что такое пантограф в поезде
Непростое устройство токоприёмника (пантографа)
Опубликовано 26.07.2019 · Обновлено 01.11.2021
Сегодня мы разберем один небольшой такой вопросик, что это за штуки на крыше электровозов и электропоездов и почему их иногда так много?
Токоприемник на электропопезде
Так вот «эти штуки» называются токоприемники или иногда на профессиональном сленге пантографы. Предназначены они для передачи с помощью скользящего контакта электрической энергии от контактного провода к электрическому оборудованию электровоза. Вот и всего-то делов.
Но на самом деле это очень важные и не простые устройства. Разберем кратенько без всяких замудреностей как он устроен и работает.
пантограф
Токоприемник это довольно легкая конструкция размещающаяся на небольшой раме и включает в себя подвижные рамы-полые трубы, которые несут так называемые каретки а на каретках располагается само контактное устройство-полоз, в пазах которого находятся угольные вставки, все это устройство поднимается и опускается подъемно-опускающим механизмом.
Токоприемник электровоза
Подъемно-опускающий механизм включает в себя пневматический цилиндр, подъемные и опускающие пружины. Все токоприемники поднимаются сжатым воздухом и удерживаются в поднятом положении подъемными пружинами а при опускании токоприемника воздух из цилиндра выходит в атмосферу и посредством опускающих пружин через тяги и шарнирные связи усилие подъемных пружин нейтрализуется и токоприемник опускается.
Во время движения полоз токоприемника, поддерживаемый каретками скользит по контактному проводу угольными вставками и происходит токосъем.
Вся работа токоприемников управляется с пульта машиниста соответствующими кнопками. На односекционных электровозах располагается два токоприемника с обоих концов на крыше электровоза.
Электровоз
На двухсекционных электровозах на каждой секции располагается по одному токоприемнику ближе к кабине. Во время движения в поднятом состоянии находится задний токоприемник а передний опущен, это все не просто так и определено правилами эксплуатации электровозов, если впереди машинист увидит неисправность контактной сети, такое бывает не так уж и редко, он успеет опустить задний токоприемник и не повредить токоприемники.
Но бывают ситуации когда необходимо следовать на двух поднятых токоприемниках, например когда на контактной сети образуется наледь.
Больше токоприемников мы видим на электропоездах. Конструкция их точно такая-же как и на электровозах, но дело вот в чем. Состав электропоезда включает в себя 10 и более вагонов, так как электропоезд двигается сам, то он имеет в своем составе моторные и прицепные вагоны. Как правило эти вагоны чередуются через один. Моторный вагон имеет тяговые электродвигатели, которые через систему электроаппаратов и снабжают электроэнергией токоприемники, поэтому так много токоприемников на крыше электропоезда. Управление токоприемниками на электропоездах осуществляется точно также как и на электровозах с пульта машиниста. Вот в целом и все.
Пантограф (токоприёмник)
Панто́граф (токоприёмник типа пантограф, пантографный токоприемник) — токоприёмник с подъемным механизмом в виде шарнирного многозвенника, обеспечивающим вертикальное перемещение контактного полоза. [1]
Пантограф служит для обеспечения надёжного электрического соединения с контактным проводом контактной сети электрического подвижного состава железных дорог (электровоза, электропоезда, в том числе их электросекций), трамваев.
Название пантографа произошло от похожего на него по форме устройства для копирования чертежей (от греч. παντ — всё, греч. γραφ — писать).
Содержание
Устройство пантографа
Пантограф имеет контактный полоз, закреплённый на подвижных устройствах — каретках. Каретки упруго закреплены на верхних рамах пантографа. Верхние рамы через систему рычагов шарнирно крепятся к нижней раме. Нижняя рама пантографа через изоляторы жёстко закреплена на крыше.
Все части пантографа находятся под полным напряжением контактной сети. Ток протекает и через шарнирные соединения пантографа, для уменьшения переходного сопротивления в соединениях и электрокоррозии все шарниры имеют гибкие медные шунты. Для подъёма и опускания пантографа на трамваях используется механический привод (например, с верёвкой в кабину на советских трамваях или электропривод с дистанционным управлением на современных иностранных и российских трамваях), на электропоездах и электровозах — пневматический.
На электровозах пантографы устанавливаются на каждой секции, но не менее двух на электровоз. То есть на односекционных электровозах — два (для избыточности). [2] На электровозах постоянного тока может устанавливаться по два пантографа на секцию, потому что более низкое, чем при переменном токе, напряжение в контактной сети обуславливает более высокие токи при трогании и разгоне. Поэтому при плохом контакте между контактным проводом и контактным полозом токоприёмника может возникать электрическая дуга, что создаёт опасность пережога контактного провода.
На электропоездах и электросекциях устанавливается по одному пантографу на моторном вагоне каждой секции. Трамваи обычно имеют по одному токоприёмнику на моторный вагон. (Но встречаются и исключения, например вагон типа 71-88Г. Современные многосекционные трамваи также, если надо, могут комплектоваться двумя токоприемниками.)
Провод подвесной контактной сети, предназначенной для использования транспортными средствами, оборудованными пантографом, укладывают не строго вдоль пути движения, а с небольшим зигзагом. Это препятствует неравномерному износу контактного полоза пантографа.
Практика использования пантографа
На электровозах, имеющих два или более пантографа, при движении обычно поднимают задний по ходу пантограф. Это может быть связано с несколькими соображениями:
На многосекционных локомотивах, электропоездах и электромотрисах нет необходимости поднимать пантограф на каждой секции или моторном вагоне, так как секции соединены между собой высоковольтной шиной, проходящей по крыше или по сцепке. Поэтому поднимают лишь столько пантографов, сколько необходимо для обеспечения нормального токосъёма и безопасности контактного провода от пережога.
На мощных электровозах постоянного тока, потребляющих большой ток и имеющих более одного токоприёмника на секцию (например, ЧС200, ВЛ15, 2ЭC10 «Гранит»), во время наибольшего энергопотребления (при трогании и разгоне) могут быть подняты все пантографы для обеспечения большего количества точек токосъёма. После разгона передние по ходу пантографы опускают.
Полупантограф
Полупантограф (название в английском языке — single arm pantograph) или асимметричный токоприемник — внешне выглядит, как половина обычного пантографа. Преимущества полупантографа перед обычным пантографом таковы:
Однако есть у полупантографа и недостаток — меньшая прочность. Известны случаи, когда хозяйства, неспособные поддерживать подвижной состав и контактную сеть в надлежащем состоянии, переоборудовали полупантографы в пантографы.
Трамвайный пантограф
Если железнодорожные пантографы стали применяться уже на самых первых электрических железных дорогах, то трамвайные пантографы появились не сразу. До массового распространения трамвайных пантографов довольно широко были распространены трамваи со штанговыми и бугельным токоприёмниками. (Показательно, в частности, то, что некоторые города продолжают эксплуатировать трамваи со штанговым токоприёмником, несмотря на то, что пантограф намного надёжнее штангового приёмника.)
Пантограф против штанги
Первые трамваи с пантографами появились в США в 30-е годы. До этого в США безраздельно господствовал штанговый токоприемник, использовавшийся и во многих других странах Америки и некоторых странах Европы. Но штанговый токоприемник обладает следующими недостатками:
Пантограф ото всех этих недостатков свободен. В частности:
Пантограф также симметричен относительно направления движения — допускает движение в обоих направлениях с одинаковой скоростью. Штанговый токоприемник (любой) таким свойством не обладает. То есть, и трамвай со штанговым токоприемником, и троллейбус могут достаточно быстро ехать только вперед, но назад и тот, и другой могут ехать только сравнительно медленно. Трамвай же с пантографом может одинаково быстро ехать и вперед, и назад. Последний фактор обуславливает тот факт, что практически все современные двусторонние трамваи оснащаются только пантографами (или полупантографами). Естественно, пантограф практически вытеснил штангу, и подавляющее большинство современных трамваев используют пантографы или полупантографы. Трамваи же со штанговыми токоприёмниками сохранились лишь в очень небольшом количестве городов, где они, помимо транспортной функции, вкупе с городской архитектурой выполняют декоративную функцию.
Пантограф против бугеля
Бугельный токоприемник обладает многими (но не всеми!) преимуществами пантографа перед штанговым токоприемником. То есть, как и пантограф, бугель не нуждается в устройстве стрелок на контактном проводе и не подвержен риску схода с контактного провода. Как и при использовании пантографа, при использовании бугеля трамвайная контактная сеть получается конструктивно сравнительно простой (отсутствуют за ненадобностью стрелки на контактном проводе) и, как следствие, более надёжной. На этом фоне в Европе, сделавшей ставку на бугельный токоприёмник ещё на заре электрического трамвая как вида транспорта, преимущества пантографа перед бугелем поначалу замечены не были. Более того, достаточно долгое время (как это наблюдалось, например, в СССР) трамваи с бугелями и трамваи с пантографами эксплуатировались одновременно одними и теми же трамвайными системами. Но бугель, как и штанговый токоприемник, сравнительно трудноуправляем, — трамвайный пантограф в простейшем случае довольно легко управляется посредством простого тонкого троса, пропущенного в кабину машиниста, тогда как бугелем так управлять из кабины машиниста просто физически не получится. Частично уравнивает шансы пантографа и бугеля дистанционное управление (с электроприводом, например), но электропривод для управления бугелем требуется более мощный, чем для управления пантографом. Также, как и штанговый токоприемник, бугель сравнительно громоздкий — в опущенном положении бугель занимает половину крыши трамвайного вагона. Сыграло свою роль и отсутствие необходимости переделки контактной сети при отказе от бугеля в пользу пантографа. В результате пантограф одержал победу и над бугелем — в настоящее время бугельный токоприёмник используют только поддерживаемые в исправном состоянии старые трамваи, используемые в большинстве случаев лишь для экскурсионных поездок.
Автомобильный пантограф
Компания Siemens разрабатывает грузовик с гибридным двигателем использующий пантограф. [3] Использование пантографа (в отличие от штанги в троллейбусах), не требует остановки для подсоединения/отсоединения от сети.
Пантограф поезда
Пантограф – это устройство, использующееся для снятия тока с контактной сети. Качество токосъема во многом зависит от конструкции и исполнения токоприемников подвижного состава. Бугельные и штанговые токоприемники оказались несовершенными, поэтому им на смену пришли пантографы.
Устройство пантографа
У пантографных токоприеников имеется подъемный механизм, выполненный в виде шарнирного многозвенника. Для улучшения качества снятия тока могут устанавливаться аэродинамические экраны и гидравлические амортизаторы. Все части токоприемника находятся под напряжением, ток проходит через шарнирные соединения. У шарниров в соединении предусмотрены гибкие медные шунты.
Преимущества по сравнению с другими решениями
Пантограф получил массовое распространение и постепенно вытеснил штанговые и бугельные токоприемники.
Где применяется?
О внешней контактной сети
Ремонт
Работа токоприемников и полозьев осуществляется в трудных условиях. Оборудование не защищено от перепадов температуры, влажности, боковых и продольных колебаний, вибрации и аэродинамических сил. Приемник тока электровоза работает с высокими электрическими нагрузками, которые иногда достигают сотен ампер. При этом даже малейшая поломка может привести к увеличению сопротивления, появлению дуги, а также к пережогу контактного провода.
В связи с этим нужен регулярный профилактический осмотр и ремонт.
Пантограф (токоприемник)
Пантограф (токоприёмник типа пантограф) — устройство, обеспечивающее токосъём с контактной сети.
Пантограф служит для обеспечения надёжного электрического соединения с контактным проводом контактной сети электроподвижного состава железных дорог (электровозы, электропоезда, электросекции), трамваев, а также вагонов метро (в тех системах, где напряжение на подвижной состав подается через контактную сеть).
Название пантографа произошло от похожего на него по форме устройства для копирования чертежей.
Устройство пантографа
Пантограф имеет полоз, закреплённый на подвижном устройстве — каретке. Каретка упруго закреплена на верхней раме токоприёмника. Верхняя рама через систему рычагов шарнирно крепится к нижней раме. Нижняя рама токоприёмника через изоляторы жёстко закреплена на крыше.
Все части пантографа находятся под полным напряжением контактной сети. Ток протекает и через шарнирные соединения пантографа, для уменьшения переходного сопротивления в соединениях и электрокоррозии все шарниры имеют гибкие медные шунты. Для подъёма и опускания пантографа на трамваях используется механический привод (например, с верёвкой в кабину), на электропоездах и электровозах — пневматический.
На электровозах пантографы устанавливаются на каждой секции, но не менее двух на электровоз, то есть на односекционных электровозах — два (для избыточности; исключение составляют лишь некоторые малые электровозы, на крыше которых трудно разместить два пантографа). На электровозах постоянного тока может устанавливаться по два пантографа на секцию, потому что более низкое, чем при переменном токе, напряжение в контактной сети обуславливает более высокие токи при трогании и разгоне (см. закон Ома). Поэтому при плохом контакте между контактным проводом и полозом токоприёмника может возникать электрическая дуга, что создаёт опасность пережога контактного провода.
На электропоездах и электросекциях устанавливается по одному пантографу на моторном вагоне каждой секции. Трамваи обычно имеют по одному токоприёмнику на моторный вагон.
Практика использования пантографа
На электровозах, имеющих два или более пантографа, при движении обычно поднимают задний по ходу пантограф. Это может быть связано с несколькими соображениями:
На многосекционных локомотивах и в моторвагонных поездах нет необходимости поднимать пантограф на каждой секции или моторном вагоне, так как секции соединены между собой высоковольтной шиной, проходящей по крыше или по сцепке. Поэтому поднимают лишь столько пантографов, сколько необходимо для обеспечения нормального токосъёма и безопасности контактного провода от пережога.
На мощных электровозах постоянного тока, потребляющих большой ток и имеющих более одного токоприёмника на секцию (например, ЧС200), во время наибольшего энергопотребления (при трогании и разгоне) могут быть подняты все пантографы для обеспечения большего количества точек токосъёма. После разгона передние по ходу токоприёмники опускают.
Полупантограф
Полупантограф (название в английском языке — single arm pantograph) внешне выглядит как половина обычного пантографа. Преимущества полупантографа перед обычным пантографом таковы:
Однако есть у полупантографа и недостаток — меньшая прочность. Известны случаи, когда хозяйства, неспособные поддерживать подвижной состав и контактную сеть в надлежащем состоянии, переоборудовали полупантографы в пантографы.
Характеристика пантографа для электровоза
Токоприемник, оснащенный подъемным механизмом, имеющим вид шарнирного многозвенника, называется пантографом. Такой электрический аппарат, как пантограф на поезде, обеспечивает питание высоковольтного оборудования состава, работающего от контактной сети.
Характеристики пантографа
Пантограф не должен отходить от контактного провода, успевать следовать за его изменениями без значительных перемен силы нажатия на провод, несмотря на разную его высоту и различные скорости движения. Если произойдет отрыв пантографа от контактной сети, между ними появляется электрическая дуга. Результат — повреждение контактных поверхностей, снижение качества токосъема.
Исход из величин снимаемого тока, токоприемники делят на виды — легкие и тяжелые. Первые из них рассчитаны на ток до 500 А. Устанавливают их на локомотивах переменного тока, электропоездах. На подвижном составе, работающем от сети переменного тока до 2200 А устанавливают пантограф локомотива тяжелого типа.
Токоприемники пантографного вида имеют схожее устройство. Конструкция состоит из следующих основных элементов: полоз, угольная вставка на полозе, основание, рама и другие мелкие комплектующие.
Особенности пантографов для разного подвижного состава
Каждый электровоз оснащают не менее, чем двумя токоприемниками. Один из них основной, второй — запасной. Как правило, по ходу движения работающим является второй пантограф. Когда он выходит со строя, в рабочем состоянии остается передний токоприемник. Более сложная ситуация возникает, если происходит поломка первого пантографа — это повлечет за собой повреждение второго.
Электровозы постоянного тока оснащают двумя пантографами на секцию. Если контакт между полозом и проводом плохой, может появиться электрическая дуга с последующим разрывом контактного провода.
Подвесную контактную сеть монтируют с небольшим зигзагом. Если провод уложить точно вдоль пути движения, контактный полоз пантографа будет изнашиваться неравномерно.