Токоприемник служит для электрического соединения контактного провода с электрическим оборудованием электропоезда. К аппарату предъявляются следующие требования:

• величина его контактного нажатия должна быть постоянной и не зависеть от высоты подвески контактного провода;
• токоприемник не должен отрываться от контактного провода;
• износ полоза (угольных вставок) и контактного провода должен быть наименьшим и равномерным;
• конструкция аппарата не должна допускать перегрева ее контактных элементов, подвижные части должны быть по возможности более легкими.

Токоприемники работают в тяжелых эксплуатационных условиях: при сильном ветре, гололеде, низких температурах и т.д. Следовательно, требования к аппаратам очень высоки. Так, подвижная система должна быть достаточно легкой, чтобы во время скольжения полоза по контактному проводу, высота которого постоянно меняется, не происходило бы отрывов. При этом сила нажатия на провод не должна быть меньше определенной величины, чтобы токосъем обеспечивался без искрения и дугообразования. Если она окажется слишком большой, может произойти опасное отжатие контактного провода, что приведет к аварии. Механизм подъема и опускания обязан быть простым и надежным, должна гарантироваться одновременность срабатывания всех токоприемников электропоезда и т.д.

Токоприемник Л-13У (рис. 3.1) состоит из основания 1, закрепленного на крыше моторного вагона на специальных тумбах с пластмассовыми изоляторами. Верхний узел состоит из полоза 5 и двух кареток 6. Полоз изготовлен из оцинкованной листовой стали с загнутыми вниз концами, чтобы не было захлестываний за контактный провод при прохождении токоприемником воздушных стрелок и крестовин контактной сети. На полозе укреплены два (или три) ряда контактных угольных вставок.

Рис. 3.1. Токоприемник Л-13У (д) и его кинематическая схема (б): 1 — основание; 2 — кронштейн; 3 — нижние рамы; 4 — верхние рамы; 5 — полоз; 6 — каретка; 7— подъемные пружины; 8 — пневматический привод (цилиндр); 9, 10 — тяги; 11. 15 — валы; 12 — опускающие пружины; 13, 14 — рычаги

При неровностях контактного провода, т.е. при небольших отклонениях по высоте шарнирный механизм каретки (рис. 3.2) за счет поворота коромысла 6 вокруг оси 7 допускает вращение полоза до 30° в ту или иную сторону, а за счет сжатия пружины 5—вертикальное перемещение полоза вниз до 50 мм, после чего полоз возвращается в нормальное горизонтальное положение. При больших изменениях в высоте контактного провода начинает действовать основной пружинный механизм, перемещающий рамы токоприемника.

Рис. 3.2. Каретка токоприемника: 1 — основание; 2 — валик; 3— серьга; 4 — верхняя планка; 5 — пружина; 6 — коромысло; 7—ось

Механизм подъема и опускания состоит из наружных подъемных пружин 7 (см. рис. 3.1), пневматического цилиндра 8, внутри которого находятся опускающие пружины 12.

Подъемные пружины 7 через рычаги 14 постоянно стремятся повернуть валы 11 навстречу друг другу (как показано на рисунке стрелками). При вращении главных валов 11 поворачиваются и нижние рамы 3, жестко связанные с валами. Полоз вместе с системой рам перемещается вверх и обеспечивает необходимое нажатие на контактный провод. При повороте валов И в противоположные стороны токоприемник опускается. Синхронизирующая тяга 9 и рычаги 13 обеспечивают одновременный поворот главных валов 11 вместе с нижними рамами 3. Для дистанционного управления им имеется пневматический привод. При подаче сжатого воздуха в цилиндр 8 поршни расходятся и сжимают опускающие пружины 12, которые выключаются из работы и через промежуточные валы 15 и тяги 10 освобождают наружные пружины 7, которые сжимаются и поднимают систему на нужную высоту.

Сжатые опускающие пружины 12, расположенные внутри цилиндра 8 привода, через промежуточные валы 15 и тяги 10. сближая поршни, стремятся заставить вращаться главные валы 11 в направлении опускания. Усилие пружин 12 больше, чем пружин 7, поэтому при выходе сжатого воздуха из цилиндра они разворачивают главные валы, и токоприемник опускается.

Таким образом, сила нажатия полоза на контактный провод зависит от соотношения усилий подъемных и опускающих пружин и, разумеется, от давления сжатого воздуха в цилиндре привода.

Высота контактного провода практически не бывает одинаковой. Поэтому при движении электропоезда токоприемники постоянно поднимаются или опускаются. Отметим, что нажатие полоза на провод при подъеме и опускании отличаются, причем его давление при опускании (пассивное) будет больше, чем давление при подъеме (активное). Эта разница объясняется силами трения в шарнирных соединениях. В одном случае сила трения складывается с усилиями подъемных пружин, в другом — вычитается, т.е. разностью давлений при подъеме и опускании определяют состояние шарниров. Если она превышает 20 Н, то следует смазать все шарниры или произвести их ревизию.

Качество регулировки и состояние токоприемника оценивают по его характеристике—зависимости нажатия на провод от высоты подъема. В депо, где имеется достаточная высота контактного провода, после ТО-3 снимают данную характеристику. Закрепив на полозе динамометр, в цилиндр токоприемника подают воздух, и поднимают аппарат. Затем, увеличивая натяжение динамометра, вручную опускают токоприемник и фиксируют силу нажатия на высотах 1900,1500,1000,400 мм. После этого, ослабляя натяжение динамометра, позволяют токоприемнику медленно подниматься, и замеряют силу нажатия в тех же точках. В результате получают две кривые (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Статические характеристики токоприемника: 1 — при подъеме; 2 — при опускании

Нажатие полоза на провод регулируют изменением затяжки подъемных пружин. Для этого их вращают вместе с держателями на регулировочных штырях. Опускающую силу и величину максимального подъема регулируют поворотом тяги пневматического привода (на концах тяги имеется правая и левая резьба). Время подъема и опускания устанавливают специальным винтом на клапане токоприемника, находящегося в шкафу моторного вагона (вращая отверткой винт, изменяют сечение дроссельного отверстия).

Раньше для токосъема на полозе закрепляли винтами съемные медные накладки. В настоящее время их заменили на угольные вставки. Медные накладки не только интенсивно изнашивались сами, но и довольно быстро изнашивали дорогостоящий контактный провод. Так, в сырую погоду токосъем сопровождался сильным характерным шумом (лыжа будто бы «резала» провод). Угольные вставки способствуют наименьшему износу провода, увеличивают срок его службы в несколько раз. Срок службы угольных вставок также значительно больше, чем медных накладок. Однако их большой недостаток в том, что контактное сопротивление в 3—4 раза больше, чем у медных накладок. Это приводит к увеличению потерь мощности в контакте и повышает возможность пережога провода при коротких замыканиях в силовых цепях электропоезда, особенно во время стоянки, при включенном электрическом отоплении, когда происходит местный нагрев провода.

Угольные вставки должны быть надежно закреплены без малейших продольных или поперечных зазоров (люфтов). При износе вставок свыше 13 мм и наличии сколов по ширине более 15 мм и высоте 5 мм их заменяют. Если поперечная трещина вставки (допустима только одна) не ослабляет ее крепление, угольную вставку не меняют. Плавная волнистая рабочая поверхность полоза также не является браковочным признаком. Зазор между вставками не должен превышать 0,8 мм. В случае ослабления крепления вставок подтягивают соответствующие болты, а при необходимости разгибают корытца или подгибают бортовую полосу полоза (рис. 3.4). В табл. 6 приведены некоторые неисправности и способы их устранения.

Рис. 3.4. Полоз токоприемника

Таблица 6. Возможные неисправности токоприемников

Технические данные токоприемников

Номинальный ток, А 
при движении.................................................... 550
во время стоянки................................................ 80
Статическое нажатие, Н 
при подъеме, не менее........................................... 60
при опускании, не более......................................... 90
Максимальная скорость движения, км/ч............................ 140
Максимальная рабочая высота, мм................................. 1900
Минимальная рабочая высота, мм.................................. 400
Опускающа я сила в диапазоне рабочей высоты, Н.................. 120
Разница между нажатиями при одностороннем движении, Н........... 10
Величина трения в шарнирах, не более, Н......................... 20
Время подъема до максимальной высоты, с......................... 7... 10
Время опускания, с.............................................. 3,5...6
Номинальное давление воздуха, ат................................ 5
минимальное..................................................... 3,5
максимальное.................................................... 7,5
Полный ход каретки, мм.......................................... 50
Масса токоприемника, кг......................................... 260