Dawniej na wyposażeniu lokomotywy były tyczki uszyniające, izolowane drążki manipulacyjne, rękawice i buty dielektryczne, a także drabinka po której można było w razie potrzeby na dach wyjść. W momencie przebicia na którymś pantografie bądź odgromniku lub kondensatorze można było to odłączyć drążkiem manipulacyjnym z zewnątrz. Teraz już niestety (a może i dobrze) nie ma na wyposażeniu NICZEGO, więc za każdym razem musi przyjechać PKP Energetyka aby to oni dokonali odłączenia elektrycznego po stronie WN. Jeżeli przebicia nie ma, a pantograf jest lekko uszkodzony, lub skrzywiony i "normalnie" można go opuścić z pulpitu to jak najbardziej można dalej jechać na pierwszym. Pragnę przypomnieć, że tak jak napisałem wcześniej, pantograf nie jest podnoszony i opuszczany za pomocą sprężonego powietrza tylko za pomocą sprężyn. Regulację pantografu przeprowadza się na pantografie kompletnym. Jeżeli na skutek jakiegoś zdarzenia pantograf straci np ślizgacz, wówczas robi się lżejszy i ma tendencje do podnoszenia się w czasie jazdy. dlatego się go za pomocą drutu związuje w pozycji opuszczonej.
Politechnika Krakowska
Wydział InŜynierii Elektrycznej i Komputerowej
Laboratorium z przedmiotu Pojazdy Trakcyjne
Temat ćwiczenia:
Badanie pantografu
Imię i nazwisko:
Data wykonania:
Kamil Jamróz
2002-05-11
Ocena:
Rok studiów:
Grupa:
Zespół laboratoryjny:
IV
42
Uwagi:
L2
PrzewaŜająca większość aparatów wysokiego napięcia jest umieszczona w dwóch
przedziałach wysokiego napięcia na ramie wsporczej. Drzwi do przedziałów wn, jak
równieŜ pokrywy od strony korytarza, umoŜliwiające dostęp do tylnej strony ramy z
aparaturą, Są uzaleŜnione blokadą elektropneumatyczną. Blokada ta zamyka dostęp do
aparatury przy podniesionym pantografie, i odwrotnie - gdy którakolwiek pokrywa do
przedziału wn lub drzwi do niego są otwarte, nie moŜna podnieść pantografu. Oporniki
obwodów wn znajdują się w przedziałach oporników, których pokrywy są równieŜ
połączone z blokadą. Wszystkie urządzenia są umieszczone w sposób ułatwiający dostęp
do nich w celach konserwacyjnych moŜliwie ze wszystkich stron. W celu przeprowadzenia
większych napraw urządzenia mogą być wymontowane i wyjęte z pojazdu przez drzwi lub
przez odejmowaną część dachu.
Pantograf typu AKP-1 i AKP-4E
Zakłady Dolmel we Wrocławiu produkują dwa rodzaje pantografów a mianowicie:
pantograf typu AKP-1 do roku 1968, a pantografy typu AKP-4E do chwili obecnej. RóŜnica
między nimi polega na tym, Ŝe pantograf typu AKP-4E jest przystosowany do duŜych
prędkości (powyŜej 125 km/h). Pozostałe róŜnice są przedstawione w zestawieniu danych
znamionowych.
Pantograf składa się z ramy wsporczej z ułoŜyskowanymi w niej wałami głównymi oraz
umocowanymi spręŜynami, cylindrem napędu pneumatycznego i zaworem regulacyjnym,
układu ruchomych ramion i ślizgacza. Rama pantografu wykonana z ceownika jest
przymocowana do czterech izolatorów wsporczych porcelanowych, umieszczonych na
konstrukcji dachu pojazdu. Wały główne są połączone dwoma cięgłami przegubowymi,
których zadaniem jest zapewnienie równomiernego podnoszenia i opuszczania wszystkich
czterech ramion dolnych, umocowanych do wałów głównych.
Dolne ramiona są wykonane z kształtowników stalowych o profilu H, których przekrój
maleje w kierunku ramion górnych, a największy jest w miejscu umocowania na wale. Na
dolnych ramionach za pośrednictwem przegubów z lekkiego stopu są umocowane
ramiona górne, wykonane z cienkościennych rur stalowych. Między końcówkami górnych
ramion są umocowane ukośnie pręty reakcyjne, zapewniające całej konstrukcji wymaganą
sztywność.
Ślizgacz pantografu jest umocowany na konstrukcji łączącej górne przeguby górnych
ramion za pośrednictwem układu spręŜystego, który stanowią cztery spręŜyny śrubowe.
Dzięki temu masa nie odspręŜvnowaną, stykają się z drutem jezdnym w czasie jazdy, jest
tylko masa ślizgacza. Ślizgacz jest wykonany z cynkowej blachy stalowej grubości 1,5
mm, wytłoczonej w odpowiedni profil. Do ślizgacza są przymocowane nakładki stykowe
miedziane, profilowe i płaskie, grubości nominalnej 5 mm. Górna powierzchnia ślizgacza
wraz z nakładkami powinna być smarowana smarem grafitowym stałym lub półpłynnym.
Na wałach głównych znajdują się dźwignie z przymocowanymi przegubowo dwiema
spręŜynami podnoszącymi. SpręŜyna opuszczająca jest umocowana przegubowo z jednej
strony w podstawie pantografu, a z drugiej strony ~ przymocowana do dźwigni napędowej,
wykonanej z płaskowników stalowych.
Dźwignia napędowa jest połączona przegubowo ze sworzniem tłoka napędu
pneumatycznego i sprzęgnięta z drąŜkiem popychacza rolką. Rolka opiera się o krzywkę
przymocowaną do jednego z wałów głównych.
Na cylindrze napędu od strony dopływu spręŜonego powietrza jest umocowany
zawór regulacyjny. SpręŜone powietrze jest doprowadzone do napędu przez izolowany
przewód gumowy.
Dane znamionowe pantografów AKP-1 AKP-4E
AKP-1
Napięcie znamionowe
Prąd znamionowy
Maksymalna dopuszczalna prędkość jazdy
Zakres wysokości roboczych ślizgacza
Średni nacisk ślizgacza na przewód jezdny
Maksymalna wysokość podniesienia ślizgacza do połoŜenia
opuszczonego
Ciśnienie znamionowe
Minimalne ciśnienie przy którym pantograf zaczyna się
podnosić
Czas podnoszenia pantografu do krańcowej wysokości
roboczej
Czas opuszczania pantografu z krańcowej wysokości
roboczej
Grubość prętów miedzianych na ślizgaczu
Masa pantografu
Długość części ślizgowej
Szerokość części ślizgowej
Masa ślizgacza
Długość ramienia ramy dolnej
Długość ramienia ramy górnej
Rozstaw wałów
Rozstaw otworów na śruby mocujące w kierunku
poprzecznym do kierunku jazdy
Rozstaw otworów na śruby mocujące w kierunku podłuŜnym
do kierunku jazdy
ŁoŜyska toczne wałów
Średnica drutu spręŜyny podnoszącej
Długość drutu spręŜyny podnoszącej
Średnica wewnętrzna spręŜyny podnoszącej
Czynna liczba zwojów spręŜyny podnoszącej
Całkowita liczba zwojów spręŜyny podnoszącej
Rodzaj pracy spręŜyny podnoszącej
Średnica drutu spręŜyny opuszczającej
Długość drutu spręŜyny opuszczającej
Średnica wewnętrzna spręŜyny opuszczającej
Czynna liczba zwojów spręŜyny opuszczającej
Całkowita liczba zwojów spręŜyny opuszczającej
Rodzaj pracy spręŜyny opuszczającej
Rodzaj napędu
ŁoŜysko rolkowe dźwigni opuszczającej
Średnica wewnętrzna cylindra układu pneumatycznego
Maksymalny skok tłoka
Średnica drutu spręŜyny reduktora
Średnica wewnętrzna spręŜyny reduktora
Rodzaj pracy spręŜyny reduktora
Czynna liczba zwojów spręŜyny reduktora
Łączna liczba zwojów spręŜyny reduktora
Nacisk na sieć w okresie letnim
Nacisk na sieć w okresie zimowym
AKP-4E
3000V
1000A
100km/h
400-1900mm
7kG
2400mm
3000V
1000A
180km/h
280-1900mm
8kG
2400mm
5kG/cm2
3kG/cm2
5kG/cm2
3,3kG/cm2
3-7s
10-12s
3-5s
6-8s
6mm
396kg
1270mm
163mm
15kg
1220mm
1755mm
1068mm
1448mm
8mm
380kg
1270mm
154mm
12,5kg
1220mm
1755mm
1068mm
1448mm
1675mm
1676mm
nr 6208
12mm
11500mm
73mm
39
43
rozciąganie
16mm
7800mm
108mm
18
20
ściskanie
pneumatyczny
RNa-4908
100mm
184mm
1mm
9mm
ściskanie
14
15,5
7kG
8kG
nr 6208
12mm
11500mm
73mm
39
43
rozciąganie
16mm
7800mm
108mm
18
20
ściskanie
pneumatyczny
RNa-4908
100mm
184mm
1mm
9mm
ściskanie
14
15,5
7kG
8kG
Budowa pantografu typu AKP-1
Rama pantografu (rys. 1) jest oparta na czterech wsporczych izolatorach porcelanowych,
umieszczonych na dachu lokomotywy. Na dwóch wałach drąŜonych są osadzone dolne
ramiona, z którymi za pomocą przegubów połączono górne ramiona. Na górnych
ramionach osadzono za pomocą układu odspręŜynowania ślizgacz, który styka się
bezpośrednio z przewodem jezdnym. Układ ten umoŜliwia swobodne ruchy ślizgacza
pionowe i obrotowe w stosunku do ramienia ruchomego. Napęd pantografu stanowi układ
trzech spręŜyn spiralnych, z których dwie słuŜą do podnoszenia pantografu, a jedna
środkowa - do jego opuszczenia, oraz cylinder powietrzny z układem dźwigni.
Zasadnicze połoŜenie pantografu stanowi pozycja opuszczona.
Rys.1. Pantograf AKP-1
1 – spręŜyna unosząca, 2 – spręŜyna opuszczająca, 3 – dźwignia, 4 – pręt,
5 – cylinder powietrzny, 6 – rolka, 7 – krzywe ramię
Budowa pantografu typu AKP-4E
Rama pantografu (rys.2) jest oparta na czterech wsporczych izolatorach porcelanowych
typu JWD-02, umieszczonych na dachu lokomotywy. Wały główne pantografu
ułoŜyskowane obrotowo mają dźwignię z przymocowanymi przegubowo dwiema
spręŜynami podnoszącymi. SpręŜyna opuszczająca jest przymocowana przegubowo z
jednej strony w podstawie pantografu, a z drugiej strony w dźwigni napędowej wykonanej
z płaskowników stalowych. Dźwignia napędowa jest połączona przegubowo z tłoczyskiem
napędu pneumatycznego i sprzęgnięta z drąŜkiem popychacza z rolką. Rolka spoczywa
na krzywce przymocowanej na jednym z wałów głównych. Wały główne są połączone
dwoma cięgnami przegubowymi. Zawór regulacyjny jest przymocowany na cylindrze
napędu od strony dopływu spręŜonego powietrza. Ramiona pantografu wykonano z
cienkościennych rur stalowych połączonych przegubami. Ślizgacz pantografu w kształcie
płozy jest wykonany z nierdzewnej blachy stalowej, do której są przymocowane miedziane
nakładki. Ślizgacz jest zawieszony na przegubach ze stopu aluminiowego i
odspręŜynowany czterema spręŜynami spiralnymi. Przyłączenie spręŜonego powietrza do
napędu pneumatycznego pantografu odbywa się przez izolacyjny przewód pneumatyczny
typu AKZP-4E.
Rys.2. Pantograf typu AKP-4E
1 – rama, 2 – ramiona, 3 – izolatory, 4 – ślizgacz, 5 – spręŜyny podnoszące, 6
– spręŜyna opuszczająca
Zasada działania pantografów
Działanie pantografu polega na współpracy dwóch przeciwsobnych układów spręŜyn,
jednego układu do podnoszenia i drugiego układu do opuszczania części ruchomej
pantografu. Napęd pneumatyczny to cylinder z tłokiem, który jest przeznaczony do
zrównowaŜenia oddziaływania spręŜyny opuszczającej, powodującej ruch rolki drąŜka
popychacza po krzywce na wale głównym. Powoduje to zwolnienie spręŜyn podnoszących
od pełnego oddziaływania na układ ruchomy, przez co otrzymuje się stabilność docisku w
całym zakresie roboczym ruchu pionowego Ślizgacza. Szybkość podnoszenia i
opuszczania ślizgacza jest uzaleŜniona od ruchu tłoka w cylindrze pneumatycznym.
Dopływ i odpływ powietrza do cylindra jest sterowany zaworem regulacyjnym, którego
działanie polega na tym, Ŝe przy podnoszeniu ślizgacza powietrze spręŜone przepływa
przez kalibrowany otwór o bardzo małej średnicy, przy czym cylinder napędu napełnia się
wolno powietrzem i szybkość ruchu Ślizgacza do góry jest bardzo powolna. Przy
opuszczaniu ślizgacza spręŜone powietrze powoduje otwarcie grzybka w zaworze
regulacyjnym, który dzięki duŜej przepustowości umoŜliwia intensywne opróŜnianie
cylindra i szybki ruch ślizgacza do dołu. W końcowej fazie ruchu do dołu, przy obniŜeniu
ciśnienia w cylindrze do wartości około 0,7 kG/cm2, grzybek zaworu zamyka się i
powietrze z cylindra, bardzo wolno przepływa przez otwór kalibrowany w zaworze
regulacyjnym (rys. 3) i pantograf miękko opada na odbijaki gumowe.
Wymagania w stosunku do konstrukcji odbieraków prądu elektrycznych pojazdów trakcyjnych
przeznaczonych do ekspluatacji z prędkościami do 160 km/h.
1. Wymagania dla odbieraka prądu lokomotywy elektrycznej o mocy 3 MW.
1.1. Rodzaj konstrukcji – symetryczny lub niesymetryczny (połówkowy)
Wymagania geometryczne
- poziomy zakres roboczy ślizgacza
- najmniejsza wysokość robocza
- największa wysokość robocza
- największa wysokość konstrukcyjna
- 1100 mm
- 500 mm
- 1500 mm
- 1900 mm
1.2.ObciąŜalność prądowa wg. normy BN-83/3086-12
- prąd znamionowy
- maksymalny prąd odbieraka
- 1000 A
- 1800 A
1.3.Zespół ślizgacza
rozwiązanie konstrukcyjne – ślizgacz pojedynczy
nakładki stykowe-miedziane lub grafitowe ( ze spieku miedziano- węglowego)
profil ślizgacza – B lub C, spełniający wymagania normy BN-82/3086-16
masa ślizgacza max 12kg
sztywność uspręŜynowania
- 4500-5000N/m
1.4.Układ napędowy
- nacisk statyczny znamionowy
- nacisk aerodynamiczny przy v = 160 km/h
- siła opuszczająca
- siła utrzymująca
- 90+/-5 N
- 150 N
- 130 N
- 200 N
1.5. Inne wymagania
- sztywność poprzeczna
-czas podnoszenia
czas opuszczania
- 15 N/mm
- 10-15 s
- 5-10 s
2. Zasadnicze wymagania odnośnie konstrukcji odbieraków prądu lokomotywy elektrycznej o mocy do
6,5MW
2.1. Rodzaj konstrukcji – zalecany jednoramienny jedno lub dwustopniowy
2.2. Największy prąd zastępczy 15 minutowy odbierany przy prędkości jazdy 150km/h
- 2600 A
- prąd ciągły odbierany przy prędkości jazdy 150 km/h - 2000 A
- prąd ciągły odbierany na postoju
- 300 A
- największy prąd odbierany w ruchu
- 2600A
3.Siły działające na odbierak
Fo
Fa’
Fa’
Fb
Fs
Fb
Fs
Fo
Fs
Fa’
Fs – siła parcia spręŜyny
Fb – siła bezwładności
Fo - siła oporów ruchu w przegubach
Fa – siła oporu aerodynamicznego
Ruch do
góry
Fa
Ruch do
dołu
Fb
v
Dla właściwej współpracy odbieraka z siecią istotna jest nie tyle sama elastyczność, co zmiany elastyczności
w róŜnych punktach wzdłuŜ przelotu, zwłaszcza nagłe zmiany w tzw punktach sztywnych np. w punkcie
podwieszenia. Zmiany połoŜenia drutu jezdnego wymuszają ruch odbieraka, działając na niego wyŜej
określonymi siłami. Przy prędkościach powyŜej 120 km/h istotną rolę zaczynają odgrywać siły bezwładności i
siły oporu aerodynamicznego. Własności dynamiczne odbieraków moŜna scharakteryzować podając wartość
tzw masy zredukowanej odbieraka określonej zaleŜnością:
mz= ms + mg * k * y1 + md * y2
gdzie:
ms – masa ślizgacza
mg – masa ramion górnych
md – masa ramion dolnych
k - współczynnik kształtu odbieraka
y1 y2 – kąt nachylenia ramion górnych i dolnych
zwykle przyjmuje się:
mz= ms + 0,75 * mg + 0,25 * md
Masa ślizgacza zaleŜy od pobieranego prądu, zaś masy ramion od zakresu ruchu pionowego i wymaganej
sztywności konstrukcji. W istniejących liniach róŜnica wysokości zawieszenia sieci trakcyjnej wynosi ok.
1200mm a wymagany zakres ruchów odbieraka ok. 1500mm.
Stosowany na pojazdach PKP pantograf AKP-4E spełnia ten warunek, jego masa zredukowana wynosi
32kg. Przy róŜnicach zawieszenia 500mm odbierak ma masę 19,5 kg a na liniach francuskich gdzie zakres
ruchów odbieraka wynosi 400mm ma masę 9 kg.
Cel Cwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem określania podstawowych parametrów eksploatacyjnych
odbieraków prądu stosowanych na elektrycznych pojazdach trakcyjnych .
Program ćwiczenia
1. Zapoznanie się z budową i danymi znamionowymi odbieraków prądu
2. Zapoznanie się z budową i sposobem dokonywania pomiarów na skomputeryzowanym stanowisku do
badania pantografów.
przygotowanie stanowiska
przeprowadzenie pomiarów pantografui jego regulacja
pomiar siły nacisku statycznego przy opuszczaniu ramy
pomiar siły nacisku statycznego przy podnoszeniu ramy
pomiar odchylenia bocznego odbieraka
pomiar czasu opuszczania odbieraka
pomiar czasu podnoszenia odbieraka
pomiar siły utrzymującej
pomiar rezystancji toru prądowego
3. Opracowanie wyników pomiarów
Wyniki pomiarów pantografu AKP-4E
Siła nacisku
opuszczanie
Fnd = 79 N
podnoszenie
Fng = 58 N
średnia
Fn = 68 N
Siła utrzymująca
Fu = 185N
Czas podnoszenia
Tpod = 4,3 s
Czas opuszczania
Top = 2,6 s
Odchylenie odbieraka
L = 6 mm
Rezystancja
R = 6.3 mOM