RU2588336C1

RU2588336C1 - Current collector for high-speed trains

Info

Publication number: RU2588336C1
Application number: RU2015115874/11A
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Оленев
Filing date: 2015-04-27
Publication date: 2016-06-27

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to current collectors for power supply lines of transport facilities. Current collector for high-speed trains comprises frame, top link of which consists of one-arm and double-arm levers. One end of lower link is installed with possibility of rotation on axis of stop of platform, and other end by means of first axis and spring is connected with double-arm lever. One-arm lever is attached to first airfoil, and other one - via second axis and spring is connected with first end of one-arm lever with second aerodynamic profile with a stabiliser. Second end of one-arm lever is connected to ski interacting with contact wire. On first axis, which is installed with possibility of rotation in link and two-arm lever, with tension elastic element is secured by one end, two-arm lever. Link is a slot with locking surface, wherein a solid of revolution, having possibility of interaction with locking surface and end of first axis.

EFFECT: technical result consists in improvement of reliability.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к токоприемникам высокоскоростных поездов.The invention relates to railway transport, namely to the current collectors of high-speed trains.

Известен способ работы токоприемника, включающий компенсацию изменения усилия прижима лыжи к контактному проводу аэродинамической силой [Михеев В.П. Токосъемное устройство для высокоскоростных поездов / Железнодорожный транспорт, 1997, №6, с. 46-48].A known method of operation of the current collector, including compensation for changes in the force of pressing the ski to the contact wire by aerodynamic force [Mikheev V.P. Current Collecting Device for High-Speed Trains / Railway Transport, 1997, No. 6, p. 46-48].

Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:

- низкая эффективность работы при возникновении колебаний токоприемника или контактного провода;- low efficiency when oscillations of the current collector or contact wire;

- зависимость усилия прижима лыжи от направления ветра по отношению к аэродинамическому профилю.- the dependence of the pressure of the ski on the direction of the wind with respect to the aerodynamic profile.

Прототипом является способ работы токоприемника на электрическом подвижном составе, включающий подвод электрической энергии через контактную лыжу, стабилизацию величины усилия ее прижима к контактному проводу путем воздействия подъемной силой аэродинамического профиля на звено токосъемника, которое выполняют в виде двух рычагов, соединенных между собой упругой связью, воздействием на которые вызывают противоположные по знаку усилия прижима и производят изменение величины упругой связи [Пат. РФ 2481200, МПК B60L 5/00, 2013].The prototype is a method of operating the current collector on an electric rolling stock, including supplying electric energy through a contact ski, stabilizing the amount of force it is pressed against the contact wire by applying the lifting force of the aerodynamic profile to the current collector link, which is made in the form of two levers connected by an elastic coupling, by to which they cause opposite in sign pressure forces and produce a change in the magnitude of the elastic bond [Pat. RF 2481200, IPC B60L 5/00, 2013].

Недостатком прототипа является ухудшение стабилизации усилия прижима лыжи к контактному проводу при низкой скорости движения локомотива, когда возрастает величина упругой связи между локомотивом и рычагами токосъемника.The disadvantage of the prototype is the deterioration in the stabilization of the pressure of the ski to the contact wire at a low speed of the locomotive, when the magnitude of the elastic connection between the locomotive and the levers of the current collector increases.

Задачей изобретения является устранение этого недостатка, а именно повышение стабилизации усилия прижима токосъемника к контактному проводу, уменьшение амплитуды их колебаний и увеличение надежности работы.The objective of the invention is to eliminate this drawback, namely increasing stabilization of the pressing force of the current collector to the contact wire, reducing the amplitude of their oscillations and increasing the reliability.

Задача решается тем, что в токоприемнике для высокоскоростных поездов, содержащем раму, верхнее звено которой состоит из одноплечего и двуплечего рычагов, нижнее звено одним концом установлено с возможностью поворота на оси упора платформы, а другим концом посредством первых оси и пружины соединено с двуплечим рычагом, одно плечо которого скреплено с первым аэродинамическим профилем, а другое - через вторые ось и пружину связано с первым концом одноплечего рычага, несущего второй аэродинамический профиль со стабилизатором, второй конец одноплечего рычага соединен с лыжей, взаимодействующей с контактным проводом, по крайней мере на первой оси, которая установлена с возможностью вращения в звене и двуплечем рычаге, с натягом посажен упругий элемент, закрепленный одним концом в двуплечем рычаге, при этом в звене выполнен паз с заклинивающей поверхностью, в котором размещено тело качения, имеющее возможность взаимодействия с последней и концом первой оси. Упругий элемент выполнен в виде спиральной пружины. Сечение пружины выполнено прямоугольной формы.The problem is solved in that in a current collector for high-speed trains containing a frame, the upper link of which consists of one-arm and two-shouldered levers, the lower link is mounted at one end with the possibility of rotation on the axis of the platform stop, and the other end is connected to the two-arm lever by the first axis and spring, one shoulder of which is fastened to the first aerodynamic profile, and the other is connected through the second axis and spring to the first end of the one-armed lever carrying the second aerodynamic profile with a stabilizer, the second end the one-shoulder lever is connected to the ski, interacting with the contact wire, at least on the first axis, which is mounted for rotation in the link and the two-arm lever, an interference fit is fitted, fixed at one end in the two-arm lever, while the link is made with a jamming element the surface in which the rolling body is placed, having the ability to interact with the last and end of the first axis. The elastic element is made in the form of a spiral spring. The cross section of the spring is rectangular.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.These distinctive features allow you to achieve the following advantages compared with the prototype.

Размещение на первой оси, которая установлена с возможностью вращения в звене и двуплечем рычаге, с натягом упругого элемента, закрепленным одним концом в двуплечем рычаге, и выполнение в звене паза с заклинивающей поверхностью, в котором размещено тело качения, имеющее возможность взаимодействия с последней и концом первой оси, позволяет повысить стабильность усилия прижима лыжи к контактному проводу за счет демпфирования колебаний рамы, возникающих при движении локомотива. При этом упрощается конструкция демпфера, состоящая, по существу, из двух деталей, что повышает надежность токоприемника.Placing on the first axis, which is mounted for rotation in the link and two-arm, with an interference fit of the elastic element fixed at one end in the two-arm, and making a groove in the link with a wedging surface in which the rolling body is placed, which has the ability to interact with the latter and the end of the first axis, it allows to increase the stability of the force of pressing the ski to the contact wire due to the damping of the frame vibrations that occur when the locomotive moves. This simplifies the design of the damper, consisting essentially of two parts, which increases the reliability of the current collector.

Выполнение упругого элемента в виде спиральной пружины дает возможность сравнительно легко изменять усилие сопротивления демпфера за счет числа витков пружины, что упрощает конструкцию и повышает ее надежность.The execution of the elastic element in the form of a spiral spring makes it possible to relatively easily change the resistance force of the damper due to the number of turns of the spring, which simplifies the design and increases its reliability.

Выполнение сечения пружины прямоугольной формы позволяет создать нужное усилие сопротивления демпфера меньшим количеством витков, что, в свою очередь, делает это усилие более стабильным. Это повышает надежность работы токоприемника и улучшает стабилизацию усилия прижима к контактному проводу.Performing a cross-section of a rectangular spring allows you to create the required resistance force of the damper with fewer turns, which, in turn, makes this force more stable. This increases the reliability of the current collector and improves the stabilization of the clamping force to the contact wire.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен токоприемник в момент начала движения локомотива. На фиг. 2 изображен вид A рамы токоприемника. На фиг. 3 изображен вид Б рамы токоприемника. На фиг. 4 изображен токоприемник в момент движения локомотива с установленной скоростью.In FIG. 1 shows the current collector at the time the locomotive begins to move. In FIG. 2 shows a view A of the frame of the current collector. In FIG. 3 shows a view B of the frame of the current collector. In FIG. 4 shows the current collector at the moment the locomotive moves at a set speed.

Токоприемник содержит раму, верхнее звено которой состоит из одноплечего 1 и двуплечего 2 рычагов, а нижнее 3 звено одним концом установлено с возможностью поворота на оси 4 упора 5 платформы 6, а другим концом посредством оси 7 вращения и пружины 8 соединено с двуплечим рычагом, одно плечо которого скреплено с аэродинамическим профилем 9, а другое - через ось 10 вращения и пружину 11 связано с первым концом одноплечего рычага, второй конец которого соединен с лыжей 12, взаимодействующей с контактным проводом 13. На одноплечем рычаге установлен аэродинамический профиль 14 со стабилизатором 15. Ось 7 установлена с возможностью вращения в звене 3 и двуплечем рычаге 2 и с возможностью контакта с телом вращения 16, имеющим возможность взаимодействия с заклинивающей поверхностью 17 паза 18 двуплечего рычага 2, на котором закреплен один конец пружины 19, плотно посаженой на ось 7.The current collector contains a frame, the upper link of which consists of a one-armed 1 and two shoulders 2 levers, and the lower 3 link is installed at one end with the possibility of rotation on the axis 4 of the stop 5 of the platform 6, and the other end is connected to the two-arm lever by the rotation axis 7 and the spring 8, one the shoulder of which is fastened to the aerodynamic profile 9, and the other through the axis of rotation 10 and the spring 11 is connected to the first end of the one-arm lever, the second end of which is connected to the ski 12, interacting with the contact wire 13. Aero mounted on the one-arm lever dynamic profile 14 with stabilizer 15. The axis 7 is mounted for rotation in link 3 and two shoulders of the lever 2 and with the possibility of contact with the body of rotation 16, which can interact with the wedging surface 17 of the groove 18 of the two shoulders of the lever 2, on which one end of the spring 19 is fixed, tightly mounted on the axis 7.

Токоприемник для высокоскоростных поездов работает следующим образом.The current collector for high-speed trains operates as follows.

При подъеме токоприемника нижнее 3 звено поворачивается по часовой стрелке на оси 4 до упора 5 (фиг. 1). Двуплечий рычаг 2 поворачивается с осью 7 против часовой стрелки, увлекая при этом одноплечий рычаг 1, посредством которого лыжа 12 прижимается к контактному проводу 13. Усилие прижима обеспечивается пружинами 8 и 11, которые находятся в поджатом состоянии.When raising the current collector, the lower 3 link rotates clockwise on the axis 4 to the stop 5 (Fig. 1). The two-armed lever 2 rotates with the axis 7 counterclockwise, entraining the one-armed lever 1, by means of which the ski 12 is pressed against the contact wire 13. The clamping force is provided by the springs 8 and 11, which are in a pressed state.

При движении локомотива по неровному пути происходят колебания платформы 6 в вертикальной плоскости. При движении нижнего звена 3 вниз заодно с платформой 6 двуплечий рычаг 2 будет свободно поворачиваться на оси 7 против часовой стрелки, затягивая при этом на ней витки пружины 19, в результате чего ось 7 будет повертываться заодно с этой пружиной (фиг. 2). При этом вращение этой оси также будет происходить против часовой стрелки, а поэтому тело 16 качения будет находиться в пазу 4 звена 3, не препятствуя вращению оси и, следовательно, двуплечему рычагу 2, который, поворачиваясь заодно с осью 7 против часовой стрелки, будет компенсировать опускание платформы (фиг. 3).When the locomotive moves along an uneven path, platform 6 oscillates in a vertical plane. When the lower link 3 moves downward at the same time with the platform 6, the two-arm lever 2 will freely rotate on the axis 7 counterclockwise, while tightening the turns of the spring 19 on it, as a result of which the axis 7 will rotate at the same time with this spring (Fig. 2). In this case, the rotation of this axis will also occur counterclockwise, and therefore, the rolling body 16 will be in the groove 4 of link 3, without interfering with the rotation of the axis and, therefore, the two-arm lever 2, which, turning at the same time as axis 7, will compensate lowering the platform (Fig. 3).

При движении звена 3 вверх двуплечий рычаг 2 стремится повернуться по часовой стрелке и увлечь за собой через плотно посаженную пружину 19 ось 7, поворачивая ее по часовой стрелке. Это приведет к останову тела 16 качения на заклинивающей поверхности 17 звена 3 и, следовательно, оси 1. Продолжающий поворачиваться свободно на оси 7 рычаг 2 будет как бы несколько раскручивать витки пружины 19, в результате чего пружина будет проворачиваться относительно неподвижной оси 7, создавая момент трения, который будет противодействовать повороту указанного рычага, уменьшая скорость его вращения. Это приведет к демпфированию колебаний рычага 2 с пружиной 8, снижающему амплитуду колебаний и уменьшающему вероятность отхода лыжи 12 от контактного провода 13.When the link 3 moves upward, the two-arm lever 2 tends to rotate clockwise and drag axis 7 behind it through the tightly set spring 19, turning it clockwise. This will stop the rolling body 16 on the jamming surface 17 of link 3 and, therefore, axis 1. Continuing to turn freely on axis 7, lever 2 will somewhat unwind the coils of spring 19, as a result of which the spring will rotate relative to the fixed axis 7, creating a moment friction, which will counteract the rotation of the specified lever, reducing the speed of its rotation. This will lead to damping of the oscillations of the lever 2 with the spring 8, which reduces the amplitude of the oscillations and reduces the likelihood of the ski 12 moving away from the contact wire 13.

По мере увеличения скорости движения подвижного состава набегающий воздушный поток воздействует на аэродинамические профили 9 и 14. В результате этого двуплечий рычаг 2 начнет поворачиваться на оси 7 по часовой стрелке за счет подъемной силы, возникающей на аэродинамическом профиле 9, увлекая за собой конец одноплечего рычага 1, который под действием упругой силы пружины 11 и подъемной силы профиля 14 будет поворачиваться на оси 10 против часовой стрелки. При этом пружина 8 будет сжиматься, а пружина 11 - растягиваться, уменьшая силовое воздействие на одноплечий рычаг. Снижение силового воздействия пружины 11 компенсируется увеличением подъемной силы профиля 14, в результате чего усилие прижима лыжи к контактному проводу остается прежним. Таким образом, воздействие воздушного потока на аэродинамические профили 9 и 14 вызывает противоположные по знаку усилия, прикладываемые к лыже, благодаря чему результирующая сила прижима остается стабильной по величине.As the speed of the rolling stock increases, the incoming air flow acts on the aerodynamic profiles 9 and 14. As a result of this, the two-arm lever 2 will begin to turn on the axis 7 clockwise due to the lifting force arising on the aerodynamic profile 9, dragging the end of the one-arm lever 1 , which under the action of the elastic force of the spring 11 and the lifting force of the profile 14 will rotate on the axis 10 counterclockwise. In this case, the spring 8 will be compressed, and the spring 11 will be stretched, reducing the force impact on the one-arm lever. The decrease in the force of the spring 11 is compensated by the increase in the lifting force of the profile 14, as a result of which the pressure of the ski against the contact wire remains the same. Thus, the impact of the air flow on the aerodynamic profiles 9 and 14 causes opposite in sign forces exerted on the ski, so that the resulting pressing force remains stable in magnitude.

Следует заметить, что поворот двуплечего рычага 2 по часовой стрелке способствует увеличению угла атаки на профиле 9 и, следовательно, повышению подъемной силы, а поворот одноплечего рычага 1 против часовой стрелки уменьшает угол атаки на профиле 14.It should be noted that turning the two shoulders of the lever 2 clockwise increases the angle of attack on the profile 9 and, therefore, increases the lifting force, and turning the single shoulders of the lever 1 counterclockwise decreases the angle of attack on the profile 14.

При достижении локомотивом установленной скорости пружина 11 полностью расправится, в результате чего величина упругой связи между рычагами 1 и 2 станет близка к нулю, при этом усилие прижима лыжи к проводу будет определяться подъемной силой аэродинамического профиля 14, что снизит воздействие механических колебаний подвижного состава на лыжу (фиг. 4). Если в узле соединения конца рычага 1 с осью 10 обеспечить возможность некоторого отклонения рычага 1 от вертикальной плоскости, то за счет стабилизатора 15 уменьшится воздействие на лыжу боковых механических колебаний состава. В результате при движении с установленной скоростью условия прижима лыжи к контактному проводу будут наилучшими.When the locomotive reaches the set speed, the spring 11 will fully relax, as a result of which the elastic bond between the levers 1 and 2 will become close to zero, while the force of pressing the ski to the wire will be determined by the lifting force of the aerodynamic profile 14, which will reduce the effect of mechanical vibrations of the rolling stock on the ski (Fig. 4). If in the node connecting the end of the lever 1 with the axis 10 to ensure the possibility of some deviation of the lever 1 from a vertical plane, then due to the stabilizer 15 will reduce the impact on the ski lateral mechanical vibrations of the composition. As a result, when driving at a set speed, the conditions for clamping the ski to the contact wire will be the best.

Для высокоскоростных поездов характерно изменение скорости движения в большом диапазоне. Поэтому при росте скорости выше установленного значения необходимо сдерживать увеличение прижима лыжи к контактному проводу, чтобы не допустить чрезмерного усилия прижима. Это достигается следующими путями. Во-первых, дальнейший поворот рычагов 1 и 2 будет приводить к растягиванию пружины 11, в результате чего ее упругая сила будет направлена теперь уже в обратную сторону (вниз), что будет снижать прижим лыжи к контактному проводу. Во-вторых, момент от подъемной силы профиля 9 на двуплечем рычаге будет возрастать за счет увеличения плеча этой силы, что приведет к большему растягиванию пружины 11 и, следовательно, к снижению усилия прижима. В-третьих, будет уменьшаться угол атаки на профиле 14, вызывающий снижение величины подъемной силы, при этом также будет уменьшаться (за счет плеча) и момент от этой силы, благодаря чему понизится усилие прижима лыжи. Таким образом, с одной стороны действуют факторы, уменьшающие прижим лыжи, а с другой - имеет место фактор увеличения подъемной силы на аэродинамическом профиле 14 за счет увеличения скорости набегающего воздушного потока. Результирующее действие этих факторов обеспечивает стабильность усилия прижима лыжи к контактному проводу.High-speed trains are characterized by a wide range of speed changes. Therefore, when the speed increases above the set value, it is necessary to restrain the increase in the ski clamp to the contact wire in order to prevent excessive clamping force. This is achieved in the following ways. Firstly, further rotation of the levers 1 and 2 will lead to the stretching of the spring 11, as a result of which its elastic force will now be directed in the opposite direction (down), which will reduce the ski pressure to the contact wire. Secondly, the moment from the lifting force of the profile 9 on the two-arm lever will increase due to an increase in the shoulder of this force, which will lead to a greater stretching of the spring 11 and, consequently, to a reduction in the pressing force. Thirdly, the angle of attack on the profile 14 will decrease, causing a decrease in the magnitude of the lifting force, while the moment from this force will also decrease (due to the shoulder), due to which the force of the ski clamp will be reduced. Thus, on the one hand, there are factors that reduce the pressure of the ski, and on the other, there is a factor in increasing the lifting force on the aerodynamic profile 14 due to an increase in the speed of the incoming air flow. The resulting action of these factors ensures the stability of the pressure of the ski to the contact wire.

Внедрение изобретения позволит создать простую конструкцию токоприемника, обеспечивающую гашение колебаний звеньев рамы, стабильное усилие прижима лыжи к проводу и надежный электрический контакт в широком диапазоне скоростей подвижного состава.The implementation of the invention will allow you to create a simple design of the current collector, providing damping of the oscillations of the links of the frame, stable force of the ski to the wire and reliable electrical contact in a wide range of speeds of the rolling stock.

Claims

1. A current collector for high-speed trains comprising a frame, the upper link of which consists of a single-arm and two-shouldered levers, the lower link is mounted at one end with a possibility of rotation on the axis of the platform stop, and the other end is connected to the two-arm lever by the first axis and spring, one shoulder of which is fastened with the first aerodynamic profile, and the other through the second axis and spring connected to the first end of the one-armed lever carrying the second aerodynamic profile with a stabilizer, the second end of the one-armed lever is connected with ski, interacting with the contact wire, characterized in that at least on the first axis, which is mounted for rotation in the link and two-arm lever, an elastic element is fitted with an interference fit, fixed at one end in the two-arm arm, while the groove is made in the link with a jamming surface in which the rolling body is located, having the possibility of interaction with the last and end of the first axis.

2. The current collector according to claim 1, characterized in that the elastic element is made in the form of a spiral spring.

3. The current collector according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the section of the spring is made in a rectangular shape.