Токоприемник нижнего токосъема Российский патент 2023 года по МПК B60L5/39 

Предлагаемое изобретение относится к области техники «Транспортирование» и может быть использовано там, где необходим съем тока подвижными контактами. Рассматривается токоприемник, который используется в метрополитене для снятия тока с контактного рельса. Метрополитен России и многих зарубежных стран имеют систему токосъема, выполненную с использованием неуправляемых токоприемников. При нижнем токосъеме токоприемник, постоянно подтягиваемый пружинами вверх, скользит по нижней стороне контактного рельса, расположенного сбоку от ходовых рельсов.

Известен токоприемник нижнего токосъема ТР-3 (Э.М. Добровольская. Электропоезда метрополитена. – Москва: ИРПО, Издательский центр «Академия», 2003. –с.320), состоящий из левого и правого стальных литых кронштейнов, между которыми находится держатель башмака, скользящего по поверхности третьего контактного рельса, контактной вилки, двух цилиндрических пружин, осуществляющих нажатие на башмак. Также в составе токоприемника входят шунты и ось, на которую крепится держатель башмака, обеспечивающая подвижность башмака.

Токоприемник монтируется на деревянном брусе, закрепленном на колесной тележке вагона. Брус, пропитанный изоляционным маслом, служит в качестве изолятора. Пружины, расположенные в верхней части токоприемника, работают на сжатие, заставляя держатель с башмаком повернуться так, чтобы башмак занял наивысшее положение.

Недостатком токоприемника ТР-3 является следующее. При движении на линии с помощью этих пружин создается контактное нажатие башмака на контактный рельс, которое зависит от усилия пружин и от положения башмака на держателе. Недостаточное нажатие приводит к нарушению контакта и образованию электрической дуги при токосъеме, влекущей за собой недопустимый нагрев, оплавление и разрушение контактных частей. С другой стороны, чрезмерное нажатие вызывает повышенный износ башмака и контактного рельса, а также может привести к поломке деталей токоприемника. Все это приводит к снижению срока службы токоприемника. Для обеспечения надежного безыскрового токосъема контактное нажатие должно находиться в определенных пределах и по возможности быть постоянным независимо от скорости движения вагона и атмосферных условий.

Известен токоприемник нижнего токосъема ТР-3м (О.А. Сидоров. Тенденции развития устройств токосъема отечественных и зарубежных метрополитенов (часть 2) - каталог: Научно-технический прогресс. Научный журнал «Национальные приоритеты России» №1(3), 2010), который содержит токосъемный башмак, жестко связанный с рамой, которая посредством шарнира закреплена на изолировочном брусе, установленном на буксах тележки – вагона. Основным отличием конструкции токоприемника ТР-3м от ТР-3 является использование вместо нажимных пружин пневматического резинокордного элемента.

Недостатком токоприемника нижнего токосъема ТР-3м является усложнение конструкции при использовании резинокордного элемента, так как для регулирования нажатия требуется дополнительно система авторегулирования.

Известен токоприемник нижнего токосъема (№2747344, Б.И. №13 04.05.21), взятый за прототип, содержащий башмак с держателем, находящимся в постоянном контакте снизу с контактным рельсом, вертикальную цилиндрическую пружину растяжения, соединяющую держатель башмака с брусом; два ползуна, имеющие возможность скользить вдоль горизонтальных направляющих, две горизонтальные пружины, соединенные с ползунами и брусом; два стержня, соединяющие шарнирно ползуны с держателем башмака.

Этот токоприемник обеспечит постоянное контактное усилие башмака с рельсом при уменьшении толщины башмака, но недостатком этого токоприемника является сложность конструкции. Сложность заключается в том, что для выполнения поставленной задачи вводится дополнительно два ползуна с направляющими, два стержня, соединяющие ползуны с держателем башмака, две дополнительных пружины, соединенные с ползунами и брусом.

Задачей (техническим результатом) заявляемого устройства является увеличение срока службы токоприемника и упрощение конструкции токоприемника.

Поставленная задача достигается тем, что в токоприемник нижнего токосъема, содержащий башмак с держателем, находящимся в постоянном контакте снизу с контактным рельсом; вертикальную цилиндрическую пружину растяжения, соединяющую держатель башмака с брусом, вводится две упругих согнутых полуволной пластин, один конец пластин крепится неподвижным шарниром на брусе, а второй конец пластины крепится шарнирно к подвижному концу пружины.

На Фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства, где 1 - башмак, 2 - контактный рельс, 3 - держатель башмака, 4 - стержни – направляющие движения башмака, 5 - упругие согнутые полуволной пластины, 6 - пружина. На Фиг. 2 приведена схема сил, действующих на держатель с башмаком, где F - упругая сила пружины 6, S – распорное усилие пластин 5, Q – реакция контактного рельса. На Фиг. 3 показано положение башмака и усилие между башмаком и рельсом, когда башмак еще не стертый (x=0). На Фиг. 4 показано положение башмака и усилие между башмаком и рельсом, когда башмак стерся на 2 см (x=2). На Фиг. 5 показано положение башмака и усилие между башмаком и рельсом, когда башмак стерся на 3 см (x=3).

Токоприемник нижнего токосъема монтируется на деревянном брусе, закрепленном на колесной тележке вагона.

Предлагаемое устройство (Фиг. 1) содержит башмак 1, который находится в постоянном контакте снизу с контактным рельсом 2; держатель башмака 3, жестко и перпендикулярно закрепленный к башмаку, скользящий внутри втулки, укрепленной на брусе; стержни - направляющие 4 движения башмака, жестко соединенные с башмаком, скользящие внутри втулок, укрепленных на брусе; вертикальную пружину 6, соединяющую держатель 3 башмака с брусом, две упругие согнутые полуволной пластины 5, выполняющие роль корректоров упругой силы пружины, один конец пластин крепится неподвижным шарниром на брусе, а второй конец пластины крепится шарнирно к подвижному концу пружины 6.

Устройство работает следующим образом. В начальном положении (башмак 1 подводят под рельс 2) места крепления упругих пластин находятся на одном уровне (пунктирная линия). Шарнир k, соединяющий пластины 5 с держателем 3, будет расположен на пунктирной линии. В этом положении на рельс действует сила Q максимальная от растяжения пружины (Фиг. 1). Упругие силы пластин S направлены перпендикулярно к оси действия пружины 6 и поэтому на рельс не оказывают давление. При уменьшении толщины башмака 1 или рельса пружина 6 сжимается, а значит, упругая сила пружины F будет уменьшаться, упругие пластины 5 начнут делать поворот. В результате этого поворота появится проекция упругих сил S пластин на ось пружины (Фиг. 2), которые будут компенсировать потерю упругой силы пружины 6. При дальнейшем сжатии пружины 6 проекция упругой силы S пластин будет увеличиваться. В результате на всем протяжении уменьшения толщины башмака на 3 см контактное усилие башмака 1 с рельсом 2 будет сохраняться постоянным по величине.

Обеспечение постоянного усилия между башмаком и контактным рельсом, или постоянного контакта, предотвратит образования электрической дуги, недопустимый нагрев, оплавление и разрушение контактных частей. Тем самым увеличится срок службы башмака, а значит и всего токоприемника.

ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ УСТРОЙСТВА

Отметим, что предлагаемое устройство менее сложно в сравнении с прототипом по конструкции, так как вместо ползунов, стержней, направляющих для ползунов, дополнительных пружин введены упругие пластины при достижении той же цели, что у прототипа.

Изготовлен макет токоприемника нижнего токосъема (Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5), в котором усилие между рельсом и башмаком остается во все время работы токоприемника постоянным и равным 1.1кГ при срабатывании башмака на 3 см. Выбрана пружина длиной 6 см и жесткостью 0.37 кГ/см. При постановки башмака пружина сжимается на = 3 см.

Упругая пластина выбрана из условия, чтобы конечный угол α между линией действия усилия и пружиной составлял 60⁰ градусов. Тогда, используя условие равенства проекции сил по вертикали в конечный момент (пружина полностью расслаблена) значению упругой силе , необходимое усилие в одной пластине должно быть s=1.1 кГ.

Проекция всех активных сил на вертикаль в текущий момент равна

,

где - величина, на которую стирается башмак. Значения этой проекции при трех моментах времени составит:

• начальное положение при см, получаем кГ,

• при см, , получаем кГ,

• при см, , получаем кГ.

Таким образом, контактное усилие практически остается постоянным за все время стирания башмака. Измерение суммарного усилия по вертикали динамометром подтвердило постоянство контактного усилия.

На Фиг. 3 стирания башмака нет ( см). На Фиг. 4 стирание башмака равно 2см ( см). На Фиг. 5 стирание башмака 3 см (см). Контактное усилие во всех случаях равно 1,1 кГ. На Фиг. 3 показано начальное положение башмака (x=0). На Фиг. 4 показано положение башмака при стирании на 2 см (x=2 см). На Фиг. 5 показано положение башмака при стирании на 3 см (x=3 см).

Таким образом, техническим результатом является увеличение срока службы токоприемника за счет того, что башмак срабатывается при постоянном усилии между башмаком и рельсом, а сама конструкция токоприемника стала проще по сравнению с прототипом за счет того, что уменьшилось число составных элементов.

Изобретение относится к токоприёмникам для транспортных средств. Токоприемник нижнего токосъема содержит башмак с держателем, находящимся в постоянном контакте снизу с контактным рельсом, вертикальную цилиндрическую пружину растяжения, соединяющую держатель башмака с брусом, две упругие согнутые полуволной пластины. При этом один конец пластины крепится неподвижным шарниром на брусе, а второй конец пластины крепится шарнирно к подвижному концу пружины. Технический результат заключается в увеличении срока службы токоприемника. 5 ил.

Токоприемник нижнего токосъема, содержащий башмак с держателем, находящимся в постоянном контакте снизу с контактным рельсом, вертикальную цилиндрическую пружину растяжения, соединяющую держатель башмака с брусом, отличающийся тем, что в него вводятся две упругие согнутые полуволной пластины, один конец пластины крепится неподвижным шарниром на брусе, а второй конец пластины крепится шарнирно к подвижному концу пружины.