Характеристики токоприемников
Конструкцию токоприемника для определенных условий эксплуатации выбирают по нагрузочной способности с учетом его статической, частотной и аэродинамической характеристик, а также приведенной массы.
Нагрузочная способность токоприемника — это значение рабочего тока, который токоприемник может снимать с контактного провода в течение всего срока службы последнего (до предельного износа провода). Нагрузочную способность токоприемников устанавливают для двух режимов — движения и стоянки электроподвижного состава (э. п. с).
По нагрузочной способности различают токоприемники тяжелого (Т) и легкого (Л) типов. Токоприемники типа Т предназначены для грузовых и пассажирских электровозов постоянного тока и двойного питания. При движении э. п. с. они должны обеспечивать съем с контактного провода длительного тока 2200 А, при стоянке — 300 А для расчетного зимнего режима и 160 А для расчетного летнего режима.
Токоприемники типа Л предназначены для грузовых и пассажирских электровозов переменного тока, для электропоездов переменного и постоянного тока. При движении э. п. с. они должны обеспечивать съем с контактного провода длительного тока 500 А, при стоянке — 80 А для расчетного зимнего режима и 50 А для расчетного летнего режима. Значение максимального тока, снимаемого не дольше 1 мин, для токоприемников обоих типов должно составлять не более 1,4 длительного тока, указанного выше.
Статическое нажатие токоприемника, разницу между наибольшим и наименьшим нажатиями и двойное значение сопротивления трения в шарнирах, приведенное к контактной поверхности полозов, определяют по статической характеристике, представляющей собой зависимость активного (при движении вверх) и пассивного (при движении вниз) нажатий, создаваемых подъемными пружинами, от положения полоза по высоте.
Статическую характеристику снимают динамометром 1 при отключенных опускающих пружинах (рис. 8.6, а). Показания динамометра записывают через каждые 100 мм с погрешностью ± 1 Н при плавном движении полоза в одном направлении (вверх и вниз). По полученным данным строят характеристику активного и пассивного нажатий. Статическое нажатие на. контактный провод в диапазоне рабочей высоты у токоприемников типа Т должно быть: активное (не менее) 100 Н, пассивное (не более) 130 Н; у токоприемников типа Л — соответственно 60 и 90 Н.
Разница между наибольшими и наименьшими нажатиями при одностороннем движении токоприемника в диапазоне рабочей высоты должна составлять не более 15 Н у токоприемников типа Т и 10 Н у токоприемников типа Л. Двойное значение трения в шарнирах, приведенное к контактной поверхности полозов, у этих токоприемников должно быть соответственно не более 25 и 20 Н.
Рис. 8.6 Схема измерений для построения характеристик токоприемника:
а — статической; 6 — приведенной массы
Частотная характеристика токоприемника представляет собой зависимость продолжительности отрывов токоприемника от частоты вынужденных колебаний контактного провода или устройства, его имитирующего, при заданной амплитуде колебаний. Нарушение контакта (отрыва) регистрируют осциллографом, гальванометр которого включен в электрическую цепь последовательно с контактом «полоз токоприемника — толкатель колебательного устройства». Частоты колебаний устанавливают по отметкам времени на осциллограмме.
У токоприемников типов Л и Т, предназначенных для скоростей до 160 км/ч, должны отсутствовать отрывы полозов от толкателя колебательного устройства при испытаниях по схеме с амплитудой (40 ±2) мм и частоте не менее 0,8 Гц. По этой схеме испытывают токоприемники при различных амплитудах колебаний полоза (в диапазоне 20—120 мм), т. е. получают амплитудно-частотные характеристики токоприемников (рис. 8.7), показывающие, при каких сочетаниях амплитуды и частоты колебаний полоза начинают происходить полные отрывы полоза от толкателя колебательного устройства.
Рис. 8.7 Амплитудно-частотные характеристики токоприемников с приведенной массой:
1 — 24,5 кг; 2 — 33,5 кг
Аэродинамическая характеристика токоприемника представляет собой зависимость подъемной силы токоприемника от скорости воздушного потока (скорости движения токоприемника). Ее получают в результате продувок токоприемника в аэродинамической трубе или линейными испытаниями. Аэродинамическую характеристику определяют при расположении полоза на высоте, соответствующей середине рабочего диапазона токоприемника. Аэродинамическое нажатие токоприемника, обусловленное аэродинамической подъемной силой,
где α — коэффициент, характеризующий аэродинамические свойства элементов
подвижных рам и полозов;
νт — скорость движения токоприемника или скорость встречного воздушного потока.
Испытания токоприемников показывают, что их аэродинамическая подъемная сила зависит главным образом от аэродинамической характеристики полоза: подъемная сила рам обычно не превышает 30 % подъемной силы полозов.
Динамическая составляющая нажатия токоприемника
РД = mTa
где тТ — приведенная масса токоприемника, кг;
а — ускорение, получаемое этой массой в вертикальном направлении, м/см2.
Приведенной массой токоприемника называют такую массу, которая, будучи сконцентрирована в точке соприкосновения полоза с контактным проводом, оказывает такое же воздействие на контактную подвеску, как и рассматриваемый токоприемник. Приведенная масса токоприемника зависит как от его геометрических размеров, так и от жесткости пружин кареток полоза, трения в шарнирах подвижных рам, размера демпфирования рам и полоза токоприемника; она несколько изменяется от высоты подъема токоприемника.
Для практических целей приведенную массу токоприемника с подрессоренным полозом принимают равной сумме массы полоза та и приведенной массы подвижных рам тр, т. е. /пт = тп + mv.
Приведенную массу подвижных рам токоприемника mv на различной высоте его подъема обычно определяют по периоду свободных колебаний подвижной системы при отключенных пружинах (рис. 8.6,б). Токоприемник подвешивают за верхний шарнир на пружине с известной жесткостью, раскачивают его и определяют период свободных колебаний. Испытания производят во всем рабочем диапазоне токоприемника через каждые 100 мм.
Приведенная масса mv для каждой высоты подъема токоприемника
где Тр — период свободных колебаний рам токоприемника;
ж — жесткость пружины.
По полученным данным строят график изменения приведенной массы в зависимости от высоты подъема токоприемника. Этот график называют динамической характеристикой токоприемника. У токоприемников типов Л и Т, предназначенных для скоростей до 160 км/ч, приведенная масса должна соответственно быть не более 33 и 45 кг.