Конструкции токоприемников для высоких скоростей движения

1. 
   Конструкции токоприемников для высоких скоростей движения
   

Токоприемником называется аппарат, предназначенный для передачи электрической энергии от электротяговой сети к ЭПС. Конструкция токоприемника должна обеспечивать надежный съем с контактной подвески определенного заданного тока при максимальной скорости движения, на которую рассчитан ЭПС. Эксплуатируются токоприемники разных конструкций. Это разнообразие конструкций вызвано тем, что ЭПС имеет различную мощность, а следовательно, и снимаемый ток имеет разные значения. Поэтому токоприемники могут иметь разное число полозов и контактных пластин. Кроме того, могут существенно различаться скорости, на которые рассчитаны разные ЭПС. Чем выше конструкционная скорость ЭПС, тем совершеннее должна быть конструкция токоприемника, как с точки зрения аэродинамики, так и с точки зрения уменьшения его приведенной массы, взаимодействующей с контактной подвеской.
В зависимости от токовой нагрузки (нагрузочной способности) токоприемники в России подразделяют на два типа: – типа Т («тяжелые»), предназначенные для грузовых и пассажирских электровозов постоянного тока и двойного питания; при движении они должны длительно обеспечивать съем с контактного провода тока 2200 А; – типа Л («легкие»), предназначенные для грузовых и пассажирских электровозов переменного тока и электропоездов постоянного и переменного тока; при движении они должны обеспечивать длительно съем с контактного провода тока 500 А.
Токоприёмники различают по условиям работы и по конструктивному исполнению: Для токосъёма с воздушной контактной сети:
Пантограф — токоприёмник с подъёмным механизмом в виде шарнирного многозвенника, обеспечивающим вертикальное перемещение контактного полоза.
Полупантограф, или асимметричный токоприёмник, — внешне выглядит как половина обычного пантографа. На отечественных железных дорогах применяются и так называемые симметричные двухрычажные полупантографы
Штанговый — токоприёмник с подъёмным механизмом в виде рычага- штанги, допускающим вертикальное, а при необходимости и боковое перемещение контактной головки (контактного «башмака») или (реже) полоза. Весьма характерен для троллейбусов (двухштанговый вариант).
Дуговой — токоприёмник с подъёмным механизмом в виде поворотной рамы, обеспечивающим перемещение полоза по дуге окружности, часто бывает на старых трамваях.
Токоприёмник для бокового контактного провода обычно используется в поездах метро.
В локомотивах для ВСМ обычно используют пантографы (рис. 12,а) и полупантографы (рис. 12,б)
а) б)

Рис. 12. Внешний вид пантографа (а) и полупантографа (б)

Конструктивно наиболее распространенны одно- и двухступенчатые токоприемники которые разделяются на однорычажные (асимметричные), двухрычажные и четырехрычажные - по числу рычагов на нижних валах подвижных рам. Из них высокоскоростными являются двухступенчатые и малогабаритные одноступенчатые токоприемники. Пригодность к высокоскоростному диапазону определяется приведенной массой m₀ таких систем, что обусловливает малую величину динамической составляющей контактного нажатия.
Высокоскоростные токоприемники отличаются также строго определенной аэродинамической характеристикой, позволяющей компенсировать отрицательные инерционные силы и наличием демпферов, а также наличие резинокордного пневматического подъемно-опускающего механизма. Этот механизм позволяет изменять силу нажатия токоприемника путем регулировки давления в пневмосистеме. Для реализации системы авторегулирования токоприемника наиболее целесообразным представляется оснащение пневмосистемы дополнительными электропневматическими распределителями, позволяющими ступенчато изменять давление в резинокордной оболочке токоприемника. В зависимости от условий работы регулятор может включать одну из ступеней, повышая или понижая нажатие
токоприемника. На рис. 13 показана схема пневматического регулирования с двумя ступенями давления.
Могут также устанавливаться пневматические или гидравлические демферы для компенсации динамических усилий в токоприемнике. Наиболее часто демпферы устанавливают между основанием и нижними подвижными рамами, чем обеспечивается плавность траектории верхнего шарнира подвижных рам. Демпферы, установленные между подвижными рамами и полозом (в немецком токоприемнике DBS 54) предназначены для предотвращения резонансных колебаний в процессе токосъема.
Приведенная масса таких токоприемников практически зависит только от массы полоза и приведенной массы верхней подвижной системы, как, например, у авторегулируемого токоприемника ТСп-1М, на скоростном поезде ЭР-200. При формулировке требований к параметрам токоприемника необходимо учитывать характеристики контактной подвески. Так, исследования токосъема показали, что на участках, оборудованных полукомпенсированной контактной подвеской постоянного тока, где предусматривается движение со скоростями 200 км/ч, приведенная масса
токоприемника не должна превышать 26 кг. На участках с компенсированной подвеской соответствующее значение составляет 36 кг (при условии одновременной работы нескольких токоприемников поезда в обоих случаях) Токоприемники ТСп-1М и СП-6М имеют две подвижные системы. [Масса верхней подвижной системы ТСп-1М составляет 9,5 кг, масса полоза 13,9 кг, полоз токоприемника имеет значительную ширину (440 мм) для его устойчивости при высокой скорости движения. Токоприемник СП-6М отличается от ТСп-1М, габаритами, отсутствием подвижного основания и креплением гидравлических демпферов. Основные параметры этих и некоторых других токоприемников приведены в табл. 4
Таблица 4. Технические характеристики высокоскоростных токоприемников

Российский электропоезд «Сокол», имеющий конструкционную скорость 250 км/ч, оборудован токоприемником ТП-250 рассчитанным на тяговую

сеть переменного тока 25кВ. Токоприемник выполнен по схеме асимметричного полупантографа, что обеспечивает приближенную верти- кальность хода верхнего узла.
В применяемых на Японских железных дорогах токоприемниках имеется активное демпфирование колебаний с помощью быстродействующего гидравлического привода. Испытания на скоростях до 350 км/ч с номинальным нажатием 210 Н показали, что при вертикальных
колебаниях с частотой 0,1...40 Гц динамические усилия на контакте с проводом снижены благодаря демпфированию на 40% . Устройства, стабилизирующие контактное нажатие, существенно уменьшают износ контактных пластин и контактного провода