Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тяговые аппараты и электрическое оборудование. Курс лекций
.pdf
кдкдк
dE
,,
– динамическая сила, возникающая при вертикальных пере-
где F
д
F FFF
=±=+
к
, (9.8)
dH
мещениях токоприемника;
Eк – кинетическая энергия, накопленная токоприемником.
2
– скорость вертикального перемещения токоприемника;
где v
в
E mv m
= =
к пв п
2
05 05
dh
, (9.9)
dt
mп – приведенная к точке контакта масса подвижных частей то-
коприемника.
Динамические силы, имеющие случайный характер, зависят от
приведенной массы mп, изменяющейся с изменением высоты H, поэтому динамическая характеристика токоприемника представляет собой зависимость mп(H) (рисунок 9.3). Влияние массы полоза m
пол
на
динамические процессы очень велико, поэтому, снижая массу, можно уменьшить уровень динамических сил и, как результат, износ.
m
, кг
п
25
1
Рисунок 9.3 – Динамические характеристики токоприемника серии Л:
20
15
2
10
5
0 500 1000 1500 Н, мм
1 – с полозом; 2 – без полоза
181
Приведенная масса токоприемников серии Т не должна превышать 45 кг, серии Л – 33 кг. Взаимодействие токоприемника с контактным проводом зависит от конструкции токоприемника, устройства
контактной сети, динамики ЭПС, скорости движения. Для улучшения
свойств токоприемников желательно, чтобы небольшие, но наиболее часто встречающиеся изменения высоты H не сопровождались перемещениями всей подвижной части токоприемника, а ограничивались только
перемещениями полозов и кареток. Поэтому полозы должны иметь возможность перемещаться относительно основных рам токоприемника.
Повышение скоростей движения (особенно скорости выше
80 км/ч) усиливает влияние на работу токоприемников аэродинамических сил. Они создаются как непосредственным давлением воздушного потока на лобовую поверхность токоприемника, так и завихрениями, образующимися вокруг отдельных его частей. Кроме того,
могут действовать и завихрения или изменения направления воздушных потоков, вызванные не токоприемником, а другими устройствами. Например, при работе первого по ходу токоприемника локомотива большое влияние на него оказывают воздушные потоки,
отраженные лобовой частью ЭПС. При работе заднего токоприемника на него действуют завихрения от различных элементов крышевого оборудования локомотива.
Воздействие воздушных потоков при движении значительно
изменяет нажатие полозов на контактный провод. При движении
в открытом пространстве нажатие токоприемника повышается с увеличением скорости. В тоннелях, под широкими мостами и путепроводами действуют отраженные воздушные потоки, снижающие нажатие токоприемника, что приводит иногда к его опусканию. При
высоких скоростях воздушные потоки поворачивают полозы относительно контактного провода. При этом полоз с проводом соприкасается только по его кромке, а это снижает поверхность соприкосновения, вызывает непрерывное искрение и повышенный износ.
В токоприемниках для высокоскоростного ЭПС по возможности следует устранять все поверхности, создающие «эффект парусности»,
а узлам и деталям придавать обтекаемые формы.
При скорости движения 160 км/ч или при встречном и боковом
ветре скоростью 25 м/с у токоприемников серии Л нажатие не должно превышать более чем в 2,5 раза, а у токоприемников серии Т более чем в 2,8 раза их среднестатистические значения.
Наряду с необходимостью снижать массу подвижных частей при
повышении скорости стремятся повышать прочность и особенно по-
182
перечную жесткость токоприемников. Последняя у токоприемников,
работающих до скорости 160 км/ч, должна быть не ниже 17 Н/мм.
Условия работы токоприемников (контактных башмаков) для
контактного рельса значительно проще, чем токоприемников для
контактного провода. Более точное взаимное расположение рельсового пути и контактного рельса позволяет обойтись одношарнирным сравнительно простым к тому же неуправляемым устройством.
9.3 Конструкция крышевых токоприемников
Принципиальная кинематическая схема пантографа с симметричными рамами приведена на рисунке 9.4. По такой схеме сконструирован токоприемник типа Т-5М1, применяемый на электровозах
постоянного тока серий ВЛ10, ВЛ11. Он рассчитан больше на работу преимущественно в условиях тяжелых грузовых поездов и имеет
полозы с медными наделками. Конструкция подвижных частей облегчена за счет применения высокопрочных тонкостенных стальных труб для верхних рам 3 и конусных сварных также тонкостенных труб для нижних рам 2.
5
4
3
2
1
Рисунок 9.4 – Кинематическая схема пантографа:
1 – основание; 2,3 – рамы; 4 – пружина каретки; 5 – полоз;
6 – рабочая пружина; 7 – пневматический привод; 8 – изолятор;
9 – крыша; 10 – выключающая пружина
10
6
7
8 9
183
Для подъема токоприемника в пневмоцилиндр привода 7 подается сжатый воздух, создается подъемное усилие, которое, преодолевая
силу сопротивления со стороны выключающей пружины 10, перемещает подвижные части токоприемника до касания его полоза 5 с контактным проводом. Сила контактного нажатия создается пружиной 6.
Стабилизация контактного нажатия производится двумя способами:
– при плавных изменениях высоты контактного провода – изменением жесткости пружин 6 (либо регулятором давления при использовании сильфонного привода);
– при резких изменениях высоты контактного провода – перемещением каретки 4 в пределах 50 мм.
Для опускания токоприемника выключается пневмопривод 7, выключающая пружина 10, преодолевая силу сопротивления со стороны пружины 6, перемещает подвижные части в положение, соответствующее опущенному состоянию токоприемника.
В более совершенном по конструкции токоприемнике серии Л
для улучшения аэродинамических свойств и снижения массы аппарата перешли от пространственных нижних рам к плоскостным,
сохраняя симметричную форму токоприемника. У токоприемника
Л-13У (рисунок 9.5) нижняя рама 3 представляет собой трубу, жестко
соединенную с валом 11. При такой форме не только снижается воздействие аэродинамических сил, но также и масса токоприемника.
На современном ЭПС (электровозы 2ЭС5К, 2ЭС6, 2ЭС10, ЭП2К,
ЭП1М, ЭП20, ЭВС1, ЭВС2, ЭС1, ЭС2Г) широкое распространение
получили асимметричные токоприемники. В сравнении с аналогичными симметричными токоприемниками асимметричные имеют следующие преимущества: число трубчато-рычажных элементов в них
меньше в 2–2,6 раза, шарнирных соединений – в 1,7 раза. Поэтому
незначительны внутренние силы трения, а расхождения между статическими характеристиками подъема и опускания не превышают
4…6 Н [1]. В первоначальном варианте конструкция асимметричного токоприемника представляла собой ромб, одна из сторон которого
была повернута относительно вертикальной оси на 180°; предполагалось также перейти от пространственной конструкции к плоскостной хотя бы для нижних рам. При этом за счет меньших завихрений
улучшались аэродинамические качества токоприемников. Сохранялось наличие пружин и других упругих элементов, например, торсионов, участвующих в подъеме и опускании токоприемника, стабилизации давления полоза на контактный провод [15]. В дальнейшем
конструкция была несколько упрощена (рисунок 9.6). Ключевая осо-
184
бенность ассиметричных токоприемников – меньшая приведенная
масса по сравнению с симметричной конструкцией. Чем меньше
приведенная масса токоприемника, тем, вследствие меньших сил
инерции, ниже вероятность его отрывов при начале движения полоза вверх (например, после прохождения точки крепления фиксаторов контактной подвески), поэтому первоначально токоприемники этого типа разрабатывались специально для высокоскоростного
ЭПС (скорости свыше 200 км/ч).
321
4
6789
10
15
10
11
5
7 9
14
13
15
11
14
1
Рисунок 9.5 – Внешний вид токоприемника Л-13У
и кинематическая схема его основания:
1 – основание; 2 – кронштейны; 3 – нижние рамы; 4 – верхние рамы;
5 – полоз; 6 – каретка; 7 – подъемные пружины;
8 – пневматический привод; 9, 10 – тяги; 11, 15 – валы;
12 – опускающие пружины; 13, 14 – рычаги
185
7
14
13
12
10
1
3 2
9
4
5
6
11
10
9
8
Рисунок 9.6 – Конструкция токоприемника переменного тока
8WLO 185-6YH95:
1 – полоз; 2 – шунт полоза; 3 – параллельная направляющая;
4 – вход воздушной магистрали; 5 – сильфонный привод;
6, 12 – электрический соединитель; 7 – опорный изолятор;
8 – основание; 9 – демпфер; 10 – нижний рычаг; 11 – шатун;
13 – верхний рычаг; 14 – каретка
Токоприемник, изображенный на рисунке 9.6, устанавливается
на электропоезда ЭВС2 «Сапсан», его отличительная особенность –
наличие пневматического сильфонного привода 5 (резинокордного цилиндра) с тремя утолщениями. Сжатый воздух, подводимый
к сильфону 5, создает момент на валу нижнего рычага 10 посредством системы кулачков и тросиков. Через несколько секунд полоз
токоприемника начинает свое движение вверх до касания с контактным проводом. Давление воздуха в приводе при этом продолжает нарастать до величины, соответствующей заданному статическому нажатию. Именно сильфонный привод обеспечивает создание
186
необходимой силы контактного нажатия Fк, в отличие от токоприемников традиционной конструкции, где пневмопривод лишь нейтрализует действие опускающей пружины, а необходимое давление
полоза на контактный провод обеспечивается подъемной пружиной.
Из-за отсутствия пружин, для стабилизации силы Fк в рабочем диапазоне высот крепление сильфона 5 к навесным накладкам на нижнем рычаге 10 осуществляется с помощью тросиков и дисковых кулачков. Настройка силы Fк осуществляется регулятором давления,
который находится на пневматической панели клапанов. Для улучшения качества токосъема между нижним рычагом 10 и основанием 8 устанавливается демпфер 9, который активен только при перемещении полоза токоприемника вниз. Для облегчения подъема
в зимнее время, когда вследствие обледенения пантограф испытывает дополнительные весовые нагрузки, токоприемники данного типа
оснащаются вспомогательным подъемным устройством, состоящим
из двух диафрагменных пневмоцилиндров и толкателей. Диафрагменные приводы работают одновременно с сильфонным и при подаче сжатого воздуха выталкивают рычаги токоприемника на 20…35 мм.
Для опускания токоприемника сжатый воздух из привода выпускается в атмосферу через регулятор давления. При этом токоприемник
под действием собственного веса опускается до полностью сложенного положения. Токоприемники рассмотренной конструкции применяются и на ЭПС постоянного тока, основным отличием в характеристиках будет являться неподрессоренная масса полоза вследствие
съема больших токов токоприемниками постоянного тока, поэтому
на них могут устанавливать два демпфера. Вследствие хороших массо-габаритных показателей и ряда других положительных качеств ассиметричные токоприемники получили широкое распространение
на ЭПС различных видов и для любых скоростей движения.
Основные конструктивные параметры наиболее применяемых на
ЭПС типах токоприемников приведены в таблице 9.1 [4, 9, 11, 15-18].
Полоз токоприемника выполняют со сменными накладками или
вставками – деталями, осуществляющими непосредственный контакт с контактным проводом. Эти детали необходимо изготовлять из
материала с малым удельным сопротивлением, стойкого к образованию дуги, обладающего достаточной износостойкостью и одновременно обеспечивающего минимальный износ контактного провода.
В разное время делались попытки выполнять эти детали из алюминия или стали, однако, положительных результатов они не дали.
В настоящее время применяют три вида материалов:
187
МР160
(ЭС2Г)
ЭТ2М,
(ЭР2Т,
ТЛ-13У1
ЭД2Т,
ЭД4М)
AX 024
(ЭП20)
АX 023
(ЭП20)
10-01
ТАсС-
ЭП1М)
(2ЭС5К,
16-02
ТАсС-
(ЭП2К)
Тип токоприемника (серия ЭПС)
(2ЭС6,
ТА-160
2ЭС10)
16-01
ТАсС-
(2ЭС4К)
Л-13У1
(ВЛ80С)
ВЛ11)
(ВЛ10,
Т-5М1
3 25 3,0 3,0 3,0 25 25 3 3 3,0
2200 550 2500 3200 2700 900 750 3200 500 580
100/ 130 60/ 90 100/ 130 80/ 120 80/ 110 60/ 90 60/ 90 60/ 90 60/ 90 70/ 130
3,5 – 6 Не более 6 3,5 – 6 Не более 6
400 – 1900 190 – 1790 400 – 1900 400 – 2100
2100 2300
Метал-
Метал-
Метал-
Медь, ме-
Уголь Уголь Уголь
мика
локера-
Уголь
мика
локера-
керамика
Металло-
керамика
Металло-
локера-
мика или
рамика
таллоке-
уголь
или уголь
Таблица 9.1 – Основные конструктивные параметры токоприемников
Параметр
Номинальное на-
пряжение контак-
тной сети, кВ
Номинальный ток
при движении, А
Статическое на-
жатие активное/
пассивное, Н
Время подъема, с 7 – 10 Не более 10 7 – 10 Не более 10
Время опуска-
ния, с
Диапазон рабочей
высоты, мм
Максимальная
высота подъема,
мм
Контактный ма-
188
териал
Масса, кг 269,0 290,0 139,0 260,0 ≈ 140,0 123,2 130,0 135,0 290,0 130,0
– твердотянутую медь;
– металлокерамику;
– электрографитированный уголь.
Широкое распространение на токоприемниках магистрального
ЭПС, особенно серии Т, получили накладки из твердотянутой медной полосы специального профиля, по техническим показателям
близкие к материалу контактного провода. Однако применение в узле
трения однородного материала неблагоприятно по антифрикционным свойствам. К тому же трудно обеспечить надежное устойчивое
смазывание, а «наволакивание» меди по рабочей поверхности провода добавляет к его фрикционному износу еще и электроэрозионный.
Полозы выполняют из листовой стали с антикоррозионным покрытием (оцинковкой). Накладки из профильной медной полосы
отдельными секциями закрепляют на полозе латунными винтами с
гайками и пружинными шайбами. Число накладок в его средней части, где их износ больше, увеличивают. Пространство между накладками заполняют смазывающим материалом.
С целью снижения износа контактного провода применяют накладки из «самосмазывающейся» металлокерамики на основе меди с
высоким содержанием графита или угольные вставки. Износ провода
при металлокерамических накладках выше, чем при угольных вставках. Однако угольные вставки имеют относительно высокое удельное сопротивление (15…30 Ом·мм2/м). Это обусловливает значительную мощность потерь в месте контакта, значительные превышения
температуры, что может привести к пережогу провода. При использовании угольных вставок в токоприемниках типа Т надо повышать
чувствительность и быстродействие токовой защиты.
Угольные вставки быстро изнашиваются и разрушаются при неровностях поверхности провода или его загрязнении. На одних и тех
же участках нельзя эксплуатировать одновременно токоприемники
с медными накладками и угольными вставками. Крепить угольные
вставки к полозу можно тем же способом, что и для медных и металлокерамических накладок. Известны и другие способы, например,
за рубежом довольно часто вставки вдвигают в держатель (часть полоза) с торца.
Полозы укреплены на каретках, которые должны допускать их
перемещения независимо от положения верхнего шарнира токоприемника. Это улучшает динамические свойства токоприемников.
В случае приложения к центру полозов силы, равной пассивному
статическому нажатию, их перемещение должно быть не менее 30 %
189
полного перемещения. Для полного соприкосновения полозов с контактным проводом необходима возможность их свободного поворота в каждую сторону не менее чем на 5…7°.
На конструкцию каретки токоприемника существенно влияет
устройство контактной сети. Так, контактному проводу площадью
сечения менее 85 мм2 при высокой эластичности контактной сети
наиболее соответствуют каретки с небольшим свободным поворотом
каждого полоза без горизонтального перемещения. Они рассчитаны
на «обтекание» контактной поверхности проводом. При большей
жесткости контактной сети, особенно при двух контактных проводах, такие каретки работают недостаточно устойчиво. В этом случае
каретки должны допускать горизонтальные перемещения каждого
полоза, предусматривать их достаточно большой свободный поворот
до 5…10° в каждую сторону. Однако при угольных вставках по условиям нагревания желательно, чтобы расстояние между полозами по
ходу движения было как можно больше. При всех условиях должна
предусматриваться некоторая самоустанавливаемость каждого полоза в плоскости, перпендикулярной направлению движения, что достигается введением вертикальных эластичных элементов.
190
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]