ТОКОПРИЁМНИК ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2023 года по МПК B60L5/28 B60L5/24 

Изобретение относится к транспортной технике, а именно к токоприемникам электроподвижного состава и может быть использовано на трамваях, на моторвагонах электропоездов и электровозах, а также на моторвагонах высокоскоростных электропоездов РЖД.

Известен асимметричный токоприемник электроподвижного состава, содержащий токосъемный узел с подрессоренным полозом, установленный на полупантографе, смонтированном на изолированном основании и имеющем нижнюю подвижную раму, шарнирно связанную с изолированным основанием, а также верхнюю подвижную раму, шарнирно связанную с нижней рамой и через поводок с основанием, при этом верхняя рама выполнена в виде полой подвижной трубы круглого сечения с продольными отверстиями на обоих концах, внутри которой смонтирована синхронизирующая тяга, одним концом шарнирно соединенная с нижней рамой, а другим - с кареткой токосъемного узла на конце верхней рамы, и систему подрессоривания полоза относительно верхней рамы, причем полоз токоприемника содержит токосъемные элементы, токоприемник содержит пневматический привод, установленный на изолированном основании, и копировальный кулачковый механизм, установленный на нижней раме полупантографа, при этом пневматический привод связан с нижней рамой тросом через копировальный кулачковый механизм, а токосъемный узел дополнительно содержит полоз и систему подрессоривания полоза, идентичные упомянутым, причем системы подрессоривания полозов смонтированы в корпусах, расположенных симметрично по концам каретки и содержат пружины, образующие связанную систему (патент RU 102327, опубл. 27.02.2011, МПК: B60L 5/28).

К недостаткам данного токоприемника относится наличие лишних связей в кинематической схеме верхнего токосъемного узла, что приводит к перекосам в соединениях и, как следствие, уменьшает надежность механизма. Также к недостаткам можно отнести сложную конструкцию синхронизирующей тяги с загибом через шарнир соединения верхней и нижней рам и отсутствие возможности безопасного проведения пневмомагистралей внутри верхней рамы, что негативно сказывается на аэродинамике и надежности механизма.

Известен асимметричный токоприемник для электропоездов, имеющий токосъемный узел с подрессоренным полозом, установленный на полупантографе, содержащем нижнюю подвижную раму, шарнирно связанную с изолированным основанием, торсионной системой подрессоривания и подъемно-опускающим механизмом, верхнюю подвижную раму, шарнирно связанную с нижней рамой и через нижнюю тягу - с основанием, а также верхнюю тягу, одним концом шарнирно связанную с нижней рамой, а другим - с кареткой токосъемного узла на конце верхней рамы, система подрессоривания выполнена в виде одного торсиона, параллельного оси шарнирного соединения нижней рамы с основанием и связанного одним концом с основанием, а другим через звенчатую тягу, имеющую механизм регулировки контактного нажатия в одном из ее звеньев, - с рычагом в виде кулачка, расположенным на нижней подвижной раме, причем торсион имеет энергоемкость, достаточную для преодоления сил сопротивления по подъему подвижных частей токоприемника и прижатию токосъемного узла заданным усилием к контактному проводу энергосети, а подъемно-опускающий механизм выполнен с возможностью преодоления указанной энергоемкости торсиона и удержания токоприемника заданным усилием в сложенном положении (патент RU 2272720, опуб. 27.03.2006, МПК: B60L 5/26).

К недостаткам данного токоприемника относится его сложная конструкция из-за размещения на каретке большого количества различных конструктивных узлов, таких как жесткого каркаса с крайними контактными вставками и системой подрессоривания, промежуточного полоза с контактными вставками и собственной системой подрессоривания и механизма выставки промежуточного полоза относительно крайних токосъемных вставок, что пагубно сказывается на надежности и аэродинамике механизма. Недостатком также является пониженная адаптивность токосъемного узла из-за размещения крайних токосъемных вставок на общем жестком каркасе и плоскопараллельного движения промежуточного полоза и невозможность обеспечения одинакового нажатия токосъемных вставок на контактный провод, что вызывает неравномерность нагрева полозов из-за разного тока, неравномерность износа контактных элементов, приводящая к ухудшению токосъема.

Известен ассиметричный токоприемник электроподвижного состава, содержащий основание, установленное на изоляторах, нижнюю подвижную раму, шарнирно связанную с основанием и нижней тягой, верхнюю подвижную раму, шарнирно связанную с нижней подвижной рамой и верхней тягой, подъемно-опускающий механизм подвижных рам, состоящий из воздушного сильфона и системы рычагов и токосъемный узел, размещенный на верхней подвижной раме и включающий полоз, токосъемные элементы, снабженные заизолированными скосами, установленными на каретках, при этом каретка представляет собой рамку, установленную на поперечине (патент DE 102005011618, опуб. 21.09.2006, МПК: B60L 5/20).

К недостаткам данного токоприемника относится невозможность обеспечения одинакового нажатия токосъемных элементов на контактный провод, что вызывает неравномерность нагрева полозов из-за разного тока, неравномерность износа контактных элементов, приводящая к ухудшению токосъема. Также к недостаткам можно отнести сложную конструкцию токоприемника, что негативно сказывается на аэродинамике и надежности механизма. Кроме того, недостатком данного токоприемника является осуществление подрессоривания токосъемного элемента только в вертикальной плоскости, что отрицательно сказывается на процесс токосъема при прохождении воздушной стрелки и секционного изолятора контактной сети.

Известен ассиметричный токоприемник электроподвижного состава, включая трамваи. Данный токоприемник содержит токосъемный узел, прикрепленное к корпусу транспортного средства основание, и установленный на основание, выполненный по схеме асимметричного полупантографа приводной механизм подъема-опускания, состоящий из верхнего подвижного блока, включающего верхнюю раму, несущую токосъемный узел подвески, по меньшей мере, одной каретки с токосъемным элементом, и, по меньшей мере, одну верхнюю тягу, и нижнего подвижного блока шарнирно соединенного с верхним посредством верхней подвижной платформы и включающего нижнюю раму и, по меньшей мере, одну нижнюю тягу, причем верхняя рама включает, по меньшей мере, один элемент длиной l1 в осях его шарниров, а нижняя - по меньшей мере, один шарнирно соединенный с платформой элемент длиной l2=l1 в осях его шарниров, при этом нижняя тяга выполнена длиной l3 в осях ее шарниров, удовлетворяющей условию l3=l1=l2 причем элемент длиной l2 и нижняя тяга соответствующими концами шарнирно связаны с основанием и с верхней подвижной платформой на одинаковом расстоянии друг от друга с образованием работающего по типу параллелограмма подвижного механизма, объединяющего указанные элементы посредством двух верхних и двух нижних шарниров, при этом элемент длиной l1 верхней рамы понизу соединен через шарнирную опору верхней подвижной платформы не менее, чем с одним элементом длиной l2 нижней рамы (патент RU 54341, опуб. 27.06.2006, МПК: B60L 5/26).

К недостаткам данного токоприемника относится невозможность обеспечения одинакового нажатия токосъемных элементов на контактный провод, что вызывает неравномерность нагрева полозов из-за разного тока, неравномерность износа контактных элементов, приводящая к ухудшению токосъема. Также недостатком данного токоприемника является сложная конструкция каретки, которая обеспечивает перемещение токосъемного элемента только по вертикали, что отрицательно сказывается на процессе токосъема при прохождении воздушной стрелки и секционного изолятора контактной сети.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является асимметричный токоприемник для электрического транспортного средства, содержащий основание, установленное на изоляторах, нижнюю подвижную раму, шарнирно связанную с основанием и нижней тягой, верхнюю подвижную раму, шарнирно связанную с нижней подвижной рамой и верхней тягой, с размещенным на упомянутой верхней раме токосъемным узлом, упругосвязанным с верхней тягой, где токосъемный узел включает полоз, выполненный из двух токосъемных элементов, снабженных скосами, установленный на каретки, каждая из которых включает неподвижную и подвижную части, соединенные между собой упругими элементами, скрученными из троса, при этом подвижная и неподвижная части каретки и тросы упомянутой каретки выполнены из одного и того же электропроводящего металла или сплава. При этом подъемно-опускающий механизм подвижных рам включает актуатор с валом, установленный на основании, трос ручного привода, закрепленный на валу актуатора, подъемную пружину и замок, установленные на основании и выполненные с возможностью удержания подвижных рам в сложенном положении (патент RU 194771, опуб. 23.12.2019, МПК: B60L 5/26).

К недостаткам данного токоприемника относится его сложная конструкция из-за размещения на основании большого количества различных конструктивных узлов, таких как актуатор с валом, трос ручного привода, закрепленный на валу актуатора, подъемную пружину и замок, что пагубно сказывается на надежности и аэродинамике механизма. Также к недостаткам данного токоприемника относится невозможность обеспечения одинакового нажатия токосъемных элементов на контактный провод, что вызывает неравномерность нагрева полозов из-за разного тока, неравномерность износа контактных элементов, приводящая к ухудшению токосъема.

Кроме того, в существующих на данный момент токоприёмниках, предназначенных для использования на трамвае, на электровозах, моторвагонах электропоездов и т.д., поднятие полоза и его нажатие на контактный провод осуществляется за счет мощной пружины. Эта подъёмная пружина преодолевает вес всей конструкции подвижной части колена соединяющего токосъёмный элемент с неподвижной рамой (основанием). Эта масса оказывает негативное влияние на динамику полоза при изменении положения контактного провода относительно земли. Для того что бы осуществить движение токоприёмника в низ, контактному проводу приходиться действовать на полоз и преодолевать действие пружины плюс к этой силе добавляется динамическая составляющая, величина которой пропорциональна скорости движения трамвая и массе колена. Также добавляется сопротивление движению в соединительных элементах. Все вышеперечисленные факторы вызывают разницу контактного нажатия при движении токоприёмника вниз и вверх.

В основе заявляемого токоприемника новой конструкции лежит принцип осуществления токосъема методом регулируемого контактного нажатия (без постоянного давления приведенной массы на каретку) полоза токоприемника на контактных провод в зависимости от его положения относительно уровня головки рельса (УГР) с целью повышения качества токосъема и уменьшения износа контактного провода с одновременным упрощением конструкции. Новая конструкция так же предназначена для компенсации и ударных нагрузок при прохождении полозом токоприемника специальных частей контактной сети (пересечения, стрелки, вставки и пр.) и адаптации высоты подъема полоза к провисанию контактного провода.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявляемого изобретения, является упрощение конструкции токоприемника, повышении надежности токосъема и снижении динамических нагрузок при прохождении по контактному проводу, и, как следствие, уменьшение износа контактного провода.

Указанный технический результат достигается тем, что токоприемник для электрического транспортного средства содержит: основание, которое крепится через опорные изоляторы к крыше транспортного средства; нижнюю подвижную раму, шарнирно связанную подшипниковыми узлами с основанием и нижней тягой; верхнюю подвижную раму, шарнирно связанную подшипниковыми узлами с нижней подвижной рамой и верхней тягой; токосъемный узел, включающий каретку, с закрепленным не ней полозом через пружину кручения, обеспечивающую нормативное нажатие полоза на контактный провод, при этом каретка выполнена в виде двух реечных линейных направляющих с концевыми выключателями (герконами), задающих траекторию движения полоза, и соединенных между собой верхней и нижней штангами, причем верхняя штанга каретки через подшипниковый узел закреплена на упомянутой верхней подвижной раме, а нижняя штанга каретки закреплена через подшипники качения с упомянутой верхней тягой, выполненной с возможностью регулирования угла наклона каретки относительно контактного провода, при этом подъемно-опускающий механизм упомянутых подвижных рам включает электрический актуатор, включающий, по меньшей мере, один концевой выключатель, причем электрический актуатор установлен между основанием и нижней подвижной рамой, и управляется, по меньшей мере, одним концевым выключателем для регулирования высоты подъема токосъемного узла относительно контактного провода.

В предпочтительном варианте токоприемник дополнительно содержит блок гальванической развязки, расположенный на крыше транспортного средства, обеспечивающий согласованную работу электрического актуатора и токосъемного узла.

В предпочтительном варианте электрическая связь нижней подвижной рамы с основанием и верхней подвижной рамой осуществляется шунтами.

В предпочтительном варианте электрическая связь токосъемного узла с упомянутыми подвижными рамами осуществляется шунтами, крепящимися к полозу.

В предпочтительном варианте между верхней и нижней подвижными рамами закреплен резиновый буфер.

В предпочтительном варианте электрический актуатор выполнен с возможностью управления с пульта управления машиниста транспортного средства.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где

на фиг.1 представлено конструктивное выполнение заявляемого токоприемника для электрического транспортного средства,

на фиг.2, 3 представлен общий вид заявляемого токоприемника для электрического транспортного средства.

Токоприемник для электрического транспортного средства содержит основание (1), которое крепится через опорные изоляторы к крыше транспортного средства. На основании (1) установлен подъемно-опускающий механизм, состоящий из нижней подвижной рамы (2), шарнирно связанной подшипниковыми узлами (6) с основанием (1) и нижней тягой (4), верхней подвижной рамы (3), шарнирно связанной подшипниковыми узлами (7) с нижней подвижной рамой (2) и верхней тягой (5), и токосъемного узла (10), закрепленного на упомянутой верхней подвижной раме (3). Между верхней подвижной рамой (2) и нижней подвижной рамой (3) закреплен резиновый буфер. На крыше транспортного средства, в непосредственной близости от основания токоприемника расположен блок гальванической развязки, обеспечивающий согласованную работу электрического актуатора (8) и токосъемного узла (10). Питание блока гальванической развязки осуществляется от источника питания на 24 Вольта (аккумуляторной батареи).

Электрическая связь нижней подвижной рамы (2) с основанием (1) и с верхней подвижной рамой (3) осуществляется шунтами. Электрическая связь токосъемного узла (10) с упомянутыми подвижными рамами (2, 3) также осуществляется шунтами, крепящимися к полозу.

Токосъемный узел (10), включает каретку с закрепленным не ней полозом (11). Полоз (11) закрепляется на каретке при помощи пружины кручения, которая обеспечивает нормативное нажатие полоза (11) на контактный провод. Указанная каретка выполнена в виде двух реечных линейных направляющих с концевыми выключателями (герконами) (9), задающих траекторию движения полоза (11), и соединенных между собой верхней и нижней штангами. Верхняя штанга каретки через подшипниковый узел закреплена на упомянутой верхней раме (3), а нижняя штанга каретки закреплена через подшипники качения с упомянутой верхней тягой (5), причем упомянутая верхняя тяга выполнена с возможностью регулирования угла наклона каретки относительно контактного провода. Изменение длины верхней тяги (5) позволяет регулировать угла наклона каретки относительно контактного провода в пределах 25-35° (градусов).

Подъемно-опускающий механизм упомянутых подвижных рам (2, 3) включает электрический актуатор (8), содержащий, по меньшей мере, один концевой выключатель. Упомянутый электрический актуатор (8) установлен между основанием (1) и нижней подвижной рамой (2), и управляется, по меньшей мере, одним концевым выключателем для регулирования высоты подъема токосъемного узла (10) относительно контактного провода. Упомянутый электрический актуатор (8) управляется с пульта управления машиниста транспортного средства.

Токоприемник для электрического транспортного средства работает следующим образом.

При подаче питания на блок гальванической развязки (не показан на фиг.1) на пульте управления машиниста транспортного средства загорается световая сигнализация опущенного положения токоприёмника (зеленого цвета). Токоприёмник при этом находится в сложенном состоянии и удерживается в этом положении за счет электрического актуатора (8). При этом движение электрического актуатора (8) и соединённых с ним подвижных рам (2, 3) не происходит. Электрический актуатор (8) не имеет свободного хода, поэтому самопроизвольное поднятие не возможно. На токосъемном узле (10) полоз (11) (токосъёмный элемент) находится в верхнем положении за счет пружины кручения, обеспечивающей нормативное нажатие на контактный провод (не показан на фиг.1). Концевые выключатели (верхние концевые выключатели), расположенные на каретке токосъемного узла (10), отслеживающие положение полоза (11) находятся во включенном положении. Это начальное положение токоприёмника при работе.

При нажатии кнопки на пульте управления машиниста транспортного средства «Поднять токоприёмник», загорается красная световая индикация и происходит активация верхних концевых выключателей (9) и, по меньшей мере, одного нижнего концевого выключателя, управляющего электрическим актуатором (8). Электрический актуатор (8) начинает осуществлять подъём подъемно-опускающего механизма упомянутых подвижных рам (2, 3) до момента касания полозом (11) (токосъёмным элементом) контактного провода. После касания полозом (11) контактного провода происходит перемещение линейных направляющих в среднее положение и отключение верхних концевых выключателей (9). Работа актуатора (8) прекращается. Изменение высоты подвеса контактного провода отслеживается токосъемным узлом (10) с соблюдением нормативного нажатия токосъёмного элемента (полоза 11) на контактный провод. Токосъем осуществляется с усилием нажатия 4-6 кг и не зависит от воздействия приведенной массы подвижной части токоприемника.

Каретка имеет ход, в пределах которого управление электрическим актуатором (8) не осуществляется. Величина этого хода 150 мм. При изменении высоты подвеса контактного провода в сторону увеличения происходит срабатывание верхних концевых выключателей и перемещение подъемно-опускающего механизма подвижных рам (2, 3) при помощи актуатора (8) вверх до тех пор, пока токосъемный узел (10) не достигнет среднего положения и верхние концевые выключатели не отключатся. При изменении высоты подвеса контактного провода в сторону уменьшения происходит срабатывание, по меньшей мере, одного нижнего концевого выключателя, встроенного в электрический актуатор (8), и перемещение подъемно-опускающего механизма подвижных рам (2, 3) вниз до тех пор, пока токосъемный узел (10) не переместится в среднее положение и не отключится нижний концевой выключатель. При обрыве контактного провода токоприёмник поднимется до положения, соответствующего максимальной высоте подъёма, которая составляет 2400 мм от основания (1). Дальнейшее движение токоприёмника будет ограниченно, по меньшей мере, одним концевым выключателем, встроенным в актуатор (8).

Таким образом, в зависимости от положения контактного провода при движении транспортного средства осуществляется подстройка положения подъемно-опускающего механизма подвижных рам токоприемника (подвижной части токоприемника), а каретка токосъемного узла служит «датчиком» положения подвижной части токоприемника и одновременно является элементом токосъема.

В таблице 1 приведены примеры работы верхних концевых выключателей (КВ1) и по меньшей мере одного нижнего концевого выключателя (КВ2) в зависимости от положения каретки токосъемного узла.

Окончание работы: При нажатии кнопки на пульте управления машиниста транспортного средства «Опустить токоприёмник» происходит деактивация схемы управления верхних концевых выключателей (9) каретки, на пульте управления загорается зелёная световая индикация и подается питание на актуатор (8) для опускания токоприёмника до минимальной высоты, по достижению которой срабатывает соответствующий, по меньшей мере, один нижний концевой выключатель, расположенный в актуаторе (8). Токоприёмник находиться в сложенном положении и готов для дальнейшей работы.

Таким образом, в новой конструкции заявляемого токоприёмника для электрического транспортного средства изменение высоты подъемно-опускающего механизма происходит не за счёт действия контактного провода на весть механизм токоприёмника, а за счёт электрического актуатора, который поддерживает высоту токосъемного узла на нужном уровне. Также появляется возможность изменять контактное нажатие в широком диапазоне. Применение новой конструкции также позволяет минимизировать разницу между нажатием на контактный провод при движении вверх-вниз за счет значительного уменьшения подвижной массы. Надежность работы токоприёмника в режиме токосъема обеспечивается постоянным поджатием полоза поднятого токоприёмника к контактному проводу за счет каретки, выполненной в виде двух реечных линейных направляющих с концевыми выключателями (герконами), задающих траекторию движения полоза. Конструкция токосъемного узла токоприёмника позволяет изменять угол наклона вертикальной оси каретки, что позволяет раскладывать ударные силы в двух направлениях, что положительно сказывается на динамике полоза. Разложение действующей ударной нагрузки позволяет минимизировать разрушения токосъёмных элементов. Также к достоинствам новой конструкции токоприёмника следует отнести отсутствие подъёмной пружины, которая в сложенном положении токоприёмника может травмировать обслуживающий персонал.

Изобретение относится к токоприемнику для электрического транспортного средства. Токоприемник содержит: основание, нижнюю и верхнюю подвижные рамы, подъемно-опускающий механизм, токосъемный узел. Основание крепится через опорные изоляторы к крыше транспортного средства. Нижняя подвижная рама шарнирно связана подшипниковыми узлами с основанием и нижней тягой. Верхняя подвижная рама шарнирно связана подшипниковыми узлами с нижней подвижной рамой и верхней тягой. Токосъемный узел включает каретку. На каретке закреплен полоз, через пружину кручения, обеспечивающую нормативное нажатие полоза на контактный провод. Каретка выполнена в виде двух реечных линейных направляющих с концевыми выключателями (герконами). Линейные направляющие задают траекторию движения полоза и соединены между собой верхней и нижней штангами. Верхняя штанга каретки, через подшипниковый узел, закреплена на верхней подвижной раме. Нижняя штанга каретки, через подшипники качения, закреплена на верхней тяге, выполненной с возможностью регулирования угла наклона каретки относительно контактного провода. Подъемно-опускающий механизм подвижных рам включает электрический актуатор. Актуатор содержит минимум один концевой выключатель. Актуатор установлен между основанием и нижней подвижной рамой. Актуатор управляется минимум одним концевым выключателем, для регулирования высоты подъема токосъемного узла относительно контактного провода. Достигается повышение надежности токосъема. 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Токоприемник для электрического транспортного средства, содержащий:

основание (1), которое крепится через опорные изоляторы к крыше транспортного средства,

нижнюю подвижную раму (2), шарнирно связанную подшипниковыми узлами (6) с основанием (1) и нижней тягой (4),

верхнюю подвижную раму (3), шарнирно связанную подшипниковыми узлами (7) с нижней подвижной рамой (2) и верхней тягой (5),

токосъемный узел (10), включающий каретку, с закрепленным на ней полозом (11) через пружину кручения, обеспечивающую нормативное нажатие полоза (11) на контактный провод, при этом каретка выполнена в виде двух реечных линейных направляющих с концевыми выключателями (герконами) (9), задающих траекторию движения полоза (11), и соединенных между собой верхней и нижней штангами, причем верхняя штанга каретки через подшипниковый узел закреплена на упомянутой верхней подвижной раме (3), а нижняя штанга каретки закреплена через подшипники качения с упомянутой верхней тягой (5), выполненной с возможностью регулирования угла наклона каретки относительно контактного провода,

при этом подъемно-опускающий механизм упомянутых подвижных рам (2, 3) включает электрический актуатор (8), содержащий по меньшей мере один концевой выключатель, причем электрический актуатор (8) установлен между основанием (1) и нижней подвижной рамой (2) и управляется по меньшей мере одним концевым выключателем для регулирования высоты подъема токосъемного узла (10) относительно контактного провода.

2. Токоприемник по п. 1, дополнительно содержащий блок гальванической развязки, расположенный на крыше транспортного средства, обеспечивающий согласованную работу электрического актуатора (8) и токосъемного узла (10).

3. Токоприемник по п. 2, в котором электрическая связь нижней подвижной рамы (2) с основанием (1) и верхней подвижной рамой (3) осуществляется шунтами.

4. Токоприемник по п. 2, в котором электрическая связь токосъемного узла (10) с упомянутыми подвижными рамами (2, 3) осуществляется шунтами, крепящимися к полозу (11).

5. Токоприемник по п. 1, в котором между верхней и нижней подвижными рамами (2, 3) закреплен резиновый буфер.

6. Токоприемник по п. 1, в котором электрический актуатор (8) выполнен с возможностью управления с пульта управления машиниста транспортного средства.