Усовершенствованный подвес для подвесного контактного провода железнодорожной линии и линия электропередачи, содержащая такой подвес
Изобретение относится к устройствам для крепления контактных проводов. Подвес для подвесной железнодорожной линии содержит зажим для зажатия контактного провода и соединенное с зажимом упругое устройство с отрицательной жесткостью. Причем упругое устройство содержит упругий узел, упругий элемент и проставку для соединения зажима с упругим элементом. Причем упругий узел предварительно сжат вдоль первого направления и имеет подвижную точку с возможностью смещения во втором направлении, поперечном первому направлению. Причем упругий элемент соединен с упругим узлом для оказания воздействия на подвижную точку во втором направлении в случае перемещения зажима при прохождении токосъемника по контактному проводу. Причем упругое устройство выполнено так, что подвижная точка имеет нейтральное положение, когда подвес прикреплен к подвесной линии, а контактный провод неподвижен, и так, что зажим обеспечивает возврат подвижной точки обратно в нейтральное положение благодаря продольному натяжению контактного провода после прохождения токосъемника. Технический результат заключается в улучшении токосъема при высоких скоростях движения. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к подвесу для подвесного контактного провода железнодорожной подвесной линии электропередачи, и к железнодорожной подвесной линии электропередачи, содержащей упомянутый подвес.
Уровень техники
Подвес предназначен для удерживания контактного провода электропитания железнодорожной подвесной линии электропередачи в подвешенном состоянии. Подвес висит на несущем тросе, проходящем вдоль пролета между двумя последовательными опорами или порталами железнодорожной линии электропередачи, или на опоре, непосредственно на кронштейне, прикрепленном к опоре или порталу.
Натянутый контактный провод представляет собой линейный электрический проводник, на который опирается токосъемник вагона поезда для питания электрического узла для тяги поезда, и, возможно, другим устройствам на борту поезда.
Контактный провод имеет заданное поперечное сечение, которое имеет выпуклый нижний профиль, при работе кабеля контактирующий с токосъемником, и верхний фигурный профиль с выточками, например, типа ласточкин хвост, для соединительного зажима подвеса.
Соединительный зажим подвеса предпочтительно изготовлен из медного сплава, еще более предпочтительно из сплава, содержащего, помимо прочего, никель и кремний, и прикреплен к верхнему профилю контактного провода посредством соединения с соответствием по форме так, чтобы не мешать прохождению токосъемника.
Таким образом, существует необходимость сведения к минимуму и, по возможности, предотвращения отделения токосъемника и подвесного контактного провода во время движения поезда. В частности, одной из причин отделения является перемещение контактного провода относительно земли. Это перемещение обусловлено как естественными причинами, такими как ветер, так и колебаниями, распространяющимися вдоль контактного провода при прохождении поезда. Кроме того, контактный провод, даже будучи туго натянутым посредством противовесов, все же имеет стрелу провеса между двумя соседними подвесами из-за собственного веса.
В частности, токосъемник выполнен с возможностью приложения к контактному проводу контактного давления, причем упомянутое контактное давление, в частности, в случае высокоскоростных поездов, вызывает перемещение контактного провода вверх и, в общем случае, напряжение с определенной величиной. Конкретнее, это перемещение является локализованным и имеет максимальную величину в области контакта между токосъемником и контактным проводом.
Задача изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в уменьшении и, по возможности, предотвращении отделения токосъемника от контактного провода электропитания, в частности в случае высокоскоростных поездов, то есть поездов с крейсерской скоростью более 200 км/ч.
Задача настоящего изобретения решатся посредством подвеса, заявленного в пункте 1 формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение описано далее со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых проиллюстрированы некоторые неограничивающие варианты осуществления изобретение, где:
на фиг. 1 показан схематичный вид железнодорожной линии,
на фиг. 2 детально показан зажим подвеса согласно настоящему изобретению,
на фиг. 3 показана схема первого варианта осуществления подвеса согласно настоящему изобретению,
на фиг. 4 показана схема второго варианта осуществления подвеса согласно настоящему изобретению, и
на фиг. 5 показана диаграмма контактных усилий между контактным проводом и токосъемником, полученная в результате численного моделирования.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 качественно показана подвесная линия электропередачи для поезда. Упомянутая подвесная линия содержит множество опор или порталов 1, несущий трос 2, прикреплен к кронштейнам, установленным на опорах 1 так, что он подвешен над путями 3, и контактный провод 4, соединенный с несущим тросом 2 посредством множества подвесов 5 так, чтобы контактировать с токосъемником поезда с электрической тягой.
Подвесная линия дополнительно содержит противовесы (не показаны) для натяжения несущего кабеля 2 и контактного провода 4, чтобы уменьшить стрелу статичного провеса контактного провода 4 между двумя смежными подвесами 5. Эта стрела статичного провеса обусловлена весом самого контактного провода 4.
Контактный провод 4, изготавливаемый посредством экструзии, имеет поперечное сечение, определяемое государственными нормативами. Эти нормативы предусматривают, что поперечное сечение имеет выпуклый нижний профиль 6, ориентированный, в процессе эксплуатации, в направлении путей 3, и верхний выточенный профиль 7, ориентированный в направлении подвесов 5 и несущего троса 2. Для надежного крепления в вертикальном направлении контактного провода 4 к несущему тросу 2, каждый подвес 5 содержит зажим 8, который после зажатия посредством болта, или другого эквивалентного запорного элемента, соединяют с контактным проводом 4 посредством соединения с соответствием по форме за счет обжатия упомянутым зажимом верхнего профиля 7. Например, в соответствии с итальянскими нормативами, поперечное сечение контактного провода 4 определяет в верхнем профиле 7 первую и вторую V-образные выточки в виде ласточкиного хвоста с углом выточки 78° (фиг. 2).
В соответствии с настоящим изобретением подвес 5 модифицирован для включения упругого устройства 10 с отрицательной жесткостью для накопления колебательной энергии.
Упругое устройство 10 содержит упругий узел 11, предварительно сжатый вдоль направления A, которое по существу параллельно контактному проводу 4 в процессе эксплуатации, и выполненный с подвижной точкой 12, которая перемещается в поперечном направлении B, в частности перпендикулярно направлению A, так, чтобы в определенных условиях уменьшать предварительное сжатие предварительно сжатого упругого узла 11. В частности, упругий узел 11, если рассматривать его отдельно от подвеса 5, является предварительно сжатым и поддерживается в нейтральном состоянии упругого изгиба неустойчивости, которое, будучи нарушенным, приводит к выделению потенциальной энергии упругости после смещения подвижной точки 12.
Кроме того, упругое устройство 10 содержит упругий элемент 13, соединенный с предварительно сжатым упругим узлом 11 для приложения усилия к подвижной точке 12 вдоль направления B и стабильного определения нейтрального положения.
Упругий элемент 13 соединен с зажимом 8 посредством проставки 14 для передачи растяжения и сжатия между упругим элементом 13 и зажимом 8.
Когда упругий узел 11 освобождает часть предварительной нагрузки в результате перемещения подвижной точки 12 вдоль направления B, упругое устройство 10 с отрицательной жесткостью создает воздействие трения, предпочтительно сухого трения или гистерезисного внутреннего трения деформируемого упругого материала, используемого для изготовления упругого узла 11 и/или упругого элемента 13. Если трение представляет собой сухое трение, может использоваться трение скольжения.
Это относительно небольшое трение объединенное с накоплением потенциальной энергии упругости в предварительно сжатом упругом узле 11 обеспечивает в итоге сильное рассеивающее воздействие на волнообразные процессы перемещения контактного провода 4, в частности волнообразные процессы, вызванные прохождением токосъемника. Таким образом, трение, создаваемое перемещением упругого узла 11 и/или упругого элемента 13, может быть относительно небольшим, и может быть точно определено для объединения с воздействием, возникающим в результате накопления энергии упругости в предварительно сжатом упругом узле 11.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, предварительно сжатый упругий узел 11 содержит шарнирный механизм 15, имеющий первый и второй рычаги или распорки 16, 17, взаимно шарнирно прикреплены в подвижной точке 12. Возможность перемещения подвижной точки 12 в направлении B обеспечена посредством направляющих 18, 19, соединенных с возможностью скольжения с шарнирным механизмом 15. В соответствии с одним из вариантов осуществления, трение создается в результате взаимодействия направляющих 18, 19 и шарнирного механизма 15. Кроме того, положение и/или конфигурация направляющих 18, 19 определяет направление А.
Упругий элемент 13 предпочтительно шарнирно прикреплен в подвижной точке 12 так, что способен самоустанавливаться в результате воздействия контактного провода 4 и соответствующих противовесов натяжения.
Кроме того, предварительно сжатый упругий узел 11 и/или упругий элемент 13 предпочтительно содержат спиральные пружины.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, шарнирный механизм 15 дополнительно содержит первый и второй ползуны 20, 21, шарнирно прикрепленные к первому и второму рычагам 16, 17 соответственно для взаимодействия с направляющими 18, 19 вдоль направления А. Кроме того, предварительно сжатый упругий узел 11 содержит первую и вторую спиральные пружины 22, 23, выполненные с возможностью сжатия и разжатия посредством ползунов 20, 21 и расположенные напротив друг друга, параллельно направлению А, для обеспечения предварительного сжатия.
Предпочтительно, ползуны 20, 21 постепенно отделяются от направляющих 18, 19, чтобы при перемещении подвижной точки 12 создавать переменное трение, постепенно уменьшающееся с уменьшением предварительного сжатия предварительно сжатого упругого узла 11.
В соответствии с определенным вариантом осуществления, показанным на фиг. 3, ползуны 20, 21 представляют собой втулки, и направляющие 18, 19 представляют собой закрепленные стержни, зацепленные во втулках 20, 21. Кроме того, пружины 22, 23 окружают стержни 18, 19, которые направляют упомянутые пружины так, чтобы они оставались параллельными направлению А, в частности соосными с направлением А. Направление А совпадает с осями стержней 18, 19 и втулок 20, 21. В соответствии с этим вариантом осуществления пружины 22, 23 являются неподвижными относительно направления А при перемещении подвижной точки 12. Это уменьшает подвижные массы и, соответственно, любые отрицательные инерционные воздействия.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, показанным на фиг. 4, рычаги 16, 17 зацеплены так, чтобы создавать постоянное трение в направляющих 18, 19 независимо от положения подвижной точки 12.
В частности, направляющие 18, 19 представляют собой втулки с регулируемым углом, зацепленные с рычагами 16 и 17 соответственно, и обеспечивают возможность углового перемещения последних при перемещении подвижной точки 12 вдоль направления В.
Кроме того, пружины 22, 23 предпочтительно удерживаются рычагами 16, 17, соответственно, и упираются в соответствующие регулируемые втулки 18, 19 для обеспечения возможности сжатия.
Предпочтительно, на стороне, противоположной (относительно соответствующей регулируемой втулки 18, 19) стороне расположения подвижной точки 12, каждый рычаг имеет противовес 24, 25, так что каждый рычаг 16, 17 с соответствующей пружиной 22, 23 остается в равновесии по вертикали относительно соответствующей втулки 18, 19, когда подвижная точка 12 расположена вдоль направления А.
Кроме того, противовесы 24, 25 имеют такой размер, что соскальзывание рычагов 16, 17 с регулируемых втулок 18, 19 предотвращено.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, линия, соединяющая центры вращения втулок 18, 19, определяет направление А.
В обоих вариантах осуществления направляющие 18, 19 удерживаются жестким каркасом или корпусом 30, подвешенным либо на кронштейне опоры/портала 1, либо на несущем тросе 2 между двумя соседними опорами/порталами.
Жесткий каркас 30 предпочтительно выполнен открытым, что позволяет проводить визуальный осмотр компонентов упругого устройства 10 с отрицательной жесткостью.
Соединение между жестким каркасом и кронштейном или несущим тросом 2 должно обеспечивать передачу растяжения/сжатия в вертикальном направлении.
Подвижная точка 12, зажим 8 и соединение 31 подвеса 5, расположенное напротив зажима 8 вдоль направления B, предпочтительно расположены на одной линии. Соединение 31 прикреплено к кронштейну и/или несущему тросу 2.
В процессе эксплуатации подвес 5 согласно настоящему изобретению установлен таким образом, что в статическом состоянии подвижная точка 12 по существу расположена на линии вдоль направления А и находится в состоянии, при котором сжатие упругого узла 11 является максимальным по сравнению с другими состояниями эксплуатации.
При прохождении токосъемника поезда, упругий элемент 13 передает подвижной точке 12 возмущение вдоль направления B, причем это возмущение достаточно велико, чтобы сместить положение подвижной точки 12 и вызывать, соответственно, высвобождение энергии упругости из предварительно сжатого упругого узла 11. Предпочтительно, чтобы это смещение было таким, чтобы обеспечивалось высвобождение энергии упругости и, в то же время, перемещение подвижной точки 12 в направлении несущего троса 2. Таким образом, энергия, подводимая к устройству 10 с отрицательной жесткостью при поступлении токосъемника, по меньшей мере частично компенсируется потенциальной энергией упругости, высвобождаемой в результате ослабления предварительной нагрузки предварительно сжатого упругого узла 11. Кроме того, энергия упругости, запасенная в предварительно сжатом упругом узле 11 и в упругом элементе 13, когда зажим 8 возвращает подвижную точку 12 обратно в нейтральное положение, противодействует дальнейшему волнообразному процессу в контактном проводе 4. Таким образом, улучшаются условия контакта с токосъемником, даже в случае прохождения высокоскоростного поезда.
В частности, после прохождения токосъемника контактный провод 4 в результате натяжения, создаваемого посредством противовесов вдоль подвесной линии электропередачи, обеспечивает возврат подвижной точки 12 обратно в нейтральное положение посредством воздействия упругого элемента 13.
На фиг. 5 проиллюстрированы результаты сравнительного моделирования, в котором для несущего троса 2, подвесов 5 и контактных проводов 4 использована конечноэлементная модель, а для токосъемника использовали модель с сосредоточенными параметрами. Скорость токосъемника при моделировании составляла 350 км/ч.
Жесткость каждой пружины 22, 23 составляет 15 Н/мм, а жесткость упругого элемента 13 составляет 12 Н/мм, в соответствии со схемой, показанной на фиг. 3.
В частности, на фиг. 5 показано, что при использовании подвеса 5 согласно настоящему изобретению контактное усилие (показанное сплошной линией) между токосъемником и контактным проводом 4 никогда не будет равно нулю. Это обеспечивает отсутствие отделения по сравнению с тем случаем (показан пунктирной линией), когда не используют подвес 5 согласно настоящему изобретению.
Предпочтительными материалами для изготовления зажима 8 являются медь и ее сплавы или сталь и ее сплавы, в частности нержавеющая сталь и ее сплавы.
1. Подвес (5) для подвесной железнодорожной линии, выполненный с возможностью крепления между несущим тросом или кронштейном и контактным проводом (4) электропитания, содержащий:
зажим (8) для зажатия выточенной части контактного провода и соединенное с зажимом упругое устройство (10) с отрицательной жесткостью, причем упругое устройство содержит:
а) упругий узел (11), предварительно сжатый вдоль первого направления (А) и имеющий подвижную точку (12) с возможностью смещения во втором направлении (В), поперечном первому направлению (А), для уменьшения предварительного сжатия после нарушения нагрузки;
b) упругий элемент (13), соединенный с предварительно сжатым упругим узлом (11) для оказания, во втором направлении (B), воздействия на подвижную точку (12) в случае перемещения зажима (8) при прохождении токосъемника по контактному проводу;
c) проставку (14) для соединения зажима (8) с растянутым/сжатым упругим элементом (13); причем
d) при перемещении подвижной точки (12) создается точно определенное воздействие трения;
причем упругое устройство (10) с отрицательной жесткостью выполнено так, что подвижная точка (12) имеет нейтральное положение, когда подвес (5) прикреплен к подвесной линии, а контактный провод неподвижен, и так, что зажим (8), воздействующий на упругий элемент (13) посредством проставки (14), обеспечивает возврат подвижной точки (12) обратно в нейтральное положение благодаря продольному натяжению контактного провода после прохождения токосъемника, при этом обеспечена возможность перемещения подвижной точки (12) вдоль второго направления (B) для высвобождения энергии упругости упругого узла (11) при проходе токосъемника.
2. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое точно определенное воздействие трения определяется сухим трением и/или гистерезисным внутренним трением деформируемого упругого материала упругого узла (11) и/или упругого элемента (13).
3. Подвес по п. 2, отличающийся тем, что упругое устройство (10) с отрицательной жесткостью содержит шарнирный механизм (15), имеющий первую и вторую распорки (16, 17), шарнирно прикрепленные в подвижной точке (12) и выполненные с возможностью скольжения вдоль соответствующих направляющих (18, 19) при смещении подвижной точки (12) вдоль второго направления (B).
4. Подвес по п. 3, отличающийся тем, что сухое трение является наклонным вследствие поступательного перемещения распорок (16, 17) относительно направляющих (18, 19).
5. Подвес по п. 3 или 4, отличающийся тем, что шарнирный механизм (15) содержит ползуны (20, 21), выполненные с возможностью постепенного отделения от соответствующих направляющих (18, 19) для определения воздействия трения, уменьшающегося с уменьшением предварительного сжатия упругого узла (11) при смещении подвижной точки (12).
6. Подвес по п. 5, отличающийся тем, что направляющие (18, 19) закреплены относительно шарнирного механизма (15) и предварительно сжатый упругий узел (11) содержит расположенные напротив друг друга пружины (22, 23), поддерживаемые направляющими (18, 19) и сжимаемые посредством ползунов (20, 21).
7. Подвес по п. 3 или 4, отличающийся тем, что направляющие (18, 19) представляют собой регулируемые втулки, зацепленные в соответствующих распорках (16, 17).
8. Подвес по п. 7, отличающийся тем, что предварительно сжатый упругий узел (11) содержит расположенные напротив друг друга пружины (22, 23), поддерживаемые распорками (16, 17) и сжимаемые посредством регулируемых втулок, причем на конце, противоположном пружине (22, 23) относительно направляющей (18, 19), каждая распорка (16, 17) содержит противовес (24, 25).
9. Подвес по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что содержит каркас или корпус (30), поддерживающий упругое устройство (10) с отрицательной жесткостью и выполненный открытым для обеспечения возможности визуального осмотра упругого устройства (10) с отрицательной жесткостью и упругого элемента (13).
10. Подвес по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что он содержит соединительный участок (31) для соединения подвеса с кронштейном или несущим тросом (2), причем упомянутый соединительный участок (31), подвижная точка (12) и зажим (8) расположены на одной линии.
