Характеристики пантографов электроподвижного состава и их содержание

Пантографы электроподвижного состава и их содержание

Для обеспечения нормального токосъема давление полоза пантографа на провод во всем диапазоне изменения высоты контактного провода над уровнем головок рельсов должно быть как можно более постоянным. Кроме того, разница в пассивном (при движении полоза вниз) и активном (при движении полоза вверх) статических давлениях, обусловленная трением в шарнирах подвижной системы пантографа, должна быть минимальной.

Анализ статических характеристик различных пантографов, т. е. зависимостей давления на полозе, создаваемого подъемными пружинами, от высоты полоза над основанием пантографа, показал, что конструктивное выполнение пантографа оказывает на эти характеристики заметное влияние. Так, наибольшую стабильность статического давления обеспечивают облегченные пантографы ТНИЭТИ и ВЭлНИИ, а также пантографы 9РР, 10РР и М-7, у которых изменение пассивного (и активного) давления в рабочем диапазоне (т. е. при подъеме полоза на 400—1 900 мм над его опущенным положением) не превышает 1 кГ. Эту стабильность обеспечивают регулировочные устройства в узле присоединения рабочих пружин к главным валам и правильный выбор угла между осью кривошипа и плоскостью нижней подвижной рамы.

Наибольшая разница между пассивным и активным давлениями в любой точке, как показали замеры на пантографах, находящихся : в эксплуатации, для пантографов ТНИЭТИ и М-7 достигает 1 кГ, для пантографов П-1 Б, П-3 и ДЖ-5 — 2 кГ летом и 3 кГ зимой. Эти цифры показывают, что конструктивное выполнение шарниров, в частности, тип применяемых подшипников, определяя величины сил трения, значительно влияет на статическую характеристику пантографа.

В процессе эксплуатации разница между пассивным и активным давлениями увеличивается из-за загрязнения шарниров и перекоса подвижных рам.

Важным показателем, определяющим качество конструкции пантографа, кроме статических характеристик, является величина

его приведенной массы (под приведенной массой пантографа понимается масса, которая, будучи сосредоточена в верхней точке фиктивного пантографа, выполненного из элементов с нулевой массой, оказывает на контактный провод такое же воздействие, как и реальный токоприемник). Чем больше величина приведенной массы пантографа, тем хуже при прочих равных условиях осуществляется токосъем.

Результаты экспериментального определения приведенной массы по приведенному весу и способом колебаний для различных пантографов сведены в табл. 7.

Таблица 7

Большое влияние на качество токосъема оказывает конструктивное выполнение каретки пантографа. Наилучшее конструктивное решение каретки такое, при котором в процессе перемещения по-, лоза из верхнего положения в нижнее (относительно верхнего шарнира подвижных рам пантографа) жесткость его подвешивания плавно возрастает, причем в нижнем положении полоза она превышает жесткость в его верхнем положении не более чем в 1,5 раза.

При вертикальной нагрузке, приложенной к полозу (или двум полозам при двухполозном исполнении), равной максимальному пассивному статическому давлению, каждый полоз должен отжиматься на величину, равную 80% его полного хода.

Основные технические данные пантографов электроподвижного состава, эксплуатирующегося на наших дорогах, приведены в табл. 8.

По мере роста скоростей движения поездов на качество токосъема все в большей степени влияют аэродинамические качества пантографов.

Воздушный поток, обтекающий надкрышевое пространство электроподвижного состава, воздействует на пантограф, изменяя

величину давления полоза на провод создаваемого в статических условиях подъемными пружинами пантографа.

Таблица 8

Испытания, проведенные отделом исследований электрической тяги Национального общества французских железных дорог, показали, что изменение давления пантографов вследствие аэродинамического воздействия зависит главным образом от конструкции полоза. Доля этого изменения, зависящая от конструкции подвижных рам пантографа, составляет приблизительно только 18%..

Учитывая это, во Всесоюзном научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта при оценке аэродинамических качеств различных пантографов ограничились исследованием аэродинамических воздействий на полозы.

Испытания образцов полозов в аэродинамической трубе при скорости воздушного потока 32 м/сек, превышающей критическую скорость для неудобообтекаемых тел (к которым относятся полозы), равную 24 м/сек, позволили определить для них коэффициенты лобового сопротивления Сх и подъемной силы Су при различных углах атаки а (углах между рабочей поверхностью полоза и направлением воздушного потока).

Направление воздушного потока в надкрышевой части электровоза зависит от формы его лобовой стенки и расположения крыше-вого оборудования. Достоверное определение направления воздушного потока на различных расстояниях от лобовой стенки для электровоза каждого типа может быть проведено в аэродинамической трубе на макетах этих электровозов.

Для расчета лобового сопротивления и подъемной силы направление воздушного потока было выбрано ориентировочно (с учетом результатов, полученных при обдувании макета электровоза в аэродинамической трубе, проведенном отделом исследований электрической тяги Национального общества французских дорог). Угол атаки в зоне расположения полоза опущенного переднего пантографа был принят равным +2°; в зоне полоза поднятого пантографа а = +3°. Для заднего пантографа в зоне полоза угол атаки при опущенном и поднятом пантографах принят соответственно 0 и +1°.

Зависимости величин подъемной силы от углов атаки для различных полозов при скорости воздушного потока 140 км/ч в диапазоне от а = 0 до а = +3° приведены на рис. 88.

Эти зависимости показывают, что для предотвращения самопроизвольного подъема передних (нерабочих) пантографов 9РР, П-3, П-80 и пантографов с угольными вставками необходимы весьма большие удерживающие усилия (равные вертикальным усилиям,, прикладываемым к полозу и вызывающим подъем опущенного панг тографа при отсутствии воздуха в пневматическом цилиндре).

Удерживающие усилия должны превышать величины подъемной силы от аэродинамического воздействия на полозы при максимальной скорости движения и угле а = +2° не менее чем на 10 кГ. Превышение удерживающих усилий над подъемной силой от аэродинамического воздействия на полозы на 10 кГ вполне обосновано»

так как практика показывает, что во время движения поезда при сильном встречном ветре или при следовании по соседнему пути встречного поезда скорость воздушного потока и его направление в зоне расположения полоза опущенного пантографа могут измениться. В результате этого подъемная сила заметно возрастет. Так, ^например, согласно расчету встречный ветер со скоростью 20 ж!сек

при скорости- поезда 140 км/ч вызывает увеличение подъемной силы полозов опущенного переднего пантографа типа 9РР с 8 до 18 кГ.

Динамику роста подъемной силы для разных полозов в зависимости от скорости воздушного потока при углах атаки а = 0 и а = = +3° иллюстрируют кривые (рис. 89), построенные на основании экспериментальных значений коэффициента подъемной силы.

Пользуясь этими кривыми, можно определить, в частности, допустимые скорости движения электровозов при поднятых передних пантографах. Определяя эти скорости, следует задаться максимально допустимой величиной аэродинамической подъемной силы. Можно принять, как это рекомендовано Международной электротехнической комиссией, что аэродинамическое воздействие на пантограф не должно вызывать увеличения давления по сравнению с давлением, создаваемым подъемными пружи-нами, более чем в 2 раза.

Если положить также, что скорость встречного ветра может достигать 20 м/сек, то максимальные скорости движения электровоза, при которых подъемные силы от аэродинамического воздействия на передний пантограф не будут превышать допустимых, определятся величинами:

для пантографов П-3, 9РР, 10РР и пантографов ДЖ-5 и П-1, оборудованных полозами с угольными вставками, — 80 км/ч; для пантографа П-80 — 100 км/ч;

для пантографов остальных рассмотренных типов —- 120 км/ч. Эти скорости можно принять за максимально допустимые скорости движения электровозов при работе передними пантографами.

Значительные углы наклона кривых Р = f(а) (см. рис. 89) показывают, что эффективным путем уменьшения подъемной силы полозов является уменьшение угла атаки. Поэтому конфигурация
лобовой стенки и крыши электровоза, а также расположение и форма крышевого оборудования должны быть такими, чтобы в зонах расположения полозов поднятого заднего и опущенного переднего пантографов углы атаки были наименьшими.

Высокие скорости движения поездов предъявляют повышенные требования к пантографам не только в отношении величины их приведенной массы, которая должна быть возможно меньшей, и аэродинамических качеств полозов, но и в отношении их приводов. Объясняется это следующим обстоятельством.

При скорости 160 км/ч поезд проходит за 1 сек полтора нормальных пролета контактной сети. Это значит, что для того чтобы машинист локомотива успел опустить пантограф до места замеченного им повреждения на контактной сети (которое он не может заметить более чем за 2 пролета), необходимо, чтобы опускание пантографа происходило не позднее 1,3 сек после нажатия кнопки опускания пантографа.

Имея в виду, что такой режим опускания пантографа нормально недопустим, в схеме электровоза должна предусматриваться специальная кнопка («кнопка аварийного опускания пантографа»), в результате нажатия на которую происходило бы отключение главного выключателя электровоза и последующее опускание пантографа с большой скоростью. Для опускания пантографа с такой скоростью должен предусматриваться специальный пневматический механизм (не работающий при нормальном опускании пантографа).

В процессе эксплуатации состояние пантографов изменяется. Контактирующие с проводом элементы полоза изнашиваются, шарниры загрязняются, пружины изменяют свою жесткость.

Износ медных и стальных контактных пластин полозов, как и износ контактного провода, зависит от величин снимаемых пантографом токов, от состояния и качества смазки на полозе, от длины тягового плеча, конструкции пантографа и контактной подвески и, т. д.

В настоящее время, как было сказано выше, на полозы наносится сухая графитовая смазка. В условиях депо на новые и отремонтированные полозы наносится сухая графитовая смазка основного состава марки СГС-О. Для подмазки полозов в пунктах оборота и депо при хорошем состоянии полозов применяется смазка дополнительного состава марки СГС-Д.

Смазка основного состава марки СГС-О состоит из 65 частей (по весу) графита и 35 частей кумароновой смолы, смешанных в горячем состоянии. Смазка дополнительного состава марки СГС-Д представляет собой раствор 12 частей кумароновой смолы в 63 частях сольвента с засыпкой в него 25 частей графита. Эта смазка поставляется заводом в плотно закупоренных бидонах.

Для зарядки полозов сухой графитовой смазкой в депо предусматриваются специальные мастерские, основным оборудованием которых является бачок с электроподогревом, приспособление

для нагрева полозов и стеллаж. Такая мастерская не только заряжает полозы готовой смазкой, но и приготавливает смазку.

Процесс зарядки полозов сухой графитовой смазкой несложен. Полученную с завода в виде отдельных кусков смазку основного состава засыпают в нагревательный бачок и включают электроподогрев. Одновременно с разогреванием смазки нагревают полозы, для чего их укладывают на нагревательное -приспособление. Чтобы сухая смазка прочно держалась на полозе, последний подвергают грунтовке кумароновой смолой. Грунтовку начинают при достижении полозом температуры большей температуры плавления смолы (примерно 120°С), тщательно натирая куском смолы всю поверхность полоза, с которой будет соприкасаться смазка.

После грунтовки стальной лопаточкой с деревянной ручкой на полоз наносят разогретую до 160—180° С смазку, которую уплотняют и разравнивают, чтобы она была немного выше поверхности контактных пластин. Далее полоз с нагревательного приспособления снимают и укладывают на стеллажах, где он при включенном вытяжном устройстве остывает в течение 30 мин, затем переносят на стойку для опиливания смазки заподлицо с контактными пластинами. Проверка работы сухой графитовой смазки показала, что на ряде дорог допускают ошибки в применении смазки дополнительного состава, рассматривая ее только как средство для лечения участков полоза с выкрошившейся смазкой основного состава. На самом деле смазка дополнительного состава необходима прежде всего для поддержания и восстановления хорошего качества поверхности контактных пластин, что обеспечивает снижение их износа, так же как и износа контактного провода.

Если графитовая пленка с поверхности медных пластин начала исчезать, т. е. если поверхность становится красной вместо черно-серебристой или темно-коричневой, необходимо покрыть поверхность пластин жидкой частью смазки (сольвентом). Густым слоем покрывать пластины не следует, так как сухая графитовая смазка является плохим проводником тока (ее удельное электросопротивление равно 4000 ом -мм2/м). Таким слоем смазка наносится только в тех местах, где выкрошилась смазка основного состава.

На состояние контактных пластин полозов с сухой графитовой смазкой могут влиять длительные дожди. Средствами, задерживающими появление задира пластин в этих случаях, являются более частое нанесение смазки дополнительного состава и смена рабочего пантографа на одной из станций в середине тягового плеча, если скорости движения поездов позволяют, как это показано выше, работать на передних пантографах. Медные контактные пластины заменяют новыми при износе их до толщины 2,5 мм. Износ стальных пластин полоза пантографа М-7 допускается до 2 мм.

Увеличение трения в шарнирах подвижной системы, на что указывает увеличение разности между пассивным и активным статическими давлениями, происходит из-за перекосов подвижных рам или

применения неудовлетворительных смазок (кулисной смазки, солидола и др.). Хорошую работу шарниров обеспечивает закладка в них смазки 1-ПЗ ВТУ № НП21-58 или УТВ (1-13) (ГОСТ 1631—52).

Для обеспечения нормального токосъема каждый пантограф после пробега 8 ООО км, но не реже одного раза в 4 дня проходит технический осмотр в основном депо.

При осмотре тщательно проверяются все болтовые соединения, осматриваются контактные пластины или угольные вставки полозов, гибкие соединения шарниров (шунты), пружины кареток и механизма подъема. Во время осмотра вручную проверяют подвижность кареток и рам: они должны двигаться свободно, без заеданий.

Если обнаружены неисправности — износ гибких соединений более чем на 20% первоначального сечения, отсутствие или недостаток смазки на полозах, наличие трещин или сколов на изоляторах, наличие больших люфтов в шарнирах и т. п. — их устраняют.

Полозы с угольными вставками оставляют в эксплуатации, если ширина сколов не превышает 50% ширины вставки, т. е. 15 мм у и если на вставке не более двух поперечных трещин (при условии, что прочность закрепления вставок не уменьшилась).

Крепление вставок независимо от степени их износа и наличия трещин проверяется при каждом осмотре пантографа. Если прочно закрепить вставку не удается, то полоз должен быть снят с эксплуатации. Полоз снимают при износе вставок до толщины 11 мм. При волнистости поверхности вставок полоз не бракуют, а такую поверхность запиливают драчевым напильником или выравнивают наждачным камнем.

При полозах с угольными вставками изоляторы и воздушные рукава пантографов тщательно протираются во избежание скопления на них токопроводящей угольной пыли.

При осмотре снимают статическую характеристику пантографа — один из основных показателей его состояния и правильности регулировки. Пантограф не допускается в эксплуатацию, если разность между пассивным и активным давлениями превышает 3 кГ.

Следует отметить, что из-за застывания некоторых видов смазок

б шарнирах пантографа статическая характеристика последнего .при низких температурах может измениться. В связи с этим, чтобы получить характеристику, соответствующую реальным условиям эксплуатации электроподвижного состава, при температурах воздуха ниже — 25° С, ее снимают вне помещений депо.

В большинстве случаев статическую характеристику снимают при помощи обыкновенного пружинного динамометра и рейки. Показания динамометра, записанные на разной высоте полоза при движении последнего вниз, позволяют построить кривую пассивного давления, а при движении вверх — активного.

Статическую характеристику пантографа можно получить непосредственно на бумаге при помощи самопишущего динамометра, разработанного проектно-конструкторским бюро Главного управления электрификации и энергетического хозяйства МПС на ос-
нове образца, изготовленного в электродепо Минеральные Воды

Н. Ф. Вакиным. Основной частью собственно динамометра (рис. 90) является стержень 1 с роликом, на который насажен барабан 5Т стакан 2 с писцом 6 и пружина 3. Пружина захватывается направляющей шайбой, закрепляемой гайками на конце стержня 1. Ролик соединен с барабаном 5 зубчатой передачей 4, благодаря которой вращение ролика вызывает поворот барабана. На барабан надевается бумага 7. Хомутом 8 динамометр присоединяют к полозу пантографа. Через ролик пропускают шнур, один конец которого привязан к неподвижной раме пантографа, а другой закреплен на барабане лебедки.

Статическую характеристику пантографа снимают следующим образом. Когда пантограф займет верхнее положение, к полозу с помощью разъемного кольца хомутом 8 прикрепляют динамометр и заправляют шнур. Вращая рукоятку лебедки, укорачивают длину шнура и тем самым перемещают динамометр, вместе с ним и полоз вниз, в результате чего на бумаге появится: кривая, изображающая зависимость пассивного давления от высоты полоза.

Затем рукоятку лебедки вращают в обратном направлении,, шнур удлиняется и пантограф поднимается. На бумаге появится кривая, изображающая зависимость активного давления от высоты полоза.

Основные преимущества снятия статических характеристик самопишущим динамометром (по сравнению с записью стрелочным динамометром) — это большая точность и документальность.

Рис. 90. Самопишущий динамометр

содержание .. 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 ..