Анализ отечественного и зарубежного опыта в создании новых конструкций токоприёмников метрополитена показал, что основными направлениями совершенствования их конструкции являются использование пневматического цилиндра для дистанционного управления включением и отключением токоприёмника, установка токосъёмного башмака на раме посредством шарнира, использование вторичного подрессоривания, уменьшение приведённой массы, применение встроенных изоляторов, повышение нагрузочной способности [2].
В ОмГУПСе разработаны усовершенствованные конструкции токоприёмников ТР-3м и ТРЭП. Токоприёмник ТР-3м выполнен на базе серийного ТР-3. Основная цель разработки – создание конструкции с дистанционным управлением и улучшенными динамическими характеристиками за счёт применения вместо нажимных пружин пневматического резинокордного элемента при неизменной конструкции токоприёмника.
Рис. 4. Токоприёмник ТР-3м
Токоприёмник модели ТР-3м (рис. 4) содержит токосъёмный башмак 1, жёстко связанный с рамой 2, которая посредством шарнира 3 закреплена на изолировочном брусе 4, установленном на буксах тележки-вагона. Основным отличием конструкции токоприёмника ТР-3м от ТР-3 является использование вместо нажимных пружин пневматического резинокордного элемента 5, полость которого через электропневматический клапан 6 и стабилизатор давления 7 связана с воздушным резервуаром 8. Управление подъёмом и опусканием башмака может осуществляться от пульта машиниста путём включения и выключения клапана 6. Наличие РКЭ позволяет использовать не только дистанционное управление, но и систему регулирования нажатия в зависимости от режимов движения и условий работы.
В ОмГУПСе разработаны токоприёмники, оснащённые различными системами авторегулирования нажатия (САРН). Для токоприёмника модели ТР-3м авторами предложена САРН, выполненная с использованием принципов ресурсосберегающей техники и технологии, сочетающая в себе эффективность, простоту и надёжность. Для этого в САРН применено устройство самоподпитки 10 (рис. 4), использующее кинетическую энергию движения токосъёмного башмака при возникновении его вертикальных колебаний с амплитудой, превышающей допустимое значение. При появлении опасных колебаний башмака, например во время прохода концевого отвода, САРН обеспечивает увеличение давления воздуха в РКЭ и, следовательно, увеличение статического нажатия. После прекращения опасных колебаний величина нажатия устанавливается на прежнем уровне.
Наличие РКЭ позволяет эффективно решить и задачу опускания токоприёмника в аварийных ситуациях. Для этого достаточно обесточить цепь управления электропневматическим клапаном 6, который соединяет полость РКЭ с атмосферой. Необходимо отметить, что РКЭ обеспечивает эффективное гашение колебаний башмака за счёт виброгасящих свойств оболочки, а также при использовании дополнительного резервуара, соединённого с полостью РКЭ через пневмодроссель. Наличие РКЭ позволяет уменьшить значение рабочего давления в пневмосистеме за счёт большей эффективной площади РКЭ: с 0,5 у ТР-3 до 0,08 МПа у ТР-3м, что значительно снижает расход воздуха на работу пневмосистемы.
Рис. 5. Токоприёмник ТРЭП
Токоприёмник ТРЭП выполнен на основе TPKП. Основная цель разработки – оценка возможности использования электромеханического механизма привода. Токоприёмник ТРЭП (рис. 5) содержит токосъёмный башмак 1, посредством пружин 2 установленный на раме 3, шарнирно связанной с основанием 4. Статическое нажатие обеспечивается пружиной 6. Рама 4 связана с электромеханическим приводом, который содержит тягу 7, винтовую пару 8, редуктор 9 и электродвигатель постоянного тока 10, связанный с пультом 11 машиниста. Электромеханический привод позволяет отводить токосъёмный башмак от контактного рельса с требуемой скоростью и на необходимое расстояние, что обеспечивается выбором частоты вращения двигателя и момента срабатывания конечных выключателей, установленных в цепи управления. Информация о режиме работы выводится на пульт машиниста в виде световой индикации.
Основные параметры российских токоприёмников метрополитена приведены в табл. 1. Наиболее значимыми узлами жестких токопроводов являются стыковые участки температурной компенсации и концевые отводы. Именно на этих частях возникают нежелательные явления во время ударов контактных элементов о поверхность токопроводов.
Основные параметры токоприёмников метрополитена
| Показатели |
Тип токоприёмника |
| ТР-3 |
ТР-3м |
ТРКП |
ТРЭП-1 |
Номинальное напряжение, В
Длительный ток, А
Приведённая масса, кг
Максимальная скорость, м/с (км/ч)
Статическое нажатие, Н
Масса, кг
Тип привода
Время, с:
- подъёма
- опускания
Наличие аварийного отключения
Аэродинамическая подъёмная сила, Н
Давление воздуха в пневмосистеме
привода, МПа
Наличие вторичного подрессоривания
Неравномерность статического нажатия, 103 Н/м
|
750
1010
6,9
28 (100)
180
41,0
―
вручную
вручную
―
12,2
―
―
4,6
|
750
1010
7,0
30 (110)
180
41,2
пневмо-
рессора
1,2
1,1
+
12,2
0,08
―
4,6 (3,4*)
|
750
1150
5,5
33 (120)
150
26,2
пневмо-
цилиндр
2,1
2,1
―
15,0
0,50
+
3,8
|
750
1150
5,5
33 (120)
150
25,8
электро-
механич.
2,3
2,2
+
15,0
―
+
3,8
|
* При наличии соединённого с РКЭ дополнительного резервуара объёмом 5 л.
В связи с этим в ОмГУПСе разработаны варианты стыковых узлов и концевых отводов, позволяющие значительно снизить разброс нажатия при прохождении этих зон и уменьшить вероятность отрывов токосъёмных элементов от токопровода. Предложена конструкция жёсткого токопровода с боковой рабочей поверхностью (рис. 6) [3].
Рис. 6. Токопровод с боковой рабочей поверхностью
Устройство включает в себя отрезки контактной шины 1 с горизонтальной крепёжной и вертикальной контактной поверхностями, соединённые между собой с помощью шарниров 2. Средние части отрезков контактной линии 1 связаны с опорными устройствами 3 через изоляторы 4, а также посредством шарниров 5. Отрезки контактной шины 1 соединены между собой посредством шарниров так, что образуют зигзаг в вертикальной плоскости. Это обеспечивает равномерный износ пластин токоприёмников. Температурная компенсация удлинений отрезков контактной шины 1 обеспечивается их поворотом в шарнирах 2 и 5.
Для улучшения работы беззазорного стыкового узла предложена конструкция клинового соединителя для жесткого токопровода (рис. 7) [4].
Рис. 7. Стыковой соединитель жёсткого токопровода
Он содержит клинообразную вставку 1, установленную с возможностью температурного перемещения относительно скошенных концов рельсов 2, прижимные пружины 3, регулятор нажатия 4.
При сезонных и суточных температурных деформациях, например при повышении температуры летом, удлиняются отрезки контактных рельсов 2 и контактирующие поверхности указанных рельсов и вставки оказываются плотно прижатыми друг к другу. Вставка 1 в этом случае находится под действием сжимающей силы, которая вызывает её перемещение поперёк оси пути, преодолевая усилие прижимных пружин, которое ослабляется из-за того, что срабатывает регулятор 4 нажатия и вставка 1 перемещается значительно лучше. При сезонных и суточных температурных деформациях, например при понижении температуры зимой, изменяется направление силы, действующей на вставку 1, которая под действием усилия прижимных пружин 3 перемещается к оси рельсов и увеличивается, когда срабатывает регулятор 4 нажатия. Причём под действием регулируемого в зависимости от сезонной, суточной или вызванной тепловой токовой перегрузкой разности температуры нажатия прижимных пружин 3 вставка 1 обеспечивает более надёжный контакт в стыковых соединениях в пределах всего диапазона колебаний температурных перемещений отрезков контактных рельсов. Это исключает возможность заклинивания в стыковых соединениях, устраняет опасность образования зазора в стыке, снижает износ контактных элементов токоприёмника.
Для концевых отводов контактного рельса метрополитена предложена конструкция, схема которой представлена на рис. 8 [5].
Рис. 8. Схема концевого отвода, разработанного в ОмГУПСе:
а – общий вид; б – сечение рельса
Данная конструкция содержит закреплённый на опорах 1 контактный рельс 2, концевые участки 3 которого отогнуты в направлении усилия нажатия взаимодействующего с ним подпружиненного стального контактного элемента 4 токоприёмника, установленного на транспортном средстве 5. Рабочая поверхность контактного рельса 2 на концевых участках 3 снабжена постоянным магнитом 6. Постоянный магнит 6 установлен в продольном пазу 7, выполненном на рабочей поверхности контактного рельса 2.
При въезде токоприёмника на концевой участок 3 контактного рельса 2 стальной контактный элемент 4 попадает в магнитное поле постоянного магнита 6, расположенного в пазу 7 так, что один из его полюсов обращен к контактному элементу 4. Магнитные силовые линии, замыкаясь через рельс 2 и токосъёмный элемент 4, формируют силу, притягивающую токоприёмник к рабочей поверхности рельса 2. Наличие дополнительной силы, увеличивающей статическое нажатие токоприёмника, снижает вероятность нарушения скользящего контакта и уменьшает время переходного процесса вертикальных колебаний токоприёмника при проходе им концевых участков. Это позволяет уменьшить значение статического нажатия, так как для обеспечения надёжного токосъёма на прямых участках необходимая величина нажатия меньше, чем на концевых. Для снижения вероятности повреждения поверхности магнита, обращенной к токоприёмнику, она может быть закрыта износостойкой металлической пластиной. Магнит может быть изготовлен как из отдельных блоков, так и в виде протяженного бруска из ферромагнитных интерметаллических соединений редкоземельных материалов (типа SmCo5).
Предлагаемое устройство может быть использовано, например, для системы токосъёма метрополитена, где применяются токоприёмники с массивными контактными элементами, имеющими приведённую массу до 10 кг. При движении подвижного состава со скоростями выше 90 км/ч значительно ухудшается качество токосъёма на концевых участках, которые оборудуются отводами с уклонами 1/25 и 1/30. Использование магнита, выполненного из материала SmCo5, с поперечным сечением, например, 40×25 мм и длиной 3 м (вдоль концевого участка) позволяет увеличить нажатие на данном участке на 60 H для стального контактного элемента токоприёмника ТР-3 и установить начальное нажатие на 60 H меньше, что значительно снижает износ контактных элементов на прямых участках.
В качестве заключения можно отметить следующее. На основе анализа и классификации конструкций токоприёмников и токопроводов метрополитенов зарубежных стран и России выявлены основные тенденции совершенствования их схемных решений. Основными направлениями развития является использование устройств, обеспечивающих дистанционное управление подъёмом и опусканием токосъёмного узла, что значительно повышает безопасность при эксплуатации и позволяет применять элементы авторегулирования.
Для конструкций жёстких токопроводов характерным является широкое применение устройств, обеспечивающих беззазорное стыкование при компенсации температурных удлинений, и конструкций, обеспечивающих дополнительное прижатие контактных элементов к токопроводам на концевых отводах. Указанные мероприятия позволяют повысить надёжность токосъёма при скоростях до 120 км/ч.
___________________________
1. Сидоров О. А. Совершенствование конструкций токоприёмников метрополитена / О. А. Сидоров // Совершенствование контактной сети и токоприёмников и улучшение технологических процессов их эксплуатации: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. − Омск, 1987. − С. 55 – 61.
2. Сидоров О. А. Методы разработки и исследования контактных систем токосъёма скоростных видов монорельсового транспорта / О. А. Сидоров, В. П. Михеев // Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта: тез. докл. междунар. конф. / МИИТ. − М., 1996. − С. 128.
3. А. с. 1180823 СССР. МКИ3 B 60 М 1/26. Контактная сеть / М. Ю. Ананьев, О. А. Сидоров, А. В. Запрудский // Открытия. Изобретения. − 1985. − № 40.
4. А. с. 1782794 СССР. МКИ3 B 60 М 1/30. Соединитель контактных рельсов / О. А. Сидоров, В. П. Михеев, А. Г. Емельянов // Открытия. Изобретения. − 1992. − № 47.
5. А. с. 1549812 СССР. МКИ3 B 60 М 1/30. Контактный рельс токосъёма транспортного средства / О. А. Сидоров, В. П. Михеев // Открытия. Изобретения. − 1990. − № 10.
© О.А. Сидоров, 2010
Материалы сайта могут содержать информацию, не подлежащую просмотру
начало статьи