ТОКООТВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2025 года по МПК B61F15/28 B60L5/04 H01R39/40 

Изобретение относится к рельсовым электротранспортным средствам, в частности к устройствам электросистем трамвайных вагонов, а именно к заземляющим токоотводным устройствам колесных пар приводной тележки, а также электропоезда или локомотива на электрической тяге.

Основное назначение этих устройств - провести ток высокого напряжения с электроцепей трамвая мимо опорных подшипников в буксах колесных пар на рельсы, по которым катятся колеса вагонов или электропоездов, для предохранения разрушения подшипников от электрокоррозии.

На трамвайных вагонах в токоотводных устройствах колесных пар широко используются различные радиально расположенные в неподвижных щеткодержателях подпруженные щетки, взаимодействующие с вращающимися вместе с осью колесной пары токосъемными кольцами, а также расположенные параллельно оси тележки подпружиненные щетки в неподвижных щеткодержателях, взаимодействующие в осевом направлении с плоским контактным диском, закрепленным торце на оси колесной пары.

Известно токоотводящее устройство рельсового подвижного состава, патент RU 2207277 С2 от 04.07.2001 г., колесной пары моторного вагона, как заземляющее устройство, с подпружиненными щетками в щеткодержателях, взаимодействующие в осевом направлении, содержащее контактный диск, закрепленный на торце оси, и кольцевую площадку. Кольцевая площадка снабжена установленными перпендикулярно к плоскости диска щеткодержателями с щетками и нажимными устройствами. Щетки электрически соединены между собой и корпусом буксы. Кольцевая площадка опирается на вал с подшипниками, закрепленный в контактном диске. Причем кольцевая площадка удерживается от вращения относительно буксы ограничителем, установленным в барабане.

Такое устройство обеспечивает хороший и постоянный контакт торцовой поверхности щетки с диском при прецессионном движении оси в сферическом буксовом подшипнике.

Известно заземляющее устройство электровоза, (патент RU 170595 U1 от 15.04.2015 г.) включающее три графитовые электрощетки и одну щетку гашения электрической дуги в центре, которая дает дополнительное преимущество - гашение электрической дуги при отрыве других щеток, при вибрационных нагрузках колес. Уменьшает износ щеток.

Подобная с описанными выше, конструкция токоотводного устройства, (Патент RU 76860 U1 от 25.04.2008 г.) модель УТ-02 У2 ТУ 6851.00.00.000-2003, с осевым расположением щеток, в неподвижные относительны корпуса щеткодержателе выпускается АО ПКФ «Промтехсервис» г. Мытищи, щетки поджимаются к токоотводному диску рулонными пружинами с постоянным усилием, не зависящим от износа щеток.

Однако все торцовые щетки расположенные параллельно оси вращения диска и прижатые к нему, для пропускания большого тока, должны иметь достаточно большую суммарную площадку контакта к диску за счет увеличенного их количества (как в Патентах RU 170595 U1 от 15.04.2015 г. и RU 76860 U1 от 25.04.2008 г.) или большую площадь поперечного сечения. При вращении диска вместе с осью точки прилегания площадки скользят по его поверхности с различной линейной скоростью в зависимости от радиуса расположения этих точек контакта относительно оси вращения, следовательно, поверхности щеток неравномерно изнашиваются, изменяется удельное давление по площади контакта, увеличивается плотность тока через уменьшенную площадку, увеличивается величина переходного сопротивления, нагрев поверхности контакта и увеличивается интенсивность износа щеток. Что является недостатком такого способа взаимодействия щетки с контактным диском. Кроме этого, расположение щеток в осевом направлении вала в токосъемных устройствах, для обеспечения достаточного запаса на износ щеток приводит к увеличению габаритов корпуса токосъемника в осевом направлении, что из-за ограниченных объемов компоновки изделий не всегда приемлемо.

Задачей предлагаемого изобретения является создание малогабаритного по высоте и диаметру, с большим ресурсом, простого по конструкции и в обслуживании, надежного в эксплуатации токоотводного устройства (заземлителя).

Наиболее близким к решению поставленной задачи является конструкция токоотводного устройства трамвая 71-415, входящего в пару колесную 71415.20.19.000 производства АО «Уралтрансмаш», содержащее:

- два щеткодержателя, закрепленных изолированно на корпусе токоотводного устройства, каждый;

- щетки, поджатые коническими пружинами в радиальном направлении к наружной цилиндрической поверхности токоотводного кольца, закрепленного на оси колесной пары.

Корпус токоотводного устройства закреплен жестко к корпусу буксового подшипника. Щеткодержатели и этот корпус закрыты крышками. Щетки соединены между собой в цепь гибкими проводами с контактом вводного электрокабеля. Для обеспечения возможности пропустить большой ток, например, 200…300 ампер, щетки имеют большие контактные площадки на цилиндрической поверхности токосъемного кольца, а кольцо, следовательно, имеет достаточно большой диаметр. Обычно кольцо выполнено из латуни и напрессовано на концевую часть оси колесной пары. Такая конструкции токоотводного устройства обеспечивает одинаковую линейную скорость по всей площади контакта щетки с кольцом, а значит и равномерный износ щеток по длине. При этом цилиндрическая поверхность токосъемного кольца должна быть высокого качества, не должна иметь радиального биения, так как при больших скоростях вращения кольцо будет отбрасывать щетки от себя и возможно горение электрической дуги в зоне контакта, что приведет к быстрому износу щеток. Кроме этого недостатка, конические пружины щеток прижимают щетки к кольцу с постоянно уменьшающимся усилием, при их износе. Такие токосъемные устройства имеют большие габариты в поперечном направлении. Также, затруднено их обслуживание, необходимо открывать не менее трех крышек.

Задача решается, а указанный технический результат достигается тем, что предлагаемое, токоотводное устройство электротранспортного средства содержит:

- корпус устройства цилиндрической формы, который является базой крепления всего устройства на корпусе буксового подшипника колесной пары, выполненный методом формовки, в котором жестко закреплено (залито) токоотводное цилиндрическое кольцо с хорошо обработанной внутренней цилиндрической поверхностью скольжения и имеющее площадку с резьбовым отверстием для закрепления токоотводящего кабеля;

- щеткодержатель дисковой формы с центровочным пояском для точного центрирования с осью колесной пары и жесткого закрепления, посредством винтов, на торце оси, в котором имеются пазы в радиальном направлении для расположения щеток, и спрофилированные полости для расположения гибких проводов с клеммами, соединяющих щеткодержатель и подвижные щетки;

- щетки, например, меднографитовые, поджимающиеся к внутренней цилиндрической поверхности токосъемного кольца рулонными пружинами постоянного усилия;

- крышку щеткодержателя с прорезью для визуального контроля степени износа щеток;

- крышку корпуса токоотводного устройства, выполненную из прочного полимерного электроизоляционного материала;

- кабельного ввода, для надежного крепления высоковольтного кабеля токооводного устройства.

Применение щеткодержателя дисковой формы выполненного из электропроводного материала жестко, контактно, закрепленного на торце оси, с размещенными в нем, в радиальных пазах щетками, позволило обеспечить возможность вращения щеток вместе с осью колесной пары относительно токосъемного кольца размещенного в неподвижном корпусе, при этом за счет возникающей центробежной силы при вращении, получить дополнительную силу, к силе рулонной пружины, прижатия торцовой поверхности щетки к цилиндрической поверхности токосъемного кольца и обеспечить надежный контакт при различных скоростях вращения оси колесной пары.

Размещение щеток на встречу друг другу, в одном радиальном пазу и ориентированных широкой стороной параллельно плоскости диска, а также применение рулонных пружин для начального прижатия, позволило максимально сблизить к центру вращения оси не рабочие торцы длинных щеток и сократить радиальный и осевой (по высоте) габариты токосъемного устройства в целом и получить достаточную площадь контакта скользящих щеток по поверхности токосъемного кольца для обеспечения номинальной плотности тока проходящего через эти площади.

Использование для прижатия щеток центробежной силы, позволяет дополнительно увеличить срок службы щеток до максимально их износа по длине.

Применение плоской крышки щеткодержателя с прорезью вдоль пазов щеток, позволяет визуально быстро оценить степень износа щеток, при открытой крышке корпуса токосъемного устройства и сократить время на обслуживание.

Создание в щеткодержателе спрофилированных полостей, образованных формой щеткодержателя и его крышкой, позволило исключить запутывание проводов от щеток при их движении и организованно расположить их в полости.

Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение технического результата, примененные в комплексе позволяют сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, на которых изображены:

- фиг. 1 - пример конструктивного исполнения (общий вид) токоотводного устройства;

- фиг. 2 - разрез А-А токоотводного устройства (на фиг. 1) по оси колесной пары и кабельному вводу;

- фиг. 3 - поперечный разрез В-В (на фиг. 2) вдоль щеток токоотводного устройства;

- фиг. 4 - разрез Б-Б (на фиг. 3) поперек щеток токоотводного устройства;

Токоотводное устройство электротранспортного средства состоит из:

корпуса устройства 1 (фиг. 1) цилиндрической формы выполненного методом формовки из не электропроводных, прочных полимеров, в котором жестко закреплено (залито) токоотводное цилиндрическое кольцо 2 (фиг. 2) с обработанной внутренней цилиндрической поверхностью скольжения и имеющее площадку с резьбовым отверстием для болта 3 закрепления токоотводящего провода 4, крышки корпуса 5 (фиг. 1), выполненной из прочного полимерного электроизоляционного материала, шпилек 6 (фиг. 2) с помощью, которых корпус закрепляется на корпусе буксы, щеткодержателя 7 с центровочным кольцом 8, для точного центрирования с осью колесной пары и жесткого, контактного закрепления винтами 9 (фиг.4) на торце оси колесной пары, в щеткодержателе 7 имеются пазы (фиг. 4) для щеток 10 и рулонных пружин 11 (фиг. 2), закрепленных в пазах, например заклепками 12 (фиг. 2), а также спрофилированные полости 13 (фиг. 3) для гибких проводов с клеммами 14, соединяющих щеткодержатель 7 и щетки 10, которые выполнены, например из меднографита, поджимающиеся к внутренней цилиндрической поверхности токосъемного кольца 2 рулонными пружинами постоянного усилия11; крышки щеткодержателя 15 (фиг. 2) с прорезью Е (фиг. 1) для визуального контроля степени износа щеток; кабельного ввода 16 (фиг. 2).

Для изготовления заявляемого технического решения устройства используются стандартные технологические операции, материалы и оборудование.

Токоотводное устройство (заземлитель) работает следующим образом:

В исходном состоянии, когда транспортное средство остановлено и ось колесной пары не вращается, соответственно, щеткодержатель 7 тоже остановлен и находящиеся в нем щетки 10 под действием рулонных пружин 11 прижимаются к внутренней цилиндрической поверхности токосъемного кольца 2, обеспечивая контакт для прохождения электрического тока с заземлящего кабеля 4 на торец оси колесной пары, а затем через колеса на рельс (на фигурах не показаны), минуя подшипники букс. При движении транспортного средства электрическая цепь обеспечивается теми же элементами, как и на неподвижном, только щетки дополнительно прижимаются под действием центробежной силы от веса щеток, обеспечивая плотный контакт и меньшее переходное сопротивление току с поверхностью токосъемного кольца 2. При больших угловых скоростях оси колесной пары исключается, отрыв щеток от кольца и возникновение электрической дуги в зоне контакта. Возникающее от трения щеток 10 по кольцу 2 тепло будет рассеиваться на ось большими поверхностями и объемом щеткодержателя и кольца.

Для обслуживания тококосъемного устройства необходимо снять крышку 5, отвернув крепежные элементы. При этом откроется вид на прорезь Е (фиг. 1) в крышке 15 щеткодержателя 7, в которой по положению витка рулонной пружины можно определить степень износа щеток. При величине износа щеток больше размера Д (фиг. 1) необходимо для замены щеток открыть крышку 15 щеткодержателя, отвернуть винты крепления проводов 14 (фиг. 3) вынуть изношенные щетки, удалить продукты износа щеток и собрать все в обратной последовательности.

Таким образом, токоотводное устройство для транспортного средства по заявляемому техническому решению с вращающимся щеткодержателем со щетками и не подвижным токосъемным кольцом значительно компактнее (снижаются габариты по высоте), при тех же токовых нагрузках в сравнении с аналогами. Продляется срок службы щеток за счет хорошего контакта и максимально используемой длины при износе щеток.

Изобретение относится к заземляющим токоотводным устройствам колесных пар. Токоотводное устройство для электротранспортного средства содержит корпус с крышкой, внутри которого расположен щеткодержатель с радиально расположенными в нем щетками, поджатыми посредством рулонной пружины к токосъемному кольцу. При этом рулонная пружина выполнена в виде полосы, один конец которой закреплен на щеткодержателе, а второй конец в сечении имеет форму плоской спирали и установлен с возможностью воздействия на торец щетки. Щеткодержатель со щетками закреплен контактно на торце оси колесной пары и может вращаться вместе с ней относительно токосъемного кольца. Токосъемное кольцо закреплено в неподвижном корпусе и торцовые поверхности щеток могут скользить по внутренней поверхности цилиндрического токосъемного кольца. Технический результат заключается в уменьшении габаритов и повышении надежности токоотводного устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Токоотводное устройство для электротранспортного средства, содержащее корпус с крышкой, внутри которого расположен щеткодержатель с радиально расположенными в нем щетками, поджатыми посредством рулонной пружины к токосъемному кольцу, при этом рулонная пружина выполнена в виде полосы, один конец которой закреплен на щеткодержателе, а второй конец в сечении имеет форму плоской спирали и установлен с возможностью воздействия на торец щетки, отличающееся тем, что щеткодержатель со щетками закреплен контактно на торце оси колесной пары и может вращаться вместе с ней относительно токосъемного кольца, а токосъемное кольцо закреплено в неподвижном корпусе и торцовые поверхности щеток могут скользить по внутренней поверхности цилиндрического токосъемного кольца.

2. Токоотводное устройство по п. 1, отличающееся тем, что щетки, вложенные в радиальные пазы щеткодержателя, могут перемещаться в его пазах и прижиматься к внутренней поверхности токосъемного кольца не только под усилием пружин, но и под действием центробежных сил, действующих на щетки при вращении оси колесной пары.