Назначение, устройство токоприемника Л-13У1 (Л-14М1)

Напряжение от тяговой подстанции к электровозу подается по своеобразной двухпроводной линии электропередачи. Одним проводом являются рельсы, а другим — контактная сеть, точнее контактный провод. Электровоз имеет непрерывный электрический контакт с рельсами (через колеса). Поэтому в нормальных условиях потенциал корпуса электровоза, как и потенциал рельсов, равен потенциалу земли. Таким образом, для силовой цепи электровоза одним полюсом является контактный провод, а вторым — корпус. Переменный ток из контактного провода в цепи электровоза поступает через пантографный токоприемник (пантограф). При движении электровоза такой токоприемник скользит по контактному проводу, осуществляя токосъем.
Особенности работы скользящего контакта предъявляют к конструкции пантографного токоприемника определенные требования. Токоприемник должен быть легким, чтобы во время скольжения его полоза по контактному проводу, высота подвески которого изменяется, он успевал «следить» за ней — не отрывался от контактного провода при увеличении высоты подвески и не создавал сильных ударов по проводу при уменьшении высоты. Контактная поверхность полоза токоприемника должна быть гладкой, что уменьшает износ контактного провода и обеспечивает хороший контакт во время движения, так и во время стоянки электровоза (на стоянке электровоз может потреблять значительный ток для цепей отопления поезда и цепей собственных нужд). Необходимо, чтобы пружинный механизм обеспечивал примерно одинаковое нажатие токоприемника на провод независимо от высоты контактного провода. Кроме того, токоприемник должен иметь высокую механическую прочность, надежную изоляцию от заземленных частей электровоза, малое трение в шарнирных соединениях подвижной системы и достаточную боковую устойчивость ее против колебаний и вибраций.
Токоприемник выполняют обтекаемым, так как при этом он имеет удовлетворительные аэродинамические характеристики, особенно полоз. Это требование обусловлено тем, что при большой скорости движения электровоза нажатие токоприемника на контактный провод не должно изменяться в больших пределах и совершенно недопустим отрыв его от контактного провода. Кроме того, характеристика токоприемника должна быть такой, чтобы даже при очень сильном ветре не могло произойти его самопроизвольного подъема. Необходимо также, чтобы механизм подъема — опускания был прост и надежен в работе. Предусматривается возможность дистанционного управления подвижной системой при всех условиях работы.
На электровозах переменного тока при опускании токоприемника всегда возникает дуга между полозом и контактным проводом. Даже при отключенном главном выключателе через поднятый токоприемник протекают небольшие емкостные токи. Роль конденсаторов (емкостей) здесь играют шины 25 кВ и помехоподавляющий дроссель, расположенный вблизи заземленной крыши электровоза.
Длительность горения дуги, возникающей при опускании токоприемника, по возможности должна быть минимальной. Поэтому необходимо, чтобы в начале опускание происходило быстро, а затем во избежание удара медленно. Все токоприемники электровозов имеют один и тот же принцип действия. Подвижная система связана с системой спиральных пружин, часть которых действует в направлении подъема, а другая — в направлении опускания токоприемника. Усилия опускающих пружин всегда превосходят усилия подъемных, и токоприемник при отсутствии внешних воздействий находится в опущенном положении. Для подъема его предусмотрено специальное устройство, приводимое в действие сжатым воздухом; управляют им из кабины машиниста.
Независимо от типа и конструктивных особенностей все токоприемники состоят из четырех основных узлов (рис.1): основания, выполненного в виде рамы, укрепленной на опорных изоляторах; подвижной системы, состоящей из подвижных рам, шарнирно соединенных друг с другом и с основанием; контактной системы, представляющей собой совокупность кареток и одного или двух полозов с контактными вставками; механизма подъема — опускания, состоящего из подъемных и опускающих пружин, системы рычагов и приводного воздушного цилиндра.

Рисунок 1 – Общий вид токоприемника Л-13У
1- верхняя рама; 2 – полоз; 3 – каретка; 4 – нижняя рама

На полозе токоприемника укреплены токосъемные угольные вставки (раньше были медные накладки). Медные накладки необходимо было систематически смазывать, так как только при обильной смазке они работали хорошо, не вызывая повышенного износа контактного провода. При недостаточной смазке (например, после сильного дождя) на трущихся поверхностях медной накладки и провода появлялись задиры, неровности, увеличивающие износ контактного провода и ухудшающие токосъем.
Угольные вставки (рис. 2) выгодно отличаются от медных. Они не требуют смазки. Благодаря слоистой структуре графита при скольжении вставки по проводу происходит самосмазывание. Все неровности контактного провода заполняются графитом, провод шлифуется. При угольных вставках износ контактного провода в несколько раз меньше, чем при медных. Поэтому угольные вставки получили практически повсеместное распространение на электровозах переменного тока