устройство для повышения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами

Формула изобретения

Устройство для повышения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее тяговые электродвигатели постоянного тока с якорями и последовательными обмотками возбуждения, колесные пары, механически связанные с тяговыми электродвигателями, тяговый генератор, якорь которого подсоединен к электродвигателям, блок сравнения потенциалов, подключенный к тяговым электродвигателям в точках соединения якорей с обмотками возбуждения, канал системы возбуждения генератора и реле буксования, имеющее электрические связи с блоком сравнения потенциалов и каналом системы возбуждения генератора, при этом в случае возникновения буксования одной из колесных пар появляется разность электрических потенциалов точек соединения якорей тяговых электродвигателей с обмотками возбуждения, приводящая к срабатыванию реле буксования, которое посредством канала системы возбуждения тягового генератора снижает его мощность и силу тяги локомотива, обеспечивая прекращение буксования, отличающееся тем, что к точкам соединения якорей тяговых электродвигателей с обмотками возбуждения через скользящие контакты подключены колесные пары, которые вместе с рельсами образуют по отношению к указанным точкам соединения короткозамкнутую электрическую цепь, а реле буксования обеспечено выдержкой времени на срабатывание, при этом скользящие контакты и колесные пары снабжены электрической изоляцией от других элементов конструкции тележки локомотива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для повышения тягового усилия локомотива за счет повышения коэффициента сцепления ведущих колес с рельсами.

Известно устройство для повышения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами [А.С. СССР №362722. Устройство для повышения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами / И.Л.Тимофеев. - опубл. 20.12.72, Бюл. №3 за 1973 г.], содержащее катушки электромагнитов постоянного тока, размещенные в непосредственной близости от контактного пятна и образующие систему парных электромагнитов. При этом колесные пары снабжены выполненными из немагнитного металла втулками, установленными под буксовыми подшипниками и ведомой шестерней на оси колесной пары.

Недостатком данного технического решения является усложнение конструкции тележки локомотива установкой катушек электромагнитов.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для защиты локомотива от боксования [Тепловоз 2М62: экипажная часть, электрическое и вспомогательное оборудование / С.П. Филонов и др. - М.: Транспорт, 1987. - 184 с., С.72-73], состоящее из тяговых электродвигателей постоянного тока с якорями и последовательными обмотками возбуждения, колесных пар, механически связанных с тяговыми электродвигателями, тягового генератора, якорь которого подсоединен к электродвигателям, блока сравнения потенциалов, подключенного к тяговым электродвигателям в точках соединения якорей с обмотками возбуждения, канала системы возбуждения генератора и реле боксования, имеющего электрические связи с блоком сравнения потенциалов и каналом системы возбуждения генератора. В случае возникновения боксования одной из колесных пар появляется разность электрических потенциалов указанных точек соединения, приводящая к срабатыванию реле боксования, которое посредством канала системы возбуждения тягового генератора снижает его мощность и силу тяги локомотива. Это обеспечивает прекращение боксования и возвращение к первоначальной схеме работы. Одновременно в процессе боксования происходит зачистка пятна контакта колеса с рельсом, дающая небольшой рост коэффициента сцепления.

К недостаткам указанного технического решения относится невозможность значительного повышения коэффициента сцепления боксующей колесной пары с рельсами, что приводит к прерывистому характеру работы реле боксования и периодическому снижению силы тяги локомотива.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента сцепления боксующей ведущей колесной пары локомотива с рельсами путем внешнего воздействия на зоны их контакта электрическим током.

Технический результат достигается тем, что устройство состоит из тяговых электродвигателей постоянного тока с якорями и последовательными обмотками возбуждения, колесных пар, механически связанных с тяговыми электродвигателями, тягового генератора, якорь которого подсоединен к электродвигателям, блока сравнения потенциалов, подключенного к тяговым электродвигателям в точках соединения якорей с обмотками возбуждения, канала системы возбуждения генератора и реле боксования, имеющего электрические связи с блоком сравнения потенциалов и каналом системы возбуждения генератора. В случае возникновении боксования одной из колесных пар реле боксования срабатывает и посредством канала системы возбуждения снижает мощность тягового генератора. При этом к точкам соединения якорей тяговых электродвигателей с обмотками возбуждения через скользящие контакты подключены колесные пары, которые вместе с рельсами образуют по отношению к указанным точкам соединения короткозамкнутую электрическую цепь, а реле боксования обеспечено выдержкой времени на срабатывание. Скользящие контакты и колесные пары снабжены электрической изоляцией от других элементов конструкции тележки локомотива.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Устройство содержит (фиг.1) тяговые электродвигатели постоянного тока 1 с якорями 2 и последовательными обмотками возбуждения 3, колесные пары 4, которые механически связаны с электродвигателями 1, тяговый генератор 5 с якорем 6, подсоединенным к электродвигателям 1, блок сравнения потенциалов 7, подключенный к тяговым электродвигателям в точках соединения якорей 2 с обмотками возбуждения 3, канал системы возбуждения 8 генератора 5 и реле боксования 9, электрически связанное с блоком сравнения потенциалов 7 и каналом системы возбуждения 8 тягового генератора.

Колесные пары 4 через скользящие контакты 10 подсоединены к точкам связи якорей 2 и обмоток возбуждения 3, имеющим потенциалы ₁ и ₂, образуя при этом совместно с рельсами 11 короткозамкнутую электрическую цепь по отношению к данным точкам.

Для упрощения на фиг.1 приведена электрическая схема тягового привода с двумя ведущими колесными парами. При большем числе ведущих колесных пар схема не имеет принципиальных отличий.

Для обеспечения необходимых защитных функций и прохождения тока через контакты колес с рельсами колесные пары 4 изолированы от других элементов конструкции тележек локомотива, например (фиг.2), втулками 1 и 2, установленными на осях колесных пар под буксовыми подшипниками 3 и ведомым зубчатым колесом 4 и выполненными из электроизоляционного материала. В качестве скользящих контактов можно использовать (фиг.2) вкладыши 5 опорно-осевых подшипников, имеющих собственную электроизоляцию 6 от корпуса 7 тягового электродвигателя.

Устройство работает следующим образом.

При нормальной работе тяговых электродвигателей 1 (фиг.1) потенциалы _i и ₂ точек соединения якорей 2 с обмотками возбуждения 3 практически равны, т.е. _{1 2}. Поэтому токи, проходящие через катушку реле боксования 9 и короткозамкнутую цепь, включающую скользящие контакты 10, колесные пары 4 и рельсы 11, имеют малые значения.

В результате срыва сцепления и, следовательно, возникновения боксования одной из колесных пар повышается частота вращения связанного с ней якоря тягового электродвигателя. Это приводит к понижению потенциала точки соединения якоря и обмотки возбуждения данного двигателя (на фиг.1 - потенциал ₁). Появившаяся разность потенциалов ₁- ₂ обеспечивает значительное увеличение силы тока I, проходящего по указанной выше короткозамкнутой цепи, т.е. через зоны контактов колесных пар с рельсами.

Известно [Ткаченко В.П. Кинематическое сопротивление движению рельсовых экипажей / Монография. - Луганск: Издательство Восточно-украинского государственного университета, 1996. - 200 с, С.78-79], что коэффициент сцепления колеса и рельса зависит от плотности тока в пятне контакта и может быть повышен до значений 0,6 и более. Эффект повышения сцепления колесной пары с рельсами приводит к прекращению ее боксования без снижения силы тяги локомотива. При этом потенциалы ₁ и ₂ выравниваются и работа схемы приходит к исходному состоянию.

В реле боксования 9, подключенном через блок сравнения потенциалов 7 к точкам ₁ и ₂, предусмотрена выдержка времени на срабатывание. Это позволяет исключить снижение мощности тягового генератора 5 в описанном выше процессе. Если состояние контактов боксующей колесной пары с рельсами не позволяет обеспечить необходимое повышение коэффициента сцепления и боксование продолжается, то по истечении времени настройки реле 9 срабатывает и посредством канала системы возбуждения 8 снижает мощность тягового генератора и силу тяги локомотива по известному алгоритму.

Технико-экономическая эффективность изобретения в сравнении с прототипом заключается в том, что устройство для повышения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами содержит короткозамкнутую электрическую цепь, образованную колесными парами, подсоединенными через скользящие контакты к точкам связи якорей и обмоток возбуждения тяговых электродвигателей, и рельсами, а также содержит реле боксования, обеспеченное выдержкой времени на срабатывание. Это позволяет воздействовать электрическим током на зоны контакта боксующей ведущей колесной пары и рельсов и таким образом повысить их коэффициент сцепления, что обеспечивает прекращение боксования без снижения силы тяги локомотива.

С целью определения влияния электрического тока на коэффициент сцепления колеса с рельсом были проведены исследования на специально разработанной экспериментальной установке, содержащей модели колеса и рельса, устройство для фиксации касательной силы тяги F_к и источник постоянного тока, подключенный токоподводящими проводами к моделям. На фиг.3 приведена характерная осциллограмма исследуемого процесса, где моменту включения тока соответствует точка В.

Результаты исследований показали, что для испытываемых моделей колеса и рельса при прохождении тока в зоне их контакта возможно повышение коэффициента сцепления более чем в два раза.