Пантограф (или « кастрюля » или « панто ») — аппарат, устанавливаемый на крыше электропоезда , трамвая или электробуса [ 1] для сбора энергии посредством контакта с воздушной линией связи . Этот термин происходит от сходства некоторых стилей с механическими пантографами , используемыми для копирования почерка и рисунков.
Пантограф — распространенный тип токосъемника ; обычно используется одинарный или двойной провод, при этом обратный ток проходит по шинам . Другие типы токосъемников включают носовой коллектор и опорный столб .
Пантограф со сменной графитовой контактной полосой или « башмаком » с низким коэффициентом трения для минимизации бокового напряжения на контактном проводе впервые появился в конце 19 века. Ранние версии включают носовой коллектор , изобретенный в 1889 году Вальтером Райхелем, главным инженером Siemens & Halske в Германии, [2] [3] и плоский слайд-пантограф, впервые использованный в 1895 году на железной дороге Балтимора и Огайо [4].
Знакомый ромбовидный роликовый пантограф был изобретен и запатентован Джоном К. Брауном из магазинов Key System для пригородных поездов, курсирующих между Сан-Франциско и районом Ист-Бэй в районе залива Сан-Франциско в Калифорнии . [5] [6] [7] [8] Они видны на фотографиях первого дня службы, 26 октября 1903 года. [9] В течение многих десятилетий после этого одна и та же ромбовидная форма использовалась в системах электрорельсового транспорта по всему миру и некоторые используют его и сегодня.
Пантограф был усовершенствованием простой троллейбусной опоры , которая преобладала до того времени, прежде всего потому, что пантограф позволяет электрическому транспортному средству двигаться с гораздо более высокими скоростями, не теряя контакта с воздушными линиями, например, из-за отключения троллейбусной опоры. .
Несмотря на это, сбор тока с помощью троллейного столба успешно использовался на скорости до 140 км/ч (90 миль в час) на транспортных средствах Electroliner на Северном берегу Чикаго и железной дороге Милуоки , также известной как Северная береговая линия.
Наиболее распространенным типом пантографа сегодня является так называемый полупантограф (иногда Z-образный), который эволюционировал, чтобы обеспечить более компактную и отзывчивую однорычажную конструкцию на высоких скоростях по мере ускорения поездов. Луис Фэйвли изобрел этот тип пантографа в 1955 году. [10] Полупантограф можно увидеть в использовании повсюду: от очень быстрых поездов (таких как TGV ) до низкоскоростных городских трамвайных систем. Конструкция работает с одинаковой эффективностью в любом направлении движения, что продемонстрировали швейцарские и австрийские железные дороги, чьи новейшие высокопроизводительные локомотивы Re 460 и Taurus работают, установив их в противоположном направлении. В Европе геометрия и форма пантографов определяются CENELEC , Европейским комитетом по электротехнической стандартизации. [11]
Система электропередачи для современных электрорельсовых систем состоит из верхнего несущего провода (известного как контактная сеть ), к которому подвешен контактный провод. Пантограф подпружинен и прижимает контактный башмак к нижней стороне контактного провода, создавая ток, необходимый для движения поезда. Стальные рельсы путей выполняют функцию электрического возврата . По мере движения поезда контактный башмак скользит по проводу и может создавать стоячие волны в проводах, которые разрывают контакт и ухудшают сбор тока. Это означает, что в некоторых системах соседние пантографы не допускаются.
Пантографы являются преемником технологии троллейбусных опор , которые широко использовались в ранних трамвайных системах. Троллейбусные опоры до сих пор используются в троллейбусах , свобода передвижения которых и потребность в двухпроводной схеме делают пантографы непрактичными, а также в некоторых трамвайных сетях, таких как трамвайная система Торонто , которые имеют частые повороты, достаточно крутые, чтобы требовать дополнительной свободы передвижения в их трамвайной системе. текущая коллекция, чтобы обеспечить непрерывный контакт. Однако многие из этих сетей, включая сеть Торонто, проходят модернизацию для обеспечения работы пантографов.
Пантографы с воздушными проводами в настоящее время являются доминирующей формой сбора тока для современных электропоездов, поскольку, хотя они и более хрупкие, чем система третьего рельса , они позволяют использовать более высокие напряжения.
Пантографы обычно приводятся в действие сжатым воздухом из тормозной системы автомобиля либо для поднятия устройства и удержания его напротив проводника, либо, когда для выдвижения используются пружины, для его опускания. В качестве меры предосторожности против потери давления во втором случае рычаг удерживается в нижнем положении защелкой. В высоковольтных системах для «задувания» электрической дуги используется один и тот же источник воздуха при использовании крышных автоматических выключателей . [12] [13]
.JPG/1280px-Pantograph_on_the_Bradford_Forster_Square_train_at_Menston_railway_station_(30th_December_2014).JPG)
.jpg/1280px-Winwick_Junction_(2322641904).jpg)
Пантографы могут иметь одинарную или двойную руку. Двуплечие пантографы обычно тяжелее, требуют больше усилий для подъема и опускания, но также могут быть более отказоустойчивыми.
На железных дорогах бывшего СССР наибольшее распространение получили токоприемники с двойным плечом («из двух ромбов»), но с конца 1990-х годов на железных дорогах России появились одноплечие токоприемники. В некоторых трамваях используются двуплечие пантографы, в том числе российские КТМ-5, КТМ-8, ЛВС-86 и многие другие трамваи российского производства, а также некоторые трамваи Euro-PCC в Бельгии. В американских трамваях используются либо опоры для тележек , либо однорычажные пантографы.
Большинство систем скоростного транспорта питаются от третьего рельса , но в некоторых используются пантографы, особенно те, которые предполагают обширное наземное движение. Большинство гибридных линий метро или трамвая перед метро, маршруты которых включают в себя пути на городских улицах или в других общедоступных местах, такие как (ранее) линия 51 амстердамского метро , зеленая линия MBTA , RTA Rapid Transit в Кливленде, Франкфурте . Am Main U-Bahn и метро Muni Сан-Франциско используют воздушный провод, поскольку стандартный третий рельс будет препятствовать уличному движению и представлять слишком большой риск поражения электрическим током.
Среди различных исключений - несколько трамвайных систем, например, в Бордо , Анже , Реймсе и Дубае , которые используют запатентованную подземную систему, разработанную Alstom , под названием APS , которая подает энергию только на те сегменты пути, которые полностью покрыты трамваем. Эта система изначально была разработана для использования в историческом центре Бордо, поскольку система воздушных проводов могла вызвать визуальное вторжение. Подобные системы, позволяющие избежать воздушных линий связи, были разработаны компаниями Bombardier , AnsaldoBreda , CAF и другими. Они могут состоять из физической наземной инфраструктуры или использовать энергию, накопленную в аккумуляторных блоках , для перемещения на короткие расстояния без воздушной проводки.
Верхние пантографы иногда используются в качестве альтернативы третьим рельсам, поскольку в определенных зимних погодных условиях третьи рельсы могут обледенеть. Синяя линия MBTA использует мощность пантографа на всем участке своего маршрута, который проходит по поверхности, при этом переключаясь на мощность третьего рельса перед входом в подземную часть своего маршрута. Все системы метро Сиднея , Мадрида , Барселоны , Шанхая , Гонконга , Сеула , Кобе , Фукуока , Сендай , Джайпура , Ченнаи , Мумбаи и Дели используют воздушную проводку и пантографы (а также некоторые линии метрополитена в Пекине , Чунцине) . Нойда , Хайдарабад , Джакарта , Токио , Осака , Нагоя , Сингапур , Саппоро , Будапешт и Мехико ) . Пантографы также использовались на линиях скоростного транспорта компании Nord-Sud в Париже, пока другая операционная компания того времени, Compagnie du chemin defer métropolitain de Paris , не выкупила компанию и не заменила всю воздушную проводку стандартной системой третьего рельса, используемой на другие линии.
Многие железнодорожные линии используют как третий рельс, так и воздушные коллекторы на разных участках своих маршрутов, как правило, по историческим причинам. К ним относятся линия Северного Лондона и линия Западного Лондона лондонского надземного метро , Северная городская линия Грейт -Норт , три из пяти линий сети метро Роттердама , линия Нью-Хейвен компании Metro-North Railroad и Желтая линия Управления транзитного транспорта Чикаго. . В этом последнем случае верхняя часть представляла собой остаток высокоскоростного маршрута Скоки-Вэлли компании Chicago North Shore и Milwaukee Railroad [14] и была единственной линией во всей системе метро Чикаго, где использовалась коллекция пантографов любой длины. Таким образом, для линии требовались вагоны с пантографами, а также башмаками третьего рельса, а поскольку воздушные пути составляли очень небольшую часть системы, только несколько вагонов могли быть оборудованы таким образом. Переключение произошло на железнодорожном переезде в Ист-Прери, бывшем месте станции Кроуфорд-Ист-Прери . Здесь поезда, направляющиеся в Демпстер-Скоки, поднимали свои пантографы, а поезда, направлявшиеся в Ховард, опускали свои, причем в обоих случаях это происходило на скорости. В 2005 году из-за высокой стоимости и особых потребностей в техническом обслуживании того, что представляло собой лишь очень небольшую часть системы, воздушная система была удалена и заменена той же третьей шиной питания, которая использовалась во всей остальной части системы, что позволило использовать все На линии будут работать чикагские вагоны. Все пантографы были сняты с автомобилей, оснащенных Скоки.
До 2010 года линия 1 метро Осло была заменена с третьего рельса на воздушную линию электропередачи на станции Frøen. Из-за большого количества железнодорожных переездов было сочтено трудным установить третий рельс на остальной части однопутной линии старой линии . [15] После 2010 года третьи рельсы использовались несмотря на железнодорожные переезды. Третьи рельсы имеют зазоры, но контактных башмаков два.
В некоторых системах, использующих трехфазное электропитание , локомотивы и силовые вагоны имеют два токоприемника, третья фаза которых обеспечивается ходовыми рельсами. В 1901 году в экспериментальной высокоскоростной установке, еще одной конструкции Вальтера Райхеля из Siemens & Halske, использовались три вертикально установленных воздушных провода с коллекторами, установленными на горизонтально идущих пантографах. [16] [17]
На линиях, где полувагоны загружаются сверху, для обеспечения этого верхняя линия может быть смещена; затем пантографы монтируются под углом к вертикали. [18]
Контакт пантографа с воздушной линией обычно обеспечивается посредством графитового блока . Этот материал проводит электричество, работая как смазка . Поскольку графит хрупкий, куски могут отколоться во время работы. Плохие пантографы могут захватить воздушный провод и порвать его, поэтому существует двустороннее влияние: плохие провода могут повредить пантограф, а плохие пантографы могут повредить провода. Чтобы предотвратить это, можно использовать станцию мониторинга пантографа . На устойчиво высоких скоростях, превышающих 300 км/ч (190 миль в час), трение может привести к нагреву контактной полосы, что, в свою очередь, может вызвать чрезмерное искрение и возможный выход из строя. [19]
В Великобритании пантографы ( Brecknell Willis и Stone Faiveley ) транспортных средств поднимаются под давлением воздуха, а графитовые контактные «углероды» создают воздушную галерею в головке пантографа, которая выпускает воздух, если графитовая полоска теряется, активируя автоматическое опускание. устройство и опустите пантограф, чтобы предотвратить повреждение. В новых электротяговых агрегатах могут использоваться более сложные методы, которые обнаруживают помехи, вызванные искрением в точке контакта при повреждении графитовых полос. На электропоезде не всегда есть два пантографа , но в тех случаях, когда они есть, можно использовать другой, если один из них поврежден; примером такой ситуации может служить Pendolino класса 390 . Задний пантограф относительно направления движения часто используется, чтобы избежать повреждения обоих пантографов в случае запутывания: если использовался передний пантограф, мусор от запутывания может привести к повреждению заднего пантографа, что приведет к выводу из строя как пантографа, так и автомобиля. .
Устройство автоматического опускания (АДД) — предохранительное устройство, автоматически опускающее токоприемник в электропоездах для предотвращения аварий в случае возникновения препятствий или аварийных ситуаций. [20] [21] Он также известен как устройство для опускания пантографа . [22] Устройство автоматического сброса является обязательным для поездов с эксплуатационной скоростью 160 км/ч и выше. В противном случае операторы поездов могут свободно устанавливать эти устройства. Повреждение, которое может привести к падению пантографа, может включать головку ленты, головку пантографа и другие детали. ADD в основном использует пневматическую систему для обнаружения повреждений. Например, сломанная контактная полоска приведет к падению давления в воздушной трубке внутри.
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)