для чего нужен токоприемник
Для чего нужен токоприемник
Токоприемник служит для передачи электрической энергии от контактного провода к оборудованию электропоезда.
На электропоездах установлены токоприемники ТЛ-13У1-01, состоящие из следующих основных узлов:
-основания 6 (рис. 2.1);
-подвижной системы, состоящей из нижних 1 и верхних 2 трубчатых рам;
— верхнего узла, состоящего из полоза 8 и кареток 9;
— механизма подъема и опускания токоприемника.
На основании закреплены четыре кронштейна 5 с изоляторами 4, через которые токоприемник крепят на крыше вагона. Перестановкой кронштейнов на основании обеспечивают размер (1450×1980 мм), необходимый для установки токоприемника.
При подаче сжатого воздуха в цилиндр пневмопривода 5 (рис. 2.2) поршни 11 привода расходятся, сжимая опускающие пружины 10 и поворачивая валы 8. При этом валы 8 через тяги 7 поворачивают валы 9, на которые дополнительно действует усилие поднимающих пружин 2. Поворачиваясь под действием поднимающих пружин и поршней, валы 9 поднимают нижнюю и верхнюю рамы токоприемника с полозом. Усилие прижима полоза поднятого токоприемника к контактному проводу зависит только от усилия поднимающих пружин 2. При падении давления сжатого воздуха в цилиндре пневмопривода сжатые опускающие пружины 10 сдвигают поршни 11, преодолевая при этом усилие поднимающих пружин 2, и, поворачивая валы 8, опускают рамы токоприемника. Для уменьшения износа полоза токоприемника и контактного провода на полозе 5 (рис. 2.3) установлены угольные вставки 2, которые заменяют по мере износа. Вставки 2 крепятся на полозе 5 болтами с помощью прижимных планок 1. Чтобы исключить попадание контактного провода за полоз при проходе воздушных стрелок, на концах полоза 5 имеются концевые скосы 4.
Для смягчения ударов полоза 8 (см. рис. 2.1) о контактный провод при подъеме
Рис. 2.1. Токоприемник ТЛ-13У-01:
Рис. 2.2. Привод токоприемника:
Технические характеристики токоприемника ТЛ-13У1-01
Длительно допустимый ток, А:
Максимальная высота подъема от сложенного состояния, мм, не менее 2100
Величина усилия статического нажатия на контактный провод, Н (кгс):
активного, не менее. 60 (6)
Давление сжатого воздуха, МПа (кгс/см2 ):
минимальное. 0,35 (3,5)
Разность между максимальным и минимальным усилиями прижима при одностороннем движении токоприемника
в рабочем диапазоне, Н (кгс), не более. 10(1)
Масса (без изоляторов), кг. 290
токоприемника полоз крепят к верхним рамам 2 с помощью кареток 9. Каретка (рис. 2.4) представляет собой систему шарнирно связанных рычагов, обеспечивающих вертикальное перемещение полоза относительно рамы токоприемника в пределах 50 мм.
лия нажатия Р от высоты подъема Н полоза показано на рис. 2.5.
Характеристики токоприемника проверяют в следующей последовательности:
1.В цилиндр подают воздух. При этом токоприемник поднимается.
2. Закрепив динамометр, уравновешивают полоз токоприемника поочередно на высоте 400, 1000, 1500, 1900 мм.
3. Постепенно ослабляя натяжение динамометра в каждой точке, измеряют
Рис. 2.3. Полоз токоприемника:
Рис. 2.4. Каретка токоприемника:
усилие нажатия в начале движения полоза вверх, а затем, увеличивая натяжение динамометра, усилие нажатия в начале движения полоза вниз.
Регулируют усилие нажатия поднимающими пружинами, вращая их на штырях, укрепленных на главных валах токоприемника. Сезонную регулировку характеристик токоприемника выполняют перед зимним и летним периодом эксплуатации, что устанавливается нормативными документами МПС и дороги, где эксплуатируются электропоезда.
Техническое обслуживание. Надежность работы токоприемника обеспечивается прежде всего прочностью рам и полозов, состоянием контактных накладок на полозах, величиной трения в шарнирах подвижных рам, четкостью работы пневматического привода и пружин, состоянием электрической изоляции.
Рис. 2.5. Статическая хараыерис гика токоприемника:
Возможные неисправности токоприемника, их причины и способы
Посіє подачи воздуха в привид подвижная система не остается на нужной высоте, а медленно
Нарушена герметичность привода
Осмотреть привод и заменить изношенные манжеты
Характеристика усилия статического нажатия и иеет «завалы » в рабочем диапазоне высоты
Нарушена регулировка усилия статического нажатия
Поднимающие пружины имеют остаточную деформацию
Отрегулировать усилие Заменить пружины
Длина трещин или сколов на изоляторе более 20% возможного пути перекрытия током
Повреждения изолятора в эксплуатации
После подачи воздуха токоприемник не поднимается
Лопнул или отсоединился рукав подачи воздуха в цилиндр пневмопривода
Замерзание или обледенение шарнирных узлов
Присоединить или заменить поврежденный рукав
Поднимать токоприемник методом раскачки (подъем опускание несколько раз)
Угольная вставка полоза перемещается в одном ти нескольких направлениях
Ослаблено крепление вставки
Подтянуть болты крепления, заменить прижимные планки. При сильном износе заменить вставку
Повышенный износ подвижных деталей каретки
Отсутствует смазка в сочленениях каретки Имеются перекосы элементов каретки
Проверить правильность сборки деталей. Устранить перекосы
Повышенный износ шунтов
Шунты неправильно установлены при сборке
Проверить, чтобы шунты не терлись о другие детали. Изношенные шунты (повреждено 25% жил) заменить
Токоприемник захоОит на воздушной стрелке за контактный провод
Ослаблены винты крепления контактных пластин на скосах каркаса полоза
Нарушена симметрия токоприемника относительно вертикальной оси
Затянуть винты, запилить пластины
Погнута или лопнула синхронизирующая тяга. Тягу заменить.
Ослабло крепление рычага синхронизирующей тяги. Крепление подтянуть
При каждом виде ремонта и технического обслуживания токоприемника проверяют состояние подвижных рам и полоза. Накладки полоза должны быть надежно закреплены, подплавы и поджоги на их поверхности зачищены. Полозы, имеющие толщину угольной вставки менее 10 мм, заменяют. Если на угольных вставках имеются поперечные трещины в количестве не более двух на каждую и они не ослабляют крепление, вставки можно эксплуатировать далее. Не заменяют также вставки со сколами, если ширина скола на поверхности трения не превышает 15 мм, а глубина — 5 мм. Плавная волнистость рабочей поверхности вставки не является браковочным признаком.
Зазор между угольными вставками, смонтированными на полозе со сторо-
ны контактной поверхности, не должен превышать 0,5 мм. Стыки вставок и накладок друг с другом и с торцами металлических концевых скосов полоза тщательно запиливают для обеспечения плавного перехода провода по стыку.
Контролируют надежность крепления вставок на полозах. При необходимости болты, крепящие вставки и прижимные планки, подтягивают. При одностороннем износе угольных вставок допускается переворачивание полоза в горизонтальной плоскости другой стороной. Изношенные по диаметру более чем на 1 мм оси крепления полоза к кареткам заменяют новыми.
Детали токоприемника, имеющие трещины или изломы, заменяют. Не допускается заедание шарнирных соединений. Смазочный материал на полозы.
в цилиндры и шарнирные соединения токоприемника добавляют в соответствии с картой смазки. Опорные изоляторы и полихлорвиниловые трубки воздушной магистрали очищают от грязи.
Перекосы в креплении рычагов кареток устраняют, пружины кареток в случае уменьшения жесткости заменяют. Проверяют состояние шплинтов.
Время подъема и опускания токоприемника регулируют редуктором (дроссельным клапаном) клапана токоприемника, установленного в шкафу № I моторного вагона.
Величину опускающей силы и максимальную высоту подъема регулируют изменением длины тяги пневматического привода, имеющей для этой цели по концам правую и левую резьбу. Перед регулировкой контргайки на тяге отпускают, после регулировки надежно затягивают.
В зимнее время с полозов токоприемников удаляют снег и лед, подвижные трубы покрывают антигололедной смазкой.
Токоприемники
Назначение и параметры токоприемников. Токоприемники служат для создания электрического соединения между контактным проводом или контактным рельсом и электрическими цепями э.п.с. Конструкция токоприемников определяется расположением контактного провода или рельса относительно локомотива, током нагрузки, скоростью движения подвижного состава, характером изменения расстояния между основанием токоприемника и контактным проводом, условиями управления подъемом и опусканием токоприемников.
На каждом электровозе установлено по два токоприемника (кроме электровоза ЧС200, имеющего четыре токоприемника); в работе обычно находится только один, задний по ходу токоприемник. Второй токоприемник является запасным, его поднимают в тех случаях, когда необходимо уменьшить искрение между полозом и контактным проводом при трогании или во время гололеда На электровозах ЧС200 одновременно в работе участвуют два токоприемника. На моторном вагоне электропоезда устанавливают по одному токоприемнику, так как эти вагоны работают по системе многих единиц и на их крышах смонтированы на высоковольтных изоляторах шины для соединения токоприемников при параллельной работе
Пантографные токоприемники обеспечивают надежный контакт с контактным проводом при больших скоростях движения и токах, не требуют перестановки в случае изменения направления движения, удобны для дистанционного управления.
Применяемые токоприемники различных типов значительно отличаются друг от друга, но все они в основном состоят из одних и тех же элементов: основания 1 (рис. 153, а), укрепленного на изоляторах 8, установленных на крыше 9 электровоза или моторного вагона, системы подвижных рам 2 и 3, которая независимо от высоты контактной сети обеспечивает прилегание одного или двух полозов 5, снабженных контактными пластинами (накладками), скользящими по контактному проводу; рабочих пружин 6, обеспечивающих подъем подвижных рам вместе с полозами и необходимое давление в контакте; пружин 4 кареток, механизма управления, позволяющего поднимать или опускать токоприемник. Для дистанционного управления токоприемники снабжают пневматическим приводом 7, состоящим из одного или двух цилиндров с поршнями.
По способу действия привода различают токоприемники, опускающиеся и поднимающиеся при подаче сжатого воздуха в цилиндры привода. В первых пневматический привод действует против подъемных пружин и производит опускание токоприемника В опущенном состоянии токоприемник удерживает специальная защелка, снабженная электромагнитным приводом. Подъем происходит при включении цепи управления привода защелки. Такой механизм позволяет произвести подъем токоприемника при отсутствии на электровозе сжатого воздуха, не создает опасности для обслуживающего персонала,так как возможен самопроизвольный подъем токоприемника при различных неисправностях. Поэтому преимущественно, а в СССР исключительно применяют токоприемники, поднимающиеся при подаче сжатого воздуха в цилиндры привода.
Нажатие полоза токоприемника на контактный провод при движении локомотива определяется в общем виде выражением
1 Это условная масса, сосредоточенная в точке соприкосновения полоза и контактного провода и оказывающая такое же воздействие на контактный провод, как и реальный токоприемник, она изменяется в зависимости от высоты подъема полоза.
Оптимальное значение статического нажатия зависит от многих факторов: длительного тока, конструкции контактной сети и токоприемника, материала и размеров контактных элементов полоза (или полозов), климатических условий и др
Аэродинамическая составляющая Ру зависит от конструкции токоприемника,
Рис. 153. Принципиальная схема токоприемника (а), схема его замещения (б)
Рис. 154 Статические характеристики при подъеме и опускании токоприемников типов ТЛ-13У и ТЛ-14М (кривые А), П-1В (кривые Б) и П-5А (кривые В)
Оптимальная приведенная масса токоприемника определяется конструкцией его подвижных частей, высотой подъема полоза и подвески контактной сети В верхнем положении полоза небольшое изменение высоты сопровождается значительными перемещениями подвижных рам и приведенная масса имеет наибольшее значение, в нижнем положении изменение высоты сопровождается меньшими перемещениями рам и приведенная масса меньше. Гра ик изменения приведенной массы в зависимости от высоты полоза называют динамической характеристикой токоприемника.
Уменьшение приведенной массы улучшает токосъем. Ее минимальное значение обусловлено необходимостью обеспечить определенную токопроводность и прочность токоприемника.
Угольные вставки изготовляют из угольно-графитовых обожженных композиций. Срок службы угольных вставок превосходит срок службы медных накладок Однако угольные вставки имеют относительно высокое удельное сопротивление. Это вызывает увеличение потерь энергии в контакте и повышает опасность пережога контактного провода при коротких замыканиях на э.п.с. во время стоянки, когда происходит местный нагрев провода. Поэтому угольные вставки применяют лишь при надежной и достаточно быстродействующей защите контактной сети от токов к.з. По той же причине затруднено применение угольных вставок на пассажирских электровозах постоянного тока при питании от токоприемника цепей электроотопления поезда, когда во время стоянки неподвижный контакт нагружается током 200-300 А и более.
В Японии широко применяют метал локерамические вставки на медной основе, которые также являются самосмазы-вающимися и существенно снижают износ контактного провода, хотя и несколько уступают в этом угольным.
Вставки из самосмазывающегося материала полируют контактную поверхность провода, что и обеспечивает наименьший износ контактного провода, увеличивая срок его службы в несколько раз, и снижают уровень радиопомех. Существенным преимуществом угольных вставок является уменьшение на 1% ежегодных потерь энергии и резкое снижение помех радиоприему, вызываемых работой токоприемников.
Медные накладки нарушают полировку провода, вызывая повышенный износ провода и угольных или металлокерамических вставок при совместной работе на одном участке э.п.с. с разными вставками. Поэтому эксплуатация э.п.с с медными накладками и вставками из само-смазываюшихся материалов ие допускается Угольные вставки можно эксплуатировать совместно с металлокерамическими. Это позволяет применить металлокерамические вставки на токоприемниках пассажирских электровозов с тем, чтобы исключить возможность пережога провода во время их стоянки, и угольные вставки на токоприемниках грузовых электровозов и электропоездов.
В Советском Союзе создан специальный скоростной токоприемник Сп-бМ для поездов ЭР200 и электровозов ЧС200, который имеет малую приведенную массу при обычной разности рабочих высот Высокие динамические качества его получены благодаря двухступенчатой кинематической схеме (рис. 155, г). Верхняя ступень представляет собой легкий пан-тографный токоприемник со своими подъемными пружинами и главным валом, рабочая разность высот которого всего 900 мм. Нижняя ступень, состоящая из системы рычагов 20, служит для регулирования высоты основания верхней ступени и перемешается под действием пневматического привода Такая система позволила снизить приведенную массу динамически активной верхней ступени до 24,5 Н-с 2 /м в наиболее тяжелом токоприемнике для э п.с. постоянного тока.
Токоприемник любого э.п.с. должен обладать также малой парусностью, т е под воздействием сильного ветра не подниматься самопроизвольно и не вызывать опасного отжатия контактного провода Необходимые аэродинамические характеристики зависят от формы полоза и профилей рам токоприемника, формы крыши электровоза особенно ее лобовой части, которая определяет направление струй воздуха, омывающих токоприемник Важное значение имеет боковая устойчивость, или жесткость, токоприемника
В токоприемниках отечественного производства (рис. 156, а) при впуске сжатого воздуха в цилиндр 10 поршень его перемещает шток 11 влево, передвигая в этом направлении рычаг 6 В результате этого пружина 13 сжимается, благодаря чему натяжение наружных пружин 3 и 9 перестает уравновешиваться. Стремясь сжаться, наружные пружины поворачивают валы 14 и 15, закрепленные в подшипникамх 1, и поднимают подвижные рамы 4 и 7 вместе с полозом. При выпуске сжатого воздуха из цилиндра 10 пружина 13, разжимаясь, перемешает вправо рычаг 6, передавая нажатие через ролик рычага 5 на кри-
Рис. 156 Схемы подъемно-опускающнх механизмов токоприемников ДЖ-5, П-1Б, П-3 (а);
П-7, Л-13У, Л-14М (б) и Сп-бМ (в)
вошипный рычаг 12, и вал 14 поворачивается по часовой стрелке Вращение вала 14 тягами 2 и 8 передается валу 15, в результате чего противодействие пружин 3 и 9 преодолевается и подвижная система вместе с полозом опускается; нажатие полоза на контактный провод зависит от натяжения пружин.
Подъемно-опускающий механизм (см. рис. 156, а) токоприемника создает большие опускающие силы, так как в нем применена более мощная опускающая пружина 13 В токоприемниках ТС-2М, Л-13У и Л-14М, П-7 в одном цилиндре расположены две опускающие пружины и два поршня 16 и 17 (рис. 156, б), что позволило получить опускающую силу более 210 Н при малом увеличении массы подъемно-опускаюшего механизма
Для увеличения удерживающей силы токоприемники снабжают пневматическими замками как с механическим, так и с пневматическим управлением.
Нижние рамы или рычаги выполняют чаще всего из пустотелых конусных стальных труб (чтобы получить наибольшую прочность при минимальной массе). Они шарнирно на шариковых подшипниках соединены с верхними рамами, изготовленными из стальных труб.
Верхние рамы соединены друг с другом шарнирно шариковыми подшипниками, на осях которых находятся две каретки по одной с каждой стороны На каретках укрепляют полоз или два полоза с медными или стальными накладками или угольными вставками
Все шарнирные соединения рамы снабжены медными гибкими такоотводящи-ми проводами, по которым проходит ток Благодаря этому уменьшается сопротивление в сочленении и оно предохраняется от разрушения током. При отсутствии такого провода прохождение тока сопровождается небольшой электрической дугой, которая вызывает недопустимый нагрев сочленения, подгары и оплавление его, а также разложение смазки Полозы чаще всего изготовляют из оцинкованной листовой стали толщиной 1,5 мм. Длина рабочей части полоза принята равной 1270 мм с учетом того, что контактный провод для равномерного износа накладок или вставок по их длине подвешивают зигзагообразно Полоз имеет по концам небольшое закругление для улучшения прохождения воздушных стрелок и крестовин контактной сети. Чтобы не допустить захлестывания полозов за контактный провод при прохождении поездом стрелок и крестовин контактной сети, концы полозов загибают книзу (рис 157) Общая длина полоза обычно не превышает 2260 мм.
Каретки служат для улучшения токосъема при проходе жестких точек и неровностей контактной сети, так как уменьшают в эти моменты влияние массы подвижных рам на динамическую составляющую контактного нажатия Каретки имеют значительный вертикальный ход (до 55 мм) и обеспечивают постоянство нажатия и упругость полоза в горизонтальном направлении. В двухполоз-ных токоприемниках (П-3, П-ЗА, П-5А. П-80, 9РР, 13РР и др.) каретки обеспечивают также равномерное распределение нажатня между полозами
Рис. 158. Каретки токоприемников (а и б) и редукционное устройство токоприемников Т-5М1
Для чего нужен токоприемник
Рис. 43. Токоприемник Л-13У-01 (а)иего кинематическая схема (б):
1 — основание: 2 — кронштейн: 3 — нижние ряды; 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
Опускающие сжатые пружины 12, расположенные внутри цилиндра привода 8, стремятся сблизить поршни и через валы 15 и тяги 10 заставляют вращаться валы 11 в направлении опускания. Пружины 12 сильнее пружин 7, поэтому при выходе сжатого воздуха из цилиндра токоприемник опустится.
Сила нажатия полоза на контактный провод зависит от сил двух параллельно установленных подъемных пружин. Сила нажатия зависит от соотношения усилий подъемных и опускающих пружин и, разумеется, от давления сжатого воздуха в цилиндре привода.
При движении электропоезда высота подъема постоянно изменяется в соответствии с изменением высоты контактного провода. Если токоприемник при движении поезда поднимается, то полоз создает давление на провод, называемое «нажатие при подъеме», если полоз опускается при движении поезда, он оказывает другое давление на провод, называемое «нажатие при опускании». Давление при опускании будет больше, чем при подъеме. Это объясняется появлением сил трения в шарнирах.
При движении токоприемника вверх трение в шарнирах снижает давление полоза, при ходе вниз — увеличивает нажатие. Величины сил трения в шарнирах равны разности нажатий при подъеме и опускании. Она допускается не более 2 кгс. Если разность больше, то следует смазать шарниры или провести их ревизию.
Качество регулировки и состояния токоприемника определяют по его характеристике, которая показывает, как меняется нажатие на провод в зависимости от высоты подъема. После ТО-3 в депо там, где имеется достаточная высота контактного провода, проверяют характеристику: подают воздух в цилиндр и приводят токоприемник в поднятое состояние, закрепляют у полоза динамометр и, медленно опуская его руками, замеряют давления на высотах 1900, 1500, 1000,400 мм. Затем, ослабляя натяжение динамометра, дают возможность токоприемнику подняться, замеряя при этом нажатия в тех же точках. В результате получают две кривые, по которым оценивают работу токоприемника (рис. 44).
Нажатие полоза на провод регулируется изменением затяжки подъемных пружин, их вращением вместе с держателями на регулировочных штырях. Опускающую силу и величину максимального подъема регулируют поворотом тяги пневматического привода. На тяге (по ее концам) имеется правая и левая резьба. Время подъема и опускания регулируют клапаном токоприемника, находящемся внутри шкафа вагона (вращая отверткой специальный винт, изменяют сечение дроссельного отверстия).
В настоящее время медные накладки полоза заменены на угольные вставки. Медные накладки довольно быстро изнашивались сами, но самое главное — интенсивно изнашивали дорогостоящий контактный провод, особенно в сырую погоду, когда токосъем сопровождался сильным характерным шумом (лыжа будто «резала» провод). Угольные вставки обеспечивают наименьший износ провода, увеличивают срок его службы в несколько раз (представьте, что по проводу бесшумно скользит карандаш). Срок службы угольных вставок значительно больше, чем медных накладок.
Большим недостатком угольных вставок является то, что их контактное сопротивление в 3 — 4 раза больше контактного сопротивления медных накладок. Это приводит к увеличению потерь мощности в контакте и повышает возможность пережога провода при коротких замыканиях в силовых цепях электропоезда, особенно во время стоянки, при включенном электрическом отоплении, когда происходит местный нагрев провода.
Угольные вставки полоза должны быть надежно закреплены без малейших продольных или поперечных люфтов. При износе свыше 13 мм и наличии сколов свыше 15 мм по ширине и 5 мм по высоте вставки заменяют. Если поперечные трещины вставки в количестве не более двух не ослабляют ее крепление, угольную вставку оставляют в работе. Плавная волнистая рабочая поверхность полоза также не является браковочным признаком. Зазор между вставками не должен превышать 0,8 мм. При ослаблении крепления вставок подтягивают соответствующие болты, а при необходимости разгибают корытца или подгибают бортовую полосу полоза (рис. 46).
На верхних рамах с каждой стороны установлено по одной каретке, на которых закреплен полоз с угольными вставками. Каретка представляет собой систему шарнирно связанных рычагов, которые допускают поворот полоза вокруг его оси на 30° и вертикальное перемещение до 50 мм (рис. 45).
При неровностях контактного провода (при небольших изменениях по высоте) шарнирный механизм каретки за счет поворота коромысла 2, на котором укреплен полоз, вокруг оси 1 (см. рис. 45) устанавливается в горизонтальное положение. В случае любого увеличения нажатия контактного провода на полоз, сжимается пружина 3, и шарнирный механизм опускается. При больших изменениях по высоте контактного провода начинают перемещаться рамы токоприемника и действуют главные пружины основного подъемного механизма.
Возможные неисправности токоприемников в эксплуатации