устройство для увеличения сцепления колесной пары тепловоза с рельсами
Классы МПК: | B61C15/00 Поддержание или увеличение пусковой мощности или тормозного усилия с помощью вспомогательных устройств и мер; предотвращение буксования колес; регулирование распределения тягового усилия между ведущими колесами |
Автор(ы): | Багров Геннадий Викторович (RU), Мицкович Владимир Степанович (RU), Воробьев Владимир Иванович (RU), Воробьев Дмитрий Владимирович (RU), Бутрин Игорь Анатольевич (RU), Пугачев Александр Анатольевич (RU), Фокин Игорь Иосифович (RU), Хохлов Дмитрий Анатольевич (RU) |
Патентообладатель(и): | ФГУП "192 Центральный завод железнодорожной техники" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-09-03 публикация патента:
10.12.2008 |
Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для повышения тягового усилия тепловоза за счет регулирования величины коэффициента сцепления ведущей колесной пары с рельсами. Устройство состоит из снабженной скользящими контактами колесной пары, источника электрического тока, датчика скорости колесных пар, блока сравнения, вход которого соединен с выходом датчиков скоростей скольжения колесной пары, при этом колесная пара снабжена скользящими контактами. Устройство снабжено прижимными роликами, регулятором тока, силовым контактором и датчиком скорости тепловоза. При этом прижимные ролики опираются на рельсы и образуют вместе с рельсами, регулятором тока и колесной парой со скользящими контактами короткозамкнутую электрическую цепь. Выход датчиков скорости тепловоза подключен к входу блока сравнения, соединенного с регулятором тока. В качестве источника электрического тока используется аккумуляторная батарея. Прижимные ролики попарно электрически связаны между собой. Изобретение направлено на упрощение конструкции и повышение точности работы устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Формула изобретения
1. Устройство для повышения коэффициента сцепления ведущей колесной пары тепловоза с рельсами, содержащее колесную пару, источник электрического тока, датчик скорости колесной пары, блок сравнения, вход которого соединен с выходом датчиков скоростей скольжения колесной пары, при этом колесная пара снабжена скользящими контактами, отличающееся тем, что устройство снабжено прижимными роликами, регулятором тока, силовым контактором и датчиком скорости тепловоза, причем прижимные ролики опираются на рельсы и образуют вместе с рельсами, регулятором тока и колесной парой со скользящими контактами короткозамкнутую электрическую цепь, при этом выход датчика скорости тепловоза подключен к входу блока сравнения, соединенного с регулятором тока.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника тока используется аккумуляторная батарея.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прижимные ролики попарно электрически связаны друг с другом.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности, к устройствам для повышения тягового усилия тепловоза за счет регулирования величины коэффициента сцепления ведущей колесной пары с рельсами.
Изобретение относится к устройствам железнодорожного транспорта, а именно, к автономным локомотивам (тепловозам, газотурбовозам), предназначенным для тяги тяжеловесных составов на железнодорожных участках, имеющих большой уклон пути относительно горизонтальной линии. При тяге в этих условиях начинается буксование колесных пар и необходимо либо снижать мощность локомотива, либо производить подсыпку песка.
Для уменьшения буксования колес о рельсы применяются электромагниты, которые крепятся на раме локомотива с некоторым зазором над головкой рельса.
Известен локомотив [1], у которого электромагниты включаются только на крутых поворотах пути во избежание опрокидывания его по инерции при превышении скорости. Недостаток таких устройств заключается в том, что такие электромагниты нельзя применять на путях широкой колеи при высоких скоростях с точки зрения безопасности. Кроме того, подвесные электромагниты от притяжения их к рельсам увеличивают весовую нагрузку на устройства пути из-за возрастания общего веса локомотива, что недопустимо по Правилам технической эксплуатации железных дорог.
Известна колесная пара локомотива [2], где намагничивающие обмотки расположены непосредственно на дисках и на осях колес. Во время движения локомотива они начинают вращаться вместе с колесными парами. К недостаткам следует отнести подвод электропитания к намагничивающим обмоткам, необходимость дополнительного крепления обмоток по слоям при их намотке на колесную пару из-за наличия центробежной силы, возникающей при вращении колесной пары.
Известно устройство [3], в котором электромагнитное сцепление колес с рельсами обеспечивается намагничивающейся катушкой, установленной на каркасе, который неподвижно закреплен на тележке электровоза и расположен соосно с осью колесной пары с зазором. В зазоре установлены подшипники качения. К недостаткам следует отнести сложность изготовления и монтажа подшипников на оси колесных пар. Кроме того, применение данного устройства возможно только на локомотивах с групповым приводом для колесных пар от одного тягового электродвигателя.
Для увеличения сцепления колес с рельсами широко применяется подсыпка песка под колеса локомотива.
Известно устройство для управления подачей песка под колеса рельсового транспорта [а.с. СССР №770850, опубл. 15.10.80, бюл. №38 за 1980 г.], содержащее пневматические форсунки, соединенные патрубками с напорной магистралью, электропневматические вентили, установленные в патрубках, катушки которых подключены к источнику питания через импульсный прерыватель, и блок управления импульсным прерывателем, датчиком скорости скольжения колесных пар, при этом вход блока управления импульсным прерывателем соединен с выходом датчиков скорости скольжения колесных пар.
Недостатком данного технического решения является повреждение поверхностей бандажей колес и рельсов вследствие абразивного износа, засорение верхнего строения пути, нестабильность коэффициента сцепления при применении песка вследствие воздействия метеорологических факторов, невозможность регулируемого дозирования количества песка в зону контакта для создания необходимого коэффициента сцепления. Применение песка, подсыпаемого под колеса локомотива, в результате его размола оставляет песочную пленку, создающую дополнительное сопротивление движению вагонов состава, что снижает его скорость, повышает расход мощности локомотивом, способствует развитию новых очагов буксования.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для повышения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами [патент РФ №2281216, опубл. 10.08.06, бюл. №22, 2006 г.], 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. В случае возникновении буксования одной из колесных пар реле буксования 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 буксования обеспечено выдержкой времени на срабатывание. Скользящие контакты и колесные пары снабжены электрической изоляцией от других элементов конструкции тележки локомотива.
При буксовании одной из колесных пар возникает разность потенциалов в точках соединения якорей с обмотками возбуждения, что приводит к увеличению тока, проходящего через короткозамкнутую электрическую цепь, а следовательно, контакт колеса с рельсом, что повышает коэффициент сцепления.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, большие габариты реле буксования, т.к. даже при отсутствии реле буксования колесных пар через реле проходит ток из-за разности электромеханических характеристик тяговых электродвигателей и разности диаметров бандажей колесных пар. При продолжительном процессе буксования колес приходится снижать мощность дизель-генераторной установки, а значит и тяговые свойства локомотива. Кроме того, данное устройство может применяться только в электрической передаче постоянного тока.
Целью изобретения является упрощение конструкции и более точное регулирование величины коэффициента сцепления колес тепловоза с рельсами при трогании с места, движении с малыми скоростями и на затяжных подъемах.
На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства. Устройство содержит колесную пару 2. На рельсы 1 опускаются прижимные ролики 13. Ролики 13 изолированы от элементов конструкции тележки локомотива и через скользящие контакты 12 посредством токопроводящих проводов 11 связаны между собой, а также с регулятором тока 7 и через силовой контактор 6 - с источником тока 5. Устройство снабжено датчиком 10 скорости скольжения колесных пар и датчиком 9 скорости тепловоза, подключенными к блоку сравнения 8, который, в свою очередь, соединен с регулятором тока 7. С другой стороны источник тока 5 посредством соединительных проводов 4 связан со скользящим контактом 3 колесной пары 2. На фиг.1 штрихпунктирными линиями 14 изображено направление тока.
Устройство работает следующим образом. При нормальной работе колесной пары тепловоза датчик 10 скорости скольжения колесной пары и датчик 9 скорости движения тепловоза выдают идентичные сигналы в блок сравнения 8. В этом случае регулятор тока 7 не дает сигнал, силовой контактор 6 не включается, не осуществляя подачу тока от источника тока 5 в зону контакта колесной пары 2 и рельсов 1.
В результате срыва сцепления и возникновения буксования колесной пары появляется рассогласование показаний датчиков 10 и 9. Блок сравнения подает сигнал в регулятор тока 7, включается силовой контактор 6, и регулятор тока 7 осуществляет подачу тока от источника тока 5 в зону контакта колес колесной пары 2 и рельсов 1. 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 буксования за счет изменения величины тока без снижения силы тяги тепловоза. При этом показания датчиков 9 и 10 выравниваются и работа схемы приходит к исходному состоянию.
При работе этой схемы величина силы тока, а следовательно, и плотность тока в пятне контакта колес колесной пары и рельсов зависит от рассогласования показаний датчика 9 скорости тепловоза и датчика 10 скорости скольжения колесной пары, что обеспечивает регулирование величины коэффициента сцепления колес колесной пары тепловоза и его стабильность независимо от условий движения.
В качестве источника тока может использоваться находящаяся на тепловозе кислотная батарея 32ТН-450, которая дает прерывистый ток до 1700 ампер и ток прокрутки 900 ампер в течение 5 минут, или щелочная батарея 46ТПНЖ-550, имеющая прерывистый ток до 2700 А, а ток прокрутки в течение 5 минут до 1000 ампер.
В качестве скользящего контакта может быть использовано токоотводящее устройство [Сидоров Н.И., Сидоров Н.Н. Как устроен и работает электровоз. - М.: Транспорт, 1988. - 223 с., с.157-158], устанавливаемое на буксе с торца оси колесной пары. Корпус его крепят к крышке буксы и изолируют от нее изоляционной шайбой. Ток из силовой цепи подводится к корпусу и трем щеткодержателям. Щетки прижимаются к диску пружинами, а сам диск крепится к оси колесной пары.
Наличие двух прижимных роликов позволяет равномерно распределить токи, проходящие в зонах контакта каждого колеса колесной пары с рельсами. Использование одного прижимного ролика может привести к существенной разности величин коэффициентов сцепления под каждым колесом, что может создать условия для возникновения автоколебательных процессов в системе колесно-моторного блока.
Литература
1. А.С. СССР №379432, кл. В61С 15/04, 1973.
2. Патент США №2603164, кл. 105-78, 1952.
3. Патент RU 2055748 C1, 6 B60С 15/04, 07.07.93, 10.03.96.
Класс B61C15/00 Поддержание или увеличение пусковой мощности или тормозного усилия с помощью вспомогательных устройств и мер; предотвращение буксования колес; регулирование распределения тягового усилия между ведущими колесами