ВЕРХНИЙ УЗЕЛ ТОКОПРИЕМНИКА НАЗЕМНОГО ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА Российский патент 2002 года по МПК B60L5/24 B60L5/28 

Изобретение относится к транспортной технике, а именно к верхним узлам токоприемников электротранспорта, например трамвайных вагонов.

Известен верхний узел токоприемника [1], содержащий основание кареток с токосъемными элементами, шарнирно установленное на боковых опорах, связанных с рамой пантографа, и возвратную пружину.

Однако известная конструкция, обеспечивая перемещение токосъемных элементов в вертикальной плоскости, не обеспечивает их перемещение в горизонтальной плоскости, что приводит к большим ударным нагрузкам на элементы верхнего узла токоприемника, тем самым снижая его надежность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является верхний узел токоприемника транспортного средства [2], содержащий основание кареток с токосъемными элементами, шарнирно установленное на боковых опорах, связанных с рамой пантографа, снабженной поперечной перекладиной, связанной с помощью двух шарниров с рамой пантографа и с помощью дополнительных шарниров - с боковыми опорами, на концах которых выполнены колена, соединенные возвратной пружиной, причем один из шарниров, связывающих поперечную перекладину с рамой пантографа, установлен в продольном пазу, выполненном в перекладине.

Однако известная конструкция, обеспечивая перемещение токосъемных элементов в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при небольших отклонениях стоек в процессе движения не обеспечивает одинакового нажатия на токопровод первым и вторым токосъемным элементом, что поясняется разной величиной плеч прилагаемых усилий от пружины. Для второго токосъемного элемента по ходу движения момент сил пружины может дойти до нуля, а значит вертикальная составляющая - нажатие на токопровод равна нулю. С другой стороны, при прохождении неровностей передний по ходу токосъемный элемент будет воспринимать всю нагрузку по давлению, что ухудшает показатели качества работы и снижает надежность устройства в целом.

Также недостатком данного устройства является то, что при изменении положения (наклона относительно горизонта вследствие провисания в зоне крепления подвесок) токопровода основание кареток и токосъемные элементы сохраняют постоянно горизонтальное положение, совершая плоско-параллельное движение, и не могут копировать токопровод, что в свою очередь вызывает дополнительный перепад нажатия на токопровод со стороны разноименных элементов. Вследствие разного нажатия токосъемных элементов на токопровод происходит повышенный износ трущихся поверхностей.

Цель изобретения - повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что верхний узел токоприемника наземного электротранспорта, содержащий основание кареток с токосъемными элементами, боковые стойки, которые шарнирно установлены на основании, выполнено так, что стойки шарнирно связаны между собой при помощи пластины с отверстием, на шарнирах поворота стоек установлены двуплечие рычаги подъема, прикрепленные к стойкам, а разноименные плечи двуплечих рычагов связаны между собой посредством пружин.

Причем двуплечие рычаги снабжены регуляторами длин и положения рычагов присоединения пружин относительно стоек.

При этом расстояние между центрами отверстий пластины меньше, чем расстояние между осями шарниров стоек на основании кареток, причем одно отверстие выполнено пазообразным.

Шарнирная связь двух стоек посредством пластины с отверстиями, одно из которых выполнено в виде продольного паза, позволяет двигаться разноименным токосъемным элементам независимо друг от друга, копируя положение (наклон относительно горизонтали) токопровода при движении электротранспорта. Благодаря независимому ходу стоек с токосъемными элементами обеспечивается копирование (постоянный контакт) токосъемными элементами токопровода обоими токосъемными элементами, что в свою очередь позволит обеспечить надежный контакт независимо от наклона токопровода в зоне его подвески. Поэтому для обеспечения надежного и постоянного контакта токосъемных элементов с токопроводом требуется независимая подвеска. Рассмотренная особенность конструкции стоек с пластиной позволяет получить независимую подвеску для каждого токосъемного элемента и обеспечить индивидуальный надежный контакт с сетью.

С другой стороны, при движении транспорта из-за неизбежных неровностей, например перекрестки с троллейбусной линией и т.п., точка контакта оказывается на разной высоте и благодаря независимой подвеске токосъемных элементов обеспечивается постоянный и надежный токосъем. Например, при движении транспорта один контакт оказывается на разрыве (разрыв появляется на перекрестках), в этом случае один из элементов контактирует с токопроводом, а второй элемент за счет воздействия силы пружины стремится повернуться вперед и контактирует токопроводом быстрее, проходя разрыв, а далее аналогично происходит при прохождении второго элемента.

Крепление пружин к двуплечим рычагам, которые связаны со стойками и установлены на одной оси с ними, позволяет создавать равномерное нажатие на токопровод обоими токосъемными элементами независимо от положения токопровода относительно основания каретки токосъемных элементов. Данная особенность повышает надежность токосъема и снижает износ трущихся поверхностей. Установка на рычаги двуплечего рычага регуляторов длин и положения рычагов относительно стоек позволяет настроить упругую характеристику в зависимости от создаваемого нажатия токосъемными элементами на токопровод. При изменении нажатия на токопровод, например с летних условий эксплуатации переходят на зимние условия (повышают нажатие на токопровод), необходимо изменить упругую характеристику каретки токоприемника.

При прохождении препятствий стойка токосъемных элементов будет наклоняться назад (по ходу движения) и вследствие большего наклона первого элемента момент сил пружин на второй стойке становится больше, чем на первой. Это в свою очередь вызывает значительное возрастание усилия нажатия вторым токосъемным элементом на токопровод, чем первый элемент, тем самым первый элемент, оказывая меньшее нажатие на препятствие, проходит плавно без перегрузок по нагрузке как каретки, так и контактной сети. Очевидно, в этом случае пластина с отверстиями, одно отверстие из которых пазообразное, позволяет наклониться одной из стоек больше, чем второй, за счет паза. Пластина с пазообразным отверстием служит ограничителем при больших отклонениях стоек токосъемных элементов.

При дальнейшем движении неровность попадает на второй элемент, в этом случае вторая стойка отклонится от вертикали больше, чем первая стойка, что приведет к уменьшению момента сил на оси второй стойки и соответственно уменьшению нажатия на токопровод. Очевидно, что при прохождении неровностей стойка, которая отклонится меньше от вертикали, имеет больший момент сил пружин и меньшее плечо действия силы нажатия на токопровод, что приводит к значительному увеличению силы нажатия. В процессе работы при прохождении неровностей один из токосъемных элементов как бы отталкивает каретку токоприемника от токопровода вниз за счет большего, увеличенного нажатия, чем нажатие, создаваемое механизмом подвески токоприемника, обеспечивая тем самым предохранение от поломок, повышение надежности в работе и снижение износа трущихся поверхностей.

Уменьшение расстояния между центрами отверстий пластины в сравнении с расстоянием между осями шарниров стоек на основании кареток позволяет обеспечить вертикальное положение стоек или с наклоном в разные стороны при настройке верхнего узла токоприемника и ограничить величину наклона так, чтобы настроенный механизм позволил при работе стойкам принять вертикальное положение. Обеспечив предварительный наклон стоек, добиваемся, чтобы в процессе движения стойки сохраняли вертикальное положение и обеспечили равномерный износ токосъемных элементов, а также одинаковое усилие нажатия на токопровод со стороны обоих токосъемных элементов. Вертикальное положение будет обеспечиваться за счет уравновешивания сил пружин, которые наклоняют в разные стороны стойки, силами трения токосъемных элементов о токопровод. При этом за счет действия сил трения первая стойка будет принимать вертикальное положение, а результирующий момент сил пружин на оси второй стойки также установит вторую стойку в вертикальное положение.

При работе верхнего узла токоприемника наклон стоек происходит в основном в направлении относительного сближения двух токосъемных элементов, т. е. стойки будут отклоняться в одну сторону или же одна из стоек будет иметь всегда меньший наклон, чем вторая, поэтому пазообразное отверстие на пластине выполнено смещенным от центра ближе к середине. Центром пазообразного отверстия принято считать точку пересечения двух прямых, проходящих по середине отверстия, как в направлении длинной стороны, так и в направлении короткой стороны.

Данная конструктивная особенность механизма позволит обеспечить равномерный износ токосъемных элементов и надежность токосъема.

Рассмотренные конструктивные особенности верхнего узла токоприемника значительно повышают надежность токосъема и плавность прохождения неровностей на контактной сети токосъемными элементами.

На фиг.1 представлен верхний узел токоприемника, вид сбоку.

Верхний узел токоприемника содержит основание 1 кареток с шарнирно установленными стойками 2, на которых смонтированы токосъемные элементы 3. Стойки 2 шарнирно связаны друг с другом при помощи пластины 4. На пластине всего два отверстия, которые служат для соединения самих пластин 4 со стойками 2. Условно на схеме одно из отверстий выполнено в виде паза 5, а второе обозначено кругом на противоположном конце относительно паза 5. Расстояние между центрами отверстий пластины 4 выполнено меньше, чем расстояние между центрами шарниров на основании 1. К стойкам 2 закреплены рычаги 6 и 7, которые образуют двуплечий рычаг. Каждый рычаг 6 и 7 снабжен регуляторами 8 длин звеньев и регулятором 9 угла установки рычага 6 относительно стойки 2 и регулятора 10 угла установки рычага 7 относительно стойки 2. Разноименные рычаги связаны друг с другом при помощи пружин 11. Токосъемные элементы 3 соприкасаются с токопроводом 12.

Перед началом эксплуатации верхний узел токоприемника должен быть отрегулирован так, чтобы обеспечить вышеописанное положение стоек 2 за счет изменения натяжения пружин 11 и длин рычагов 6, 7, а также изменения углов их установки α, β (см. фиг. 1) при помощи регуляторов 9, 10. Рекомендуется обеспечить вертикальное положение или допускается небольшой наклон стоек 2 в разные стороны друг относительно друга за счет настройки вышеуказанных параметров, при этом в процессе движения в нормальных условиях эксплуатации за счет сил трения стойки 2 принимают вертикальное положение или наклоняются против направления движения за счет сил трения. Ограничителем наклона стоек в разные стороны в данном случае служит пластина 4 с пазообразным отверстием 5.

Данная особенность верхнего узла поясняется тем, что при движении электротранспорта за счет сил трения о токопровод 12 первая стойка 2 (по ходу движения) токосъемного элемента 3 будет отклоняться назад, в свою очередь результирующий момент сил пружин 11 для второй стойки 2 токосъемного элемента 3 будет стремиться поворачивать вторую стойку 2 (при отсчете по ходу движения), которая также примет аналогичное положение, что и первая стойка по ходу движения вследствие конструктивно-кинематических особенностей конструкции.

Упругую характеристику верхнего узла токоприемника настраивают так, чтобы при отклонении стоек 2 от вертикали, возникала восстанавливающая сила. Пластина 4 со сквозным пазообразным отверстием 5 также служит ограничителем при больших отклонениях стоек 2.

Верхний узел токоприемника наземного электротранспорта работает следующим образом. При движении токоприемника трамвайного вагона под воздействием силы трения о токопровод 12 токосъемных элементов 3 и вертикального нажатия со стороны последнего верхний узел со стойками 2 отклоняется в сторону, противоположную движению (фиг. 2). При этом стойки 2 отклоняются от вертикальной оси, а шарниры крепления пружин 11 на рычагах 6, 7 описывают дугу относительно шарниров стойки 2.

Одна из пружин 11 при этом интенсивно удлиняется, а вторая пружина укорачивается, т.е. уменьшается удлинение и соответственно сила пружины. Очевидно, что в этом случае результирующий момент сил пружин 11 относительно шарниров стоек 2 для обоих токосъемных элементов 3 будет стремиться вернуть стойки 2 в вертикальное положение. При работе оба токосъемных элемента 3 обеспечивают одинаковое нажатие на токопровод 9 благодаря конструкции независимой подвески последних и соединения стоек 2 посредством пластины 4 со сквозным пазообразным отверстием 5. Контактные элементы 3 взаимодействуют с проводом 12 всей рабочей поверхностью и стабильно копируют неровности токопровода. Это способствует равномерному износу скользящих контактов, уменьшает плотность тока, обеспечивает надежный токосъем и, соответственно, улучшает ритмичность работы электрического транспорта.

При прохождении неровности на токопроводе 12 первая по ходу стойка 2 с токосъемным элементом 3 будет отклоняться на больший угол γ, чем вторая стойка 2. При этом пластина 4 позволяет стойкам отклоняться от вертикали на допустимый угол за счет имеющегося пазообразного отверстия 5. Благодаря особенностям механизма верхнего узла токоприемника происходит уменьшение плеча действия силы пружины на стойку 2, вследствие этого момент сил соответственно и нажатие на токопровод со стороны токосъемных элементов 3 на разных стойках 2 будет разным. Со стороны второго токосъемного элемента 3 будет создаваться значительно большее нажатие на токопровод по сравнению с первым токосъемным элементом 3, вследствие этого происходит более плавный проход препятствия токосъемным элементом 3. Токосъемный элемент 3, на который будет действовать больший результирующий момент сил пружин, отталкивает каретку токоприемника от токопровода вниз за счет большего нажатия, чем нажатие, создаваемое механизмом подвески токоприемника.

Изложенные особенности конструкции подтверждают преимущество независимой подвески токосъемных элементов по способности самопредохранения при проходе препятствий на токопроводе и обеспечения минимальных перегрузок, что позволяет повысить надежность механизма токоприемника в целом. Аналогично рассуждая, можно рассмотреть проход препятствия вторым по ходу движения токосъемным элементом 3. При прохождении препятствия вторым токосъемным элементом проход происходит аналогично.

Таким образом, применение предложенного верхнего узла токоприемника позволяет при любом воздействии встречных динамических нагрузок обеспечить само предохранение токосъемных элементов, одинаковое нажатие на токопровод со стороны обоих токосъемных элементов, уменьшение плотности тока, равномерный износ трущихся поверхностей, надежность токосъема и верхнего узла.

Источники информации
1. Выложенная заявка ФРГ 1563948, кл. 20 1 9/01, 1970.

2. А. С. СССР, 846323, М.кл.³ В 60 L 5/08. Опубл. 15.07.81. БИ 26.

Изобретение относится к области транспортной техники, а именно к верхним узлам токоприемников электротранспорта. Верхний узел токоприемника наземного электротранспорта содержит основание кареток с токосъемными элементами, боковые стойки, которые шарнирно установлены на основании. Стойки шарнирно связаны между собой при помощи пластины с отверстием. На шарнирах поворота стоек установлены двуплечие рычаги подъема, прикрепленные к стойкам. Разноименные плечи двуплечих рычагов связаны между собой посредством пружин. Двуплечие рычаги снабжены регуляторами длин и положения рычагов присоединения пружин относительно стоек. Технический результат - обеспечение равномерного давления на токопровод со стороны обоих токосъемных элементов и равномерного износа трущихся поверхностей, надежность токосъема. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Верхний узел токоприемника наземного электротранспорта, содержащий основание кареток с токосъемными элементами, боковые стойки, которые шарнирно установлены на основании, отличающийся тем, что стойки шарнирно связаны между собой при помощи пластины с отверстием, на шарнирах поворота стоек установлены двуплечие рычаги подъема, прикрепленные к стойкам, а разноименные плечи двуплечих рычагов связаны между собой посредством пружин. 2. Верхний узел токоприемника наземного электротранспорта по п.1, отличающийся тем, что двуплечие рычаги снабжены регуляторами длин и положения рычагов присоединения пружин относительно стоек. 3. Верхний узел токоприемника наземного электротранспорта по п.1, отличающийся тем, что расстояние между центрами отверстий пластины меньше чем расстояние между осями шарниров стоек на основании кареток, причем одно отверстие выполнено пазообразным.