1. Пантограф
Для создания электрического соединения между контактным проводом и цепью тяговых двигателей на электровозах устанавливаются токоприёмники. При движении электровоза лыжа или лыжи токоприёмника скользят по расположенному вдоль пути контактному проводу.
Токоприёмники в зависимости от величины тока, скорости движения электровоза и рабочего напряжения в контактном проводе выполняются различными по конструкции.
Наибольшее распространение получил пантографный токоприёмник, или, как его называют, пантограф. На электровозах промышленного типа иногда применяются дуговые токоприёмники трамвайного типа. Дуговые токоприёмники не обеспечивают достаточной силы нажатия контактной поверхности на рабочий провод при больших скоростях движения и имеют незначительную поверхность соприкасания с проводом, не позволяющую пропустить большой ток; кроме того, дуговые токоприёмники требуют перестановки их при изменении направления движения электровоза и неудобны для управления подъёмом и опусканием из кабины машиниста. Поэтому на электровозах железных дорог Советского Союза установлены пантографы.
Пантограф состоит из четырёх лёгких рам, шарнирно соединённых между собой. В верхней части пантографа расположены одна или две контактные
лыжи. Посредством пружинного механизма рамы поднимают лыжу (или лыжи) вверх и прижимают её к контактному проводу. При изменении высоты провода система рам пантографа позволяет подниматься или опускаться лыже, непрерывно сохраняя нажатие её на контактный провод.
Электровозы, как правило, имеют по два пантографа, причём в работе обычно находится только один, а второй является запасным.
Второй пантограф поднимается в тех случаях, когда необходимо уменьшить искрение, например, во время гололёда.
На большинстве электровозов установлены однолыжные пантографы типа ДЖ-5; на электровозах, построенных до 1941 г., ставились двухлыжные пантографы типа ДЖ-4; на электровозах серий Н8 и ВЛ23 установлены двухлыжные пантографы типа ПЗ.
Пантограф типа ДЖ-5. Пантограф типа ДЖ-5 (фиг. 248 и 249) состоит из основания, нижней и верхней подвижных рам, контактной лыжи и пневматического механизма, воздействующего совместно с пружинами на подвижную часть пантографа.
Основание пантографа изготовлено из тонкостенных стальных продольных швеллеров /, соединённых между собой поперечными швеллерами 2 при помощи сварки. Поперечные швеллеры связаны угольниками. На крайних угольниках установлен цилиндр 5 пневматического привода, средние угольники служат упорами для внутренней пружины 4, работающей на сжатие.
Пантограф устанавливается на крыше электровоза на четырёх опорных фарфоровых изоляторах 24, к которым основание пантографа крепится болтами.
На продольных швеллерах 1 основания укреплены амортизаторы (буфера) // из полосовой стали с резиновыми подушками.
Продольные швеллеры 1 основания скреплены также между собой неподвижными валами 25 (фиг. 250), на котором укреплены шарикоподшипники 26. На этих подшипниках вращаются стальные трубчатые главные валы 27, на которые насажены держатели 28 нижних подвижных рам 12 (см. также фиг. 248, 249). На держателях 28 имеются ушки для укрепления соединительных тяг 10 и тяг наружных пружин 3. На одном из главных валов 27 укреплён рычаг 29.
Нижние подвижные рамы 12 сварены из трёх тонких стальных листов, имеющих большую ширину у основания. Такая конструкция позволяет при наименьшем весе получить равнопрочную раму. На вершинах рам 12 вварены бобышки, служащие для установки валиков, на которых вращаются башмаки 22 верхней рамы 13.
Верхние рамы 13 пантографа выполнены из стальных труб наружным диаметром 29 мм, а диагонали — из труб диаметром 25 мм; толщина стенок труб 1 мм. Концы труб заделываются в стальные литые башмаки 22 и 32 которые соединяются валиками с нижними рамами и механизмом контактной лыжи (полоза). Наружные пружины 3 навиты из круглой стали диаметром 12 мм и имеют по 39 активных витков. Концы пружин с сильным натягом навёртываются на литые стальные держатели, в которые ввёртываются тяги, соединяющие пружины с главными валами. Ввёртыванием или вывёртыванием этих тяг можно регулировать натяжение пружин. Внутренняя пружина 4, чтобы обеспечить нарастание усилий по мере удаления концов шпилек 30 и 31 (фиг. 251), имеет внутри четыре шпильки. Две шпильки 31 закреплены во втулке 33 и свободно проходят через отверстия во втулке 34; шпильки же 30 закреплены во втулке 34 и свободно проходят через отверстия во втулке 33, Между проходящими внутри пружины 4 шпильками и пружиной расположена труба 35, которая исключает в случае поломки пружины попадание отделившейся её части внутрь другой, т. е. сломанная пружина продолжает работать на сжатие. Гайки 36 служат для предварительной затяжки и последующей регулировки пружины.
Как было сказано, верхние рамы 13 имеют башмаки 32, которые соединяются шарнирно валиком 37. Этот валик одновременно является осью вращения пружинодержателя 18 (фиг, 252). Пружины 17 упираются одним концом в
пружинодержатель, а другим — в кронштейн 16, вращающийся на валике 38. На кронштейне 16 -укрепляется лыжа 14 пантографа (см. фиг. 248). Рычажное устройство, состоящее из вилок 19 и рычагов 20 (см. фиг. 252), соединено с такими же рычагами, расположенными на другом конце лыжи, тягами 39. Последние при движении рычагов одной системы начинают поворачиваться и вызывают также движение рычагов другой системы.
При описанном устройстве всякое повышение давления контактного провода на любое место лыжи вызывает опускание шарниров 38 частей пружин механизма и обеих систем вниз, равномерное сжатие всех параллельное перемещение лыжи.
Ось 40 связывает вращение соединительных тяг 21 друг с другом и обеспечивает одинаковый угол поворота их. Пружинодержатель 18 и кронштейн 16 связаны между собой валиком 41, установленным на пружинодержателе. Для этого валика в кронштейне предусмотрено вертикальное отверстие, что позволяет лыже опускаться относительно пружинодержателя. Вращение лыжи на валике 38 необходимо для надёжной работы пантографа, так как позволяет лыже следовать по всем искривлениям контактного провода в вертикальной плоскости. Поворот лыжи в любую сторону вызывает поворот пружинодержателя в противоположную сторону, т. е. создаёт значительную разницу в сжатии левой и правой пружин. Эта разница усилий всегда стремится выровнять лыжу и поставить её в нейтральное положение. Такая конструкция механизма позволяет работать пантографу при высоких скоростях движения и обеспечивает равномерный износ накладок лыжи. Для уменьшения массы подвижные детали механизма лыжи отливаются из силумина.
Механизм лыжи обеспечивает колебание высоты лыжи только при резких изменениях положения контактного провода (примерно до 25 мм). Значительные изменения высоты обеспечиваются движением рам и работой главного-механизма.
Лыжа пантографа штампуется из листовой стали толщиной 1,5 мм и для увеличения жёсткости делается коробкообразного сечения.
На лыже при помощи латунных винтов укрепляются медные контактные пластины (накладки) 15 (см. фиг. 248), которые непосредственно скользят по контактному проводу.
Длина лыж рассчитана на зигзагообразную подвеску контактного провода, применяемую для большей равномерности износа пантографных накладок. Чтобы лыжа не захлёстывалась контактным проводом при проходе стрелок и крестов контактной сети, концы лыж загнуты несколько книзу.
Пневматический механизм пантографа состоит из цилиндра 5 (фиг. 253), в который помещён поршень 6, соединённый со штоком 7. При впуске в цилиндр сжатого воздуха его шток поворачивает рычаг 8 (см. фиг. 249) относительно оси 42 , сжимает пружину 4 и передвигает тягу 9 по направлению, указанному стрелкой. Это даёт возможность пружинам 3 сжаться и поднять пантограф.
Следовательно, наружные пружины 3 (см. фиг. 248 и 249) предназначены для подъёма пантографа и его лыжи; их усилие передаётся на лыжу через главные валы 27, нижние 12 и верхние 13 подвижные рамы. Внутренняя пружина 4, работающая на сжатие, предназначена для опускания пантографа и рассчитана на преодоление натяжения наружных пружин 3 и трения во всех шарнирах и поршня пневматического цилиндра при отсутствии в нём сжатого воздуха. Усилие внутренней пружины передаётся через рычаг 8, тягу 9 и рычаг 29 на правый главный вал 27.
Чтобы обеспечить одновременность поворота главных валов, они соединены между собой тягами 10. Рычаг 29, по которому при подъёме и опускании пантографа перекатывается ролик, помещённый на оси 43 конца тяги 9, служит для изменения плеча приложения силы от пружины 4 к главному валу 27. После выпуска сжатого воздуха из цилиндра пружина 4 начинает разжиматься и усилие её падает; в это время тяга 9 передвигается вправо, а ролик на оси 43 катится по рычагу 29 снизу вверх; в результате момент силы от пружины 4, действующей на вал 27, остаётся почти постоянным.
Таким образом, при впуске сжатого воздуха в цилиндр пневматического механизма пантограф поднимается под действием наружных пружин, которые преодолевают уменьшенное противодействие внутренней пружины и силу веса пантографа. При выпуске сжатого воздуха из цилиндра пантограф опускается под действием силы веса и разжатия внутренней пружины, преодолевающей противодействие наружных пружин.
В случае поломки средней пружины, поскольку она работает на сжатие и через неё пропущены шпильки, отдельные части пружины, упираясь друг в друга, продолжают работать на сжатие. Это исключает самопроизвольный подъём пантографа в случае поломки пружины.
Все шарнирные соединения подвижных рам и каретки, имеющие подшипники скользящего трения, снабжены медными гибкими шунтами 23 (см. фиг. 248
и 252), по которым проходит ток. Этим уменьшается электрическое сопротивление пантографа и достигается предохранение соединений от разъедания.
Сложность конструкции пантографа объясняется особенно высокими требованиями, предъявляемыми к токоприёмнику электровоза. В эксплуатации необходимо, чтобы на провод всё время было определённое нажатие скользящих лыж, причём это нажатие должно быть приблизительно одинаковым на любой высоте контактного провода.
Величина нажатия на контактный провод определяется величинами снимаемого тока, скоростью движения и площадью соприкасания контактных поверхностей лыж и провода.
Колебание нажатия, оказываемого пантографом на контактный провод, в пределах нормальной рабочей высоты как при опускании, так и при подъёме не должно превышать ±10%. Это основное требование выполняется надлежащим расчётом пружин и рычагов, тщательным исполнением деталей, а также точной регулировкой всего аппарата.
Зависимость силы нажатия на контактный провод при различной высоте подъёма лыж над основанием называется статической характеристикой пантографа. Статическая характеристика даётся в виде двух кривых: одной для силы нажатия на контактный провод при движении лыж вверх, другой — при движении их вниз (фиг. 254).
Устойчивая работа пантографа определяется не только его хорошей статической характеристикой, но и его динамическими характеристиками, зависящими в основном от величины массы (веса) подвижных частей пантографа.
Пантограф типа ДЖ-5 рассчитан на длительный ток 1 000 а и максимальную скорость движения 150 км/час. Нажатие на контактный провод при опускании должно быть не более 9,5 кг, а при подъёме не менее 5,5 кг. Вес пантографа 396 кг.
Впуск и выпуск сжатого воздуха из цилиндра пантографа типа ДЖ-5 производятся через редукционный клапан, который либо совмещён с клапаном пантографа и находится в кузове электровоза, либо установлен непосредственно на цилиндре пантографа. Как показал опыт эксплуатации, редукционные клапаны, расположенные на крыше электровоза, в холодное время работают неудовлетворительно. Это и послужило причиной перехода на выпуск редукционных клапанов, совмещённых с клапаном пантографа (см. ниже).
На фиг. 255 показан редукционный клапан, корпус / которого ввёрнут в отверстие цилиндра 10 пантографа. В корпус запрессовано бронзовое седло 3; на него опирается бронзовый притёртый клапан 2, прижимаемый к седлу пружиной 6. Пружина в свою очередь удерживается муфтой 5; в муфту ввёрнута пробка 7. На пробку 7 навёрнуто кольцо 8 с отростком, к которому подведён воздухопровод 9. В клапан 2 запрессован винт 4, имеющий прямоугольную нарезку, образующую винтовой канал, создающий значительное сопротивление движению воздуха. Поэтому цилиндр пантографа наполняется сжатым воздухом медленно, а пантограф поднимается плавно, без удара лыжи о контактный провод. При выпуске сжатого воздуха из подводящего воздухопровода 9 под давлением сжатого воздуха в цилиндре клапан 2 отжимается от седла 3, и воздух быстро выходит через зазор между клапаном и седлом При снижении давления воздуха в цилиндре пружина вновь прижимает клапан к седлу и остаток воздуха выходит из цилиндра через винтовой канал, т. е. с замедлением. Таким образом, лыжа отходит от контактного провода быстро, чем устраняется обгорание контактного провода при случайном опускании пантографа под током, а в конце опускания замедленное движение пантографа уменьшает удар подвижной части об его основание, точнее об амортизатор. Правильно собранный и отрегулированный пантограф должен подниматься за 3—7 сек. и опускаться за 3—5 сек.
Оглавление Дальше:
4. Групповой переключатель
Вверх:
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА