УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРООБЕСПЕЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована для автономного электроснабжения вагонов подвижного состава.
Известен гидравлический привод подвагонного генератора (Авт. св-во №285028, МПК В61D 43/00, опубл. 29.10.1970 г.), содержащий закрепленный на буксе колесной пары вагона нерегулируемый реверсивный объемный гидронасос, приводимый во вращение от шейки оси колесной пары, соединенный гибкими трубопроводами с закрепленным на раме тележки или вагона объемным гидродвигателем, который приводит во вращение якорь подвагонного генератора. В гидросистему включены обратные клапаны, обеспечивающие постоянное направление вращения вала гидродвигателя, клапан, предохраняющий насос и гидродвигатель от перегрузок. Привод включает подпиточную емкость, восполняющую возможные утечки рабочей жидкости в системе и обеспечивающую необходимый подпор на всасывании гидронасоса и температурные компенсации объема рабочей жидкости в системе. Объемный гидродвигатель выполнен с рабочим объемом, который регулируется электрическими командными импульсами электрической цепи генератора со следящей системой управления. Вал гидронасоса непосредственно соединен с шейкой оси колесной пары вагона.
К недостаткам вышеописанного гидравлического привода подвагонного генератора можно отнести ограниченность использования описанного технического решения для автономного энергообеспечения вагона, из-за того, что генерирование электроэнергии может происходить, как показывают расчеты, при скорости железнодорожного вагона не ниже 30 км/час, поскольку его реверсивный объемный гидронасос является нерегулируемым и, располагаясь на оси колесной пары без повышающего редуктора не может на малых скоростях движения вагона (до 30 км/час) иметь достаточную производительность для вывода генератора на заданную мощность, а также поддерживать постоянные параметры вырабатываемой электроэнергии. С другой стороны, при росте скорости вращения колесной пары, нерегулируемый объемный гидронасос, достигнув производительности, обеспечивающей выработку гидромотором максимальной мощности, будет развивать излишнюю мощность, вызывающую разогрев гидросистемы до выхода ее из строя.
Полезная модель решает задачу обеспечения возможности генерирования электроэнергии при малых скоростях железнодорожного вагона (начиная с 15 км/час.) за счет обеспечения необходимой производительности гидронасоса при малых скоростях железнодорожного вагона, обеспечивающей заданную скорость вращательного движения вала гидромотора, механически связанного с электрогенератором, а также обеспечения постоянства параметров вырабатываемой электроэнергии за счет улучшения регулирования гидросистемы.
Для получения необходимого технического результата в известном устройстве для электрообеспечения железнодорожного вагона, содержащем гидропривод, включающий реверсивный объемный гидронасос, приводимый во вращение от оси колесной пары и связанный гидролиниями с регулируемым объемным гидромотором, механически связанным с валом электрогенератора, закрепленного на раме вагона, и систему управления, регулирующую рабочий объем гидромотора, предлагается гидропривод устройства выполнить с замкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости, на оси колесной пары установить повышающий механический редуктор, вал ведомой шестерни которого связать с гидронасом. Гидронасос предлагается выполнить с регулируемым рабочим объемом и закрепить на раме вагона или корпусе редуктора, а регулирование рабочих объемов гидромотора и гидронасоса обеспечивать системой управления по заданной постоянной скорости вращения вала гидромотора.
На прилагаемой к описанию схеме изображено предлагаемое устройство. На схеме приняты следующие обозначения:
1 - ось колесной пары; 2 - корпус повышающего механического редуктора; 3 - гидропривод с замкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости; 4 - реверсивный регулируемый гидронасос; 5 - регулируемый гидромотор; 6 - синхронный трехфазный генератор; 7 - коническая зубчатая передача повышающая; 8 - вал ведомой шестерни редуктора, механически связанный с гидронасосом; 9 - вал гидромотора, механически связанный с электрогенератором; 10 - рама вагона.
Предлагаемое устройство приводится в действие от оси 1 колесной пары вагона. Крутящий момент, передаваемый гидронасосу 4, создается при помощи повышающего механического редуктора 2. Повышающий редуктор позволяет использовать для генерирования электроэнергии малые скорости движения вагона, начиная с 15 км/час. Расчеты показывают, что повышающий конический редуктор с передаточным числом около 3, наиболее пригоден для этой цели, обеспечивая достаточные обороты вала гидронасоса (при скорости движения вагона равной 15 км/час.), позволяя снизить размеры и массу гидропривода, примерно в три раза, что делает гидропривод более компактным. Для повышения уровня эффективности работы гидросистемы 3 применен вариант ее регулирования, при котором регулируется рабочий объем не только гидромотора 5, но и дополнительно осуществляется регулирование рабочего объема реверсивного гидронасоса 4, который выполнен с возможностью такого регулирования. Регулирование рабочих объемов гидронасоса 4 и гидромотора 5 осуществляется по заданной постоянной скорости вращения вала гидромотора 5. Постоянная скорость вращения вала гидромотора 5, механически связанного с валом генератора 6 определяется исходя из потребностей потребителя в получении электроэнергии, характеризующейся заданными неизменными параметрами (напряжение, частота).
Гидронасос 4, гидромотор 5 и генератор 6 могут быть закреплены на раме 10 вагона. Устройство допускает крепление корпуса гидронасоса 4 к корпусу механического редуктора 2, а гидромотора 5 - к генератору 6, что, при определенных обстоятельствах, может быть применено и работа устройства будет также эффективна.
Гидропривод 3 выполнен с замкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости. В устройстве могут быть применены гидронасос и гидромотор аксиально-поршневого типа.
Гидропривод 3 включает кондиционер рабочей жидкости (на схеме не показан), чтобы не допустить ее перегрева и снижения вязкости, что отражается на работе гидропривода.
Описание работы устройства.
Когда скорость движущегося вагона достигнет 15 км/час., на валу 8 ведомой шестерни повышающего редуктора, возникает крутящий момент, передаваемый на вал реверсивного регулируемого гидронасоса 4, который соответствует заданной величине, необходимой для начала работы гидропривода 3. Энергия рабочей жидкости по гидролиниям через регулирующую аппаратуру (на схеме не показаны) поступает в гидромотор 5, преобразующий ее во вращательное движение вала 9. Вал 9 механически связан с валом синхронного трехфазного генератора 6. Система управления (на схеме не показана) путем регулирования рабочих объемов гидромотора 5 и реверсивного гидронасоса 4 отслеживает скорость вращения вала гидромотора и при отклонении его скорости от заданной осуществляет устранение рассогласования параметров системы. Рабочая жидкость, отдав свою энергию гидромотору 5, по гидролиниям замкнутой схемы гидропривода возвращается обратно к гидронасосу 4. Предлагаемое устройство обеспечивает постоянство параметров генерируемой электроэнергии, несмотря на частое изменение скорости вращения колесной пары вагона, что достигается за счет дополнительного регулирования рабочего объема гидронасоса, кроме того, предлагаемое устройство работает в более широком диапазоне скоростей вагона, поэтому более эффективно по сравнению с прототипом.