Jednym z najważniejszych elementów w konstrukcji sieci trakcyjnej jest przewód jezdny, który bezpośrednio dostarcza prąd do odbiornika na lokomotywie. Dostarczanie prądu do pojazdu musi być ciągłe i powinno
odbywać się bez przerw. Aby warunek ten był spełniony musi być dobra współpraca przewodu jezdnego z pantografem. Dobra współpraca jest możliwa wtedy gdy zarówno sieć trakcyjna jak i pantograf będą odpowiedniej konstrukcji.
Najlepszym rozwiązanie byłoby, gdyby przewód jezdny był całkowicie sztywny, jednak ten warunek nie jest możliwy. Jedynym punktem sztywnym jest miejsce zawieszenia przewodu jezdnego do konstrukcji wsporczej.
Miejsca podwieszenia przewodu jezdnego do konstrukcji są odległe od siebie. W związku z tym elastyczność przewodu jest uzależniona od odległości miedzy punktami podwieszenia. Powoduje to ruch pionowy odbiornika prądu,
na który działają siły sprężyn unoszące go oraz siły nacisku przewodu jezdnego. Wartość tej siły opisuje poniższy wzór:
Wartość ta zależy od masy wprawianej w ruch oraz od przyspieszenia. Przyspieszenie zależy od różnicy położeń odbieraka oraz od prędkości pojazdu.
Bardzo niekorzystnym zjawiskiem przy współpracy pantografu z siecią jest powstawanie fali wynikającej z bezwładności masy odbieraka. Podczas jazdy ślizgacz unosi przewód jezdny, a w miejscu podwieszenia odrywa się, po czym uderza w niego ponownie.
Powodować to może drgania rezonansowe, które mogą uszkodzić sieć lub odbierak. Poza tym powoduje to nadpalanie przewodu i ślizgacza oraz może być przyczyną mechanicznych odkształceń przewodu i ślizgacza.
Ważnym pojęciem w zagadnieniu współpracy pantografu z przewodem jezdnym jest zwis przewodu, który trzeba możliwie mocno minimalizować, aby uzyskać w miarę dobrą sztywność przewodu jezdnego. Można to uzyskać przez:
- zmniejszanie rozpiętości przęsła, które można uzyskać przez zwiększenie punktów zawieszeń, bez zwiększania ilości konstrukcji wsporczych;
- zmniejszanie masy jednostkowej przewodu, którą można uzyskać zmniejszając przekrój przewodu, lub stosując materiał o większej przewodności. Zmniejszenie przekroju można uzyskać poprzez zwiększenie napięcia roboczego
w sieci, przez co spadnie wartość prądu. Zastosowanie materiału o większej przewodności jest obecnie niemożliwe;
- zwiększanie naprężenia w przewodzie lub zwiększenie siły naciągu. Zwiększenie naprężenia można uzyskać przez zastosowanie domieszki np. miedzi z kadmem, jednak powoduje to straty energii. Zwiększenie siły naciągu można uzyskać przez
zmniejszenie odległości między punktami naprężenia, jednak wtedy zwiększy się ilość tych punktów.
W całej współpracy nie tylko istotna jest elastyczność, ale także zmiany tej elastyczności w różnych punktach zawieszenia, tzw. punktach sztywnych. Zmiany podwieszenia przewodu jezdnego wymuszają ruch pantografu, mogą one być spowodowane:
- zwisami drutu jezdnego między wieszakami;
- elastycznością sieci;
- zmianą wysokości zawieszenia sieci. Ruch odbieraka spowodowany jest działaniem sił:
- naciągu sprężyn;
- oporów ruchu (tarcia);
- bezwładności masy ramy;
- oporu aerodynamicznego.
Siły bezwładności oraz oporu aerodynamicznego zaczynają odgrywać dość ważna rolę przy prędkościach powyżej 120 km/h.
Własności aerodynamiczne każdego odbieraka charakteryzuje wartość masy zredukowanej. Jest ona zależna od masy ślizgacza, masy ramion górnych i dolnych, współczynnika kształtu odbieraka oraz kąta nachylenia ramion górnych i dolnych.
Masę zredukowaną można zmniejszyć stosując lżejsze elementy lub też poprzez przeniesienie masy możliwie nisko. W warunkach PKP, gdzie różnice w zawieszeniach sieci trakcyjnej wynoszą około 1200 mm, a wymagany zakres ruchów wynosi 1500 mm pantograf ma masę zredukowaną o 32 kg.
Przy większych różnicach w wysokości zawieszenia przewodów, pantograf dzieli się na podzespoły, które spełniają swoje funkcje, np. odsprężynowany ślizgacz ma małą masę, ma ograniczony zakres ruchów i pracuje w zakresie zmian wysokości spowodowanych zwisami drutu między
wieszakami a częściowo elastyczną siecią. Innym sposobem doskonalenia konstrukcji odbieraków jest stosowanie szybkiej i automatycznej regulacji nacisku ślizgacza na drut jezdny oraz stosowanie tłumików drgań.
Parametrami określającymi współpracę przewodu z odbierakiem są: - pod względem elektrycznym - współczynnik naruszenia styku. Określany jest jako iloraz czasu przerw w odbiorze prądu i czasu pobierania prądu.
- pod względem mechanicznym - elastyczność statyczna sieci. Określana jest jako iloraz wysokości uniesienia przewodu jezdnego pod wpływem nacisku odbieraka i siły nacisku.
Obecnie lokomotywy pobierają dość duże prądy rzędu kilkuset amperów przez co przekroje sieci są większe. Przy większych prędkościach konstrukcja odbieraka musi być mocna i sztywna aby nie odrywała się od sieci, w związku z tym konstrukcja będzie ciężka.
Przy wzroście prędkości ze 160 km/h do 200 km/h bardzo szybko i znacznie wzrasta prąd. Czynniki te powodują, że zagadnienie związane z prawidłową współpracą przewodu z pantografem jest ważne.
Współpraca odbieraka z przewodem jest przedmiotem badań w wielu ośrodkach naukowo-badawczych. Ośrodki te opierają się na dwóch kierunkach: 1. Prowadzą badania nad doskonaleniem systemu tradycyjnego, czyli poprawą współpracy pantografu z przewodem jezdnym. 2. Poszukują nowych rozwiązań, m.in. odbiór bezstykowy za pomocą łuku elektrycznego.
Dość dużym problemem przy współpracy odbieraka z siecią jest występujący szczególnie późną jesienią i wczesną wiosną osad lodowy i szron. Temperatury w tym okresie wahają się w okolicach 0 stopni w ciągu doby. Padający deszcz zamarza i przewody jezdne zostają pokryte lodem. W takich warunkach znacznie pogarszają się warunki współpracy pantografu z siecią. Stosuje się różne środki zaradcze. Jednym z nich jest jazda z podniesionymi oboma pantografami, wówczas pierwszy z nich ma za zadanie strącać osad, aby drugi mógł pobierać prąd przy lepszych warunkach. Zjawisko oblodzenia sieci jezdnej daje się łatwo zauważyć, szczególnie nocą w postaci błysków towarzyszących współpracy sieci z odbierakiem.
![[Rozmiar: 3304 bajtów]](tla i obrazki/sila fb.jpg){kind=small}