В статье выполнен аналитический обзор штангоуловителей различных типов и систем управления ими. Рассмотрены шаги, необходимые для модернизации существующих систем управления штангоуловителями.
Ключевые слова:механический штангоуловитель,электрический штангоуловитель,пневматический штангоуловитель, исключение ложных срабатываний.
Введение. В сфере городского электротранспорта, использующего контактную сеть, остро стоит проблема недопущения неконтролируемого перемещения токоприемных штанг (в случае их схода с троллеи контактной сети). Вышедшие из зацепления токоприемники, не имеющие устройств улавливания, представляют особую опасность для окружающих людей и транспорта. В разные годы конструкторами предлагалось несколько вариантов решения этой проблемы, но все эти решения имели серьёзные технологические и конструктивные недостатки. [1].
Изготовитель троллейбусов выдал техническое задание на проектирование уловителя токоприемника. Согласно заданию, автоматическая система должна отслеживать наличие питающего троллейбус напряжения и угол наклона токоприемника. При пропадании напряжения питания и одновременном резком увеличении угла наклона токоприемника, он должен быть опущен в горизонтальное положение и в нем зафиксирован.
Основная сложность, которую необходимо будет решать в процессе проектирования системы — съём сигнала с контактной сети высокого напряжения. Во время движения токосъёмника возникает большое количество искровых помех, которые придется отфильтровывать, как физическими, так и программными методами. Изменять алгоритм обработки данных в зависимости от скорости движения транспортного средства. [2].
Далее рассмотрим более подробно существующие конструкции токоприемников и штангоуловителей, их достоинства и недостатки.
Токоприемник — тяговый электрический аппарат, предназначенный для создания электрического контакта электрооборудования подвижного состава с контактной сетью. Токоприемники троллейбуса, как правило, имеют длину 6м и массу порядка 50 кг, что определяет серьезный момент инерции устройства и вызывает необходимость формировать профиль движения приводов управления (регулировать скорость перемещения токоприёмников на пути к заданному положению) для недопущения неконтролируемых раскачиваний токосъёмников.
Токоприемник часто называют штангой. Штанга — тип токоприёмника, представляющий собой подпружиненный вверх металлический стержень, соединяющий троллейбус с контактной сетью. На конце штанги крепится «башмак» со вставкой из композиционных материалов (графит + медь), которая подставляется под провод контактной сети. Башмак, как и сама штанга, закреплен шарнирно. В ранних конструкциях вместо башмака использовался ролик, однако позже от него отказались из-за быстрого износа и плохого качества токосъема. У троллейбуса имеется 2 штанги для 2-х проводов контактной сети (левая штанга — положительный полюс, правая — отрицательный).
Типы штангоуловителей. Для предотвращения повреждения контактной сети при сходе штанги троллейбусы и трамваи оборудуются штангоуловителями. Они могут быть механическими, электрическими, пневматическими.
Механический штангоуловитель. В 1970х годах прошлого века начали появляться троллейбусы с механическими штангоуловителями. Например, на заводе Тролза (в городе Энгельс) в 1971 году появился троллейбус ЗиУ-9, чуть позже ЗиУ-682Б, которые были оборудованы доработанным механическим штангоуловителем. Механический штангоуловитель (см. Рис. 1,2) прост по конструкции: он представляет собой катушку, на которую намотан канат, соединенный с концом штанги. В катушке есть две пружины и спусковой механизм. Первая пружина создает натяжение канатов, предотвращая их провисание. Вторая вступает в действие при срабатывании спускового механизма: при резком толчке, сигнализирующем о сходе штанги, механизм отпускает вторую пружину, и она наматывает канат на катушку, опуская штангу на крышу.
Рис. 1. Механический штангоуловитель
Рис. 2. Механический штангоуловитель: 1 — механизм защелки; 2 — пружина главная; 3 — пружина натяжная; 4 — намоточный барабан; 5 — канат; 6 — защелка главная; 7 — защелка вспомогательная; 8 — пружина
Принцип работы: при соскальзывании башмака токоприемника с контактного провода канат начнет резко вращать барабан с механизмом защелок. Под воздействием центробежной силы срабатывает вспомогательная отключающая защелка, свободный конец которой зафиксируется зубом храповика, а второй конец выдвинет главную защелку из зацепления с храповиком намоточного барабана. Таким образом, освобожденный от защелок намоточный барабан под воздействием пружины, начнет вращаться, наматывая на себя канат и притягивая токоприемник к крыше троллейбуса. [3].
Электрический штангоуловитель. В электрическом штангоуловителе вместо второй пружины установлен электродвигатель. Это позволяет, во-первых, исключить ложные срабатывания на неровностях дороги, благодаря датчику напряжения, а во-вторых, опускать штанги дистанционно из кабины водителя. В связи с этим повышается безопасность троллейбуса: в случае обнаружения утечки тока на корпус можно дистанционно, не выходя из кабины (а значит, и, не подвергаясь риску попасть под напряжение) полностью обесточить троллейбус.
Устройство штангоуловителя с электромеханическим принципом работы штангоуловителя устанавливалось на троллейбусах ЗиУ (Тролза) различных модификаций, а также на машинах завода БЕЛКОММУНМАШ моделей 101, 201.
Главный минус электрического штангоуловителя в том, что необходимо получать большой момент двигателя на валу за короткий промежуток времени. Это потребует установки мощного двигателя с подводкой проводов большого сечения, либо требуется установка редуктора больших размеров. Электрический штангоуловитель. Номер патента 422214, МПК: B60L 5/30 опубликован 15.11.1984. [4,5].
Пневматический штангоуловитель. Пневматические штангоуловители устанавливаются на крыше у основания штанги. Как и электрические, они позволяют исключить ложные срабатывания и обеспечивают дистанционное опускание штанги. Кроме того, они выполняют функцию демпфера, предотвращая раскачивание контактного провода, а значит, повышая надежность токосъема и уменьшая вероятность схода штанг.
Компания «Транспортные системы» в 2014 году представила общественности первые образцы отечественных троллейбусов (см. Рис. 3–5). В троллейбусе предполагается монитор управления машиной. Часть кнопок с приборной панели устанавливается на отдельный монитор с сенсорным управлением. В темное время суток монитор будет давать отсвет на лобовое стекло и способствовать утомлению водителя, поэтому необходимо тщательно проработать все вопросы, связанные с безопасностью движения во время тестовой эксплуатации новинки. Разработчиком программного обеспечения и электрооборудования для троллейбуса стала компания «Канопус» из Златоуста, до этого известная в основном по продукции для трамвайных вагонов. Большинство комплектующих на троллейбусе — отечественного производства, но есть и системы, выпущенные иностранными фирмами. В частности, привод штангоуловителей от итальянской Camozzi, позволяющий поднимать и опускать штанги токоприемника непосредственно из кабины водителя.
Описанная система, тем не менее, имеет некоторые недостатки. Недостатки заключаются в некорректных срабатываниях штангоуловителя: когда троллейбус движется с высокой скоростью, появляются большие электрические помехи, имитирующие пропадание контактной сети; резкие колебания высоты расположения троллеи в совокупности приводят к ложным включениям штангоуловителя.
Рис. 3. Пневматический штангоуловитель итальянской фирмы «Camozzi»
Рис. 4. Сенсорная панель водителя вместо привычных кнопок
Журнал PROТРОТРАНСПОРТ страница 43 № 3 июнь 2015. [1].
Рис. 5. Схема принципиальная пневматическая штангоуловителя
Описание предполагаемого принципа работы устройства. Вмомент схода штанги с контактной сети в систему управления поступают два сигнала: сигнал отсутствия напряжения 550В и сигнал с инерционного механизма, установленного на барабане механизма укладки шнура, или от концевого выключателя максимальной высоты штанги. В результате чего система управления подает напряжение на клапана 1 и 2 цилиндров вертикального перемещения, и вследствие этого штанги опускаются ниже контактной сети. Величина опускания устанавливается во времени, учитывая скорость перемещения штанг вверх и инерционность системы. После чего подается сигнал на клапан 3 цилиндра горизонтального перемещения. Штанги начинают двигаться в горизонтальной плоскости, одновременно продолжая вертикальное перемещение вниз, устанавливаются параллельно оси троллейбуса и фиксируются на определенной высоте. Для приведения системы штангоуловителя в исходное состояние необходимо обе штанги установить под лиру, при этом выключатели минимальной высоты штанг подают сигналы на блок контроллера, который отключает клапана 1, 2, 3. После возврата в исходное состояние штанги можно установить на контактный провод. Аналогично работает система при подаче сигнала принудительного съема штанг от переключателя, расположенного на пульте.
В разрабатываемой системе предполагается значительно снизить возможность ложного срабатывания системы штангоуловителя путем разработки программы сопоставляющей скорость движения троллейбуса и ускорения вертикального перемещения токоприемника. Разработка программных фильтров позволит избежать выдачи ложного сигнала о пропадании напряжения снимаемого с контактной сети.
Выводы. Разрабатываемая система позволяет:
- Значительно снизить возможность ложного срабатывания системы штангоуловителя;
- Избежать выдачи ложного сигнала о пропадании напряжения снимаемого с контактной сети;
- Упростить процесс ввода в эксплуатацию;
- Уменьшить величину подъема штанги токоприемника при ее сходе с контактной троллеи.
Литература:
- По материалам сайта «ProТранспорт» [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.протраспорт.рф/
- По материалам сайта «Тролза» [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.trolza.ru/
- Н. В. Богдан, Ю. Е. Атаманов, Р. Р. Джагитян, В. П. Николаев, А. И. Сафонов, Троллейбусы, устройство и техническое обслуживание. Мн., 1997, 256 с.
- По материалам сайта «База патентов СССР» [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://patents.su/
- По материалам сайта «Московский троллейбус» [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://trolley.ruz.net/
