5. Аэродинамические устройства

Аэродинамические устройства предназначены для улучшения аэро­динамических свойств токоприемников, зависящих от воздействий воздушного потока, скорость которого определяется как сумма скорости движения поезда v_T и скорости встречного v_BX и бокового v ветра. В результате воздействия воздушного потока возникают до­полнительная аэродинамическая составляющая контактного нажатия Р_ВТ и лобовое сопротивление токоприемника Р_ВТХ. Это ухудшает ка­чество токосъема и увеличивает сопротивление движению поезда.

Аэродинамические устройства можно подразделить на три группы: уменьшающие лобовое сопротивление токоприемника, что достигается применением более обтекаемых форм его элементов и узлов; экраниру­ющие — отводящие потоки воздуха из рабочей зоны токоприемника (эк­раны, устанавливаемые на крыше ЭПС) и компенсирующие аэродина­мическую подъемную силу (управляемые или неуправляемые крылья или экраны, устанавливаемые непосредственно на токоприемнике).

Аэродинамическими устройствами оборудованы все скорост­ные токоприемники за рубежом. В России такое нерегулируемое устройство для токоприемника Сп-6М, установленного на элект­ровозе ЧС200, выполнено в виде двух экранов, закрепленных на верхней части системы подвижных рам. Экраны работают пооче­редно, в зависимости от направления движения ЭПС.

Аэродинамическая характеристика (подъемная сила) представ­ляет собой зависимость аэродинамической составляющей контак­тного нажатия от скорости и угла атаки воздушного потока и от высоты подъема токоприемника.

В соответствии с требованиями стандарта аэродинамическое воздействие на рабочий (для электровоза задний по ходу) токоп­риемник ЭПС не должно вызывать увеличения нажатия по сравне­нию со средним статическим более чем в 1,8 раза при скорости об­дува 44,5 м/с для токоприемников типа Л и 33,3 м/с типа Т.

Неработающий токоприемник должен надежно удерживать­ся в опущенном положении при движении ЭПС со скоростью 160 км/ч (скорость обдува 44,5 м/с); кроме этого должна быть обеспечена возможность подъема и опускания токоприемника при движении ЭПС со скоростью 120 км/ч и встречном или боковом ветре до 10 м/с.

Аэродинамическую характеристику определяют при продув­ках в аэродинамической трубе, располагая полоз на высоте, со­ответствующей середине рабочего диапазона токоприемника, при углах атаки 1° и 3° в диапазоне скоростей обдува от 11,1 до 44,5 м/с (40—160 км/ч) через каждые 5,5 м/с. Построение характеристики для больших расчетных скоростей воздушного пото­ка осуществляют графическим методом.

Допускается замена испытаний в аэродинамической трубе ли­нейными испытаниями, для чего токоприемник устанавливают на вагон-лабораторию, приводимую в движение автономным ло­комотивом (например, тепловозом). При линейных испытаниях проверяют подъем и опускание токоприемника во всем диапа­зоне скоростей до 120 км/ч (через каждые 5,5 м/с), встречном ветре до 10 м/с и высоте контактного провода 6250—6500 мм.

Провести точный расчет аэродинамических характеристик то­коприемника как плохообтекаемой конструкции достаточно слож­но из-за турбулентности потоков воздуха, их неоднородности и сры­вов вихрей. Приближенные расчеты основаны на определении сил Pj, действующих на отдельные элементы токоприемника:

P_i = c_i s_i v ²_ВТ /16; P_BTxi = P_t cos α; P_ВТi = P_i sin a, (12.6)

где с_i, s_j — коэффициенты сопротивлений и миделевые сечения i-x элементов токоприемника, а α — угол атаки. Тогда лобовое со­противление и аэродинамическая подъемная токоприемника, со­стоящего из к элементов:

(12.7)