токосъемный элемент токоприемника электроподвижного состава

Формула изобретения

Токосъемный элемент токоприемника электроподвижного состава, выполненный в форме пластины с основанием, боковой поверхностью и контактной поверхностью с симметричными по его краям заходным и сходным участками, отличающийся тем, что боковая и контактная поверхности выполнены выпуклыми с профилем, поперечное сечение которого ограничено кривой, которая описывается зависимостью

где В - ширина пластины, мм;

Н - высота пластины, мм;

h - расстояние от основания пластины к любой точке на кривой при значениях b

n - коэффициент, определяющий степень кривизны профиля выпуклой поверхности пластины и лежащий в границах 2-4.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрическому оборудованию транспортных средств, в частности к токосъемникам, которые могут быть использованы на трамваях или электровозах.

Известный токосъемный элемент, выполненный в форме пластины с основанием, боковой поверхностью и контактной поверхностью с симметричными по ее краям заходным и сходным участками (Ю.Э.Купцов «Увеличение срока службы контактного провода». Г., изд-во «Транспорт», 1972 г., стр.90-91, а.с. СССР №1397323, МПК⁴ B60L 5/08, заявл. 08.12.1986 г., опубл. 23.05.1988 г.). В известном токосъемном элементе основание выполнено в форме ласточкина хвоста, контактная поверхность выполнена параллельно основанию, а между контактной и боковой поверхностями выполнены заходной и сходной участки в виде элементов соединения (r=3-4 мм).

Недостатком известного токосъемного элемента является повышенный износ контактной поверхности и низкое качество токосъема.

Выполнение контактной поверхности токосъемного элемента плоской приводит к неравномерному распределению динамических нагрузок по ее площади. Вследствие этого имеет место повышение переходного сопротивления в процессе его эксплуатации, что вызовет неравномерный износ токосъемного элемента. Это обуславливает увеличение влияния электроэрозионной составляющей износа токосъемного элемента.

Выполнение заходного и сходного участков контактной поверхности токосъемного элемента в виде небольшой фаски соединения, соединяющей вертикальную боковую поверхность с плоской горизонтальной контактной поверхностью, оказывает содействие быстрому износу сходной части и, собственно говоря, эксплуатация токосъемного элемента осуществляется во время отсутствия заходной части, если контактная и боковая поверхности расположены под прямым углом. Это увеличивает ударные нагрузки в крайних заходных и сходных участках контактной поверхности токосъемного элемента, что приводит к его повышенному износу и механическому разрушению. Кроме того, известный токосъемный элемент имеет высокое аэродинамическое сопротивление, в особенности в условиях эксплуатации на высокоскоростных магистралях (при скорости движения электродвижущего состава более 120 км/ч). Это приводит к повышению аэродинамической подъемной силы токоприемника и, как следствие, к увеличению предельных значений усилий прижима токосъемного элемента к контактному проводу, что повышает механический износ токосъемного элемента. Кроме того, вследствие срыва набегающего воздушного потока, на заходных и сходных участках контактной поверхности образуется область пониженного давления воздушной среды. Это значительно ухудшает условия трения контактной пары и приводит к повышению износа.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования конструкции токосъемного элемента, новая форма выполнения контактной и боковой поверхностей которого обеспечивает улучшение обтекаемости токосъемного элемента, а также равномерное распределение динамических нагрузок на контактную поверхность, что дает возможность снизить степень износа токосъемного элемента и повысить надежность токосъема.

Поставленная задача решается тем, что в известном токосъемном элементе токоприемника электроподвижного состава, выполненном в форме пластины с основанием, боковой поверхностью и контактной поверхностью с симметричными по его краям заходным и сходным участками, новым, согласно изобретению, является то, что боковая и контактная поверхности выполнены выпуклыми с профилем, поперечное сечение которого ограничено кривой, которая описывается зависимостью

где В - ширина пластины, мм;

Н - высота пластины, мм;

h - расстояние от основания пластины к любой точке на кривой при значениях

b

n - коэффициент, определяющий степень кривизны профиля выпуклой поверхности пластины и лежащий в границах 2-4.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков устройства и достигаемым техническим результатом состоит в следующем.

Соединение контактной и боковой поверхностей, выполнение их выпуклыми позволяет проводить токосъем в оптимальном режиме. В начале эксплуатации токосъемного элемента токосъем происходит в линейном (точечном) режиме по выпуклым поверхностям: провод-контактная поверхность, во взаимно перпендикулярных плоскостях. В процессе эксплуатации токосъемного элемента площадь контакта остается минимальной и постепенно увеличивается, оставаясь меньше ширины основания пластины, при этом обеспечивается равномерность динамической нагрузки на контактную поверхность. Таким образом, переходное сопротивление в процессе эксплуатации токосъемного элемента остается минимальным, что обеспечивает снижение его электроэрозионного износа. Кроме того, за счет сохранения выпуклости боковой поверхности на протяжении всей эксплуатации токосъемного элемента ударные нагрузки со стороны заходных участков контактной поверхности также минимальные, что приводит к повышению его долговечности. С другой стороны, выполнение боковой и контактной поверхностей выпуклыми улучшает аэродинамические характеристики токоприемника, улучшает его обтекаемость, снижает коэффициент лобового сопротивления токоприемника, а также его материалоемкость. Тем самым обеспечивается снижение приводной массы токоприемника, в результате чего наблюдается снижение влияния воздушного потока на токоприемник, что приводит к снижению его аэродинамической подъемной силы, уменьшает момент силы трения между подхватывающим проводом и полозом относительно оси ближайшей каретки. Кроме того, создаются оптимальные условия для обеспечения химических или физико-химических взаимодействий составляющих воздуха с трущимися материалами в зоне трения. Все это оказывает содействие повышению надежности токосъема в процессе движения электродвижущего состава.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен токосъемный элемент для электродвижущего состава (общий вид), на фиг.2 показана форма кривой, ограничивающей поперечное сечение профиля контактной и боковой поверхностей токоприемника с разной степенью кривизны (при коэффициенте n₁=2, n ₂=3, n₃=4 соответственно), на фиг 3 показано поперечное сечение боковой и контактной поверхностей токоприемника.

Токосъемный элемент содержит пластину 1 с высотой Н и шириной основания В, выполненную, например, из углеграфитового материала. Пластина 1 имеет основу 2 в виде ласточкина хвоста, а боковая 3 и контактная 4 поверхности пластины 1 выполнены выпуклыми. Поперечное сечение выпуклой поверхности ограничивается кривой 5, форма которой описывается зависимостью

При значении коэффициента n меньше 2 (двух) кривая 5 (фиг.2) имеет минимальную кривизну, при которой форма боковой и контактной поверхностей пластины 1 приближается к треугольной пирамиде, а при коэффициенте n больше 4 (четырех) форма кривой 5 имеет максимальную кривизну, при которой форма боковой и контактной поверхностей пластины 1 приближается к прямоугольному параллелепипеду. В том и другом случаях эксплуатация токосъемного элемента сопровождается увеличением динамических нагрузок в заходных и сходных участках контактной поверхности, что приводит к повышенному износу токосъемного элемента.

Токосъемный элемент работает таким образом.

Углеграфитовая пластина 1, расположенная в металлическом каркасе (на фиг.1 не показан) и закрепленная в нем с помощью основания 2, выполненного в виде ласточкина хвоста для быстрого и надежного крепления пластины 1, скользит выпуклой поверхностью 3, 4 по контактному проводу 6. При этом ток передается от провода к двигателю электродвижущего состава.

Заявляемая конструкция токосъемного элемента позволяет снизить его износ по сравнению с прототипом в 1,5-2 раза, уменьшить в процессе эксплуатации искрообразование и подгары, следовательно, улучшить надежность токосъема и коммутации всех электрических аппаратов и двигателей, а также увеличить срок службы контактной сети.

Заявляемое изобретение может быть изготовлено на существующем оборудовании с использованием известных материалов и средств, что подтверждает промышленную применимость объекта.

Заявляемый токосъемный элемент прост в изготовлении, технологичен в установке и обслуживании, надежен при эксплуатации, что подтверждено успешными испытаниями заявляемого изобретения на участке скоростной магистрали отделения Московской и Днепровской железных дорог.