Железяки электропоезда. Токоприёмник.⁠⁠

Начинаю цикл постов об оборудовании электропоезда серии ЭР и производных (ЭР2, ЭР9, ЭД и т.п.). Думаю, многим будет интересно узнать, как работают некоторые устройства и машины, но не со страниц учебников, где всё написано скучным техническим языком, а с моих слов, машиниста электропоезда.
Начну с самого верха.))

На крыше моторного вагона электропоезда находится токоприёмник. Его ещё иногда называют пантографом. На жд-сленге - рога, оглобли, лыжи. Токоприёмники бывают разных модификаций, я же рассмотрю Л-13-У1, который и стоит на упомянутых мной поездах. Вот он на фото:

А также картинка с обозначениями его элементов, чтобы вы поняли текст снизу:

Начну с рашифровки:

Л - лёгкий. У этого токоприёмника только один полоз (18), так как он передаёт относительно небольшой ток (до 1200 А). У грузовых электровозов постоянного тока через токоприёмник могут проходить токи куда больших величин, и одного полоза уже недостаточно, поэтому на таком подвижном составе применяются токоприёмники с двумя полозами, они называются "тяжёлыми" и имеют в маркировке букву Т. К слову, по массе "лёгкие" и "тяжёлые" токоприёмники  особо не отличаются.

13 - номер серии.
У - угольные вставки (19). Они стоят на полозе и непосредственно контактируют с контактной сетью (далее - КС). Бывают ещё вставки медные, тогда будет буква М. Некоторые считают, что буква У обозначает "унифицированный", так как этот токоприёмник может устанавливаться на любые виды локомотивов и МВПС благодаря регулирующимся кронштейнам (4), но это не так.)

1 - номер модификации.

****

Токоприёмник кажется простым механизмом. Ну а чё там, поднимай-опускай, что с него взять? Но ничего подобного, это довольно сложное устройство, которое должно удовлетворять нескольким требованиям, иногда взаимоисключающим:
- аэродинамичность. Токоприёмник не должен опускаться от набегающего потока воздуха, как и не должен подниматься, если опущен. На его работу в идеале воздух вообще не должен влиять.
- определённое нажатие на КС. Оно не должно быть слишком слабым - тогда полоз при движении электропоезда будет отрываться от провода КС и тянуть дугу. Но и не должно быть слишком сильным - тогда токоприёмник будет приподнимать КС, что может привести даже к её обрыву.

- токоприёмник при подъёме должен быстро отрываться от основания, но медленно подходить к КС, а при опускании - наоборот, быстро отрываться от КС, но медленно садиться на основание. Если токоприёмник будет быстро подниматься к проводу - он будет его подбрасывать, что негативно скажется на контакт (потянет дугу) и может повредить КС. При опускании также возникает дуга, и если полоз будет опускаться медленно - она будет повреждать вставки токоприёмника и провод КС, создавая неиллюзорную вероятность пережога и разрыва КС. Но на основание он должен садиться медленно, дабы не повредиться.

Как это работает?
У токоприёмника пневматический привод. На рисунке почему-то не обозначен цифрой пневмоцилиндр, к которому идут тяги (14), но, думаю, вы поймёте и так. Внутри цилиндра находятся опускающие пружины. А на самом токоприёмнике стоят подъёмные пружины (3). Пружины подсоединены таким образом, что подъёмные пытаются поднять пантограф, а опускающие - наоборот, опустить. Этакий постоянный армрестлинг.) Но опускающие пружины "сильнее" подъёмных, поэтому токоприёмник без воздуха как бы прижат к основанию их усилием. Особенность состоит в том, что воздух напрямую пантограф не поднимает. Он подаётся в цилиндр и сжимает опускающие пружины, тем самым как бы помогая подъёмным "выиграть" борьбу за токоприёмник, и он поднимается под их усилием. Пружина при разжатии имеет неравномерную динамику: по мере того, как она разжимается, её усилие ослабевает. Этим и обеспечивается быстрый подъём токоприёмника в начале и медленный подход полоза к КС.

При опускании пантографа воздух из цилиндра выпускается через клапан токоприёмника таким образом, что при большом давлении, когда цилиндр максимально полон, воздух выпускается большим темпом, и токоприёмник резко отрывается от КС. Но по мере снижения давления клапан перекрывает одно отверстие, оставляя маленькое, и воздух выходит меньшим темпом, медленно усаживая токоприёмник на место.

Поломки.
Токоприёмник - геморройное устройство. 10-20% поломок на электропоезде, приводящих к внеплановым ремонтам и разменам, - это неисправности токоприёмника. Сломать его очень легко. Достаточно поймать какой-нибудь посторонний предмет или элемент контактной сети, попавший в габарит - и пантографа нет. Мало того, поломанный токоприёмник на скорости может не просто сломаться, а "поскакать" по крыше электропоезда, снося на своём пути остальные токоприёмники. В депо было немало случаев, когда электропоезд оставался вообще без пантографов. Благодаря своей лёгкости токоприёмник может оторваться и остаться на КС, как на этом фото:

Когда я работал помощником - мы поймали такой "подарочек", оставленный "чехом" (электровоз ЧС8). На КС висел полоз с распорками, без верхней рамы. Он нам снёс первый токоприёмник, мы успели остальные опустить и применить экстренное. По 25% от оклада нам заплатили, типа премировали за грамотные действия.))
Иногда токоприёмники ломаются хулиганьём, свешивающим с мостов над ЖД посторонние предметы. Например, гирю или кирпич.
Случаи излома токоприёмника могут разбираться на уровне руководства дороги, особенно, если это произошло на пассажирском электровозе/МВПС, и привело к срывам поездов.

Видео, на котором запечатлено, что будет с токоприёмниками при неисправной КС:

Проблема заключается ещё в том, что на электропоездах серии ЭР и производных нет отдельной сигнализации исправности токоприёмника. Например, на электровозе переменного тока при сломанном токоприёмнике на пульте машиниста загорается лишь лампа РН (реле напряжения), которая может гореть при неисправности асинхронного расщепителя фаз (АРФ), что не такая уж и редкость. Машинист думает, что у него просто АРФ не запустился, а на деле он уже без токоприёмника остался. В кривой пути токоприёмники можно увидеть и через зеркало (и то, кроме первого), а в прямой это не предоставляется возможным. Вот и действуешь наугад. Загорелась лампа РН в пути - и молишься, чтобы это был АРФ, а не сломанный токоприёмник.))

Вот такое непростое устройство, этот токоприёмник. Вполне возможно, текст покажется где-то эльфийским, заранее извиняюсь и могу пояснить, если что. Отвечу на вопросы.