ПОЛОЗ ТОКОПРИЕМНИКА ДЛЯ СКОРОСТНОГО ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК B60L5/20 C22C1/05 

Изобретение относится к токосъемным элементам токоприемников электрифицированного транспорта, в частности, к созданию конструкции полоза токоприемника скоростного электроподвижного состава, и предназначено для увеличения в десятки раз стойкости токосъемных вставок и стабилизации контактного нажатия при высоких скоростях движения и снижения воздействия аэродинамических сил на токоприемник.

Анализ научно-технической информации показал, что в настоящее время не существует конструкции токосъемных вставок, обеспечивающих необходимый ресурс работы контактирующей пары при высоких скоростях скольжения на токах до 3200 А. Нормальная эксплуатация таких токосъемных вставок скоростного электроподвижного состава в различных климатических условиях возможна при условии высокой их прочности, низкого удельного веса материала каркаса вставки и весе самой токосъемной вставки токоприемника постоянного тока 5,6±0,2 кг и токосъемной вставки токоприемника переменного тока 3,4±0,2 кг и стабилизации контактного нажатия при высоких скоростях движения и снижения воздействия аэродинамических сил на токоприемник уменьшением толщины контактной вставки в 5 раз.

Известны 2-х рядные, 3-х рядные и 4-х рядные полозы токоприемников, на стальном каркасе которых жестко закреплены контактные элементы: медные, стальные, порошковые металлические пластины или угольные вставки [см. книгу: Беляев И.А. Устройства контактной сети на зарубежных дорогах. М.: Транспорт, 1991, с. 15-16].

Одни из перечисленных материалов вставок имеют наиболее высокую механическую прочность, другие обеспечивают малый износ контактного провода, но усиленно изнашиваются сами, то есть имеют малый пробег, третьи характеризуются наиболее высокой электродуговой стойкостью, но имеют недостаточную механическую прочность.

В настоящее время на всех токоприемниках скоростного электроподвижного состава европейского производства и российских ЭП20 и «Ласточке» применяются токосъемные вставки постоянного и переменного тока, состоящие из полого алюминиевого каркаса толщиной 16 мм, шириной 42…60 мм и установленной на нем углеграфитовой накладки толщиной 22…26 мм [см. статью: Ю.Л. Большаков, И.С. Гершман, В.Г. Сыченко. Сравнительный анализ конструкций полозов токоприемников электроподвижного состава отечественного и зарубежного производства // Електрифiкацiя транспорту. - 2012 - №3].

Недостатком этой системы токосъема скоростного электрического транспорта является низкая стойкость токосъемной вставки, которая не превышает в весенне-летний период 12000 км, а в осенне-зимний период 5000-7000 км пробега.

Известна также система токосъема электрического транспорта с помощью полозов с разными контактными элементами на одном полозе, например, со стальными и медными пластинами [см. статью: Revue Generale des Chmins de Fer. - 1991. - №7-8. - C. 13-16].

Недостатком этого устройства является неэффективность одновременного взаимодействия с контактным проводом жестко закрепленных на общем каркасе контактных элементов из разных материалов, имеющих неодинаковую интенсивность изнашивания и обладающих низкими антифрикционными свойствами, что приводит к интенсивному изнашиванию контактного провода и выходу из строя полоза по износу менее износостойких контактных пластин.

Известна система токосъема электрического транспорта с устройством, в котором токосъемные элементы, выполненные в виде подпружиненных углеродных пластин, расположенные в ряд [см. пат. США №3739108 по классу B60L 5/08 опубликованный в 1973 году].

Такая система токосъема уменьшает интенсивность изнашивания токосъемных элементов, однако, ненамного.

Известна система токосъема электрического транспорта, содержащая токоприемник электроподвижного состава, оснащенный токосъемной вставкой, установленной на держателях и взаимодействующей с контактной поверхностью жесткого токопровода охватывающего типа, при этом контактные поверхности жесткого токопровода и токосъемной вставки выполнены скругленными, причем радиус скругления контактной поверхности жесткого токопровода больше радиуса скругления токосъемной вставки токоприемника [см. пат. Российской Федерации №78461 U по классу B60L 5/00, 5/08 опубликованный 27.11.2008 года].

Недостатком этой системы токосъема электрического транспорта является малая площадь контакта между жестким токопроводом и токосъемным элементом токоприемника, а также уменьшение в процессе эксплуатации площади контакта, вплоть до его полной потери с образованием искрения и появлением отжигов, что значительно снижает качество токосъема при поперечных и крутильных колебаниях и наклонах токоприемника относительно жесткого токопровода, вызванных переходными режимами: кривыми участками пути, достижением резонансных скоростей, а также поперечными и крутильными колебаниями электроподвижного состава в установившихся режимах работы.

Известен также полоз токоприемника электроподвижного состава, состоящий из каркаса, с установленном на нем контактным элементом, в виде продольной пластины, средняя часть которой расположена в теплообменнике, который образован сверху продольным желобом контактного элемента, а снизу продольным желобом каркаса [см. авт. св. СССР №1763258 А2 по классу B60L 5/24 опубликованное 23.09.1992 года].

Недостатком такого полоза является значительное утяжеление и громоздкость конструкции, увеличение воздействия аэродинамических сил на токоприемник, что увеличивает поперечные и крутильные колебания и наклоны токоприемника относительно жесткого токопровода, что исключает применение этой конструкции полоза для токоприемника скоростного электроподвижного состава.

Известен полоз токоприемника электроподвижного состава, содержащий контактные накладки, установленные на коробах, соединенных с каркасом полоза посредством пружинных элементов [см. пат. Российской Федерации №58992 U по классу B60L 5/00 опубликованный 10.12. 2006 года].

Недостатком этого полоза токоприемника является то, что при эксплуатации токоприемников с большими скоростями за счет аэродинамического воздействия происходит повышенный механический износ набегающего края полоза и отрыв сбегающего края от контактного провода (повышенный электрический износ - возникновение искрения и прожоги полоза).

Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является полоз токоприемника, состоящий из каркаса с ласточкиным хвостом с установленным на нем контактным элементом в виде углеродной вставки. В верхней части каркас выполнен в виде продольной гофрированной пластины из высокопроводящего материала, средняя часть ширины которой расположена в теплообменнике, который образован сверху продольным желобом контактного элемента, а снизу - продольным желобом каркаса. Теплообменник в средней своей части соединен с системой принудительного охлаждения, установленной на экипажной части электровоза [см. авт. св. СССР №1689138 А1 по классу B60L 5/24 опубликованное 07.11.1991 года].

Недостатком описанной конструкции полоза токоприемника является невозможность установки токосъемной накладки «Романит-УВЛШ» по патенту RU 2657148 на токоприемники скоростного электроподвижного состава.

В основу изобретения поставлена задача увеличение стойкости полоза токосъемника в 10 раз с одновременной стабилизации контактного нажатия при высоких скоростях движения и снижением воздействия аэродинамических сил на токоприемник, за счет возможности использования токосъемной накладки «Романит-УВЛШ» и установку собранного полоза на токоприемники скоростного электроподвижного состава. Другой задачей изобретения является создание способа изготовления полоза токоприемника.

Поставленная задача решается тем, что полоз токоприемника, состоящий из корпуса полоза с установленным на нем контактным элементом, согласно предложению, что корпус выполнен из титанового швеллера и двух алюминиевых опор, на который устанавливается, по меньшей мере, одна токосъемная накладка «Романит-УВЛШ», закрепляемая на корпусе полоза латунными или медными винтами и закрепляемый на токоприемнике через две крайние алюминиевые опоры, по меньшей мере, двумя, винтами с каждой стороны.

При этом корпус полоза токоприемника может быть выполнен из дюралюминиевого швеллера.

При этом швеллер имеет толщину 1-5 мм.

Другая поставленная задача решается тем, что в способе получения полоза токоприемника, включающем изготовление корпуса полоза и токосъемной накладки, согласно предложению, титановый или дюралюминиевый швеллер получают методом гибки из листа или методом литья, а две крайние алюминиевые опоры изготавливают из полосы или поковки или отливки, на который устанавливают хотя бы одну токосъемную накладку «Романит-УВЛШ» с обрезанными с двух сторон под углом скосами и с просверленными по шаблону отверстиями, латунными или медными винтами, с последующей обрезкой титанового швеллера с двух сторон под углом по токосъемной накладке «Романит-УВЛШ».

Изготовление корпуса полоза из титана или дюралюминия позволяет снизить его вес, следовательно, и давление на контактный провод.

Изготовление винтов латунными или медными обеспечивает закрепление токосъемной накладки, исключает повреждение контактного провода винтами крепления, поскольку их износ пропорционален износу накладки.

Использование токосъемной накладки «Романит-УВЛШ» позволяет повысить стойкость полоза токоприемника в 10 раз, без замены токосъемной накладки.

Таким образом, совокупность существенных признаков, полученных благодаря конструктивным изменениям, внесенным в корпус полоза и в токосъемную накладку, обеспечивают достижение определенного технического результата, сформулированного в постановке задачи.

Дальнейшая сущность изобретения поясняется совместно с иллюстрационным материалом, на котором изображено следующее: фиг. 1, 2 - предложенный токосъемник с накладкой «Романит-УВЛШ», вид сбоку и сверху; фиг. 3 - разрезы А-А, Б-Б фиг. 1 для лучшего показа схемы крепления токосъемной накладки «Романит-УВЛШ» к корпусу полоза.

Полоз токоприемника, состоящий из корпуса 1 полоза с установленным на нем контактным элементом 2. При этом, корпус 1 выполнен из титанового швеллера и двух алюминиевых опор, на который устанавливается, по меньшей мере, одна токосъемная накладка 2 «Романит-УВЛШ», закрепляемая на корпусе 1 полоза латунными или медными винтами 3 и закрепляемый на токоприемнике через две крайние алюминиевые (или из другого материала) опоры 4, по меньшей мере, двумя, винтами с каждой стороны.

Способ получения полоза токоприемника, включающем корпус полоза 1 и токосъемную накладку 2, титановый или дюралюминиевый швеллер получают методом гибки из листа или методом литья, а две крайние алюминиевые опоры 4 изготавливают из полосы или поковки или отливки, на который устанавливают хотя бы одну токосъемную накладку 2 «Романит-УВЛШ» с обрезанными с двух сторон под углом скосами и с просверленными по шаблону отверстиями, латунными или медными винтами 3, с последующей обрезкой титанового швеллера с двух сторон под углом по токосъемной накладке 2 «Романит-УВЛШ», состав которой и свойства которой подробно расписаны в патенте RU 2657148.

Существенное отличие заявленных технических решений, по сравнению с ранее известными, заключается в том, что корпус полоза совместно с накладкой «Романит-УВЛШ» позволяют создать токосъемный узел электроподвижного состава повышенной стойкости, приемлемых габаритов по высоте, исключить повреждение контактного провода крепежными элементами благодаря использованию для их изготовления меди или латуни. Указанные отличия, в совокупности, обеспечивают повышение стойкости токосъемного узла, как минимум, в 10 раз. Ни один из известных токосъемных узлов скоростного электроподвижного состава не может обладать указанными свойствами, поскольку в них отсутствует совокупность заявленных признаков, обеспечивающих достижение технического результата.

Заявленные технические решения проверены на практике. Предложенные полоз токоприемника для скоростного электроподвижного состава и способ его изготовления не содержат в своем составе ни одной технологической операции или конструктивных элементов и узлов в конструкции, которые невозможно было бы осуществить на современном этапе развития науки и техники, в частности, в области электрообеспечения скоростного электроподвижного состава, следовательно, являются промышленно применимыми, имеют технические и иные преимущества перед известными аналогами, что подтверждает возможность достижения технического результата заявляемыми объектами. В известных источниках патентной и иной научно-технической информации не выявлено подобных токоприемных узлов и способов их изготовления с указанными в предложении совокупностью существенных признаков, поэтому предложенные технические решения соответствует критерию «новизна».

Поскольку для специалистов в данной отрасли знаний заявляемые признаки, с помощью которых получают новые свойства не очевидны и не вытекают из существующего уровня техники, можно сделать вывод о соответствии предложенных технических решений критерию «изобретательский уровень».

К техническим преимуществам заявленных технических решений, по сравнению с прототипами, можно отнести следующее:

- снижение давления на контактный провод за счет изготовления корпуса полоза из титана или алюминия;

- снизить вероятность повреждения контактного провода крепежными элементами за счет того, что закрепление накладки на корпусе осуществляется медными или латунными винтами;

- возможность использования токосъемной накладки «Романит-УВЛШ», которая позволяет повысить стойкость полоза токоприемника в 10 раз, без замены токосъемной накладки.

Группа изобретений относится к конструкции токоприемников транспортных средств. Полоз токоприемника состоит из корпуса полоза с установленным на нем контактным элементом. При этом корпус выполнен из титанового швеллера и двух алюминиевых опор, на который устанавливается, по меньшей мере, одна токосъемная накладка «Романит-УВЛШ», закрепляемая на корпусе полоза латунными или медными винтами. Корпус полоза закреплен на токоприемнике через две крайние алюминиевые опоры, по меньшей мере, двумя, винтами с каждой стороны. Способ получения полоза токоприемника заключается в том, что изготавливают корпус полоза и токосъемную накладку. При этом титановый или дюралюминиевый швеллер получают методом гибки из листа или методом литья, а две крайние алюминиевые опоры изготавливают из полосы или поковки или отливки. На швеллер устанавливают хотя бы одну токосъемную накладку «Романит-УВЛШ» с обрезанными с двух сторон под углом скосами и с просверленными по шаблону отверстиями латунными или медными винтами. Затем обрезают швеллера с двух сторон под углом по токосъемной накладке «Романит-УВЛШ». Технический результат заключается в увеличении износостойкости полоза токоприемника с одновременной стабилизацией контактного нажатия при высоких скоростях движения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Полоз токоприемника, состоящий из корпуса полоза с установленным на нем контактным элементом, отличающийся тем, что корпус выполнен из титанового швеллера и двух алюминиевых опор, на который устанавливается, по меньшей мере, одна токосъемная накладка «Романит-УВЛШ», закрепляемая на корпусе полоза латунными или медными винтами, и закрепляемый на токоприемнике через две крайние алюминиевые опоры, по меньшей мере, двумя винтами с каждой стороны.

2. Полоз токоприемника по п. 1, отличающийся тем, что состоит из дюралюминиевого швеллера.

3. Способ получения полоза токоприемника, включающий изготовление корпуса полоза и токосъемной накладки, отличающийся тем, что титановый или дюралюминиевый швеллер получают методом гибки из листа или методом литья, а две крайние алюминиевые опоры изготавливают из полосы, или поковки, или отливки, на который устанавливают хотя бы одну токосъемную накладку «Романит-УВЛШ» с обрезанными с двух сторон под углом скосами и с просверленными по шаблону отверстиями, латунными или медными винтами, с последующей обрезкой титанового швеллера с двух сторон под углом по токосъемной накладке «Романит-УВЛШ».

4. Способ получения полоза токоприемника по п. 3, отличающийся тем, что швеллер получают методом литья.

5. Способ получения полоза токоприемника по п. 3, отличающийся тем, что две крайние алюминиевые опоры, изготавливаемые из поковки.

6. Способ получения полоза токоприемника по п. 3, отличающийся тем, что две крайние алюминиевые опоры, изготавливаемые из отливок.