Пантограф — токоприёмное устройство¶

Пантограф — шарнирная складная конструкция, применяемая на электрическом транспорте (электровозах, электропоездах, троллейбусах, трамваях) в качестве токоприёмного устройства, обеспечивающего контакт с контактной проводкой и передачу электрического тягового тока. Название происходит от французского pantographe и буквально означает «всеписец» — по сходству конструкции с прибором для копирования чертежей.

¶Принцип работы

Пантограф устанавливается на крыше подвижного состава и состоит из основания, нижней и верхней шарнирно соединённых рам, а также контактного аппарата (токосъёмной головки) с графитовыми бегунками. В рабочем положении рама выдвигается вверх и прижимает бегунки к контактному проводу с постоянной силой, обычно в пределах 50–120 Н. При изменении высоты провода шарнирная система позволяет головке перемещаться вертикально, сохраняя устойчивый электрический контакт.

Основные функции пантографа:

• забор тока с контактного провода;
• поддержание постоянной силы прижатия;
• гашение колебаний и вибраций, возникающих при движении;
• обеспечение безопасного токосъёма на высоких скоростях.

¶Конструкция

Классический тяговый пантограф включает следующие элементы:

• Основание — жёстко крепится к крыше вагона и несёт приводной механизм.
• Нижняя рама — жёсткая конструкция, передающая подъёмное усилие.
• Верхняя рама — складная часть, на которой смонтирован контактный аппарат.
• Контактный аппарат — горизонтальная траверса с графитовыми бегунками, непосредственно соприкасающаяся с проводом.
• Привод — пневматический или электромеханический механизм подъёма и опускания рамы.

Прижатие осуществляется за счёт сжатого воздуха (в большинстве современных электровозов и электропоездов) или пружин. Пневмопривод предпочтителен тем, что позволяет автоматически опускать пантограф при отсутствии давления в магистрали — при обрыве воздухопровода или разрушении рамы пантограф сбрасывается, предотвращая повреждение контактной сети.

¶Классификация

По конструкции рамы различают:

• Пантографы одноплечного типа — распространены на троллейбусах и трамваях, имеют одну шарнирную раму с токосъёмной головкой.
• Пантографы двуплечного (симметричного) типа — характерны для железнодорожного транспорта, состоят из Z-образной системы рычагов, обеспечивающих вертикальный подъём головки.
• Пантографы полупантографные — промежуточный вариант, применявшийся на ранних моделях электровозов.

По типу токосъёмных элементов выделяют пантографы с угольными (графитовыми) бегунками и пантографы с металлическими (бронзовыми) скользящими контактами. Графитовые бегунки обеспечивают мягкий контакт и меньше изнашивают контактный провод, но имеют ограниченный ресурс и требуют периодической замены.

¶Применение на железнодорожном транспорте

На электровозах и электропоездах пантографы устанавливаются, как правило, попарно — по одному на каждом конце кузова, что обеспечивает резервирование и стабильность токосъёма. При движении по сложным участкам сети (переезд через секционные изоляторы, стрелочные переводы) активным считается один пантограф, второй находится в опущенном положении.

На скоростных электропоездах (например, российском «Сапсане», использующем Siemens Velaro) применяются пантографы, рассчитанные на работу при скоростях до 250 км/ч и выше. Конструкция таких пантографов оптимизирована с учётом аэродинамических нагрузок: при высоких скоростях поток воздуха создаёт значительные подъёмные и боковые силы, которые могут нарушать контакт с проводом.

В России основными производителями пантографов являются предприятия, входящие в состав транспортного машиностроения; среди зарубежных поставщиков выделяются немецкая компания Siemens и польская Pafawag (ныне Faiveley Transport / Wabtec).

¶Применение на городском электротранспорте

На троллейбусах и трамваях пантографы имеют более простую одноплечную конструкцию. Троллейбусный пантограф, как правило, оборудован токоприёмными штангами или скользящими контактными элементами, обеспечивающими одновременный контакт с двумя проводами линии (плюс и минус). На современных троллейбусах с автономным ходом пантограф может складываться при движении на бензиновом или дизельном двигателе.

¶Контактная сеть и взаимодействие

Контактный провод, с которым работает пантограф, подвешивается на опорах с помощью оттяжек и держателей и натягивается с постоянным усилием (обычно 700–1400 Н). Система «пантограф — контактная сеть» проектируется как единый комплекс: параметры натяжения провода, шаг опор и высота подвеса согласуются с динамическими характеристиками пантографа конкретной модели подвижного состава.

¶См. также

• Контактная сеть
• Токоприёмник
• Электровоз
• Троллейбус

¶Источники

• Пантограф // Большая советская энциклопедия
• Пантограф // Железнодорожное дело: Энциклопедия
• Тяговый привод и электрооборудование электропоездов — учебное пособие
• Технические каталоги Siemens Mobility и Wabtec