РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ПРИВОДНЫМ УСТРОЙСТВОМ
RAILWAY VEHICLE WITH DRIVE

Изобретение относится к рельсовому транспортному средству, содержащему, по меньшей мере, один первый кузов вагона, который опирается на ведомый первый колесный блок и удаленный в продольном направлении, по меньшей мере, одного первого кузова вагона ведущий второй колесный блок, и электрическое приводное устройство для привода второго колесного блока, включающее трансформаторный блок и, по меньшей мере, один первый токовыпрямительный блок, причем трансформаторный блок расположен в зоне первого колесного блока.
В обычных рельсовых транспортных средствах известно приведение в действие обоих колесных блоков (колесные пары или тележки) посредством приводного устройства, компоненты которого распределены в или на кузове вагона. Так, например, в рельсовом транспортном средстве серии BR 445 фирмы Deutsche Bahn AG на заднем конце вагона посередине расположен один общий трансформатор для обеих ведущих тележек. В рельсовых транспортных средствах серии RABe 514 фирмы SBB предусмотрено устройство из двух трансформаторов на одном конце вагона и устройство из двух выпрямителей тока на другом его конце. В рельсовых транспортных средствах серии TER 2 NG/X 40 фирмы Alstom SA, Франция, предусмотрено устройство с одним или двумя трансформаторами на одном конце вагона и токовыпрямительным модулем в зоне крыши на другом его конце.
Недостаток всех этих известных рельсовых транспортных средств в том, что из-за сконцентрированной в одном вагоне приводной установки и большой собственной массы ведущих тележек могут устанавливаться лишь соответственно легкие приводные компоненты с относительно низкой приводной мощностью, чтобы не превысить допустимые нагрузки на оси. Если, кроме того, поезда должны быть составлены из нескольких вагонов, то возникает проблема, заключающаяся в том, что, как правило, могут использоваться только ведомые вагоны, вследствие чего приводная мощность падает. Для устранения этого недостатка в поезде иногда располагаются дополнительные приводные установки (трансформаторы, выпрямители приводного тока, ведущие тележки) (серия TER 2 NG). Недостатками здесь являются большая масса за счет расположения дополнительных трансформаторов и связанные с этим расходы. Следовательно, в известных рельсовых транспортных средствах возникает проблема плохой шкалируемости приводной мощности или высоких затрат (расходы, масса) при расположении дополнительных приводных установок в поезде.
Чтобы устранить эту проблему, в EP 1024070 B1 предложено рельсовое транспортное средство, в котором привод распределяется по нескольким вагонам. Вагоны содержат на сцепленных концах в том числе ведомые тележки (так называемые ходовые тележки), в зоне которых расположены тяжелые компоненты, например трансформаторы приводного устройства, и другие тяжелые компоненты (токоприемники, аккумуляторы, дроссели и т.д.), благодаря чему достигается более оптимальное распределение массы в поезде.
Однако проблема указанного рельсового транспортного средства состоит в том, что из-за сравнительно большого числа тяжелых компонентов над ходовой тележкой, максимально допустимых нагрузок на оси и ограниченного конструктивного пространства можно использовать лишь сравнительно небольшой главный трансформатор соответственно низкой мощности. Следовательно, и в этом случае с помощью главного трансформатора можно реализовать лишь сравнительно низкую приводную мощность. Чтобы повысить ее, пришлось бы, как в описанных выше рельсовых транспортных средствах, предусмотреть дополнительные трансформаторы, вследствие чего повышаются затраты на рельсовое транспортное средство.
В основе настоящего изобретения лежит задача создания рельсового транспортного средства описанного выше рода, которое не имело бы перечисленных недостатков или имело бы их, по меньшей мере, в значительно меньшей степени и, в частности, при простом и рентабельном изготовлении обеспечивало бы высокую, легко шкалируемую приводную мощность.
Эта задача решается посредством рельсового транспортного средства, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы изобретения.
В основе настоящего изобретения лежит техническое решение, заключающееся в том, что высокая, легко шкалируемая приводная мощность достигается при простом и рентабельном изготовлении, если первый колесный блок расположен на свободном конце рельсового транспортного средства, т.е. на первом конце первого кузова вагона, в зоне которого расположена кабина машиниста. Это расположение на свободном конце в зоне кабины машиниста имеет то преимущество, что там, как правило, не предусматривается проход для пассажиров и не располагаются никакие дополнительные тяжелые компоненты (например, токоприемник), так что трансформаторное устройство может быть выполнено соответственно большим и с соответствующей высокой мощностью без превышения допустимых нагрузок на оси ходовой тележки, в зоне которой расположено трансформаторное устройство.
Это имеет то преимущество, что приводная мощность рельсового транспортного средства легко шкалируется, поскольку благодаря высокой мощности трансформаторного устройства к составу вполне могут быть прицеплены дополнительные вагоны с дополнительными ведущими тележками, которые могут питаться от трансформаторного устройства. При этом дополнительные трансформаторы являются излишними.
Трансформаторный блок может быть расположен, в принципе, любым подходящим образом в зоне первого колесного блока. Предпочтительно трансформаторный блок расположен таким образом, что его центр тяжести лежит, по меньшей мере, близко от продольной средней плоскости первого кузова вагона. За счет этого достигается оптимальное распределение нагрузки в подвижном составе или его балансировка. Дополнительно или в качестве альтернативы центр тяжести трансформаторного блока лежит, по меньшей мере, приблизительно посередине над первым колесным блоком, чтобы достичь оптимального распределения нагрузки по нему.
Приданный второму колесному блоку первый токовыпрямительный блок может быть расположен, в принципе, в любом подходящем месте рельсового транспортного средства. Преимущественно первый токовыпрямительный блок расположен в зоне второго колесного блока, с тем чтобы также достичь оптимального распределения нагрузки или балансировки.
Первый токовыпрямительный блок может быть расположен в рельсовом транспортном средстве в виде закрытого узла. Преимущественно, по меньшей мере, одна часть первого токовыпрямительного блока расположена сбоку, т.е. в зоне первой продольной стороны первого кузова вагона. Таким образом, можно достичь в рельсовом транспортном средстве оптимального пассажиропотока за счет того, что благодаря боковому расположению может быть реализован, например, предпочтительный средний проход для пассажиров.
В других предпочтительных вариантах выполнения рельсового транспортного средства вторая часть первого токовыпрямительного блока расположена в зоне противоположной второй продольной стороны первого кузова вагона. За счет этого распределенного расположения первого токовыпрямительного блока могут быть достигнуты оптимальное распределение нагрузки или балансировка, а кроме того, при необходимости, особенно широкий средний проход.
Другие особенно предпочтительные варианты выполнения рельсового транспортного средства характеризуются тем, что предусмотрено, по меньшей мере, одно дополнительное оборудование, в частности электрическое, расположенное в зоне второй части первого токовыпрямительного блока. За счет этого можно оптимизировать распределение нагрузки или балансировку. Разделение первого токовыпрямительного блока на первую и вторую части происходит в зависимости от требуемого охлаждения соответствующих компонентов. За счет этого предпочтительным образом можно оптимизировать затраты на охлаждение. В частности, для охлаждения первой части первого токовыпрямительного блока может быть предусмотрен, по меньшей мере, один первый охлаждающий контур, а для совместного охлаждения второй части первого токовыпрямительного блока и дополнительного оборудования - по меньшей мере, один второй охлаждающий контур. Соответствующий охлаждающий контур может быть затем, например, оптимально согласован со своим температурным уровнем, так что, в целом, возникает оптимизированное охлаждение.
В предпочтительном варианте выполнения рельсового транспортного средства предусмотрен далее, по меньшей мере, один третий колесный блок, а приводное устройство выполнено для привода, по меньшей мере, одного третьего колесного блока. При этом может быть предусмотрено, что первый токовыпрямительный блок выполнен также для привода, по меньшей мере, одного третьего колесного блока. В других вариантах выполнения изобретения приводное устройство содержит для привода, по меньшей мере, одного третьего колесного блока второй токовыпрямительный блок, причем второй токовыпрямительный блок питается для привода третьего колесного блока от трансформаторного блока, так что и в этом случае достигается простое шкалирование приводной мощности. Предпочтительно второй и третий колесные блоки расположены рядом друг с другом, чтобы минимизировать затраты на прокладку кабелей. Преимущественно третий колесный блок расположен в зоне опирающегося на него первого кузова вагона, поскольку этим достигается оптимальное распределение приводной мощности по рельсовому транспортному средству.
В другом предпочтительном варианте выполнения рельсового транспортного средства с простым шкалированием приводной мощности предусмотрен, по меньшей мере, один четвертый колесный блок, а приводное устройство содержит для привода, по меньшей мере, одного четвертого колесного блока, по меньшей мере, один третий токовыпрямительный блок, причем третий токовыпрямительный блок питается для привода четвертого колесного блока от трансформаторного блока. Преимущественно четвертый колесный блок расположен в зоне опирающегося на него третьего кузова вагона, поскольку этим достигается оптимальное распределение приводной мощности по рельсовому транспортному средству. Преимущественно четвертый колесный блок расположен в зоне конца третьего кузова вагона, лежащего ближе к трансформаторному блоку, чтобы минимизировать затраты на прокладку кабелей.
В предпочтительном варианте выполнения рельсового транспортного средства предусмотрено связанное с приводным устройством токоприемное устройство, расположенное в зоне второго колесного блока, поскольку этим может быть достигнуто особенно оптимальное распределение нагрузки в рельсовом транспортном средстве.
Колесные блоки могут быть выполнены, в принципе, произвольно. В частности, могут использоваться колесные пары. Преимущественно, по меньшей мере, один ведущий колесный блок выполнен по типу тележки.
Изобретение может применяться для любых типов рельсовых транспортных средств. Особенно предпочтительно оно может найти применение в связи с двухэтажными рельсовыми транспортными средствами. Поэтому предпочтительно, по меньшей мере, один из кузовов вагона выполнен двухэтажным.
Изобретение относится далее к составу, по меньшей мере, из двух описанных выше рельсовых транспортных средств. При этом могут быть комбинированы идентично конфигурированные рельсовые транспортные средства. Следует учесть, что между собой могут быть сцеплены, по меньшей мере, два предложенных рельсовых транспортных средства произвольной разной конфигурации.
Другие варианты выполнения раскрыты в зависимых пунктах формулы и нижеследующем описании предпочтительных вариантов выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
фиг.1 - схематичный вид сбоку предпочтительного варианта выполнения рельсового транспортного средства;
фиг.2 - разрез рельсового транспортного средства по фиг.1 вдоль линии II-II;
фиг.3 - разрез рельсового транспортного средства по фиг.2 вдоль линии III-III;
фиг.4 - разрез другого предпочтительного варианта выполнения рельсового транспортного средства;
фиг.5 - разрез предпочтительного варианта выполнения состава;
фиг.6 - разрез другого предпочтительного варианта выполнения состава;
фиг.7 - разрез другого предпочтительного варианта выполнения состава.
Первый пример
На фиг.1 и 2 схематично показано рельсовое транспортное средство 101. Оно содержит первый концевой вагон 101.1 с двухэтажным кузовом 102, который в зоне обоих своих концов опирается на первый колесный блок в виде первой тележки 103.1 и второй колесный блок в виде второй тележки 103.2. Первая тележка выполнена в виде ведомой ходовой тележки 103.1, тогда как вторая тележка выполнена в виде ведущей тележки 103.2.
Ведущие колесные пары ведущей тележки 103.2 приводятся электрическим приводным устройством 104. Указанное устройство содержит для этого помимо тяговых двигателей (для наглядности на фигурах не показаны) второй тележки 103.2 трансформаторный блок в виде главного трансформатора 104.1 и питаемый от главного трансформатора 104.1 первый токовыпрямительный блок 104.2. Первый токовыпрямительный блок 104.2 функционально придан второй тележке 103.2, т.е. снабжает энергией ее тяговые двигатели. В свою очередь, приводное устройство 104 снабжается энергией через токоприемник 105 от сети (не показана).
Главный трансформатор 104.1 расположен в зоне ходовой тележки 103.1, расположенной, в свою очередь, на переднем конце кузова 102, в зоне которого находится кабина 106 машиниста. Первый токовыпрямительный блок 104.2, как и токоприемник 105 и дополнительные электрические устройства 107 (например, выпрямитель тока для вспомогательной энергии и т.п.), расположены на другом конце кузова 102 в зоне ведущей тележки 103.2.
За счет расположения главного трансформатора 104.1 в качестве единственного тяжелого компонента электрооборудования рельсового транспортного средства 101 над передней (сравнительной легкой) ходовой тележкой 103.1 главный трансформатор 104.1 может иметь сравнительно высокую мощность, т.е. он может быть выполнен сравнительно большим и тяжелым без превышения допустимых нагрузок на оси ходовой тележки 103.1. Кроме того, в этом месте в зоне кабины 106 машиниста, как правило, отсутствуют выполняемые широкими в отношении бесперебойного пассажиропотока проходы для пассажиров, так что отсутствует дальнейшее ограничение конструктивного пространства, имеющегося в распоряжении для главного трансформатора 104.1.
Другое преимущество такого главного трансформатора 104.1 высокой мощности заключается в том, что он при такой же мощности имеет по сравнению с несколькими меньшими трансформаторами меньший удельный вес на единицу мощности. Следовательно, главный трансформатор 104.1 при заданной максимально допустимыми нагрузками на оси ходовой тележки 103.1 массе имеет по сравнению с несколькими меньшими трансформаторами более высокую мощность.
Наконец, другое преимущество одного такого большого главного трансформатора 104.1 заключается в том, что он в изготовлении и эксплуатации рентабельнее, чем несколько меньших трансформаторов.
Далее такой главный трансформатор 104.1 высокой мощности вполне может быть рассчитан так, чтобы он мог снабжать приводы ряда дополнительных ведущих тележек. За счет этого значительно упрощается шкалирование приводной мощности рельсового транспортного средства 101, поскольку просто могут быть добавлены дополнительные вагоны с ведущими тележками, энергоснабжение которых может осуществляться через большой главный трансформатор 104.1.
Расположение над передней тележкой имеет то преимущество, что иначе, чем в задней второй тележке 103.2, там, как правило, отсутствует необходимость расположения тяжелых компонентов. Так, например, по меньшей мере, токоприемник 105 расположен, как правило, над задней второй тележкой 103.2, чтобы при эксплуатации с двумя сцепленными рельсовыми транспортными средствами обеспечить максимально большое расстояние между токоприемниками и тем самым избежать их взаимного механического влияния (например, из-за возбуждения колебаний контактного провода передним токоприемником).
Главный трансформатор 104.1 расположен в пространстве 102.1 за кабиной 106 машиниста, которое на одной продольной стороне рельсового транспортного средства 101 оставляет свободным боковой доступ к кабине 106. При этом главный трансформатор 104.1 выполнен и расположен так, что его центр тяжести лежит, по меньшей мере, близко, преимущественно в (вертикальной) продольной средней плоскости рельсового транспортного средства 101 и, кроме того, по меньшей мере, близко, предпочтительно непосредственно над центром ходовой тележкой 103.1. Этим достигается особенно оптимальное распределение нагрузки и тем самым оптимальная балансировка рельсового транспортного средства 101.
Первый токовыпрямительный блок 104.2 разделен на две части (большую первую часть 104.3 и меньшую вторую часть 104.4). Обе части 104.3, 104.4 размещены в отдельных шкафах 102.2, 102.3 на обеих продольных сторонах кузова 102. Оба шкафа 102.2, 102.3 отделены друг от друга средним проходом 108, который обеспечивает пассажирам, при необходимости, переход в соседний вагон состава. Это расположение имеет то преимущество, что средний проход 108 обеспечивает оптимальный пассажиропоток.
Оба шкафа 102.2, 102.3 имеют приблизительно одинаковую величину. Поскольку вторая часть 104.4 первого токовыпрямительного блока 104.2 занимает меньше конструктивного пространства, чем его первая часть 104.3, в шкафу 102.3 расположено дополнительное оборудование 107. Этим даже в зоне второй тележки 103.2 достигается особенное оптимальное распределение нагрузки или балансировка.
При этом разделение первого токовыпрямительного блока 104.2 на первую 104.3 и вторую 104.4 части выбрано так, что компоненты второй части 104.4 в отношении их охлаждения охлаждающим устройством (не показано) согласованы с дополнительным оборудованием 107. За счет этого предпочтительным образом можно оптимизировать затраты на охлаждение первого токовыпрямительного блока 104.2 и дополнительного оборудования 107. В частности, для охлаждения первой части 104.3 первого токовыпрямительного блока 104.2 может быть предусмотрен, по меньшей мере, один первый охлаждающий контур, а для совместного охлаждения второй части 104.4 первого токовыпрямительного блока 104.2 и дополнительного оборудования 107 - по меньшей мере, один второй охлаждающий контур. Соответствующий охлаждающий контур может быть затем, например, оптимально согласован со своим необходимым для охлаждения соответствующих компонентов температурным уровнем, так что, в целом, возникает оптимизированное охлаждение.
Следует учесть, что описанное, осуществленное, с точки зрения оптимизации охлаждения, разделение компонентов токовыпрямительного блока в зависимости от других охлаждаемых компонентов представляет собой само по себе (независимо от расположения главного трансформатора) самостоятельную охраноспособную идею изобретения.
Как видно на фиг.3, рельсовое транспортное средство 101 содержит дополнительный концевой вагон 101.3 со вторым кузовом 109, который сцеплен с первым кузовом 102 и опирается на третью тележку в виде второй ведущей тележки 110 и на ходовую тележку 111.
Тяговые двигатели второй ведущей тележки 110 снабжаются энергией через второй токовыпрямительный блок 104.5, причем последний снабжается энергией также от главного трансформатора 104.1. Это возможно потому, что последний, как уже сказано, может предоставлять в распоряжение достаточно большую мощность. Вторая ведущая тележка 110 расположена рядом с первой ведущей тележкой 103.2, чтобы минимизировать затраты на прокладку кабелей.
Понятно, что в других вариантах выполнения изобретения также может быть предусмотрено снабжение энергией тяговых двигателей второй ведущей тележки посредством первого токовыпрямительного блока.
Второй пример
На фиг.4 (в соответствующем фиг.3 виде) показан другой пример рельсового транспортного средства 201. По своим принципиальным выполнению и принципу действия оно соответствует рельсовому транспортному средству 101, так что в этом случае следует остановиться на их отличиях. В частности, идентичные конструктивные элементы обозначены теми же ссылочными позициями, тогда как аналогичные конструктивные элементы обозначены повышенными на 100 ссылочными позициями.
Отличие от рельсового транспортного средства 101 состоит в том, что между обоими концевыми вагонами 101.1, 101.3 прицеплен средний вагон 201.4. Он содержит третий кузов 212, который опирается на четвертую тележку в виде третьей ведущей тележки 213 и на дополнительную ходовую тележку 214.
Тяговые двигатели ведущей тележки 213 снабжаются энергией через третий токовыпрямительный блок 204.6, причем последний, как и второй токовыпрямительный блок 104.4, снабжается энергией от главного трансформатора 104.1. Это возможно потому, что последний, как уже сказано, может предоставлять в распоряжение достаточно большую мощность. Третья ведущая тележка 213 расположена рядом с первой ведущей тележкой 103.2, чтобы минимизировать затраты на прокладку кабелей.
Третий пример
На фиг.5 (в соответствующем фиг.3 виде) показан пример подвижного состава 301 из четырех вагонов, в котором два идентичных рельсовых транспортных средства сцеплены между собой и содержат по одному концевому 101.1 и одному среднему 201.4 вагонам, как это описано выше.
Четвертый пример
На фиг.6 (в соответствующем фиг.3 виде) показан пример подвижного состава 401 из пяти вагонов, в котором два идентичных рельсовых транспортных средства сцеплены между собой. Расположенное с правой стороны рельсовое транспортное средство содержит один концевой 101.1 и два средних 201.4 вагона, как это описано выше, которые снабжаются энергией соответственно от главного трансформатора 104.1 правого концевого вагона 101.1. Расположенное с левой стороны рельсовое транспортное средство содержит один концевой 101.1 и один средний 201.4 вагоны, как это описано выше, которые снабжаются энергией от главного трансформатора 104.1 левого концевого вагона 101.1.
Пятый пример
На фиг.7 (в соответствующем фиг.3 виде) показан пример подвижного состава 501 из шести вагонов, в котором два идентичных рельсовых транспортных средства сцеплены между собой. Расположенное с правой стороны рельсовое транспортное средство содержит один концевой 101.1 и два средних 201.4 вагона, как это описано выше, которые снабжаются энергией соответственно от главного трансформатора 104.1 правого концевого вагона 101.1. Расположенное с левой стороны рельсовое транспортное средство содержит один концевой 101.1 и два средних 201.4 вагона, как это описано выше, которые снабжаются энергией соответственно от главного трансформатора 104.1 левого концевого вагона 101.1.
Из описанных примеров видно, что благодаря изобретению за счет соответственно большой достигаемой мощности главного трансформатора 104.1 возможно простое шкалирование приводной мощности рельсового транспортного средства или образованного им подвижного состава, так что возможно простое согласование рельсового транспортного средства или подвижного состава к различной требуемой провозной способности. Наконец, требуются только три разных типа вагонов, а именно концевые 101.1, 101.3 и средние 201.4 вагоны, чтобы можно было всегда достигать конфигурации с оптимальной степенью моторизации (отношение числа ведущих осей к общему числу осей) 50%. Следовательно, можно простым образом достичь особенно высокой гибкости при согласовании рельсового транспортного средства с требуемой провозной способностью.
В случае описанных выше конфигураций, при необходимости, могут быть добавлены еще один или несколько дополнительных средних вагонов 201.4. Их токовыпрямительный блок 204.6 может тогда снабжаться энергией соответственно от главного трансформатора 104.1 концевого вагона 101.1. При этом в зависимости от максимальной мощности главного трансформатора 104.1, начиная с определенного числа дополнительных средних вагонов 201.4, может произойти ухудшение значений ускорения рельсового транспортного средства. Однако, при необходимости, это может быть приемлемым ввиду достигаемой высокой провозной способности.
Изобретение было описано выше исключительно на примере двухэтажного рельсового транспортного средства. Однако понятно, что изобретение может найти применение также в сочетании с одноэтажными рельсовыми транспортными средствами.