Силовая цепь электровоза (см. рис. 9) соединяется через
токоприемник с контактной сетью, в которую поступает электрическая
энергия от тяговой подстанции. Контакт между токоприемником и
контактным проводом осуществляется не в одной постоянной точке, как
в стационарных установках; точка контакта перемещается вдоль
провода' вместе с локомотивом.
Основным условием надежной работы токоприемника, или, как говорят
специалисты, высокого качества токосъема, является прежде всего
постоянство нажатия токоприемника на контактный провод. Разумеется,
чем больше нажатие, тем надежней скользящий контакт. Но, с другой
стороны, большое нажатие увеличивает 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 линиях связи.
В соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог
Союза ССР нормальная высота подвески контактного провода над уровнем
головки рельса принята равной 6600 мм на станциях и 6250 мм на
перегонах. В исключительных случаях это расстояние в пределах
искусственных сооружений, расположенных на путях станций, а также на
перегонах с разрешения Министерства путей сообщения (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
персонала, производящего осмотр или ремонт 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 медленный для мягкого соприкосновения 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
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 через тягу 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.
Основание токоприемника устанавливают на изоляторах. Обычно на
электровозах имеется два электрически соединенных токоприемника. Как
правило, в процессе работы поднят задний из них по направлению
движения локомотива.
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. Для этого применены
пружины и шарнирные соединения.
К рабочим поверхностям полозов крепят сменные контактные пластины -
контактные вставки или накладки. Они должны иметь малое
электрическое сопротивление, быть износостойкими и по возможности
меньше изнашивать контактный провод. В современных токоприемниках
применяют угольные вставки, медные и металло-керамические накладки.
Нажатие полозов токоприемника на контактный провод в среднем
составляет 98-128 Н (10-13 кгс). Качество токосъема будет высоким,
если нажатие полозов на контактный провод независимо от высоты его
подвески не изменяется. Это обеспечивается применением шариковых и
игольчатых подшипников, снижением массы подвижных частей путем
использования прочных тонкостенных труб.
