Размещено на http://www.allbest.ru

1. ТИПЫ ТОКОПРИЕМНИКОВ, ИХ НАЗНАЧЕНИЕ, КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

1.1 Виды токоприемников

токоприемник механизм подъем опускание

Токоприёмник -- электрический аппарат, предназначенный для создания контакта электрического оборудования электротранспорта с контактной сетью.

Разновидности токоприёмников

Токоприёмники различают по условиям работы и по конструктивному исполнению:

ь Для токосъёма с в воздушной контактной подвески:

Ш Пантографные

Ш Дуговые

Ш Штанговые

ь Для токосъёма с контактного рельса

Ш Рельсовые

Пантограф (токоприёмник типа пантограф) -- устройство, обеспечивающее токосъём с контактной сети.

Рис.1. Пантограф на вагоне трамвая

Пантограф служит для обеспечения надёжного электрического соединения с контактным проводом контактной сети электроподвижного состава железных дорог (электровозы, электропоезда, электросекции), трамваев, а также вагонов метро (в тех системах, где напряжение на подвижной состав подается через контактную сеть).

Название пантографа произошло от похожего на него по форме устройства для копирования чертежей (от греч. рбнф - всё, гсбц - писать).

Устройство пантографа

Пантограф имеет полоз, закреплённый на подвижном устройстве -- каретке. Каретка упруго закреплена на верхней раме токоприёмника. Верхняя рама через систему рычагов шарнирно крепится к нижней раме. Нижняя рама токоприёмника через изоляторы жёстко закреплена на крыше.

Все части пантографа находятся под полным напряжением контактной сети. Ток протекает и через шарнирные соединения пантографа, для уменьшения переходного сопротивления в соединениях и электрокоррозии все шарниры имеют гибкие медные шунты. Для подъёма и опускания пантографа на трамваях используется механический привод (например, с верёвкой в кабину), на электропоездах и электровозах -- пневматический.

На электровозах пантографы устанавливаются на каждой секции, но не менее двух на электровоз, то есть на односекционных электровозах -- два (для избыточности; исключение составляют лишь некоторые малые электровозы, на крыше которых трудно разместить два пантографа). На электровозах постоянного тока может устанавливаться по два пантографа на секцию, потому что более низкое, чем при переменном токе, напряжение в контактной сети обуславливает более высокие токи при трогании и разгоне. Поэтому при плохом контакте между контактным проводом и полозом токоприёмника может возникать электрическая дуга, что создаёт опасность пережога контактного провода.

На электропоездах и электросекциях устанавливается по одному пантографу на моторном вагоне каждой секции. На электровозах, имеющих два или более пантографа, при движении обычно поднимают задний по ходу пантограф. Это может быть связано с несколькими соображениями:

Ш При поломке пантографа он падает назад по ходу движения. Пантограф обычно расположен на крыше локомотива около кабины управления, в то время как на крыше над машинным отделением обычно расположено крышевое оборудование (детали системы охлаждения, реостаты и пр.). При падении переднего по ходу движения пантографа назад он может повредить крышевое оборудование, что может привести к потере локомотивом возможности движения своим ходом. В то же время задний по ходу пантограф при поломке падает на крышу нерабочей кабины управления, где обычно нет жизненно важного оборудования.

Ш Если машинист при движении заметит неисправность контактной сети, угрожающую поломкой пантографа (например, обрыв струны подвески контактного провода), у него будет больше времени на принятие мер к опусканию заднего пантографа, чем переднего.

Ш Локомотив при движении создаёт перед собой зону сжатия воздуха, из которой воздух истекает в стороны и вверх. Воздух, движущийся вверх, приподнимает контактный провод, и за счёт этого для переднего пантографа создаются условия контакта хуже, чем для заднего. Значение этого фактора возрастает с увеличением скорости движения.

На многосекционных локомотивах и в моторвагонных поездах нет необходимости поднимать пантограф на каждой секции или моторном вагоне, так как секции соединены между собой высоковольтной шиной, проходящей по крыше или по сцепке. Поэтому поднимают лишь столько пантографов, сколько необходимо для обеспечения нормального токосъёма и безопасности контактного провода от пережога.

На мощных электровозах постоянного тока, потребляющих большой ток и имеющих более одного токоприёмника на секцию (например, ЧС200), во время наибольшего энергопотребления (при трогании и разгоне) могут быть подняты все пантографы для обеспечения большего количества точек токосъёма. После разгона передние по ходу токоприёмники опускают.

Бугель (от Bьgel) -- тип токоприёмника рельсового транспорта, наиболее часто применявшийся в трамваях. Изобретён Вернером фо Сименсом в 1880-е годы. Представляет собой пологую дугу, скользящую по поверхности контактного провода. Вся верхняя часть дуги представляет собой контактную планку. Прямые стойки бугеля, несущие контактную планку, соединены с вагоном единственным шарниром.

Создание бугеля Сименсом было вынужденным шагом - чтобы избежать патентных споров с Фрэнком Спрагом, автором штангового токосъёмника, Сименсу потребовалась патентно-чистая альтернатива. В начале XX века система Сименса стала доминирующей в Европе, в США продолжали использовать штанги.

Во избежание неравномерного износа, провод контактной сети следует подвешивать не строго по осевой линии пути, а небольшим зигзагом, так, чтобы эффективно использовать всю поверхность контактной планки. В отличие от пантографа, бугель менее требователен к качеству подвеса контактной сети, а при авариях из-за её дефектов - практически не повреждается. Поэтому, несмотря на то, что в послевоенных конструкциях отечественных трамваев бугели были заменены более совершенными пантографами, трамвайные хозяйства, не способные поддерживать сети на должном уровне, нередко заменяют штатные пантографы на более живучие бугели.

Недостаток бугеля по сравнению с пантографом - его направленность. Для того, чтобы начать движение задним ходом, необходимо вручную, канатами, перебросить бугель вперёд, по ходу движения, однако далеко не все конструкции позволяют сделать это. Поэтому трамваи, предназначенные для двусторонней работы, оснащались двумя бугелями.

Штанга -- тип токоприёмника, представляющий собой одпружиненный вверх металлический стержень. На конце штанги крепится «башмак» со вставкой из композиционных материалов (графит + медь) которая подставляется под провод контактной сети. Башмак, как и сама штанга, закреплен шарнирно.

В ранних конструкциях вместо башмака использовался ролик, однако позже от него отказались (за исключением нескольких городов в США) из-за быстрого износа и плохого качества токосъема. У троллейбуса имеется 2 штанги на 2 провода контактной сети (левая штанга -- положительный полюс, правая -- отрицательный), а у трамвая 1 штанга (только плюс).

В отличие от пантографа и бугеля штанга направляется контактным проводом, потому положение штанги на разветвлении проводов должно управляться расположенной на них стрелкой, которая переключается водителем.

Преимущества

Ш Штанга легче, чем бугель или пантограф и проще по конструкции;

Ш Есть возможность отклоняться от контактной сети на определенное расстояние, тем большее чем больше длина штанги. Обычно это до 5 м в каждую сторону. Актуально прежде всего для троллейбуса;

Ш Простота подключения к двух- и многопроводной сети. Существуют конструкции многопроводного токосъема с использованием пантографа, но такая система требует значительного разнесения контактных проводов, и кроме того занимает значительно больше места, поэтому применятеся в основном в электропоездах и карьерных грузовиках.

Недостатки

Ш Штанга может срываться с контактного провода при неправильных манёврах транспорта или неисправностях в контактной сети. Также штанга может сходить на поворотах на большой скорости;

Штанга устанавливается на контактный провод вручную, водителем; для этого на штангу обычно надето скользящее кольцо с диэлектрической верёвкой для перемещения. При использовании дуобусов в местах входа маршрута дуобуса в контактную сеть используют различные конструкции, упрощающие установку штанг.

Направленность. Движение задним ходом возможно на низкой скорости, при этом возрастает риск схода штанги или поднятия вверх до замыкания контактного провода.

При слабом подпружинивании штанги она будет срываться почти на каждом повороте, при слишком сильном может повредить контактную сеть.

Для предотвращения повреждения контактной сети при сходе штанги троллейбусы и трамваи оборудуются штангоуловителями. Они могут быть механическими, электрическими, пневматическими и гидравлическими.

Ш Механический штангоуловитель прост по конструкции: он представляет собой катушку, на которую намотан канат, соединенный с концом штанги. В катушке есть две пружины и спусковой механизм. Первая пружина создает натяжение канатов, предотвращая их провисание. Вторая вступает в действие при срабатывании спускового механизма: при резком толчке, сигнализирующем о сходе штанги, механизм отпускает вторую пружину и она наматывает канат на катушку, опуская штангу на крышу.

Ш В электрическом штангоуловителе вместо второй пружины установлен электродвигатель. Это позволяет во-первых исключить ложные срабатывания на неровностях дороги, благодаря датчику напряжения, а во-вторых опускать штанги дистанционно из кабины водителя. В связи с этим повышается безопасность троллейбуса: в случае обнаружения утечки тока на корпус, не выходя из кабины (а значит и не подвергаясь риску попасть под напряжение) полностью обесточить троллейбус.

Пневматические и гидравлические штангоуловители устанавливаются на крыше у основания штанги. Как и электрические позволяют исключить ложные срабатывания и обеспечивают дистанционное опускание штанги. Кроме того они выполняют функцию демпфера, предотвращая раскачивание контактного провода, а значит повышая надежность токосъема и уменьшая вероятность схода штанг.

Контактный рельс -- жёсткий контактный провод, предназначенный для осуществления скользящего контакта с токоприёмником подвижного состава (электровоза, моторного вагона).Изготавливается из мягкой стали, форма и поперечные размеры схожи с формой и размерами обычных рельсов. Рельс крепится при помощи изоляторов к кронштейнам, которые в свою очередь монтируются на шпалы ходовых рельсов.

Главное преимущество контактного рельса -- надёжное токоснимание при контакте с токоприёмниками моторных вагонов или электровозов, расположенными на ходовых частях колёсных тележек. Также исключаются колебание токоприёмников и отрыв их от контактного рельса, а следовательно, нарушение контакта и разрыв цепи тока, искрение и дугообразование, разрушающие контактные поверхности.

Основная область применения контактных рельсов -- подземный железнодорожный транспорт, в частности, обеспечение движения поездов метрополитена. Реже данное технологическое решение применяется на открытых линиях при относительно невысоком напряжении (не более 1500 В).

Также контактный рельс применяется для обеспечения энергией подъёмного оборудования (например подъёмных кранов) и складских транспортных устройств, подвесных дорог, электроталей, станков, осветительных устройств и других подобных технических средств.

Различают два типа контактных рельсов:

Ш боковой контактный рельс -- закрыт сверху и с боков изоляционным коробом, а электропитание снимается проходящим снизу контактным башмаком (нижний токосъём).

Ш нижний контактный рельс -- изоляция отсутствует.

В зависимости от того, как расположена контактная поверхность имеют место: нижний токосъём -- контактная поверхность снизу; и верхний токосъём -- контактная поверхность сверху.

Рис.1. Нижний токосъём.

Рис.2. Верхний токосъём.

Достоинства

1. Использование контактного рельса в метрополитене вместо контактного провода позволяет уменьшить габариты тоннелей.

2. Контактный рельс обладает высокой надёжностью и долговечностью.

3. Прост в ремонте и обслуживании.

Недостатки (при применении на наземном транспорте)

Ш Низкая электробезопасность.

Ш Незащищённость от снежных заносов.

Ввиду того, что контактный рельс является проводником электрического тока, его омическое сопротивление должно быть мало, поэтому при изготовлении контактного рельса используют низкоуглеродистую сталь, так как примесь углерода увеличивает электрическое сопротивление.

Профиль и сечение контактного рельса совпадают с аналогичными параметрами обычного путевого рельса.

Нормальная длина контактного рельса составляет 12,5 м. На прямых и кривых участках радиусом 300 м и более в тоннелях контактные рельсы сваривают в плети длиной 100 м, на наземных участках длина плетей составляет 37,5 м, а на парковых путях и кривых радиусом менее 300 м -- 12,5 м.

Установку контактного рельса осуществляют при помощи металлических опор-кронштейнов головкой вниз.

Кронштейны в свою очередь крепятся к шпалам. При такой подвеске контактный башмак, установленный на тележке вагона и подтягиваемый пружинами вверх, скользит по головке рельса -- нижнее токоснимание.

Кронштейны устанавливаются на определённом расстоянии друг от друга -- обычно 4,25-5,5 м. В местах температурных стыков расстояние между кронштейнами уменьшается. По форме кронштейн представляет собой изогнутую из швеллера деталь. В верхней части детали имеется отверстие и приварена так называемая «коробочка», а нижняя часть (так называемый «хвост») крепится к шпалам. Высота кронштейна, которая и определяет высоту контактного рельса, зависит от типа путевых рельсов.

Крепёжный узел, расположенный в верхней части кронштейна, обладает достаточной прочностью и обеспечивает надёжную изоляцию контактного рельса от кронштейна при помощи фарфоровых изоляторов и полиэтиленовых прокладок.

Существуют два типа соединения контактных рельсов друг с другом:

Ш сварные стыки

Ш температурные стыки

Сварные стыки получают при помощи сварки рельсов контактно-сварочной машиной. После сварки стыки обрабатывают в соответствии с профилем поперечного сечения контактного рельса.

Температурные стыки получают путём соединения концов рельсов накладками, которые стягивают болтами. На тоннельных участках пути температурные стыки делают примерно через каждые 100 м (в стыках сварных плетей), на наземных участках -- через 37,5 м (также в стыках сварных плетей), а на парковых путях -- примерно через 37,5 м (не реже, чем через два стыка путевых рельсов). Зазор в температурных стыках зависит от длины плетей и температуры. Основным требованием к такому типу стыков является возможность относительно свободного перемещения концов рельсов в стыке при изменении температуры. Данное требование достигается за счёт наличия в рельсах и накладках овальных отверстий, а также за счёт малой затяжки болтов на одном из стыкуемых рельсов.

Для того, чтобы увеличить электропроводимость стыка сверху приваривают четыре электросоединителя. Их конструкция не отличается от привариваемых электросоединителей стыков путевых рельсов.

Концевые отводы

Рис. 3. Концевой отвод контактного рельса.

1 -- кронштейн крепления контактного рельса, 2 -- контактный рельс, 3 -- уклон рабочей поверхности

Концевые отводы предназначены для плавного захода контактного башмака под контактный рельс и плавного схода с него в местах разрыва. Рабочая поверхность концевого отвода на некотором расстоянии от стыка сохраняет свою высоту относительно головок путевых рельсов, а затем постепенно повышается до конца отвода с определённым уклоном. Подвеска концевых отводов осуществляется при помощи кронштейнов, которыми подвешивается контактный рельс. Отводы присоединяются к контактному рельсу при помощи обычных стыков без зазоров.

1.2 Токоприемник. Конструкция и принцип действия

Номинальное напряжение постоянного тока, кВ 3

Длительно допустимый ток, А:

при движении 500

при стоянке 50

Максимальная скорость движения, км/ч 140

Максимальная высота подъема от сложенного

состояния, мм, не менее 2100

Рабочая высота, мм: максимальная 1900

минимальная 400

Время подъема до максимальной высоты, с 7-10

Время опускания с максимальной высоты, с 3,5 - 6

Величина усилия статического нажатия

на контактный провод, Н (кгс):

активного, не менее 60 (6)

пассивного, не более 90 (9)

Давление сжатого воздуха, МПа (кгс/см2 ):

номинальное 0,5 (5)

минимальное 0,35 (3,5)

Опускающая сила в рабочем диапазоне h Н (кгс),

не менее, 120 (12)

Разность между максимальным и минимальным

усилиями прижима при одностороннем движении

токоприемника в рабочем диапазоне,

Н (кгс), не более, 10(1)

Масса (без изоляторов), кг 290

Полный ход каретки, мм 50

Каретка (рис. 6) представляет собой систему шарнирно связанных рычагов, обеспечивающих вертикальное перемещение полоза относительно рамы токоприемника в пределах 50 мм.

Характеристики токоприемника проверяют в следующей последовательности:

В цилиндр подают воздух. При этом токоприемник поднимается.

Закрепив динамометр, уравновешивают полоз токоприемника поочередно на высоте 400, 1000, 1500, 1900 мм.

Рис. 6. Полоз токоприемника:

1 - прижимная планка; 2 - угольная вставка; 3 - накладка концевого скоса; 4 - концевой скос; 5 - полоз; 6 - отверстие крепления полоза к каретке; 7 - подкладка под угольные вставки из шинной меди; 8 - шпилька крепления медного шунта к подкладке и полозу

Рис. 7. Каретка токоприемника:

а - первой серии; б - новой серии; 1 - основание; 2 - поперечный валик токоприемника: 3 - серьга: 4 - верхняя планка; 5 - коромысло; 6 - ось; 7 - пружина; 8 - регулировочный болт; 9 - заклепка

3. Постепенно ослабляя натяжение динамометра в каждой точке, измеряют усилие нажатия в начале движения полоза вверх, а затем, увеличивая натяжение динамометра, усилие нажатия в начале движения полоза вниз.

Регулируют усилие нажатия поднимающими пружинами, вращая их на штырях, укрепленных на главных валах токоприемника. Сезонную регулировку характеристик токоприемника выполняют перед зимним и летним периодом эксплуатации, что устанавливается нормативными документами МПС и дороги, где эксплуатируются электропоезда.

2. ДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЗМОВ ТОКОПРИЕМНИКОВ ПРИ ПОДЪЕМЕ И ОПУСКАНИИ

Условия необходимые для подъёма токоприёмников:

Ш напряжение в цепях управления не менее 35 В и давление сжатого воздуха в пневматической цепи управления не менее 3,5 кгс/см2.

Ш закрытое положение дверей ВВК и крышевых люков на всех секциях (иначе не сработает ВУП1 той секции где не выполнено это условие и не будет цепи от провода Э419 к кнопкам токоприёмников.

Ш Нижнее положение рукоятки шинного разъединителя Рз3 на всех секциях.

Ш На электровозах с №043 - нулевое положение КтМ, а с №795 - выключенное положение БВ.

Работа токоприемника на подъем. При подаче сжатого воздуха, с помощью вентиля токоприемника в пневматический привод давлением 3,5-5 атм, поршни в цилиндре (3) расходятся, сжимая опускающие пружины: (4). Тяги опускающего механизма (10) перемещаясь, поворачивают рычаги. При этом действия опускающих пружин на трубы нижней рамы нейтрализуется, между пяткой рычага и трубой нижней рамы появляется зазор который выбирается поднимающими пружинами (7) и токоприемник поднимается. Полная высоты подъема 2100 мм, однако, когда электровоз находится под контактным проводом токоприемник не может подняться на полную высоту, поэтому между пятками рычагов опускающего механизма и трубами нижней рамы всегда будет зазор. При касании полоза контактного провода подъемные пружины (7) создают необходимое статическое нажатие. Каретки обеспечивают слежение полоза за контактным проводом, при не больших изменениях высоты его подвески.

Рис.8. Работа токоприемника на опускание.

При выпуске воздуха из пневмопривода освобождаются опускающие пружины, которые сводят поршни к центру. При этом выбираются зазоры между пятками рычагов опускающего механизма и трубами нижней рамы и опускающие пружины преодолевая противодействие подъемных пружин опускают токоприемник.

Размещено на Allbest.ru