На сегодняшний день одним из основных направлений развития железнодорожного транспорта является высокоскоростное движение [1]. Эффективная эксплуатация токоприемников, особенно при повышении скоростей движения, заключается в уменьшении затрат на их обслуживание и ремонт. Рост скоростей движения связан с увеличением нагрузок на электроподвижной состав (ЭПС), что приводит к увеличению отказов его деталей и узлов.
Согласно эксплуатационным данным дирекции тяги [2], четверть всех отказов ЭПС приходится на токоприемники (рис. 1, а). При этом наименее отказоустойчивами элементами токоприемника являются контактные вставки (рис. 1, б), которые наглядно отражают последствия некачественного токосъема, приводящие к повышенному износу поверхности контакта [3].
Одним из способов обеспечения качества и надежности токосъема является управление давлением в пневмоприводе токоприемника. На сегодняшний день существует значительное число разработок, посвященных регулированию нажатия, накопленных за несколько десятков лет, однако внедрения этих разработок практически отсутствуют, по причине дороговизны, сложности установки и обслуживания.
Применение систем автоматического регулирования (САР) нажатия по замкнутой структуре в сравнении с системой без регулирования может значительно сократить количество искрений между полозом и контактным проводом, а также снизить износ контактных элементов. Однако недостатком данной системы является реакция на нежелательные явления после их возникновения. При этом результат этой реакции может иметь отрицательный эффект, пример которого можно наблюдать на участке 600–1200 м (рис. 2), где увеличение нажатия вызвало повышенный износ контактных элементов.
Предлагаемое решение связано с программным регулированием давления в пневмоприводе токоприемника по разомкнутой структуре с упреждающим воздействием. Данная система, не дожидаясь ухудшения качества токосъема, начинает реагировать заранее, добиваясь оптимального контактного нажатия на всей протяженности участка по условиям наименьшего износа контактных вставок.