Устройство для увеличения сцепления колесной пары тепловоза с рельсами

Устройство для увеличения сцепления колесной пары тепловоза с рельсами

Реферат

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.

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.