Токосъемник — одно из трех основных устройств, используемых на трамваях для передачи электрического тока от проводов сверху к трамваю снизу. Хотя когда-то он был очень распространен в континентальной Европе , его заменили пантограф или троллейбусный столб , который впоследствии сам часто заменялся пантографом.
Когда в конце 1880-х годов немецкий изобретатель Эрнст Вернер фон Сименс впервые придумал носовой токосъемник , американский изобретатель Фрэнк Дж. Спраг из Вирджинии только что запатентовал свою систему токосъёма с контактного провода на контактном столбе . Чтобы избежать нарушения этого патента, компания Siemens была вынуждена разработать собственную уникальную форму токосъёма, а именно носовой токосъемник. Носовой токосъемник впервые был использован электрической компанией Siemens в её ранних электрических трамваях в конце 1880-х или начале 1890-х годов. Система электрического трамвая в Хобарте — первая в своём роде в Южном полушарии , открытая в 1893 году — использовала вагоны Siemens с очень ранними носовыми токосъемниками. Многие другие континентальные европейские и некоторые британские трамвайные системы, включая Лидс и Глазго, также использовали этот метод.
Коллектор в форме дуги — один из самых простых и надежных методов сбора тока, используемых на трамваях. Самые ранние версии представляли собой просто очень толстую проволоку или стальные прутки, согнутые в прямоугольную форму и закрепленные длинной стороной вниз на крыше трамвая. Затем коллектор поднимался пружиной, так что его верхний край прижимался к проводу выше. Этот верхний край изготавливался из стального стержня шириной 1 дюйм (или более), обработанного так, чтобы иметь дугообразное поперечное сечение; это поперечное сечение и послужило причиной названия. Этот дугообразный стержень называется «пластиной коллектора», и в более поздних моделях может быть шириной до нескольких дюймов, положительная полярность собирается дугой, в то время как другая полярность находится на рельсах, это делается в целях безопасности. В отличие от многих столбов трамвая, коллектор в форме дуги обычно не имеет вращающегося основания (исключение было в Риме, где вся сборка могла вращаться), а скорее крепится по центру к крыше трамвая.
После 1900 года простые методы каркаса, упомянутые выше, постепенно заменялись более сложными и изощренными методами, но общий режим работы оставался прежним. Изменения конструкции наиболее заметны в системах, где в одной и той же системе использовались как двухэтажные, так и одноэтажные вагоны. Одноэтажные трамваи обычно имеют высокие и легко сконструированные коллекторы со сложными рамами для поддержки тяжелой литой стальной пластины коллектора, в то время как двухэтажные вагоны обычно имеют более тяжелые коллекторы с менее сложными рамами.
Для поддержания хорошего электрического контакта носовой коллектор должен оказывать довольно сильное давление на провод сверху, поэтому для обеспечения хорошего электрического контакта используется сложная система пружин или грузов. Сам провод должен быть натянут и оставаться максимально плоским, что является общим требованием как для носовых коллекторов, так и для пантографов .
Стальные рельсы на путях выполняют функцию электрического возврата .
Правильно носовой коллектор должен быть установлен таким образом, чтобы верхний край пластины коллектора возвышался на несколько дюймов над проводом, когда рама коллектора стоит прямо. Таким образом, коллектор обычно наклоняется в сторону, противоположную направлению движения; когда приходит время двигаться в противоположном направлении, коллектор должен быть повернут. Чтобы это произошло, воздушный провод должен быть поднят на несколько дюймов в местах, где перевернуты дуги, таких как терминалы и стрелочные переводы. Эта операция обычно выполняется с помощью тросов и шкивов. Коллектор складывается в горизонтальное положение, когда кабина не используется.
У некоторых ранних вагонов не было возможности перекидывать носы. Считалось, что это произойдет автоматически, когда трамвай начнет движение в другую сторону, но такие сборщики оказались неудачными.
Большинство советских трамваев (некоторые из которых все еще используются в государствах-правопреемниках СССР) не имели возможности перекидывать носовые части. Эти трамваи были «односторонними» и не были предназначены для движения в обоих направлениях. Некоторые трамваи, такие как трамвай КТВ-55-2, имели два носовых коллектора для движения в обоих направлениях.
У носового коллектора меньше подвижных частей, чем у троллейного столба, но он тяжелее и иногда его сложнее построить. Конструкция воздушных проводов для носовых коллекторов проще, чем для проводки троллейного столба. Поскольку носовые коллекторы не имеют вращающихся креплений, коллектор не может соскочить с провода или следовать за неправильным проводом на перекрестках, как это иногда происходит с троллейными столбами. Таким образом, верхние «лягушки» и направляющие для троллейных столбов не нужны для носовых коллекторов. Однако носовые коллекторы намного шумнее, чем троллейные столбы.
Воздушные провода для носовых токосъемников натянуты сильнее, чем для троллейбусных столбов, а прямые секции «размещены в шахматном порядке», то есть провод не идет полностью прямо по центральной линии пути, а слегка зигзагообразно на небольшом расстоянии. Это распределяет износ по пластине токосъемника носового токосъемника и продлевает срок службы токосъемника. Воздушные провода также «размещены в шахматном порядке» для пантографов, поэтому системы могут заменять носовые токосъемники пантографами на трамваях без изменения надземной части.
Помимо некоторых старинных трамваев, носовые коллекторы до сих пор используются в некоторых трамвайных системах бывшего Советского Союза, например, в Казани , Минске и Дзержинске .
На острове Мэн реализация Snaefell Mountain Railway необычна тем, что контактный провод провисает и свободно висит в контактной сети . Используются токосъемники Hopkinson , чтобы избежать проблем с контактными столбами при сильном ветре на горном маршруте [1] - линия Snaefell также использует рельс Fell для торможения. Каждый вагон имеет два жестко закрепленных вертикальных токосъемника с провисающим проводом над ними, контактирующим под действием собственного веса. Токосъемники недостаточно высокие, чтобы контактировать с проводом в точках подвески. Они достаточно далеко друг от друга относительно расстояния между столбами, так что, пока один не контактирует с проводом, другой находится в середине пролета и обеспечивает хороший контакт. Токосъемники можно опустить, только открутив их на уровне крыши, пока питание отключено. Эта невозможность изолировать их легко затруднила тушение пожара, когда в 1970 году загорелся вагон 5. [ требуется цитата ]
Похожие коллекторы также использовались в первую очередь на близлежащей и немного более ранней Manx Electric Railway . Поначалу они создавали проблемы с плохим контактом, поэтому была разработана система провисания провода. Натянутый провод обычно давал хороший контакт, но нарушал контакт, когда коллектор проходил мимо столба. Ослабление провода и намеренное поднятие его над коллектором на столбах позволяло его весу обеспечить надежный контакт над другим коллектором, расположенным посередине между столбами. Переработанный коллектор использовался в течение первых нескольких лет, к 1900 году. Небольшая шарнирная дуговая рама была помещена поверх фиксированных стоек, обеспечивая пружинный контакт. [2] Дуговые коллекторы, однако, не прослужили долго и были заменены троллейбусными столбами.