Устройство отбора электрической энергии на поверхности земли с повышенной безопасностью для питания наземных транспортных средств - RU2347690C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к устройству отбора электрической энергии на поверхности земли с удвоенной безопасностью для питания наземных транспортных средств, в частности пассажирских или товарных наземных транспортных средств, пассажирского городского транспорта на пневматических шинах или железнодорожного и тележек для промышленных грузовых операций.

Изобретение предназначается, в частности, для электропитания городских пассажирских транспортных средств с автономной системой управления, с электрической тягой, причем эти транспортные средства могут быть железнодорожного типа или на пневматических шинах. Изобретение, однако, не ограничивается этим предпочтительным применением.

Этот вид транспортных средств с электрическим приводом или тягой относится к классическому типу с энергопитанием через воздушные кабели или воздушные контактные сети с цепной подвеской, расположенные над их ходовыми путями.

Однако современная тенденция, по эстетическим и иным причинам, состоит в стремлении ликвидировать эти воздушные электрифицированные линии и заменить их системами питания на уровне земли или зарытыми в землю.

В связи с этим встает важная проблема безопасности. Действительно, эти транспортные средства требуют для своего питания постоянного тока относительно высокого напряжения, что может оказаться крайне опасным для человека.

Поэтому система отбора электроэнергии с поверхности земли непременно должна быть защищена таким образом, чтобы сделать невозможным своевольный или случайный контакт с питающими проводами и полюсными наконечниками и тем самым обеспечить безопасность пассажиров, пешеходов, других пользователей шоссе или персонала в случае заводской тележки.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать совершенно безопасную систему отбора электроэнергии на поверхности земли, предназначенную для этого типа транспортных средств.

Уже известен, благодаря патенту FR 2.735.728 на имя заявителя, комплекс электропитания и вождения по рельсу на поверхности земли для городских транспортных средств на колесах.

Этот комплекс состоит из вращающейся, поднимаемой направляющей опоры, содержащей пару V-образных направляющих роликов, которая взаимодействует с рельсом на поверхности земли и содержит центральный стержень, используемый роликами в качестве дорожки, и проводов электропитания.

Центральный стержень содержит гибкие элементы покрытия, образующие линейную обшивку пространства, закрывающего провода вне зоны прохождения направляющей опоры, что приводит к мгновенному открытию этой обшивки при прохождении контактных элементов, опирающихся на провода.

Проводящие части этой предшествующей системы электропитания защищены гибкими элементами покрытия, которые локально поднимаются только при прохождении направляющей головки транспортного средства.

Если предлагается изоляция, скрепленная с системой отбора энергии, то это предшествующее устройство не будет вполне безопасным. Действительно, в случае злого умысла или случайно детали под напряжением легко могут быть задеты металлическим предметом, углубившимся под один из гибких элементов покрытия.

С целью обеспечить повышенный уровень безопасности в устройстве отбора электроэнергии от поверхности земли, соответствующем данному изобретению, предусмотрен токосниматель в виде плуга, расположенный на опорной стойке, выполненной как единое целое с транспортным средством, и имеющий на уровне своего нижнего конца проводящие детали, электрически связанные с цепью питания транспортного средства, причем этот токосниматель электрически изолирован от земли и от конструктивных элементов трассы.

С другой стороны, устройство содержит два линейных полюсных наконечника, заглубленных в землю и установленных в двух несущих профилях-держателях, расположенных бок о бок вдоль трассы и поддерживаемых профилированной опорой с практически плоским дном и двумя боковыми стенками.

Согласно существенной характеристике изобретения, каждый из этих держателей установлен по всей своей длине на упругом основании, сближающим его со смежным подобным элементом посредством линейного, упругого сжимающего средства, находящегося между держателем и соответствующей боковой стенкой профилированной опоры.

Прохождение транспортного средства вызывает локальное раздвигание двух держателей нижней частью токоснимателя, и в течение всего хода проводящие части токоснимателя удерживаются в непрерывном электрическом контакте, скользя вдоль линейных полюсных наконечников.

Предпочтительно линейное упругое средство, которое вызывает усилие, сближающее два держателя, представляет собой, во всяком случае, упругую трубчатую деталь, поддающуюся боковому сжатию и расположенную в пространстве, имеющемся между держателем и соответствующей боковой стенкой опоры.

Это упругое средство вызывает сближение двух держателей друг с другом. Тем самым оно обеспечивает хороший контакт между полюсными наконечниками и проводящими частями токоснимателя, когда последний там находится. В отсутствие транспортного средства или на тех участках, где токосниматель отсутствует, эти два держателя сближаются друг с другом до тех пор, пока они не придут в упорный контакт, закрывая тем самым доступ к опасным полюсным элементам.

Отдаленность и защита деталей, находящихся под напряжением, уже обеспечивает первый уровень безопасности.

Для дальнейшего усиления безопасности можно также предусмотреть, чтобы поверхность земли над полюсными элементами была электрически защищена изоляционным покрытием, которое локально открывается при прохождении токоснимателя и затем закрывается.

Таким образом, устройство отбора энергии, соответствующее изобретению, имеет двойной уровень безопасности, делая ее вполне надежной.

Другие характеристики и преимущества изобретения будут показаны в нижеследующем описании, приводимом в качестве примера и с приложением чертежей, где

- фиг.1 представляет собой общий вид в перспективе устройства отбора энергии на поверхности земли, соответствующего изобретению, во время прохождения токоснимателя для варианта с использованием двух направляющих полурельсов,

- фиг.2 - вид, идентичный фиг.1, но без токоснимателя,

- фиг.3 - вид в поперечном разрезе устройства, показанного на фиг.1,

- фиг.4 - общий вид трассы в поперечном разрезе, где пунктиром показано носовое колесо транспортного средства, ведомого своей системой управления с наклонными роликами, опирающимися на направляющий рельс,

- фиг.5 - схематический вид в перспективе участка длины трассы, на котором показана для определенного расстояния деформация защитного стыка и уплотнения между двумя направляющими полурельсами.

Устройство отбора электроэнергии на поверхности земли, соответствующее изобретению, может найти многообразное применение в области транспорта и в области грузовых операций, например, когда тележки с электрическим питанием с поверхности земли циркулируют в цехах, и вообще для рельсового городского транспорта или автотранспорта на пневматических шинах с электропитанием, поступающим с поверхности земли.

Устройство, соответствующее изобретению, монтируется непосредственно на земле или в траншее, вырытой в земле, между двумя рельсами или между двумя направляющими дорожками наземного электрического транспорта.

Его можно установить также в инфраструктуре, заложенной на малой глубине в подготовленную почву, причем эта инфраструктура вытянута в длину, образуя трассу 1, состоящую из двух рельсов или из двух дорожек 2 и 3, по которой перемещаются транспортные средства и которая состоит из двух кессонов 4 и 5, соединенных через определенные интервалы, например регулярные, траверсами, такими как 6. Кессоны 4 и 5 открыты верхней частью для принятия в качестве покрытия накладок, таких как 7, выполненных, например, в виде нервюр или рифленых, образующих в своей последовательности дорожки 2 и 3. В этих кессонах располагаются предпочтительно различные электрические кабели для питания энергией автомобильной тяги, но также устройства безопасности и сигнализации. Эти кабели прокладываются вдоль кессонов и могут из них выходить в определенных местах. Согласно представленному способу реализации, траверсы 6 содержат в центральной верхней части комплекс ведения по земле 8, а в нижней части - через посредство стойки - комплекс отбора энергии 9 с полюсными наконечниками.

Устройство, соответствующее изобретению, состоит из следующих основных компонентов.

Проводящий элемент в виде плуга 10 удерживается изолирующим образом опорой 11, рычагом или иным устройством, установленным посредством шарнира на транспортном средстве, и связан сменяемым образом, например через соединитель, с зажимом электрической связи с цепью питания электрического источника движущей силы транспортного средства. Эта техническая характеристика электрического ответвления не представлена на чертежах.

Этот плуг 10 составляет главный элемент отбора электрической энергии при движении, вследствие своего непрерывного электрического контакта с полюсными наконечниками во время хода транспорта. Поэтому ниже он будет именоваться токоснимателем.

Для выполнения этой функции часть токоснимателя, например основание этого элемента или его нижний край, сообразованы или подогнаны так, чтобы осуществить непрерывный скользящий контакт вдоль полюсных наконечников, вставленных сзади в линейные, гибкие профилированные держатели, которые раздвигаются при прохождении токоснимателя и упираются боковыми сторонами друг против друга после его прохождения под действием линейных, упругих сжимающих средств.

Более конкретно, согласно представленному предпочтительному способу реализации, токосниматель 10 выполнен в виде вертикальной тонкой пластинки 12, которая имеет достаточную толщину, чтобы обеспечить хорошую механическую прочность, но остается гибкой, образуя заднее плоское ребро 13 и переднее ребро со скошенными краями 14. Токосниматель 10 должен, однако, иметь достаточную гибкость, чтобы противостоять возможным движениям боковой качки и другим случайностям при перемещении транспортного средства.

Форма верхнего края этого токоснимателя 10 зависит от типа электрической и механической связи с опорой 11, находящейся на транспортном средстве. Часть этого токоснимателя, например нижний край, служит для отбора электроэнергии. Его точная форма зависит от формы полюсных наконечников, с которыми он должен быть в непрерывном электрическом контакте во время перемещения транспортного средства.

Опора 11 или ее механическая связь изготовлены или скорректированы таким образом, чтобы токосниматель мог быть поднят.

Согласно неограничительному примеру формы, представленной на чертежах, нижний край является массивным и имеет утолщение в виде продольного блока 15 многоугольного сечения, например, с шестью сторонами или гранями, из которых четыре больших наклонных грани, таких как 16, и две реберных грани 17 и 18 являются проводящими и служат в любом случае плоской поверхностью контакта с одной из линейных и плоских полюсных поверхностей, предназначенных для соприкосновения с полюсными наконечниками или проводниками соответственно 19 и 20 для отбора электрической энергии путем непрерывного скользящего контакта вдоль наконечников.

Полюсные наконечники или проводники 19 и 20 электрически подключены к одной и той же фазе, но могут быть также по отдельности соединены с двумя различными фазами одного и того же источника. Последние воспринимают сложную структуру токоснимателя, согласно которой каждая часть электрически изолирована и связана с отдельным проводящим элементом.

Блок отбора энергии на поверхности земли 9 устройства, соответствующего изобретению, расположен вдоль по линии трассы и удерживается в опорном профиле 21, содержащем через определенные интервалы контакты электропитания с двумя полюсными наконечниками 19 и 20, например, от кабелей, идущих внутри и вдоль кессонов 4 и 5.

Этот опорный профиль 21 имеет, например, как показано на чертежах, форму лотка с плоским дном 22, практически прямоугольного сечения, открытого вверх или частично закрытого. Для снижения опасности аварии этот опорный профиль 21 предпочтительно заглублен в землю на достаточное расстояние от уровня трассы прохождения транспортного средства.

Преимуществом является то, что в стенке днища 22 лотка 21 может быть предусмотрено удаление воды, поступающей в почву путем дренажа.

Полюсные наконечники 19 и 20, связанные с одной или разными фазами, выполнены, например, в соответствии с проводящими шинами, каждая из которых расположена в канавке несущего профиля, соответственно 23 и 24, идущего вдоль лотковой опоры 21. Каждая из проводящих шин, расположенных в канавках несущих профилей, находится позади смежной грани их ребер. Эти несущие профили установлены свободно в лотковой опоре 21 и могут быть поэтому оттуда изъяты сбоку по дну.

Эти профилированные держатели 23 и 24 представляют собой линейные профилированные блоки из изолирующего материала, например, квадратного или прямоугольного сечения, занимающие преобладающую часть внутреннего пространства лоткового профиля 21 между двумя боковыми стенками, ограничивающими его внутреннее пространство.

В этом внутреннем пространстве лотка, между каждым держателем 23 и 24 и смежной боковой стенкой находится профиль 25 или 26 упругого возврата при сближении держателей, например полый трубчатый профиль из эластомера или иного эквивалентного материала, который может подвергаться локальному сплющиванию или локальному боковому сжатию, производя в виде реакции при возврате боковое усилие и осуществляя упругий возврат сближения двух несущих профилей 23 и 24, расположенных бок о бок, до упора в грани противоположного ребра.

Разумеется, подходят и другие средства упругого возврата, например точечные средства, расположенные через регулярные интервалы, из пластмассы, или на пружинах, или иные способы.

В случае транспортного средства на пневматических шинах управление осуществляется управляющим комплексом на поверхности земли 8, например, с помощью центрального направляющего монорельса.

По соображениям дополнительной безопасности и герметичности комплекс ведения по поверхности земли или только блок отбора энергии от поверхности земли - в случае транспортного средства без направляющих или направляемого иным способом - будет снова покрыт постоянной защитой 28, которая открывается токоснимателем или иным способом, например блоком ведения транспортного средства, и снова закрывается после прохождения токоснимателя им самим или другим средством. Эта постоянная защита 28 на поверхности земли, образующая герметичное покрытие, должна, тем не менее, быть достаточно прочной, чтобы выдержать, не открываясь и не ослабляясь, вес любого транспортного средства, например, в случае пересечения путей.

Эта защита на земле 28 может быть реализована, например, в виде двух линейных заслонок или лопастей, с последующим покрытием или без него в средней части. Преимуществом является то, что эти заслонки или лопасти могут открываться под действием передней части токоснимателя и снова закрываться до упора простым действием упругого возврата при заходе за упор.

Эта постоянная защита на поверхности земли 28 придает также герметичность по отношению к прониканию воды на электрические контакты.

В случае любого транспортного средства, направляемого или нет, но иного, чем автомобиль на пневматических шинах, ведомый по центральному монорельсу, например железнодорожный транспорт, комплекс ведения по земле монорельсом упраздняется. В этом случае постоянную защиту 28 осуществит блок отбора энергии на поверхности земли или погруженный в землю.

В том случае, когда способ реализации включает в себя комплекс ведения по поверхности земли 8, то именно этот комплекс ведения 8 покрывается постоянной защитой 28.

Можно предусмотреть дополнительное преимущество, состоящее в том, что верхняя поверхность несущего профиля содержит изоляционное покрытие, которое открывается при прохождении токоснимателя.

Из приведенного описания очевидным образом вытекает функционирование безопасной системы отбора электроэнергии, соответствующее изобретению.

В отсутствие транспортного средства профили упругого возврата сближают два держателя 23 и 24 до касания граней противоположных ребер, запрещая тем самым доступ к полюсным наконечникам 19 и 20, находящимся под напряжением. При наличии транспортного средства постоянная защита 28 находится в закрытом положении, обеспечивая тем самым дополнительный уровень безопасности.

При прохождении транспортного средства токосниматель 10 или другое средство, предшествующее ему, автоматически открывает постоянную защиту на земле 28 и локально раздвигает два профилированных держателя 23 и 24 по мере движения транспортного средства, так чтобы сохранялся непрерывный электрический контакт с полюсными наконечниками 19 и 20. Проводящие части токоснимателя 10 удерживаются постоянно в электрическом контакте, скользя вдоль этих линейных полюсных наконечников, благодаря усилию сближения, оказываемому профилями 25 и 26 упругого возврата.

После прохождения транспортного средства постоянная защита на поверхности земли 28 снова закрывается, и профили 25 и 26 упругого возврата отталкивают держатели 23 и 24 до перекрытия внутреннего пространства лотка 21.

В рамках нормального функционирования транспортного средства система отбора электроэнергии от поверхности земли, соответствующая изобретению, предусматривает, что токосниматель 10 находится в положении в начале линии и выходит из нее только в конце линии. Однако система является достаточно гибкой и предоставляет достаточный зазор, чтобы извлечь токосниматель на любом участке пути, поднимая его, например, в случае аварии или отключения предохранительного устройства транспортного средства.

Описанные выше средства могут меняться по форме, не выходя за рамки изобретения.

Так, например, блок отбора энергии 9 находится в лотке 21, открытом вверх, но лоток может быть также почти полностью закрыт наглухо или с помощью съемных обтюраторов, оставляя только центральную щель для прохода токоснимателя 10, как это видно на чертежах.

В случае применения системы отбора энергии, соответствующей изобретению, на управляемом автомобиле и на шинах городского транспорта посредством центрального направляющего рельса опорный профиль 21 нижнего блока отбора 9 будет предпочтительно заглублен в землю под центральный направляющий рельс, а токосниматель 10 будет в этом случае находиться на блоке управления транспортным средством.

Устройство отбора энергии на поверхности земли, соответствующее изобретению, может быть объединено с управляющим комплексом на поверхности земли, но также с комплексом, направляемым монорельсом, для электропитания транспортного средства, ведомого иным способом.

Устройство отбора энергии на поверхности земли, соответствующее изобретению, представлено в сочетании с направляющим элементом на поверхности земли, способ реализации которого, представленный на чертежах 1 и 2, состоит в наличии направляющего профиля, образованного из двух направляющих полурельсов 29 и 30, идентичных и симметричных, расположенных бок о бок и отстоящих друг от друга в поперечном направлении на расстояние, достаточное, чтобы оставить свободный объем для прохождения токоснимателя 10 без риска электрического контакта с одним из двух полурельсов 29 и 30.

Поскольку два полурельса 29 и 30 идентичны, достаточно описать один из них. Согласно представленному варианту, каждый полурельс 29 или 30 представляет собой профиль, имеющий в целом U-образную форму поперечного сечения, состоящую из стойки рельса 31, заканчивающуюся кверху изгибом рельса 32, основания 33 и обратного продольного звена вверх, образующего боковую стенку 34, которая заканчивается верхней закраиной 35, обращенной внутрь. Стойка рельса 31 состоит из утолщенного вертикального ребра 36 и головки 37, имеющей в разрезе форму крюка. Пространство между утолщенным ребром 36 и соответствующей боковой стенкой 34 занято гибким заполнителем 38 в виде полого трубчатого элемента, вставленного между этими стенками, и верхней закраиной 35, направленной внутрь.

Направляющий рельс крепится к каждой траверсе 6, например, болтами.

Более конкретно, изгиб рельса 32 состоит с наружной стороны из линейного выступа, образованного направляющей дорожкой 39, по которой катится своей несущей поверхностью один из двух роликов 40 и 41 (фиг.1, 3 и 4) направляющего блока транспортного средства, причем эта дорожка загнута вниз наклонным ребром 43, а с другой стороны - плоским горизонтальным ребром 44. С внутренней стороны изгиб имеет особенности. Он состоит из плоского, горизонтального концевого ребра 45 и перпендикулярного ребра с выточкой посредине 46. Эта форма составляет приемную поверхность сложного линейного профиля между рельсами 47, образующего в этом варианте постоянное покрытие на поверхности земли 28. Этот составной профиль 47 разделен на два горизонтальных профиля 48 и 49, идентичных и симметричных, которые приподнимаются при прохождении токоснимателя 10, как показано на фиг.1. Два профиля 48 и 49 располагаются на плоскости, бок о бок и с опорой на горизонтальное концевое ребро 45 головки 37 соответствующего полурельса 29 и 30, как показано на фиг.2. Каждый профиль 48 и 49 имеет полый трубчатый объем вблизи смежных краев, что придает ему некоторую податливость по отношению к деформации. Противоположный край состоит из продольного язычка 50 и верхней накладки 51, как показано на фиг.1 и 2. Продольный язычок 50 входит в соприкосновение со средней приемной горловиной 46 соответствующего полурельса 29 и 30 и верхней накладкой 51 на верхнем плоском горизонтальном ребре соответствующего полурельса 29 или 30. Такое сочетание форм, служащее для упругости профилей 48 и 49, составляет функциональный эквивалент шарнира, позволяющий каждому профилю 48 или 49 локально приподниматься при прохождении токоснимателя 10, используя деформацию каждого профиля на уровне его язычка 50 и его продольной накладки 51 поблизости от токоснимателя 10, как показано на фиг.1, и снова закрываться за токоснимателем под действием упругого возврата.

Реферат

Устройство для отбора электрической энергии состоит из токоснимателя в форме плуга (10), рычага для удержания токоснимателя на раме транспортного средства, устройства для подъема токоснимателя и устройства для электрической связи с цепью питания транспортного средства. Токосниматель (10) электрически изолирован по отношению к земле и трассе. Одна его часть разделяет два профилированных держателя (23) и (24), расположенных бок о бок и удерживаемых опорой. Проводящие элементы нижнего конца токоснимателя удерживаются в электрическом контакте, скользя вдоль наконечников токоведущих частей (19) и (20), связанных с каждым из держателей (23) и (24), при этом каждый держатель установлен с упругим возвратом. Технический результат заключается в повышении надежности и безопасности при эксплуатации транспортного средства. 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула