4. Силы нажатий кареток токоприемников

Каретка (см. рис. 12.2, а, б, в, д) — элемент конструкции токоп­риемника, обеспечивающий упругое перемещение полоза относи­тельно верхнего шарнира системы подвижных рам. Каретка пред­назначена для уменьшения влияния инерции рам (в процессе взаи­модействия с контактной сетью) путем упругого расчленения масс токоприемника. Она позволяет безотрывно проходить небольшие неровности на контактных проводах, а при определенных парамет­рах выбирать и стрелы провеса контактной подвески.

Многообразие конструкций кареток позволяет их классифици­ровать (рис. 12.7) по способу установки упругих элементов между полозами и верхним шарниром системы подвижных рам токопри­емника: плунжерные вертикальные; плунжерные наклоняемые; плунжерно-рычажные; плунжерные с демпфированием; рычажные; рычажно-пружинные; пружинные; с кулисой (направляющей).

Рис. 12.7. Классификация кареток токоприемников

По типу и качеству применяемых упругих элементов каретки бывают: с цилиндрическими пружинами, работающими на сжа­тие, растяжение, закручивание; плоскими пружинами; резиновы­ми упругими элементами; пневматическими упругими элемента­ми; со стержнями, работающими на изгиб и скручивание, а также листовыми пружинами, снабженными резиновыми прокладками.

По связи кареток, расположенных с разных концов полоза: син­хронизированные; несинхронизированные.

По связи кареток, несущих разные полозы: связанные; несвязанные.

По наличию встроенного предохранительного устройства, позво­ляющего полозам упруго отклоняться назад при продольном ударе: с предохранительным устройством и без него.

По конструкции соединения с системой подвижных рам: с осью верхнего шарнира; с верхними рычагами.

К основным характеристикам кареток следует отнести жесткость, сво­бодный ход (прогиб) и предварительный натяг. ГОСТ регламентируется также статическая характеристика верхнего узла (так называемая сум­марная характеристика кареток), которая представляет собой зависимость перемещения полоза (относительно верхнего шарнира системы подвиж­ных рам) от приложенной к середине полоза силы, направленной вниз. При приложении силы, равной пассивному статическому нажатию, ход полоза должен составлять 20—40 % полного хода, а угол его поворота 5—7° в каждую сторону относительно среднего положения.

В качестве критерия для определения жесткости кареток использу­ют расчетное значение первой резонансной критической скорости. При этом накладываемые ограничения в расчете связаны с наличием или отсутствием синхронизации кареток, которая, в свою очередь, влияет на их свободный ход и геометрию полоза и зависит от параметров кон­тактной подвески. При невозможности решения дифференциальных уравнений взаимодействия токоприемника с контактной подвеской суммарную жесткость кареток выбирают, исходя из массы полоза, на­личия дополнительного обрессоривания контактных элементов, статического нажатия токоприемника, жесткости контактной подвески и эксплуатационной скорости ЭПС. Кроме того, дополнительно прове­ряют полученные значения жесткости кареток на статическую и дина­мическую устойчивость полоза.

Величина свободного хода синхронизированных кареток зависит от стрелы провеса контактного провода. При увеличении их сво­бодного хода более 100—150 мм необходимо выполнить демпфи­рование системы подвижных рам токоприемника. Для несинхронизированных кареток увеличение свободного хода свыше 100 мм требует применения полозов с положительной кривизной контак­тирующей поверхности и измененной геометрией рогов.

Предварительный натяг применяется при наличии дополнитель­ного обрессоривания контактных элементов, чрезмерной массе полозов и в принципе не является обязательным, так как жесткость кареток может быть нелинейной.

Функции нажатия кареток Р_к = P_к(H_л -Н_р) определяют экспе­риментально следующим образом. Каждую из двух кареток зак­репляют неподвижно. К верхнему валику каретки крепят тягу, име­ющую внизу площадку для гирь, а сбоку устанавливают измери­тельную шкалу. Характеристика снимается при снятых полозах для каждой каретки отдельно. Для определения функции нажатия ка­реток с полозами результаты значений сил на каждой высоте (H_л - H_р) суммируют у двух кареток и из этой суммы вычитают силу тяжести полозов.