СПОСОБ РАБОТЫ ТОКОПРИЕМНИКА НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ Российский патент 2013 года по МПК B60L5/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к токоприемникам электроподвижного состава.

Известен способ работы токоприемника, включающий компенсацию изменения усилия прижима лыжи к контактному проводу аэродинамической силой [Михеев В.П. Токосъемное устройство для высокоскоростных поездов / Железнодорожный транспорт, 1997, №6, с.46-48].

Недостатками этого способа являются:

- низкая эффективность работы при возникновении колебаний токоприемника или контактного провода;

- зависимость усилия прижима лыжи от направления ветра по отношению к аэродинамическому профилю.

Прототипом является способ работы токоприемника на электрическом подвижном составе, включающий изменение усилия прижима лыжи к контактному проводу посредством управления величиной аэродинамической силы, воздействующей на звено токосъемника [Пат. РФ 2201355, МПК B60L 5/24, 2003].

Недостатками прототипа являются:

- сложность конструкции, реализующей способ, обусловленная наличием автоматической системы управления углом атаки аэродинамического профиля;

- относительно низкая надежность, связанная с подвижными элементами автоматической системы, которые при высокой влажности и отрицательной температуре могут выйти из строя.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности работы токоприемника и стабилизации усилия его прижима к контактному проводу.

Задача решается тем, что в способе работы токоприемника на электрическом подвижном составе, включающем подвод электрической энергии через контактную лыжу, стабилизацию величины усилия ее прижима к контактному проводу путем воздействия подъемной силой аэродинамического профиля на звено токосъемника, звено токосъемника выполняют в виде двух рычагов, соединенных между собой упругой связью, воздействием на которые вызывают противоположные по знаку усилия прижима и производят изменение величины упругой связи. Величину упругой связи изменяют обратно пропорционально значению подъемной силы. При величине упругой связи, близкой к нулю, значение усилия прижима обеспечивают подъемной силой. Величину упругой связи, близкой к нулю, обеспечивают при установившейся скорости движения подвижного состава. На аэродинамическом профиле формируют электрический заряд одноименного знака с электрическим потенциалом на контактном проводе. Угол атаки аэродинамического профиля изменяют положением рычага. При увеличении скорости подвижного состава угол атаки аэродинамического профиля одного рычага увеличивают, а другого уменьшают. При увеличении скорости подвижного состава момент силы, создаваемый действием подъемной силы, на одном рычаге увеличивают, а на другом уменьшают. При увеличении скорости подвижного состава уменьшают расстояние между аэродинамическим профилем и контактным проводом. Аэродинамический профиль снабжают стабилизатором.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Выполнение звена токосъемника в виде двух рычагов, соединенных между собой упругой связью, воздействием на которые вызывают противоположные по знаку усилия прижима и производят изменение величины упругой связи, позволяет расширить диапазон скорости подвижного состава, в пределах которого осуществляется стабилизация усилия прижима лыжи к контактному проводу. Это осуществляется за счет компенсации рычагами действия различных факторов, возникающих в процессе движения состава, в результате чего усилие прижима лыжи к контактному проводу стабилизируется.

Изменение величины упругой связи обратно пропорционально значению подъемной силы дает возможность повысить надежность контакта лыжи с проводом за счет уменьшения влияния на лыжу колебаний кузова (крыши) локомотива, возникающих при движении на большой скорости.

Обеспечение подъемной силой усилия прижима при величине упругой связи близкой к нулю также повышает надежность контакта лыжи, так как исключается действие на лыжу других сил, которые нарушают стабильность величины усилия прижима лыжи.

Обеспечение при установившейся скорости движения подвижного состава величины упругой связи, близкой к нулю, способствует повышению надежности контакта лыжи, так как большую часть пути на нее практически будет действовать только одна подъемная сила, что уменьшает влияние механических колебаний.

Формирование на аэродинамическом профиле электрического заряда одноименного знака с электрическим потенциалом на контактном проводе повышает стабильность усилия прижима при изменении высоты провода относительно рельса. При одноименном знаке между проводом и аэродинамическим профилем будет возникать отталкивающая сила, поэтому при уменьшении высоты подвеса провода эта сила будет увеличиваться, снижая усилие прижима, и, наоборот, уменьшаться при подъеме провода, усиливая прижим.

Изменение угла атаки аэродинамического профиля положением рычага повышает надежность, так как уменьшается число элементов (в том числе, и подвижных) в устройстве, реализующем способ.

Увеличение и уменьшение угла атаки аэродинамического профиля соответственно одного и другого рычагов при увеличении скорости подвижного состава способствует замедлению роста подъемной силы, обеспечивающей усилие прижима, в результате чего оно стабилизируется в широком диапазоне скоростей подвижного состава.

Увеличение и уменьшение моментов силы, создаваемых действием подъемной силы соответственно на одном и другом рычагах, при увеличении скорости подвижного состава, позволяет уменьшить воздействие подъемной силы на лыжу, что также способствует постоянству прижима в широком диапазоне скоростей подвижного состава.

Уменьшение расстояния между аэродинамическим профилем и контактным проводом при увеличении скорости подвижного состава также уменьшает воздействие подъемной силы на лыжу, что стабилизирует величину прижима в широком диапазоне скоростей.

Снабжение аэродинамического профиля стабилизатором способствует повышению продольной устойчивости при боковом раскачивании локомотива, что повышает надежность прижима лыжи к проводу, уменьшает износ его и электрического контакта лыжи.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен токосъемник в момент начала движения локомотива.

На фиг.2 изображен токосъемник в момент движения локомотива с установленной скоростью.

Токосъемник содержит раму, верхнее звено которой состоит из одноплечего 1 и двуплечего 2 рычагов, а нижнее 3 звено одним концом установлено с возможностью поворота на оси 4 упора 5 платформы 6, а другим концом посредством оси 7 вращения и пружины 8 соединено с двуплечим рычагом, одно плечо которого скреплено с аэродинамическим профилем 9, а другое - через ось 10 вращения и пружину 11 связано с первым концом одноплечего рычага, второй конец которого соединен с лыжей 12, взаимодействующей с контактным проводом 13. На одноплечем рычаге установлен аэродинамический профиль 14 со стабилизатором 15.

Способ реализуют следующим образом.

При подъеме токосъемника нижнее 3 звено поворачивается по часовой стрелке на оси 4 до упора 5 (фиг.1). Двуплечий рычаг 2 поворачивается на оси 7 против часовой стрелки, увлекая при этом одноплечий рычаг 1, посредством которого лыжа 12 прижимается к контактному проводу 13. Усилие прижима обеспечивается пружинами 8 и 11, которые находятся в поджатом состоянии.

По мере увеличения скорости движения подвижного состава набегающий воздушный поток воздействует на аэродинамические профили 9 и 14. В результате этого двуплечий рычаг 2 начнет поворачиваться на оси 7 по часовой стрелке за счет подъемной силы, возникающей на аэродинамическом профиле 9, увлекая за собой конец одноплечего рычага 1, который под действием упругой силы пружины 11 и подъемной силы профиля 14 будет поворачиваться на оси 10 против часовой стрелки. При этом пружина 8 будет сжиматься, а пружина 11 - растягиваться, уменьшая силовое воздействие на одноплечий рычаг. Снижение силового воздействия пружины 11 компенсируется увеличением подъемной силы профиля 14, в результате чего усилие прижима лыжи к контактному проводу остается прежним. Таким образом, воздействие воздушного потока на аэродинамические профили 9 и 14 вызывает противоположные по знаку усилия, прикладываемые к лыже, благодаря чему результирующая сила прижима остается стабильной по величине.

Следует заметить, что поворот двуплечего рычага 2 по часовой стрелке способствует увеличению угла атаки на профиле 9 и, следовательно, повышению подъемной силы, а поворот одноплечего рычага 1 против часовой стрелки уменьшает угол атаки на профиле 14.

При достижении локомотивом установленной скорости пружина 11 полностью расправится, в результате чего величина упругой связи между рычагами 1 и 2 станет близка к нулю, при этом усилие прижима лыжи к проводу будет определяться подъемной силой аэродинамического профиля 14, что снизит воздействие механических колебаний подвижного состава на лыжу (фиг.2). Если в узле соединения конца рычага 1 с осью 10 обеспечить возможность некоторого отклонения рычага 1 от вертикальной плоскости, то за счет стабилизатора 15 уменьшится воздействие на лыжу боковых механических колебаний состава. В результате при движении с установленной скоростью условия прижима лыжи к контактному проводу будут наилучшими.

Для высокоскоростных поездов характерно изменение скорости движения в большом диапазоне. Поэтому при росте скорости выше установленного значения необходимо сдерживать увеличение прижима лыжи к контактному проводу, чтобы не допустить чрезмерного усилия прижима. Это достигается следующими путями. Во-первых, дальнейший поворот рычагов 1 и 2 будет приводить к растягиванию пружины 11, в результате чего ее упругая сила будет направлена теперь уже в обратную сторону (вниз), что будет снижать прижим лыжи к контактному проводу. Во-вторых, момент от подъемной силы профиля 9 на двуплечем рычаге будет возрастать за счет увеличения плеча этой силы, что приведет к большему растягиванию пружины 11 и, следовательно, снижению усилия прижима. В-третьих, будет уменьшаться угол атаки на профиле 14, вызывающий уменьшение величины подъемной силы, при этом также будет уменьшаться (за счет плеча) и момент от этой силы, благодаря чему уменьшится усилие прижима лыжи. Таким образом, с одной стороны действуют факторы, уменьшающие прижим лыжи, а с другой - имеет место фактор увеличения подъемной силы на аэродинамическом профиле 14 за счет увеличения скорости набегающего воздушного потока. Результирующее действие этих факторов обеспечивает стабильность усилия прижима лыжи к контактному проводу.

Если на аэродинамическом профиле сформировать (например, с помощью высоковольтного конденсатора) электрический заряд одноименного знака с электрическим потенциалом на контактном проводе (например, в случае работы локомотива от сети постоянного тока), то возникающая при этом между проводом и профилем отталкивающая сила при уменьшении высоты подвеса провода будет увеличиваться, снижая усилие прижима, и, наоборот, уменьшаться при подъеме провода, усиливая прижим. Благодаря этому будет происходить компенсация изменения величины прижима от провисания контактного провода.

При увеличении скорости движения подвижного состава ограничение роста подъемной силы возможно также путем уменьшения расстояния между контактным проводом 13 и аэродинамическим профилем 14, перемещаемым, например с помощью электромагнита (на чертеже не показан), вдоль рычага 1. При этом возрастет отталкивающая сила, и уменьшится сила прижима. Однако токоприемник при этом конструктивно усложняется.

Внедрение изобретения позволит создать простую конструкцию токоприемника, обеспечивающую стабильное усилие прижима лыжи к проводу и надежный электрический контакт в широком диапазоне скоростей подвижного состава.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к токоприемникам электроподвижного состава. При увеличении скорости движения подвижного состава набегающий воздушный поток воздействует на аэродинамические профили (9) и (14), поворачивая по часовой стрелке рычаг (2) на оси (7), увлекающий за собой конец рычага (1), который под действием упругой силы пружины (11) и подъемной силы профиля (14) будет поворачиваться на оси (10) против часовой стрелки. При этом пружина 8 будет сжиматься, а пружина (11) - растягиваться, уменьшая силовое воздействие на рычаг (1). Снижение силового воздействия пружины (11) компенсируется увеличением подъемной силы профиля (14), в результате чего усилие прижима лыжи к контактному проводу остается прежним. Таким образом, воздействие воздушного потока на аэродинамические профили (9) и (14) вызывает противоположные по знаку усилия, прикладываемые к лыже, благодаря чему результирующая сила прижима остается стабильной по величине. Технический результат заключается в обеспечении стабильного усилия прижима лыжи токоприемника к контактному проводу и повышении надежности токоприемника. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ работы токоприемника на электрическом подвижном составе, включающий подвод электрической энергии через контактную лыжу, стабилизацию величины усилия ее прижима к контактному проводу путем воздействия подъемной силой аэродинамического профиля на звено токосъемника, отличающийся тем, что звено токосъемника выполняют в виде двух рычагов, соединенных между собой упругой связью, воздействием на которые вызывают противоположные по знаку усилия прижима и производят изменение величины упругой связи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину упругой связи изменяют обратно пропорционально значению подъемной силы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при величине упругой связи близкой к нулю значение усилия прижима обеспечивают подъемной силой.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину упругой связи, близкой к нулю, обеспечивают при установившейся скорости движения подвижного состава.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на аэродинамическом профиле формируют электрический заряд одноименного знака с электрическим потенциалом на контактном проводе.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол атаки аэродинамического профиля изменяют положением рычага.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при увеличении скорости подвижного состава угол атаки аэродинамического профиля одного рычага увеличивают, а другого уменьшают.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что при увеличении скорости подвижного состава момент силы, создаваемый действием подъемной силы, на одном рычаге увеличивают, а на другом уменьшают.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что при увеличении скорости подвижного состава уменьшают расстояние между аэродинамическим профилем и контактным проводом.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что аэродинамический профиль снабжают стабилизатором.