4. Аппараты и принципиальная схема силовой цепи электровозов постоянного тока

Токоприемники

Силовая цепь электровоза (см. рис. 10) соединяется с источником электрической энергии с помощью контактной сети, а с ней токоприемником. Сложность такого соединения заключается в том, что контакт между токоприемником и контактным проводом осуществляется не в одной постоянной точке, как в стационарных установках, а точка контакта перемещается вдоль провода^* вместе с локомотивом.

^* (В действительности контактный провод расположен в плане не по оси пути, а зигзагообразно. Поэтому токоприемник относительно контактного провода перемещается и в поперечном направлении.)

Основным условием надежной работы токоприемника, или, как говорят специалисты, высокого качества токосъема, является, прежде всего, постоянство нажатия контактного устройства токоприемника на контактный провод. Разумеется, чем больше нажатие, тем надежней скользящий контакт. Но, с другой стороны, большое нажатие усиливает механический износ провода и контактного устройства токоприемника. В то же время чрезмерно малое нажатие приводит к искрению и даже к образованию электрической дуги, что вызывает электрический износ контактных поверхностей проводов и токоприемника и возникновение помех в различных видах связи и телевидения.

В соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог Союза ССР высота подвески контактного провода над уровнем верха головки рельса должна быть не менее 6250 мм на станциях и 5750 мм на перегонах. В исключительных случаях это расстояние в пределах искусственных сооружений, расположенных на путях станций, а также на перегонах, с разрешения МПС может быть уменьшено до 5675 мм на участках переменного тока и до 5550 мм при постоянном токе. Высота подвески контактного провода во всех случаях не должна превышать 6800 мм. Следовательно, в самых неблагоприятных условиях токоприемник должен опускаться или подниматься на 6800 - 5550 = 1250 мм, обеспечивая при этом постоянный электрический контакт с проводом. Кроме того, чтобы создать безопасные условия для работающих при осмотре и ремонте электровоза, необходимо иметь возможность опускать и вновь поднимать токоприемник до соприкосновения с контактным проводом.

Рассмотрим одну из конструкций токоприемника электровоза постоянного тока (рис. 27, а). Чтобы поднять токоприемник, машинист с помощью специального аппарата (клапана токоприемника) открывает доступ сжатому воздуху в цилиндр (рис. 27, б). Поршень цилиндра, перемещаясь в крайнее левое положение, штоком поворачивает рычаг, с которым связана тяга и опускающая пружина. Тяга, перемещаясь влево, отходит от фасонного кронштейна и две растянутые поднимающие пружины поднимают нижнюю и верхнюю рамы, связанные шарнирно. Профиль фасонного кронштейна обеспечивает вначале быстрый подъем токоприемника, а в конце подъема медленный, что обеспечивает мягкое соприкосновение его с проводом.

Рис. 27. Общий вид токоприемника восьмиосного электровоза постоянного тока (а) и его кинематическая схема (б)

Для того чтобы опустить токоприемник, цилиндр, наполненный сжатым воздухом, сообщают с атмосферой. Тогда опускающая пружина, которая была сжата при подъеме токоприемника под действием поршня и рычага, разжавшись, переместит поршень в крайнее правое положение и одновременно с помощью тяги с роликом воздействует на фасонный кронштейн. Главные валы под действием усилия, приложенного к этому кронштейну, и силы тяжести подвижной части, преодолев сопротивление поднимающих пружин, повернутся и токоприемник опустится.

Вначале токоприемник должен опускаться очень быстро, чтобы разорвать электрическую дугу, которая может образоваться при отрыве полозов от контактного провода, а затем медленно, чтобы рама плавно (без удара) опустилась на амортизаторы. Это обеспечивается соответствующим очертанием фасонного кронштейна и быстрым выпуском сжатого воздуха из цилиндра в начальный период. В некоторых конструкциях токоприемников вместо фасонного кронштейна используют редуктор, который изменяет давление сжатого воздуха, поступающего в цилиндр или выходящего из него, в зависимости от положения рам токоприемника.

Основание токоприемника устанавливают на изоляторах. Обычно на электровозах имеется два электрически соединенных токоприемника. Как правило, в процессе работы поднят задний по направлению движения локомотива токоприемник.

Полозы токоприемника специальным механизмом, называемым кареткой (см. рис. 27, б), крепят к раме. Каретки предназначены для улучшения токосъема при проходе точек, где крепится контактный провод (жесткие точки), обеспечения упругости полозов в горизонтальном направлении и равномерного распределения нажатия между ними, что достигается применением пружин и шарнирных соединений.

К рабочим поверхностям полозов крепят сменные контактные пластины - контактные вставки. Они должны иметь малое электрическое сопротивление, быть износостойкими и по возможности меньше изнашивать контактный провод. В настоящее время в токоприемниках применяют угольные вставки медные и металлокерамические накладки.

Нажатие полозов токоприемника на контактный провод в среднем составляет (8-13 кгс) (80-130 Н). Качество токосъема будет высоким, если нажатие полозов на контактный провод независимо от высоты его подвески, указанной выше, не изменяется. Это обеспечивается применением шариковых и игольчатых подшипников, снижением массы подвижных частей путем использования прочных тонкостенных труб.