Разработка и исследования авторегулируемого токоприемника (стр. 2 из 3)
Линейные испытания макетов токоприемников с разными полозами показали, что непременным условием обеспечения стабильного контакта между полозом и контактным проводом является расширение полоза по крайней мере до 400 мм. В авторегулируемых токоприемниках типов ТСп-1М и Сп-6М ширина полоза принята равной 440мм
В первых образцах авторегулируемого токоприемника каретка была выполнена с применением пакетов листовых пружин, что объяснялось их демпфирующими свойствами, способствующими гашению высокочастотных колебаний. Однако впоследствии листовые пружины из-за их усталостных разрушений были заменены на спиральные и каретка стала иметь вид, показанный на рис. 11.
Важной особенностью авторегулируемых токоприемников является их способность автоматически опускаться при ударе полоза движущегося э. п. с. о какое-либо препятствие на контактном проводе. Действие этой системы основано на нарушении симметрии верхней подвижной системы в результате удара. Вследствие этого при любом искажении симметрии поршень золотника смещается в ту сторону, при которой нижняя подвижная система опускается.
Испытания токосъема на электропоезде ЭР200, проводившиеся неоднократно (сначала на полигоне Белореченская — Майкоп, а затем на линии Москва — Ленинград), позволили оценить качество контакта токоприемника с проводом при различных контактных подвесках (компенсированных, полукомпенсированных, рессорной, рычажной) и разных скоростях движения. Эти испытания показали, что во всех случаях передний токоприемник имеет более устойчивый контакт с проводом, чем последний; например, на участках с типовой рессорной компенсированной подвеской наибольший коэффициент отрыва для переднего токоприемника составил 0,2 %, а для последнего 0,3—0,4 %.
Наибольшая стабильность контакта при максимальной скорости движения наблюдалась при статическом нажатии 90—110 Н. В этом случае при скорости движения 210 км/ч по участкам с компенсированными подвесками коэффициент отрыва не превышал 0,08 и 0,26 % соответственно для первого и третьего токоприемников. Для последнего токоприемника несколько больший коэффициент отрыва зарегистрирован на участках с полукомпенсированными подвесками, искусственно введенными в режим максимальной и минимальной температуры окружающего воздуха соответственно 0,31 и 0,40 %. Последние значения свидетельствуют, что авторегулируемые токоприемники (нормально запараллельные на электропоезде между собой) обеспечивают надежный токосъем при скоростях до 200 км/ч не только на участках с компенсированными, но и с полукомпенсированными контактными подвесками.
При опытных поездках электропоезда посредством датчиков, смонтированных на опорах контактной сети (на стационарных и временных специально установленных в серединах и четвертях пролетов), были измерены отжатия контактных проводов проходящими токоприемниками. Результаты этих измерений представлены на рис.12. зависимостью Ah (v).
Если учесть, что типовые сочлененные фиксаторы контактной сети постоянного тока допускают отжатие контактного провода 300 мм (а в некоторых случаях и более) при компенсированной подвеске и 275 мм при полукомпенсированной в режиме наинизшей температуры окружающего воздуха (—40° С), то на основании приведенной зависимости можно сделать вывод, что во всех случаях типовые сочлененные фиксаторы обеспечивают надежный проход авторегулируемых токоприемников, установленных на электропоезде ЭР200.
Такие результаты испытаний токосъема явились основанием для отказа от планировавшейся ранее замены полукомпенсированной подвески в компенсированную на ряде перегонов и станций линии Москва — Ленинград.
Динамическое исследование авторегулируемого токопртемника в переходном режиме
В последние годы в связи с дальнейшим возрастанием скоростей движения электроподвижного состава актуальное значение приобретает динамическое исследование токоприемника для определения влияния отдельных параметров его на качество токосъема и оптимизации их. Одним из решений проблемы токосъма при высоких скоростях движения является применение двухступенчатого авторегулируемого токоприемника.
Данная статья посвящена динамическому исследованию авторегулируемых токоприемников в переходном режиме, т. е. когда одновременно срабатывают верхняя и нижняя ступени, и авторегулируемый токоприемник можно рассматривать как механизм с пятью степенями подвижности. Обобщенными координатами такого механизма будут горизонтальное х0 и вертикальное у0 перемещения основания токоприемника, угловое перемещение нижней системы j, абсолютное вертикальное перемещение верхнего шарнира В верхней системы уВ и абсолютное вертикальное перемещение подрессоренного полоза уд.
Для динамического исследования переходного режима воспользуемся уравнением Лагранжа второго рода.
( 1.19)где Т -кинетическая энергия токоприемника; П -потенциальная энергия упругих элементов;qі— обобщенная координата; Qi-отнесенная к обобщенной координате сила или момент.
Требуется определить приведенные к обобщенной координате силы и моменты. Для этого составим уравнение суммарной мощности всех действующих на токоприемник сил и моментов.
Воздействие кузова на основание токоприемника заменяем силой реакции R0,составляющие которой
. Сучетом этого суммарная мощность N 
( 1.20)где РN — контактное нажатие;
аэродинамическая подъемная сила полоза; 
приведенная к точке В аэродинамическая подъемная сила верхней ступени; 
приведенная к точке В сила трения верхней ступени; ТВ — сила натяжения подъемных пружин верхней системы;tЦ— сила возвратной пружины пневмоцилиндра; РЦ — сила давления воздуха на поршень пневмоцилиндра; fЦ— сила трения в пневмоцилиндре; Мтр.н — момент от сил трения на главных осях нижней ступени; Маэ.н— момент на оси нижней ступени от аэродинамического воздействия встречного воздушного потока; Gп — масса полоза; Gl, G2, G3, G4, — масса звеньев;
вертикальные скорости в точках соответственно А, В, Д, S., S2, S3, S4; a — угол между стержнем AM и горизонталью; Q— угол между стержнем AM и рычагом подъемной пружины верхней системы.Следует отметить, что в уравнении (2) знаки перед силами трения
и fЦ, а также моментом трения Мтр.н должны выбираться такими, чтобы мощности всегда были отрицательными, так как для их преодоления требуются дополнительные затраты энергии. Так, при движении верхней системы вниз ( 
в отрицательна), при движении поршня пневмоцилиндра справа налево ( 
-отрицательна), а нижней системы по часовой стрелке (jотрицательна) они берутся со знаком плюс, при противоположных направлениях движения — со знаком минус. При движении электроподвижного состава в указанном на рис.13 направлении (влево) Маэ.н нужно брать со знаком минус, в противоположном направлении — со знаком плюс.Параметры пружины (ее жесткость с, длина рычага r и угол Q между рычагами пружин и нижних рам) подбираются так, что момент от сил натяжения ТВ относительно главных осей верхней ступени при любой рабочей высоте уравновешивает момент относительно этих же осей от сил массы звеньев и полоза, а также некоторой оптимальной силы статического нажатияРсm, приложенной в точке В.На основании этого из построенного повернутого плана скоростей верхней ступени ( рис. 14 ) с применением теоремы Жуковского сумма всех моментов относительно точки Р равна
Умножив обе части этого уравнения на масштаб плана скоростей и приняв во внимание, что
получим
Если в этом выражении все скорости выразить через обобщенные скорости, то после соответствующих математических преобразований
где Rц - длина рычага, к которому присоединен шатун от пневмоцилиндра;
— угол между стержнем нижней подвижной системы и рычагом, к которому присоединен шатун от пневмоцилиндра; d —угол между штоком пневмоцилиндра и шатуном; l- отношение расстояния между шарниром О и центром масс S1 стержня нижней ступени к полной длине этого стержня l1.В этом выражении коэффициент перед обобщенными скоростями представляет собой силы, приведенные к соответствующим обобщенным координатам, входящим в уравнение Лагранжа второго рода, т. е.: