Устройство подвески токоприемника

 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к токоприемникам электроподвижного состава. Устройство подвески токоприемника содержит раму, подвижные нижние и верхние рамки с контактным элементом и механизм подъема. Устройство выполнено в виде двуплечих рычагов, включающих в себя нижние подъемные рамки и рычаги, связанные с пружиной, которая имеет приведенную свободную длину, соответствующую точке экстремума функции Н_C=f (Q), где Q - положение рычага, присоединенного к пружине, относительно отрезка рамы, ограниченного шарнирами двуплечих рычагов, а угол γ между осями рычагов двуплечего рычага определяется соотношением γ = π-α-Q_Э-(ϕ_Н-ϕ_К)(1-k)/2, где α - угол, учитывающий положение отрезка рамы токоприемника, соединяющего шарниры двуплечих рычагов относительно горизонтали, град; Q_Э - угол, соответствующий экстремуму функции приведенной свободной длины пружины Н_С= f(Q), град; ϕ_Н-ϕ_К - конструктивное начальное и конечное положения двуплечих рычагов; k - коэффициент, учитывающий смещение точки экстремума упругой характеристики относительно середины рабочего хода двуплечего рычага. Технический результат - обеспечение надежности работы токоприемника за счет постоянства нажатия токосъемных устройств на токопровод при изменении высоты его подвеса. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, может быть использовано при конструировании подвесок различных исполнительных устройств. Предлагаемое техническое решение возможно применить при проектировании подвески автомобилей, подвески различных рабочих инструментов в цехах по сборке и ремонту машин и оборудовании, подвески рабочих органов сельскохозяйственных машин, пружинных механизмов приборов и т.п., а также, в частности, подвески токоприемников электроподвижного состава.

Известно устройство подвески токоприемника, выполненное в вида пантографа [1] . С целью обеспечения более стабильного статического нажатия полоза токоприемниха на токопровод подбираются определенные соотношения конструктивных параметров некоторых элементов пантографа.

К сожалению, изложенные соотношения размеров для определения параметров конструкции подвески в виде пантографа не позволяют получить оптимальные параметры самого механизма (например, И.А. Беляев и др. рекомендуют принимать среднее значение угла между осями рычагов двуплечего рычага γ = 60 град) [1, с. 86], а рычаг присоединения дружины принять в пределах 0,08...0,10 от длины нижних подъемных рамок [1, стр. 90]. Вследствие чего получение оптимальных параметров механизма подвески затруднено (отсутствует строгая обоснованная математическая взаимосвязь) и, как следствие, на практике при эксплуатации известных конструкций часто наблюдается срез токосъемных вставок, особенно при проезде участков с низким расположением токопровода под мостами и путепроводами. Поэтому на низко расположенных участках токопроводы сдваивают или устанавливают шины (токопровод в виде полоз) с целью устранения возможного среза токосъемных устройств (вставок) за счет снижения удельного давления.

В случае применения нескольких пружин в механизме подвески, которые работают параллельно, все параметры пружины как свободная длина, жесткость рекомендуется принять одинаковыми. На практике получение одинаковых пружин по жесткости повышает стоимость изделия, с другой стороны, по ГОСТам на производство пружины допускается отклонение жесткости до ±10%, что также для известных конструкций подвесок приводит к снижению стабильности нажатия на токопровод. Поэтому при отклонении жесткости пружин более 10%, их бракуют и не используют в механизмах подвески.

Конструкция подвески в этом случае не позволяет получить стабильные упругие характеристики подвески по усилию нажатия на токопровод. Сложность конструкций многих кареток объясняется исключительно трудностью задачи по стабилизации контактного нажатия. Идеальным было бы, если статическое нажатие токоприемника оставалось постоянным при всех высотах полоза. Поэтому для обеспечения стабильности нажатия рекомендуется применять авторегулирование, т.е. следящую систему с обратной связью [1, стр. 5].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является пантограф электроподвижного состава железных дорог, содержащий неподвижное основание, закрепленное на изоляторах, подвижные рамы с контактным элементом и механизм подъема и опускания с пружиной и пневмоприводом, которые расположены на дополнительном подвижном основании [2]. Известное устройство не позволяет поддерживать стабильность нажатия на контактную сеть по следующим причинам. Во-первых, параметры механизма подвески не оптимизируются и выбираются интуитивно. Во-вторых, введение автоматической системы с пневмоцилиндрами также не позволяет обеспечить постоянство усилия нажатия, так как любая автоматическая система срабатывает на отклонение регулируемого параметра, следовательно, система уже допускает перепад усилия нажатия. В-третьих, всегда имеется запаздывание сигнала и гистерезис автоматической системы вследствие люфтов, износа шарниров (их значительно большее количество). Также известно, что любая автоматическая система регулирования реагирует на изменение, вырабатывает сигнал для исполнительного устройства, а потом производит авторегулирование отклонения контролируемого параметра, что не позволит обеспечить стабильность (постоянство) нажатия токосъемных полоз на токопровод.

Рассматриваемый токоприемник имеет аналогичные недостатки, что и вышерассмотренный.

Цель изобретения - обеспечение технологической надежности работы токоприемника за счет постоянства нажатия токосъемных устройств на токопровод при изменении высоты его подвеса.

Указанная цель достигается тем, что устройство подвески токоприемника выполнено в вида двуплечих рычагов, включающих в себя нижние подъемные рамки и рычаги, связанные с пружиной, которая имеет приведенную свободную длину, соответствующую точке экстремума функции H_С=f(Q), где Q - характеризует положение рычага, присоединенного к пружине, относительно отрезка рамы, ограниченного шарнирами двуплечих рычагов, а угол γ между осями рычагов двуплечего рычага определяется соотношением γ = π-α-Q_Э-(ϕ_Н-ϕ_К)(1-k)/2, где α - угол, учитывающий положение отрезка рамы токоприемника, соединяющего шарниры двуплечих рычагов относительно горизонтали, град; Q_Э - угол, соответствующий экстремуму функции приведенной свободной длины пружины H_С= f(Q) град; ϕ_Н, ϕ_К - конструктивное начальное и конечное положение двуплечего рычага; k - коэффициент, учитывает смещение точки экстремума упругой характеристики относительно середины рабочего хода двуплечего рычага.

Причем приведенная свободная длина пружины механизма подвески, выполненного в виде пантографа, соответствует экстремуму функции Н_С=l₁-2l₂cosQ-M/(Cl₂sinQ), где l₁ - отрезок рамы, ограниченный шарнирами двуплечих рычагов; l₂ - длина рычага двуплечего рычага, соединенного с пружиной; М - момент внешних статических сил, действующих на нижнюю подъемную рамку, С - жесткость пружины, при этом рычаги, соединенные с пружиной, имеют длину, обеспечивающую максимальное удлинение пружины до 25÷40% от приведенной свободной длины.

Применение предложенного технического решения, сконструированного по предложенным оптимальным соотношениям параметров, позволяет обеспечить постоянство нажатия на полозами на контактную сеть, а также исключить возможные резонансные колебания токоприемника и максимально снизить отрицательное влияние колебаний на процесс токосъема. Устранение резонансных колебаний токоприемника во время работы позволит повысить качественные показатели работы машины (токоприемник, электропривод) в целом и их долговечность.

При соблюдении соотношения длин пружин H=(1,25÷1,4)H_С (соотношение длин установлено на основе экспериментальных исследований различных механизмов) обеспечиваются наилучшие упругие характеристики механизма подвески, что позволит получить постоянное нажатие на контактную сеть со стороны токосьемных устройств. Обеспечивая постоянное нажатие на токопровод, устраняем возможные резонансные колебания, повышенный износ как самих токосъемных элементов, так и токопровода.

Рассмотрим вывод зависимости H_С=f(Q) для определения приведенной свободной длины пружины и угла между осями рычагов двуплечего рычага. Под приведенной (приводится к шарнирам крепления) свободной длиной пружины понимается расстояние до шарниров крепления пружин, включающей длину пружины, а также выступающую часть регулировочных винтов.

Угол между осями рычагов ограничивается линиями, проходящими через отрезки, соединяющими шарниры:
- отрезок, ограниченный шарниром крепления дружины с рычагам и шарниром вращения самого рычага на раме токоприемника;
- отрезок, ограниченный шарниром соединения нижней подъемной рамки с верхней рамкой и шарниром вращения нижней подъемной рамки на раме токоприемника.

Соотношения конструктивных размеров подучены на основе равновесия механической системы в статике и экспериментальных исследований механизмов подвески с упругими звеньями. Основные обозначения и принципиальная схема представлены на фиг.1.

В соответствии со схемой момент сил пружины равен
M_ПР=(H-H_С)Cl₂sinQ, (1)
где H - текущая длина пружины, м; Н_С - приведенная свободная длина пружины, м; С - жесткость пружины, Н/м; l₂ - длина рычага, соединенного с пружиной, м; Q - характеризует положение рычага, соединенного с пружиной, относительно рамы, град.

Здесь и далее приведенную свободную и текущую длину пружины следует понимать как приведенную к шарнирам зацепа пружины на рычагах.

В соответствии со схемой подвески токоприемника текущая длина пружины определится по выражению
H=l₁-2l₂cosQ, (2)
где l₁ - отрезок рамы, ограниченный шарнирами двуплечих рычагов, м.

Как известно, идеальный вариант обеспечения постоянства нажатия токосъемных элементов на токопровод тогда, когда две функции момента сил пружины M_ПР и момента внешних сил М совпадают друг с другом, то есть накладываются друг на друга и выполняется условие равенства двух функций во всем диапазоне перемещений подъемных рамок. Математически сказанное запишется
M_ПР=M. (3)
На фиг. 2, 3, 4 представлены упругие характеристики механизмов подвески при оптимальных соотношениях размеров, которые определены по выведенным соотношениям размеров при условии ограничения максимального момента сил пружин M_ПР≤M. На фиг.2, 3 приведены упругие характеристики в виде нагрузки на исполнительное устройство для разных вариантов рабочего диапазона отклонения двуплечего рычага. В зависимости от диапазона отклонения двуплечего рычага положение функций M_П=f(Q) и M=f(Q) (см. фиг.2) друг относительно друга изменяется.

На фиг.3 представлены результирующие нагрузки на исполнительные устройства, функции моментов сил которых представлены на фиг.2. В зависимости от заданного диапазона отклонения двуплечего рычага механизма подвески зависимости _ПР=f(Q) и M=f(Q) могут быть расположены друг относительно друга по-разному. Относительно точки экстремума функции M=f(Q) функция M_ПР=f(Q) может быть расположена правее (см. кривые M_ПР (75), M_ПР (85) на фиг.2) или левее (см. кривые M_ПР (5), M_ПР (25)). Также возможно совпадение точек экстремума двух функций M_ПР=f(Q) и M=f(Q) (см. точки экстремума кривых M_ПР (51) и M на фиг 2). Нетрудно понять, что в разных случаях касание кривых происходит в разноименных точках. Также возможно разместить кривые с пересечением друг друга так, чтобы в крайних и среднем положениях двуплечего рычага нажатие на токопровод со стороны токосъемных устройств было одинаковым, но в этом случае точки пересечения также будут разноименными даже для одной и той же кривой. С другой стороны, они будут расположены на разных расстояниях от середины диапазона (см. фиг.3, 4).

Например, рассматривая механизм подвески с оптимальными параметрами при угле γ = 51^o видно, что максимальные значения моментов совпадают, а при других значениях угла γ = 5^o; 25^o; 75^o, 85^o значения M^max и M_ПР ^max не совпадают, и оптимальный рабочий диапазон отклонения рычага приложения внешней нагрузки (ϕ_Н-ϕ_К) будет иметь следующие начальные ϕ_Н и конечные ϕ_К положения. Значения при допустимом изменении нажатия на исполнительное устройство R от 0 до 10 кг (см. фиг.3): ϕ_Н = 65 и ϕ_К = 40°; ϕ_Н = 46 и ϕ_К = 17° и т.д. (см. фиг. 3). При смещении кривых M_ПР относительно M точки их контакта соприкосновения при условии равенства M=M_ПР и M≥ M_ПР ^max оказываются смещенными от M^max (см. фиг.2). Также надо отметить, что упругая характеристика не симметрична для всех рассмотренных вариантов и ширина оптимальной зоны имеет максимальное значение при γ = 51^o, а во всех остальных случаях меньше.

В случаях, если диапазон рабочего хода двуплечего рычага значителен, то функции M_ПР= f(Q) и M=f(Q) могут пересекаться более 2 раз. Очевидно, в этом случае говорить об экстремуме не приходится, как и во многих случаях, поэтому необходимо варьировать характерными точками, которые позволили бы управлять положением кривых M_ПР=f(Q) и M=f(Q) друг относительно друга. Поэтому нами проведены экспериментальные исследования возможности изменения упругих характеристик механизмов подвески.

На основе многочисленных экспериментальных исследований нами установлена ранее не известная закономерность, которая выражает свойство механизмов с упругими звеньями, что совмещение двух функций в заданном диапазоне возможно при наложении друг на друга строго определенных характерных точек, одна из которых определяется по экстремуму функции приведенной свободной длины пружины H_С=f(Q).

Теперь с учетом установленной нами закономерности и формул (1), (2), (3) определим приведенную свободную длину пружины
H_С=l₁-2l₂cosQ-M/(Cl₂sinQ). (4)
В (4) неизвестным является M, который для пантографа определим для одной половины механизм, условно упростив задачу, как показано на фиг.1. После выполнения преобразований и подстановок получим выражение для определения момента внешних сил

где Р₀ - статическое нажатие токосъемных элементов на токопровод, Н; G₄ - вес токосъемных элементов и их крепежных устройств, находящихся на верхнем шарнире, Н; l_AB - длина верхней подъемной рамки пантографа, м; G₂ - вес верхней подъемной рамки, Н; l_OB - длина нижней подъемной рамки, которая является одним из плеч двуплечего рычага, м; ϕ - угол характеризует положение нижней подъемной рамки относительно горизонтали, град; β - угол характеризует положение верхней подъемной рамки относительно горизонтали, град; l_G2 - расстояние от нижнего шарнира верхней рамки до ее центра тяжести, м; G₃ - вес узла и деталей в шарнире верхней и нижней подъемных рамок, Н; G₁ - вес нижней подъемной рамки, Н; l_G1 - расстояние от нижнего шарнира нижней рамки до ее центра тяжести, м.

На фиг.1 видно, что углы ϕ, γ, Q взаимосвязаны так, что в сумме образуют развернутый угол π, и можно написать следующее соотношение:
π = γ+ϕ+Q. (6)
Принимая во внимание фиг.2, отметим, что в точке касания кривых M_ПР и M приведенная уравновешивающая сила (приведенная сила пружины к рычагу нижней подъемной рамки) и внешняя нагрузка должны быть равны между собой, а результирующая сила - нагрузка на исполнительное устройство R=0 (см. фиг.3, 4). Также отметим, что кривые R=f(Q) (см. фиг.3) имеют разный характер изменения, а также несимметричность относительно точки экстремума.

Результаты исследований показывают, что точка экстремума приведенной силы пружины совпадает с точкой касания функции R = f(ϕ) с горизонтальной осью (см. фиг. 4) при значении ϕ_CФ. Нетрудно видеть, что в точке соприкосновения моменты сип M и M_ПР и приведенные силы равны между собой (см. фиг.2, 3, 4). Следовательно, приведенные в точку касания кривых M и M_ПР максимальные значения сил пружины и внешней нагрузки равны.

По точке экстремума можно определить максимально допустимое значение силы пружины, приведенной к рычагу приложения внешней нагрузки (нижняя подъемная рамка). Если ориентироваться на крайние положения двуплечего рычага Q_Н и Q_К, то установить местоположение точки экстремума при ограничениях по ϕ_Н и ϕ_К аналитически не представляется возможным. Это поясняется следующими причинами: точка экстремума меняет свое положение относительно характерной точки в зависимости от Q_Н и Q_К, а также при изменении жесткости пружины или других конструктивных параметров механизма подвески даже при неизменных значениях Q_Н и Q_К. Характерной точкой функции момента сил пружин принята точка, которая наиболее близко находится к функции момента сил внешней нагрузки или наиболее удалена в зависимости от назначения и требуемой упругой характеристики механизма подвески.

В связи с этим введем фиктивную середину ϕ_CФ рабочего диапазона, который будет соответствовать точке экстремума упругой характеристики Q_Э (по M_ПР= f(Q). Данное условие в соответствии с фиг.1, 4 и с учетом (6), при условии введения фиктивного среднего положения двуплечего рычага в рабочем диапазоне ϕ_CФ, может быть записан в виде следующего соотношения:
γ = π-Q_Э-ϕ_CФ, (7)
где ϕ_CФ - фиктивное среднее положение соответствует характерной точке (экстремуму) кривой M_ПР=f(Q)).

Далее выразим неизвестное ϕ_CФ через середину рабочего диапазона ϕ_C. В связи с этим для определения расположения точки экстремума относительно середины рабочего диапазона хода двуплечего рычага (см. фиг.4) необходимо ввести коэффициент k, который будет учитывать смещение характерной точки упругой характеристики механизма подвески и, соответственно, несимметричность упругой характеристики относительно начального Q_Н и конечного Q_К (или ϕ_Н и ϕ_К, см. формулу (6)) положения двуплечего рычага подвески. Коэффициент вводим при соответствующих условиях ограничений на создаваемую нагрузку исполнительным устройством.

Для наглядности рассматривается пример с переменной нагрузкой на исполнительное устройство (нажатие токосъемного устройства на токопровод).

Определим середину рабочего хода двуплечего рычага при условии ограничения изменения максимальной нагрузки на исполнительное устройство в крайних положениях рабочего органа (например, 15 кг, фиг.4).

Определение смещения, как показали результаты экспериментов на ПЭВМ, удобнее и точнее при использовании рабочего диапазона, как показателя ширины (диапазона) варьирования, интересующей нас упругой характеристики механизма подвески
Δϕ = (ϕ_Н-ϕ_К)k/2. (8)
Величину угла ϕ_CФ определим с учетом (8) исходя из начального ϕ_Н и конечного ϕ_К значений по следующей зависимости:

Тогда, подставив (9) в (7), получим соотношение для определения угла γ
γ = π-Q_Э-(ϕ_Н-ϕ_К)(1-k)/2. (10)
Если отрезок, соединяющий шарниры двуплечих рычагов расположен под углом к горизонтали, то формула (10) будет иметь вид

где α - угол, учитывающий положение отрезка рамы токоприемника, соединяющего шарниры двуплечих рычагов относительно горизонтали, град.

В (5) неизвестным остается угол β, который можно определить исходя из конструктивных размеров пантографа. Для этого рассмотрим половину пантографа и запишем проекции длин звеньев на горизонтальную ось
l₂/2 = l_ABcosβ-l_OBcosϕ. (11)
Далее из (11) определим угол β

С учетом (9) и (12) момент внешних сил по выражению (5) преобразуется в следующий вид:

Используя (13) по соотношению (4), можно найти экстремум функции H_С= f(Q), а после по (10) определить интересующий угол между осями рычагов двуплечего рычага.

При расчете конструктивных параметров подвески сначала определяем значения Н_С, Q_Э, которые соответствуют экстремуму (4), принимая Q как текущую координату, а остальные переменные как фиксированные, т.е. заданные. По значению Q_Э определяют угол между осями рычагов двуплечего рычага по (10), если же отрезок рамы, соединяющий шарниры двуплечих рычагов, не горизонтален, то следует учесть угол α и воспользоваться формулой (10а).

По полученным соотношениям конструктивных размеров механизма подвески далее приступают к проектированию конструкции. Размеры конструкций пружины и рычага двуплечего рычага, который присоединяется к пружине, должны быть подобраны так, чтобы выполнялось соотношение Н=(1,25÷1,4)H_С.

Для принятых параметров пантографов, использующихся в эксплуатации при отклонениях жесткости пружин не более 10%, оптимальное удлинение можно рекомендовать в пределах 30÷33% от приведенной свободной длины, для чего необходимо подобрать параметры пружины совместно с размерами рычага двуплечего рычага. В случае отклонения жесткости пружин, которые работают в одной подвеске, более 10% удлинение следует доводить до 40%.

Полученное значение приведенной свободной длины пружины Н_С используют при проектирование и определении конструктивных размеров пружины и ее элементов крепления, а значение γ используется при проектировании двуплечего рычага. Правильность выбора k оценивают по характеру изменения R = f(ϕ). Если величина R в крайних положениях двуплечего рычага отвечает требованиям обеспечения качественного токосъема, то коэффициент выбран правильно, в противном случае корректируют l₂ и k и повторно определяют размеры механизма подвески.

На основе экспериментальных исследований установлено, что величина коэффициента k колеблется в пределах от -2 до 2. Угол γ, как показали наши исследования для пантографа производства Петербургского трамвайно-механического завода, составляет γ = (45±3)°. (В источнике [1, стр. 86] данный параметр рекомендован γ = 60°).

Полученные соотношения размеров механизма подвески позволяют установить максимально (предельно) возможные оптимальные параметры механизма по равномерности нагрузки для принятой комбинации конструктивных размеров звеньев.

Полученные упругие характеристики механизмов по изменению нажатия на исполнительное устройство подвески показывают, что эти системы являются нелинейными (при постоянстве нажатия система находится в неустойчивом или безразличном положении). При такой характеристике механизм имеет неустойчивое положение равновесия, что в свою очередь исключает собственные колебания механической системы.

Благодаря такому подбору соотношении размеров конструкции механизма подвески исключаются возможные резонансные колебания и снижается отрицательное влияние колебаний на технологический процесс. Тем самым мы повышаем качественные показатели работы всего токоприемника.

Используя предложенную конструкцию подвески с оптимальными параметрами, имеем возможность сократить время на разработку и затраты на исследования. Определяя конструктивные оптимальные значения, заранее можем изучить предельно возможные характеристики механизма, а при неудовлетворении требованиям - принять решение об изменении конструктивных параметров без перепроектирований и натурных экспериментов.

Предложенный механизм подвески с упругим звеном поясняется схемами, где на фиг.1 показан механизм подвеска токоприемника в виде пантографа с условными обозначениями; на фиг.2, 3 - зависимости M = f(ϕ), M_ПР = f(ϕ), R = f(ϕ); на фиг.4 - зависимость M_ПР = f(ϕ) при угле γ= 5^o для вывода соотношений конструктивных размеров механизма подвески. На фиг. 1 условно не показана синхронизирующая тяга подъемных рамок, чтобы не загромождать чертеж.

Устройство подвески токоприемника содержит раму 1, на который установлены нижние подъемные рамки 2, соединенные с рычагами 3. Подъемные рамки и рычаги 3 образуют двуплечий рычаг с углом между осями рычагов γ. Рычаги 3 соединены между собой пружиной растяжения 4, которая служит для подъема рамок 2. На нижних подъемных рамках 2 шарнирно установлены верхние подъемные рамки 5. На стыке двух верхних подъемных рамок 5 установлено токосъемное устройство (полозы) 6.

При движении транспортного средства токосъемные устройства 6 скользят по токопроводу. В случае изменения высоты токопровода токоприемник начинает опускаться вниз за счет изменения положений верхних 5 и нижних 2 подъемных рамок. Нижние подъемные рамки 2 связаны с рычагами 3, которые присоединены к пружинам 4. При опускании токоприемника пружины растягиваются и уравновешивают приращение момента внешних сил, обеспечивая тем самым постоянство нажатия на токопровод.

Использование предложенного технического решения позволяет устанавливать пружины с разными характеристиками и снизить требования на ограничение по отклонению жесткости пружин, т.е. допускается использование пружин с отклонением жесткости более 10%, что не допускают известные методики и ГОСТы.

Для принятых параметров пантографов, использующихся в эксплуатации при отклонениях жесткости пружин не более 10%, оптимальное удлинение можно рекомендовать в пределах 30÷33% от приведенной свободной длины, для чего необходимо подобрать параметры пружины совместно с размерами рычага двуплечего рычага.

При одинаковой жесткости устанавливаемых пружин разница величины их натяжения не влияет па упругую характеристику пантографа. Поэтому в случае одинаковых значений жесткости устанавливаемых пружин высоких требований на отклонение величины приведенной свободной длины по отдельности не предъявляются. В случае если на пантограф устанавливают пружины с разной жесткостью, то удлинение длины каждой из пружин оказывает значительное влияние на упругую результирующую характеристику механизма.

Как показали экспериментальные исследования, при использовании пружин с разной жесткостью следует ориентироваться на суммарную жесткость двух пружин. Например, если суммарная жесткость будет значительно ниже расчетного, то механизм подвески имеет "зависание" в нижней половине рабочего хода, а если же суммарная жесткость будет значительно выше, то механизм будет иметь резко возрастающую характеристику, то есть в нижней половине нажатие на токопровод будет больше допустимого.

Пружины на собранном механизме подвески токоприемника регулируют индивидуально в зависимости от их жесткости и приведенной свободной длины. При регулировке настраивают пружину так, чтобы расстояние между шарнирами крепления пружины на двуплечих рычагах было равно приведенной свободной длине, а удлинение составляло 25÷40% от приведенной свободной длины. При максимальном удлинении пружины в рабочем диапазоне хода двуплечего рычага до 25÷40% от приведенной свободной длины обеспечивается постоянство нажатия на токопровод. Данное соотношение нами установлено на основе экспериментальных исследований различных механизмов подвески разного назначения. В случае если удлинение будет менее указанного диапазона, нажатие на токопровод будет изменяться в широком диапазоне, что приведет к ухудшению эксплуатационных показателей.

При установке пружин с разной жесткостью их следует регулировать по-разному. Величина натяжения каждой из пружин на пантографе будет отличаться друг от друга значительно. Возможны разные случаи и варианты настройки. При настройке возможно, что в нижней части хода пантографа нажатие на токопровод будет меньше, в этом случае следует увеличить натяжение пружины, которая имеет большую жесткость. В случае если в верхней половине рабочего хода пантографа нажатие будет меньше, чем в нижней половине, то следует увеличить натяжение пружины, которая имеет меньшую жесткость.

При использовании предложенного технического решения упрощается узел крепления пружины к двуплечему рычагу, так как при таких соотношениях размеров не требуется применение цепи Галля, или трехплечего рычага, или кулачкового сектора с переменным радиусом, которые сложны по конструкции и ненадежны в эксплуатации [1, с. 55].

Предложенное техническое решение позволит автоматизировать процесс обеспечения постоянства нажатия токосъемных устройств на токопровод.

Применение предложенного технического решения с оптимальными конструктивными соотношениями параметров позволяет обеспечить постоянство нагрузки на полозы токоприемника, а также исключить возможные резонансные колебания токоприемника и максимально снизить отрицательное влияние колебаний на технологический процесс. Устранение резонансных колебаний токоприемника во время работы позволит повысить качественные показатели работы машины в целом и их долговечность. Обеспечивая постоянное нажатие на токопровод, устраняем повышенный износ как самих токосъемных элементов, так и токопровода.

Экономический эффект от использования предложенного решения создается за счет экономии токосъемных вставок, повышения срока службы токосъемных устройств (полоз), устранения явления "срез" токосъемных вставок. Также увеличивается срок службы пружин за счет использования их при отклонении жесткости более 10%. Получаем дополнительный экономический эффект за счет применения пружин с большим отклонением жесткости.

Литература
1. Токосъем и токоприемники электроподвижного состава. И.А. Беляев и др. Под ред. И.А. Беляева. Изд. 2-е, перераб. и доп.М., "Транспорт", 1976. - 184 с.

2. А.с. 262932 Кл. В 60 L 5/24, опубликованное 02.09.1970. Бюл. 10.

Формула изобретения

1. Устройство подвески токоприемника, содержащее раму, подвижные нижние и верхние рамки с контактным элементом и механизм подъема, отличающееся тем, что оно выполнено в виде двуплечих рычагов, включающих в себя нижние подъемные рамки и рычаги, связанные с пружиной, которая имеет приведенную свободную длину, соответствующую точке экстремума функции
H_С=f(Q),
где Q - положение рычага, присоединенного к пружине, относительно отрезка рамы, ограниченного шарнирами двуплечих рычагов,
а угол γ между осями рычагов двуплечего рычага определяется соотношением
γ = π-α-Q_Э-(ϕ_H-ϕ_К)(1-k)/2,
где α - угол, учитывающий положение отрезка рамы токоприемника, соединяющего шарниры двуплечих рычагов относительно горизонтали, град;
Q_Э - угол, соответствующий экстремуму функции приведенной свободной длины пружины Н_С=f(Q), град;
ϕ_H-ϕ_К - конструктивное начальное и конечное положения двуплечего рычага;
k - коэффициент, учитывающий смещение точки экстремума упругой характеристики относительно середины рабочего хода двуплечего рычага.

2. Устройство подвески токоприемника по п. 1, отличающееся тем, что приведенная свободная длина пружины механизма подвески, выполненного в виде пантографа, соответствует экстремуму функции
H_С=l₁-2l₂cos-M/(Cl₂sinQ),
где l₁ - отрезок рамы, ограниченный шарнирами двуплечих рычагов;
l₂ - длина рычага двуплечего рычага, соединенного с пружиной;
М - момент внешних статических сил, действующих на нижнюю подъемную рамку;
С - жесткость пружины.

3. Устройство подвески токоприемника по п.1, отличающееся тем, что рычаги, соединенные с пружиной, имеют длину, обеспечивающую максимальное удлинение пружины до 25-40% от приведенной свободной длины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4