.

При выполнении угла наклона пластины к горизонтали менее 5^o резко возрастают динамические нагрузки, действующие на контактную поверхность пластины, выполнение угла более 15^o снижает динамические нагрузки, но делает конструкцию не технологичной при изготовлении и эксплуатации.

Запредельные значения угла наклона заходной части контактной поверхности к основанию пластины привели к износу материала токосъемного элемента и большему числу поломок пластин. Причем угол более 60^o как и менее 30^o значительно увеличивает величины динамических нагрузок, действующих на контактную поверхность пластины.

Изготовление токосъемного элемента токоприемника электрического транспортного средства, содержащего металлический каркас, с заявленной формой контактной поверхности и основания позволяет значительно снизить величины динамических нагрузок, действующих на контактную поверхность пластины, что снижает величину износа пластины. При этом на пластинах, изготовленных по прототипу, в процессе работы наблюдался более высокий износ и они имели микросколы.

Таким образом, заявленная конструкция токосъемного элемента токоприемника для электрического транспортного средства позволяет значительно снизить износ углеродсодержащей пластины в процессе эксплуатации на электроподвижном составе, за счет снижения динамических нагрузок, действующих во время движения токосъемного элемента токоприемника электрического транспортного средства по контактному проводу, т. е. увеличить пробег токосъемного элемента токоприемника электрического транспортного средства до его замены.

Изобретение относится к области электрического транспорта и может быть использовано в качестве токосъемных элементов электрического транспортного средства, например, трамвая или электровоза. Токосъемный элемент токоприемника электрического транспортного средства содержит металлический каркас с размещенной в нем углеродсодержащей пластиной с контактной поверхностью и основанием. Основание выполнено в виде "ласточкина хвоста" и контактирует с металлическим каркасом. Контактная поверхность пластины выполнена дугообразной формы, радиусом 2-5 м и имеет заходную часть, угол наклона которой к основанию пластины, имеющей высоту в средней части 0,05-0,20 от величины радиуса контактной поверхности, составляет 30-60^o. В продольном сечении основание имеет форму трапеции, с углом наклона к горизонтали 5-15^o. Технический результат - повышение износостойкости токосъемного элемента и увеличение пробега токосъемного элемента за счет снижения величины динамических нагрузок при прохождении токоприемника по контактному проводу. 2 ил., 2 табл.

Токосъемный элемент токоприемника электрического транспортного средства, содержащий металлический каркас с размещенной в нем составной углеродсодержащей пластиной с контактной поверхностью, основанием, выполненным в виде "ласточкина хвоста", контактирующим с металлическим каркасом, отличающийся тем, что контактная поверхность пластины выполнена дугообразной формы радиусом 2-5 м и имеет заходную часть, угол наклона которой к основанию пластины, имеющей высоту (h) в средней части 0,05-0,20 от величины радиуса контактной поверхности, составляет 30-60^o, причем в продольном сечении основание имеет форму трапеции с углом наклона к горизонтали 5-15^o.