Использование токоприемников
Токоприемником называется аппарат, с помощью которого осуществляется передача электрической энергии от контактного провода к электрооборудованию электропоезда. Токоприемники принято классифицировать по конструктивному исполнению на пантографные, штанговые и дуговые.
На железных дорогах России применяются только пантографные токоприемники. Конструкция токоприемника определяется следующими параметрами: токовой нагрузкой, скоростью подвижного состава, типом контактной подвески, условиями эксплуатации.
Пантографные токоприемники имеют шарнирный многозвенный подъемный механизм, позволяющий обеспечить вертикальное перемещение полоза. Скорость поднятия и опускания токоприемника регулируется скоростью подачи сжатого воздуха в пневматическое устройство. При этом отрыв токоприемника от контактного провода должен выполняться максимально быстро с целью предотвращения возникновения устойчивой дуги в месте разрыва цепи, а дальнейшее движение подвижных рам до соприкосновения с амортизаторами должно быть плавным. При поднятии токоприемника плавное медленное перемещение полоза позволяет избежать жестких ударов о контактный провод.
Как правило, на электровозах устанавливают по два токоприемника (исключение составляют электровозы ЧС6 и ЧС200, на которых установлено четыре токоприемника), один из которых находится в рабочем состоянии (чаще всего задний по ходу движения). Второй токоприемник задействуют при необходимости уменьшения искрения и предотвращения пережогов контактного провода во время трогания из-за повышенного энергопотребления, а также в сложных метеорологических условиях при гололеде. На моторных вагонах электропоездов устанавливают один токоприемник, который при параллельной работе имеет электрическую связь с токоприемниками других вагонов.
Угольные вставки устанавливают на полозах токоприемников электроподвижного состава переменного тока, что позволяет существенно снизить износ контактного провода и улучшить качество скользящего контакта ввиду разнородности контактных поверхностей.
Металлокерамические вставки имеют высокие характеристики электрического контакта, поэтому их применяют в токоприемниках электроподвижного состава постоянного тока, где необходимо обеспечить качественный токосъем больших токов (от 1500 до 2800 А).
Металлоуглеродные вставки имеют высокие показатели по износоустойчивости, позволяя существенно (на 20—30 %) снизить износ контактного провода, а также повысить надежность токосъема при неблагоприятных климатических условиях.
Полозы токоприемников выполняют из листовой оцинкованной стали толщиной 1,5 мм с длиной рабочей зоны 1270 мм. Концы полоза закругляют и загибают вниз для предотвращения захлестывания полоза за контактный провод при прохождении крестовин контактной сети, а также воздушных стрелок.
Каретки токоприемников являются упругими элементами, соединяющими полозы токоприемника с подвижными рамами. Они принимают на себя инерционную нагрузку от подвижных рам при проходе токоприемника через жесткие точки контактной сети и неровности контактного провода, позволяя снизить влияние массы токоприемника на контактное нажатие.
Каретки состоят из рычагов 4, шарнирно связанных между собой, пневматического цилиндра 3 и пружин /, 2, выполняющих роль амортизаторов.
Подвижная система, состоящая из шарнирно соединенных между собой и с основанием верхней и нижней подвижных рам, предназначена для того, чтобы при изменении высоты контактного провода в регламентированных пределах (от 5500 до 6900 мм) обеспечивать надежный токосъем путем изменения рабочей высоты в диапазоне от 400 до 1900 мм.
Все шарнирные соединения снабжаются токоотводящими проводами, предназначенными для пропускания токов в обход сочленений. Это необходимо для предотвращения появления электрической дуги и связанных с ней подгаров, оплавлений, электрохимической коррозии и разрушения смазки.
Токоприемники пантографного типа по схеме системы подвижных рам делятся на ромбические пантограф- ные, симметричные и асимметричные полупантографы.
В России преимущественное распространение получили ромбические пантографы, хорошо зарекомендовавшие себя в результате длительной эксплуатации. Симметричные полупантографы значительно увеличивают нагрузку на шарнирное соединение подвижных рам, но снижают металлоемкость и габариты основания токоприемника. Еще больше уменьшить массу и габариты позволяет использование асимметричных полупантографов, однако требования к качеству материалов, технологии изготовления и к условиям эксплуатации гораздо более жесткие, чем у пантографов других модификаций.
Подъемно-опускающий механизм токоприемника должен обеспечивать дистанционное управление, заданное нажатие на контактный провод, подъем и опускание токоприемника без повреждений контактной системы и контактной сети, величину удерживающей силы для предотвращения самопроизвольного подъема токоприемника, заданную скорость подъема и опускания токоприемника.
По виду энергии, приводящей в движение механизм подъема- опускания, приводы делятся на пневматические, электрические и гидравлические.
Наибольшее распространение получили пневматические приводы, имеющие один или два цилиндра с поршнями. Принцип работы такого привода основан на том, что при подаче сжатого воздуха в цилиндр его поршень сдвигает шток, который перемещает в том же направлении рычаг. В результате этого рабочая пружина сжимается, нарушая равновесие наружных пружин, которые, стремясь сжаться, поворачивают валы, поднимая тем самым подвижные рамы.
Опускание токоприемника осуществляется путем выпуска сжатого воздуха из цилиндра. Все токоприемники для предотвращения самопроизвольного подъема снабжаются также пневматическими замками.
Основание токоприемника представляет собой сварную конструкцию, выполненную, как правило, из прямоугольных труб или стальных швеллеров. Основание крепится на крыше электровоза или моторного вагона с помощью опорных изоляторов, которые несут как изолирующую, так и механическую нагрузку.