Pantograf (transport) - Pantograph (transport)
Pantograf (lub „ pan ” lub „ panto ”) to urządzenie montowane na dachu elektrycznego pociągu , tramwaju lub elektrycznego autobusu , aby zebrać siły poprzez kontakt z linii napowietrznej . (Z kolei autobusy i pociągi elektryczne na baterie są ładowane na stacjach ładowania ). Pantograf jest popularnym rodzajem odbieraków prądu . Zazwyczaj stosuje się pojedynczy lub podwójny przewód, z prądem powrotnym przepływającym przez szyny . Termin wywodzi się z podobieństwa niektórych stylów do mechanicznych pantografów służy do kopiowania pisma ręcznego i rysunków.
Wynalazek
Pantograf z wymienną, grafitową nakładką stykową o niskim współczynniku tarcia lub „butą” w celu zminimalizowania naprężeń bocznych na przewodzie jezdnym pojawił się po raz pierwszy pod koniec XIX wieku. Wczesne wersje obejmują kolektor dziobowy, wynaleziony w 1889 roku przez Waltera Reichela, głównego inżyniera w Siemens & Halske w Niemczech oraz płaski pantograf ślizgowy użyty po raz pierwszy w 1895 roku przez Baltimore and Ohio Railroad
Znany pantograf rolkowy w kształcie rombu został opracowany i opatentowany przez Johna Q. Browna ze sklepów Key System dla ich pociągów podmiejskich, które kursowały między San Francisco a częścią East Bay w San Francisco Bay Area w Kalifornii . Pojawiają się one na fotografiach pierwszego dnia służby, 26 października 1903 r. Przez wiele następnych dziesięcioleci ten sam kształt diamentu był używany przez elektryczne systemy kolejowe na całym świecie i jest używany przez niektórych do dziś.
Pantograf był ulepszeniem prostego słupa trolejbusowego , który do tej pory panował, przede wszystkim dlatego, że pantograf pozwala na poruszanie się pojazdu szynowego z dużo większymi prędkościami bez utraty kontaktu z liniami napowietrznymi, np. z powodu okablowania słupa trolejbusu. .
Niezależnie od tego, w pojazdach Electroliner Chicago North Shore i Milwaukee Railroad , znanych również jako North Shore Line, z powodzeniem zastosowano odbiór prądu z biegunów trolejbusowych z prędkością do 140 km/h (140 km/h) .
Nowoczesne zastosowanie
Najpopularniejszym typem pantografu jest obecnie tak zwany półpantograf (czasami w kształcie litery „Z”), który ewoluował, aby zapewnić bardziej kompaktową i responsywną konstrukcję z jednym ramieniem przy dużych prędkościach w miarę przyspieszania pociągów. Louis Faiveley wynalazł ten typ pantografu w 1955 roku. Półpantograf można zobaczyć w użyciu we wszystkim, od bardzo szybkich pociągów (takich jak TGV ) po systemy tramwajów miejskich o małej prędkości. Konstrukcja działa z równą wydajnością w obu kierunkach, czego dowodzą koleje szwajcarskie i austriackie, których najnowsze lokomotywy o wysokich osiągach, Re 460 i Taurus , pracują z nimi ustawionymi w przeciwnym kierunku. W Europie geometrię i kształt pantografów określa CENELEC , Europejski Komitet Normalizacyjny Elektrotechniki.
Szczegóły techniczne
Elektryczny system transmisji dla nowoczesnych szynowych elektryczny system składa się z górnej, wagowo prowadzenia drutu (znany jako trakcyjnej ), z której jest zawieszony przewodu jezdnego. Pantograf jest obciążony sprężyną i popycha klocek stykowy pod spodem przewodu jezdnego, aby pobrać prąd potrzebny do prowadzenia pociągu. Stalowe szyny torów pełnią funkcję elektrycznego powrotu . Gdy pociąg się porusza, stopka stykowa ślizga się po przewodzie i może wytwarzać w przewodach fale stojące, które przerywają styk i pogarszają odbiór prądu. Oznacza to, że w niektórych systemach sąsiednie pantografy nie są dozwolone.
Pantografy są następcą technologii słupów trolejbusowych , które były szeroko stosowane we wczesnych systemach tramwajowych. Słupy do trolejbusów są nadal używane przez trolejbusy , których swoboda poruszania się i potrzeba obwodu dwuprzewodowego sprawia, że pantografy są niepraktyczne, oraz niektóre sieci tramwajowe, takie jak system tramwajowy Toronto , które mają częste zakręty na tyle ostre, że wymagają dodatkowej swobody ruchu w ich bieżący pobór w celu zapewnienia nieprzerwanego kontaktu. Jednak wiele z tych sieci, w tym Toronto, przechodzi modernizację w celu dostosowania do obsługi pantografów.
Pantografy z przewodami napowietrznymi są obecnie dominującą formą odbioru prądu w nowoczesnych pociągach elektrycznych, ponieważ chociaż są bardziej kruche niż system trzeciej szyny , umożliwiają stosowanie wyższych napięć.
Pantografy są zazwyczaj zasilane sprężonym powietrzem z układu hamulcowego pojazdu, aby podnieść jednostkę i przytrzymać ją przy przewodzie lub, gdy do wydłużenia stosowane są sprężyny, aby ją obniżyć. Jako zabezpieczenie przed utratą ciśnienia w drugim przypadku ramię jest utrzymywane w dolnym położeniu za pomocą zaczepu. W przypadku systemów wysokonapięciowych ten sam dopływ powietrza jest używany do „zdmuchnięcia” łuku elektrycznego, gdy stosowane są wyłączniki montowane na dachu .
Pantografy pojedyncze i podwójne
.JPG)
.jpg)
Pantografy mogą mieć ramię pojedyncze lub podwójne. Pantografy dwuramienne są zwykle cięższe i wymagają większej mocy przy podnoszeniu i opuszczaniu, ale mogą być również bardziej odporne na uszkodzenia.
Na kolejach byłego ZSRR najczęściej stosowane są pantografy dwuramienne („zrobione z dwóch rombów”), ale od końca lat 90. na kolejach rosyjskich pojawiły się pantografy jednoramienne. Niektóre tramwaje wykorzystują pantografy dwuramienne, m.in. rosyjski KTM-5, KTM-8, LVS-86 i wiele innych produkowanych w Rosji tramwajów, a także niektóre tramwaje Euro-PCC w Belgii. Amerykańskie tramwaje wykorzystują albo drążki do trolejbusów, albo pantografy jednoramienne.
Systemy metra i linie napowietrzne
Większość systemów szybkiego transportu jest zasilana przez trzecią szynę , ale niektóre wykorzystują pantografy, szczególnie te, które wymagają rozległego poruszania się po ziemi. Większość hybrydowych linii metra lub linii „przed metrem”, których trasy obejmują tory na ulicach miasta lub w innych publicznie dostępnych obszarach, takich jak linia 51 metra w Amsterdamie , zielona linia MBTA , RTA Rapid Transit w Cleveland we Frankfurcie nad Menem -Bahn i Muni Metro w San Francisco używają napowietrznych przewodów, ponieważ standardowa trzecia szyna utrudniałaby ruch uliczny i stanowiłaby zbyt duże ryzyko porażenia prądem.
Wśród różnych wyjątków jest kilka systemów tramwajowych, takich jak te w Bordeaux , Angers , Reims i Dubaju, które korzystają z opracowanego przez Alstom systemu podziemnego o nazwie APS , który zasila tylko te fragmenty torów, które są całkowicie pokryte przez tramwaj. Ten system został pierwotnie zaprojektowany do użytku w historycznym centrum Bordeaux, ponieważ napowietrzny system przewodowy powodowałby wizualne wtargnięcie. Podobne systemy, które unikają linii napowietrznych, zostały opracowane przez Bombardier , AnsaldoBreda , CAF i inne. Mogą one składać się z fizycznej infrastruktury na poziomie gruntu lub wykorzystywać energię zmagazynowaną w zestawach akumulatorów do podróżowania na krótkich dystansach bez okablowania napowietrznego.
Pantografy podwieszane są czasami używane jako alternatywa dla trzeciej szyny, ponieważ trzecia szyna może oblodzić w pewnych zimowych warunkach pogodowych. MBTA niebieska linia pobierania energii pantografu na całym odcinku jego drogi, która biegnie w kierunku powierzchni wody podczas włączania do potęgi trzeciej szyny przed wejściem do podziemnych części swojej drogi. Całe systemy metra w Sydney , Madrycie , Barcelonie , Szanghaju , Hongkongu , Seulu , Kobe , Fukuoce , Sendai , Jaipur , Chennai , Bombaju i Delhi wykorzystują napowietrzne przewody i pantografy (a także niektóre linie metra w Pekinie , Chongqing , Noida , Hyderabad , Dżakarta , Tokio , Osaka , Nagoya , Singapur , Sapporo , Budapeszt i Meksyk ). Pantografy były również używane na liniach szybkiego tranzytu Nord-Sud Company w Paryżu, dopóki inna firma działająca w tym czasie, Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris , wykupiła firmę i zastąpiła całe okablowanie napowietrzne standardowym systemem trzeciej szyny używanym na inne linie.
Liczne linie kolejowe wykorzystują zarówno trzecią szynę, jak i napowietrzną energię elektryczną na różnych odcinkach swoich tras, zazwyczaj ze względów historycznych. Obejmują one linię północnym Londynie i linii zachodniego Londynu z London Overground , w Northern City Line of Great Northern , trzy z pięciu linii w Rotterdam metra sieci, Metro-North Railroad New Haven linii , a Chicago Transit Authority „s linia żółta . W tym ostatnim przypadku górna część była pozostałością szybkiej kolei Skokie Valley Route w Chicago North Shore i Milwaukee Railroad i była jedyną linią w całym systemie metra w Chicago, która wykorzystywała kolekcję pantografów na dowolnej długości. W związku z tym linia wymagała wagonów wyposażonych w pantografy, a także podpory trzeciej szyny, a ponieważ górna część stanowiła bardzo małą część systemu, tylko kilka wagonów byłoby tak wyposażonych. Zmiana nastąpiła na przejeździe kolejowym w East Prairie, dawnym miejscu stacji Crawford-East Prairie . Tutaj pociągi jadące do Dempster-Skokie podnosiły pantografy, podczas gdy te jadące do Howarda opuszczały swoje, robiąc to z dużą prędkością w obu przypadkach. W 2005 r., ze względu na koszty i wyjątkowe potrzeby konserwacyjne dla tego, co stanowiło tylko niewielką część systemu, system napowietrzny został usunięty i zastąpiony tą samą mocą z trzeciej szyny, która była używana w pozostałej części systemu, co pozwoliło na wszystkie Wagony z Chicago mają działać na linii. Wszystkie pantografy zostały usunięte z samochodów wyposażonych w Skokie.
W 2010 roku linia 1 metra w Oslo zmieniła zasilanie z trzeciej szyny na linię napowietrzną na stacji Frøen. Ze względu na wiele przejazdów kolejowych uznano, że trudno jest zainstalować trzecią szynę na pozostałej części pojedynczego toru starszej linii . Po 2010 r. mimo przejazdów kolejowych wykorzystano trzecie tory. Trzecie szyny mają szczeliny, ale są dwie ślizgacze.
Zasilanie trójfazowe
W niektórych systemach wykorzystujących zasilanie trójfazowe lokomotywy i wagony silnikowe mają dwa pantografy z obwodem trzeciej fazy zapewnianym przez szyny jezdne. W 1901 eksperymentalna szybka instalacja, kolejny projekt Waltera Reichela w Siemens & Halske, wykorzystywała trzy pionowo zamontowane napowietrzne przewody z kolektorami zamontowanymi na poziomo wysuwanych pantografach.
Pochylone pantografy
Na liniach, na których otwarte wagony są ładowane od góry, linia napowietrzna może być odsunięta, aby to umożliwić; pantografy są następnie montowane pod kątem do pionu.
Słabości
Kontakt między pantografem a linią napowietrzną jest zwykle zapewniony przez blok grafitu . Materiał ten przewodzi prąd działając jako smar . Ponieważ grafit jest kruchy, kawałki mogą odłamywać się podczas pracy. Złe pantografy mogą zakleszczyć przewód napowietrzny i zerwać go, więc istnieje dwukierunkowy wpływ, w którym złe przewody mogą uszkodzić pantograf, a złe pantografy mogą uszkodzić przewody. Aby temu zapobiec, można zastosować stację monitorującą pantograf . Przy stałych wysokich prędkościach (powyżej 300 kilometrów na godzinę (190 mph)) tarcie może spowodować, że listwa stykowa nagrzewa się do czerwoności, co z kolei może powodować nadmierne wyładowania łukowe i w końcu awarię.
W Wielkiej Brytanii pantografy ( Brecknell Willis , Stone Faiveley itp.) pojazdów są podnoszone przez ciśnienie powietrza, a „węgle” styku grafitu tworzą w ślizgaczu pantografu galerię powietrza, która uwalnia powietrze w przypadku utraty paska grafitu, aktywując automatyczne urządzenie opuszczające i opuszczanie pantografu, aby zapobiec uszkodzeniom. Nowsze elektryczne zespoły trakcyjne mogą wykorzystywać bardziej wyrafinowane metody wykrywania zaburzeń spowodowanych wyładowaniem łukowym w miejscu styku w przypadku uszkodzenia pasów grafitu. Na elektrycznym zespole trakcyjnym nie zawsze znajdują się dwa pantografy , ale w przypadku, gdy są, można użyć drugiego, jeśli jeden jest uszkodzony; przykładem takiej sytuacji może być British Rail Class 390 . Tylny pantograf w odniesieniu do kierunku jazdy jest często używany, aby uniknąć uszkodzenia obu pantografów w przypadku zaplątania: jeśli zastosowano przedni pantograf, zanieczyszczenia z zaplątania mogłyby spowodować uszkodzenie tylnego pantografu, uniemożliwiając działanie zarówno pantografów, jak i pojazdu .