Контактный столб — это конический цилиндрический столб из дерева или металла , используемый для передачи электроэнергии от «живого» (электрифицированного) воздушного провода к управлению и электродвигателям тяги трамвая или троллейбуса . Это тип токосъёмника . Использование контактного провода в системе токосъёма считается изобретением 1880 года Фрэнка Дж. Спрага [1], но первый рабочий контактный столб был разработан и продемонстрирован Чарльзом Ван Депоэлем осенью 1885 года [2].
Ранняя разработка экспериментального трамвая в Торонто , Онтарио , была построена в 1883 году, разработана Джоном Джозефом Райтом, братом мошенника Уитакера Райта . Хотя Райт, возможно, помогал в установке электрических железных дорог на Канадской национальной выставке (CNE) и даже мог использовать столбовую систему, никаких доказательств этому нет. Точно так же Райт никогда не подавал и не получал патент. [3]
Честь за разработку первого рабочего трамвайного столба приписывается Чарльзу Жозефу Ван Депоэлю , бельгийскому инженеру, который переехал в Соединенные Штаты в 1869 году. Ван Депоэлю провел первую публичную демонстрацию пружинного устройства на временной трамвайной линии, установленной на Промышленной выставке в Торонто (ныне CNE) осенью 1885 года. [2] Первый трамвайный столб Депоэля был «грубым» и не очень надежным, и он вернулся к использованию троллейной системы токосъёма для коммерческой установки на трамвайной системе в Саут-Бенде, штат Индиана, которая открылась 14 ноября 1885 года, и на трамвайной системе в Монтгомери, штат Алабама, в апреле 1886 года. Однако в течение нескольких месяцев Ван Депоэлю перешел на систему троллейных столбов для работы в Монтгомери. [2] Ван Депоэле и его коллега-изобретатель Фрэнк Дж. Спраг «работали над схожими идеями примерно в одно и то же время», [4] и Спраг использовал токосъёмник на электрической трамвайной системе, которую он установил в Ричмонде, штат Вирджиния, в 1888 году, также улучшив конструкцию колёс и столбов трамвайного полюса. Известная как Richmond Union Passenger Railway , эта 12-мильная (19-километровая) система была первой крупномасштабной трамвайной линией в мире, открывшейся с большой помпой 12 февраля 1888 года. [5]
Колесо тележки с канавками использовалось во многих крупных городских системах в 1940-х и 1950-х годах; оно обычно использовалось в системах со «старым» стилем круглого поперечного сечения воздушного провода. Колесо тележки было в лучшем случае проблемным; окружной контакт подшипника с канавками на нижней стороне воздушного провода обеспечивал минимальный электрический контакт и имел тенденцию к чрезмерному образованию дуги , увеличивая износ воздушного провода. Более новый скользящий углеродный башмак тележки обычно использовался с новым рифленым воздушным проводом с поперечным сечением примерно в форме « восьмерки ». Скользящий башмак тележки обеспечивал лучший электрический контакт (с уменьшением искрения), и он значительно снижал износ воздушного провода. Многие системы начали переходить на скользящий башмак тележки в 1920-х годах; Милуоки, Висконсин, переоборудовал свою большую систему в конце 1920-х годов. В Филадельфии трамвайные колеса не устанавливались на оставшиеся трамваи до 1978 года. [ требуется ссылка ] Хотя трамвай с трамвайным колесом может напоминать старинный облик, трамвайный башмак является современным и более практичным, а также экономичным.
Тележечный столб не крепится к воздушному проводу. Столб располагается на подпружиненном основании на крыше транспортного средства, а пружины обеспечивают давление, чтобы колесо или башмак тележки соприкасались с проводом. Если столб сделан из дерева, кабель подает электрический ток вниз к транспортному средству. Металлический столб может использовать такой кабель или сам может быть электрически «живым», требуя изоляции основания от кузова транспортного средства.
В системах с двухсторонними трамвайными вагонами, способными двигаться в обоих направлениях, опору троллейбуса всегда нужно тянуть за вагон, а не толкать, иначе весьма вероятно «отсоединение проводов», что может привести к повреждению воздушных проводов. В конечных пунктах кондуктор должен повернуть опору троллейбуса в правильном направлении, стянув ее с провода либо веревкой, либо шестом, и пронести ее до другого конца. В некоторых случаях предусмотрено два опоры троллейбуса, по одной для каждого направления: в этом случае речь идет о подъеме одной и опускании другой. Поскольку оператор мог поднять опору с одного конца, пока кондуктор опускал другую, это экономило время и было намного проще для кондуктора. Необходимо было позаботиться о том, чтобы сначала поднять опущенную опору, чтобы исключить повреждения, вызванные дугой между опорой и проводом. В США двухполюсная система была наиболее распространенной компоновкой на двухсторонних транспортных средствах. Однако толкание столба (называемое «back-poling» в США или «spear-poling» в Австралии) было довольно распространено там, где трамваи двигались на низкой скорости, например, на конечных станциях «звезда » (также известных как реверсоры) и при заезде задним ходом в депо.
Тележки обычно поднимаются и опускаются вручную с помощью троса с задней части транспортного средства. Трос подается в пружинный механизм катушки, называемый «уловителем тележки» или «извлекателем тележки». Уловитель тележки содержит фиксатор, как в автомобильном плечевом ремне безопасности , который «ловит» трос, чтобы предотвратить взлет столба тележки вверх, если столб отсоединен от провода. Похожий на вид извлекатель (см. фото) добавляет пружинный механизм, который дергает столб вниз, если он должен оторваться от провода, оттягивая его от всех фитингов контактной сети. Уловители обычно используются на трамваях, работающих на более низких скоростях, как в городе, в то время как извлекатели используются на пригородных и междугородных линиях, чтобы ограничить повреждение контактной сети на скорости.
В некоторых старых системах столбы поднимались и опускались с помощью длинного столба с металлическим крюком. Где это было возможно, они могли быть сделаны из бамбука из-за его длины, естественной прямолинейности и прочности в сочетании с его относительно небольшим весом и тем фактом, что он является изолятором. Троллейбусы обычно возили один с транспортным средством, для использования в случае обрыва провода, но трамвайные системы обычно размещали их вдоль маршрута в местах, где столб троллейбуса требовалось развернуть.
Стойки, используемые на троллейбусах, обычно длиннее, чем на трамваях, что позволяет автобусу в полной мере воспользоваться тем преимуществом, что он не ограничен фиксированным маршрутом на улице (рельсами), обеспечивая определенную степень боковой управляемости, что позволяет троллейбусу высаживать пассажиров у обочины.
При использовании на трамвае или троллейбусе (т. е. железнодорожном транспортном средстве) одиночный троллейбусный столб обычно собирает ток с контактного провода, а стальные рельсы на путях действуют как электрический возврат . Чтобы уменьшить электролитическую коррозию подземных труб и металлических конструкций, большинство трамвайных линий работают с проводом, положительным по отношению к рельсам. Троллейбусы , с другой стороны, должны использовать два троллейбусных столба и двойные контактные провода, один полюс и провод для положительного «живого» тока, другой для отрицательного или нейтрального возврата . Трамвайная система в Гаване , Куба , также использовала двухпроводную систему, [6] как и трамвайная система Цинциннати, штат Огайо .
.jpg/1280px-Pantograph_&_trolley_pole_on_Queens_Quay_West_(4417&4433).jpg)
Во всех троллейбусах используются троллейбусные столбы, и поэтому троллейбусные столбы продолжают использоваться во всем мире, где бы ни эксплуатировались троллейбусы (по состоянию на 2011 год — около 315 городов ) [7][обновлять] , и несколько производителей продолжают их выпускать, включая Kiepe , Škoda и Lekov.
Однако на большинстве железнодорожных транспортных средств, использующих контактный провод, контактный столб уступил место токосъемнику или , позднее, пантографу , складному металлическому устройству, которое прижимает широкую контактную пластину к контактному проводу. Хотя он сложнее, чем контактный столб, пантограф имеет то преимущество, что он почти не подвержен распутыванию, более стабилен на высокой скорости и его легче поднимать и опускать автоматически. Кроме того, на двухсторонних трамваях они устраняют необходимость вручную поворачивать контактный столб при смене направления (хотя этот недостаток можно преодолеть в некоторой степени с помощью реверсоров тележки). Использование исключительно пантографов (или токосъемников) также устраняет необходимость в проволочных крестовинах (переключателях в контактной сети), чтобы убедиться, что столб движется в правильном направлении на перекрестках.
Столб трамвая с башмаком на конце проблематичен для более длинных современных трамваев, которые потребляют больше электроэнергии, чем старые трамваи. В Торонто башмак трамвая содержит углеродную вставку для обеспечения электрического контакта с контактным проводом и для опускания башмака, чтобы освободить подвески контактного провода. Углеродные вставки изнашиваются и должны периодически заменяться. Вставки башмака трамвая на современных трамваях Flexity Outlook в Торонто быстро изнашиваются в дождливую погоду, прослужив всего восемь часов вместо ожидаемых одного-двух дней для более коротких старых трамваев. Избыточное потребление тока сокращает срок службы углеродной вставки. Изношенная углеродная вставка повредит контактный провод, остановив трамвайное движение. [8]
Помимо исторических трамвайных линий, очень немногие трамвайные/трамвайные системы во всем мире продолжают использовать троллейбусные столбы на транспортных средствах, используемых в обычных условиях. Среди крупнейших исключений — трамвайные системы Нового Орлеана, Луизиана ; Торонто, Онтарио ; Филадельфии ( линии «Subway-Surface» и маршрут 15 ); Риги, Латвия (однако новые трамваи Škoda в Риге оснащены пантографами); Калькутты (ранее Калькутта), Индия ; и Александрии, Египет . Менее крупные системы, все еще использующие троллейбусные столбы для регулярных перевозок, включают Hong Kong Tramways , систему Daugavpils, Латвия и трамвай Santa Teresa в Рио-де-Жанейро . Система MBTA в Бостоне все еще использует троллейбусные столбы с трамваями PCC, которые она использует для обслуживания высокоскоростной линии Ashmont–Mattapan .
Трамваи или легкорельсовые автомобили, оборудованные пантографами, обычно не могут работать на линиях с контактной проводкой, предназначенной для сбора токосъемных столбов. По этой причине эти системы и некоторые другие по всему миру продолжают использовать контактные столбы, даже на новых трамваях, чтобы избежать трудностей и расходов на модификацию длинных участков существующих контактных проводов для установки пантографов.
Однако Комиссия по транзиту Торонто , в связи с предстоящей заменой своих устаревших вагонов CLRV и ALRV на новые вагоны Flexity Outlook , временно переделала свой верхний источник питания так, чтобы он был совместим как с троллейбусными столбами, так и с пантографами, поскольку вагоны CLRV и ALRV используют только троллейбусные столбы, в то время как парк Flexity оборудован как для троллейбусных столбов, так и для пантографов. [9]
Значительная часть наземной сети Сан-Франциско также рассчитана на работу как с троллейбусными столбами, так и с пантографами, чтобы обеспечить совместимость как с нынешним парком легкорельсового транспорта Muni (только пантографы), так и с историческим парком трамваев Muni (только троллейбусные столбы).
После своего появления троллейбусные столбы и новая электрическая технология, которую они представляли, завораживали писателей своими искрами и мощью, подобными молниям .
В январе 1889 года в Бостоне появились первые электрические трамваи, которые стали настолько популярными и примечательными, что поэт Оливер Уэнделл Холмс сочинил стихотворение о новой технологии трамвайных столбов и искровом контактном башмаке на его вершине: [10]
С тех пор на многих машинах ты увидишь
Простую как мир палку метлы;
На каждой палке верхом ведьма —
Видишь, к ее ноге привязана веревка.
В 1947 году композитор Сэмюэл Барбер написал ставшую теперь классической оркестровую и вокальную пьесу Knoxville: Summer of 1915 , основанную на детских воспоминаниях Джеймса Эйджи . В середине композиции певец упоминает шумный проезжающий трамвай с его надземным столбом и искрами: [11]
Трамвай, поднимающийся с железным стоном;
останавливающийся;
гудя и трогаясь с места, с грохотом;
поднимающийся и снова поднимающий
свой железный нарастающий стон
и плывущий своими золотыми окнами и соломенными сиденьями
мимо, мимо и мимо, а
над ним потрескивает и ругается унылая искра,
словно маленький злобный дух,
преследующий его по следу;