ТЯГОВЫЙ ПРИВОД ЛОКОМОТИВА

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, а именно к устройствам для передачи крутящего момента от тягового двигателя к колесной паре.
Известен тяговый привод локомотива, содержащий статор тягового электродвигателя, опирающийся на буксы, и ротор, размещенный на оси колесной пары (см. Бирюков И.В, Беляев А.И., Рыбников Е.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. М., Транспорт, 1986, С. 10-11, рис. 1.2).
Недостатком известного тягового привода, примененного на электровозах Лондонской подземной дороги, является высокая неподрессоренная масса привода, приводящая к увеличению воздействия на путь (см. Бирюков И.В, Беляев А.И., Рыбников Е.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. М., Транспорт, 1986, С. 10-11).
Известен тяговый привод, содержащий тяговый электродвигатель, колесную пару, ось которой проходит через полый вал электродвигателя, и соединяющего его с колесной парой компенсационную муфту (см. Механическая часть подвижного состава: Учебник для вузов ж.д. трансп. / И.В. Бирюков, А.Н. Савоськин, Г.П. Бурчак и др.; Под ред. И.В. Бирюкова. - М.: Транспорт, 1992, С. 346-349, рис. 13.47).
Недостатком данного тягового привода, примененном на локомотиве 85Е0 фирмы «Шкода», является сложность его устройства и ремонта, поскольку для замены подшипников тягового электродвигателя требуется расформирование колесной пары.
Известен электродвигатель-генератор, содержащий диски статора и ротора, корпус, причем на дисках статора установлены катушки, на дисках ротора - постоянные магниты, а статор разделен продольно на две части (см. Исачкин А.Ф. Электродвигатель-генератор. Патент РФ №2256995). Недостатком данного электродвигателя является то, что, в случае применения его для тягового привода локомотива с размещением ротора на оси колесной пары, на оси колесной пары требуется разместить подшипники, для замены которых требуется расформирование колесной пары.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран тяговый привод локомотива, содержащий статор тягового электродвигателя в виде двух полюсов с установленными на них обмотками возбуждения, расположенный на раме тележки, ротор в виде цилиндра с установленными на нем якорными обмотками, расположенный на оси колесной пары, и устройство коммутации обмоток в зависимости от углового положения ротора в виде коллекторно-щеточного аппарата, (см. Медель, В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог. Т. 1: Конструкция и динамика: учеб. пособие / В.Б. Медель. - М.: Трансжелдориздат, 1957, С. 196, рис. 290).
Такой привод, примененный для электровоза ЕР-2 фирмы «Дженерал Электрик», не содержит подшипников тягового электродвигателя. Недостаток указанного тягового привода состоит в плохом использовании активных материалов двигателя вследствие необходимости выполнения воздушного зазора большой величины, неудовлетворительной коммутации и ненадежной работы коллектора, а также увеличения воздействия на путь вследствие большого веса цилиндрического ротора (см. Медель, В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог. Т. 1: Конструкция и динамика: учеб. пособие / В.Б. Медель. - М.: Трансжелдориздат, 1957, С. 196).
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в снижение затрат на ремонт локомотива и пути посредством повышения надежности тягового привода.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид тягового привода, на фиг. 2 сечение А-А, на Фиг. 3 схема изменения положения постоянного магнита, находящегося на роторе, при вертикальном перемещении колесной пары.
В тяговом приводе локомотива, содержащем статор тягового электродвигателя, расположенный на раме тележки, ротор, расположенный на оси колесной пары и устройство коммутации обмоток, статор тягового электродвигателя выполнен в виде нескольких частей дисков с установленными на них обмотками, ротор выполнен в виде нескольких дисков с установленными на них постоянными магнитами, а устройство коммутации обмоток в зависимости от углового положения ротора выполнено в виде автономного инвертора тока, управляемого вычислительным устройством, определяющим угол коммутации для каждой из обмоток статора в зависимости от угла поворота ротора, определяемого с помощью датчика положения ротора, расположенного на буксе колесной пары и связанного с торцом оси колесной пары, и от величины поправки для угла коммутации каждой из обмоток статора в зависимости от расстояния между колесной парой и тележкой, определяемого датчиком измерения расстояния между колесной парой и тележкой, связанным с буксой колесной пары и рамой тележки. Тем самым обеспечивается постоянство угла опережения вращающегося магнитного поля, создаваемого обмотками статора, относительно постоянных магнитов ротора, независимо от вертикального расположения колесной пары относительно рамы тележки.
Предлагаемый тяговый привод локомотива (фиг. 1) содержит статор тягового электродвигателя 1, расположенный на раме тележки 2, ротор 3, расположенный на оси колесной пары 4 и устройство коммутации обмоток 5 в зависимости от углового положения ротора 3.
Ротор 3 выполнен в виде нескольких дисков, в отверстиях которых равномерно по окружности установлены постоянные магниты 6. Статор 1 выполнен в виде нескольких частей дисков, на котором установлены обмотки 5 на равном радиальном расстоянии от оси колесной пары, при этом число обмоток 5 кратно числу пар магнитов 6. Коммутация тока в обмотках 5 производится автономным инвертором тока 7 (АИТ), которым управляет вычислительное устройство 8 (ВУ), на которое, в свою очередь, поступают сигналы от датчика 9 положения ротора, расположенного на буксе 10 на оси колесной пары 4 и связанного с торцом оси колесной пары 4, и от датчика 11 расстояния между колесной парой 4 и рамой тележки 2, связанного с буксой 10 и рамой тележки 2.
Предлагаемый тяговый привод работает следующим образом. Датчик 9 положения ротора передает на вычислительное устройство 8 (ВУ) информацию в виде цифрового кода об угловом положении колесной пары 4 и закрепленного на ее оси ротора 3. Вычислительное устройство 8 (ВУ) в зависимости от углового положения ротора 3 управляет автономным инвертором тока 7 (АИТ), который подает ток на обмотки 5 статора 1 синхронно с угловым положением ротора 3, при этом магнитное поле, создаваемое обмотками 7, взаимодействует с магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами 6, создавая крутящий момент на роторе 3, который, в свою очередь, передается колесной паре 4, создавая тяговое усилие локомотива. При проезде неровностей пути, вызывающих колебания тепловоза на рессорном подвешивании, диски ротора 3 свободно перемещаются в вертикальном направлении в зазоре между магнитами 6 и обмотками 5 статора 1. При вертикальном перемещении дисков ротора 3 (Фиг. 2) магнит 6 перемещается в положение, показанное на фиг. 2 как позиция 6′, угол между установленными на дисках ротора 3 постоянными магнитами 6 и обмотками 5 статора 1 изменяется на величину
,
где φ - угол между серединой постоянного магнита 6 и вертикалью;
R - средний радиус расположения магнитов 6;
Y - вертикальное перемещение колесной пары 4 относительно рамы тележки 2.
Таким образом, вертикальное перемещение колесной пары 4 относительно рамы тележки 2 приводит к увеличению угловой скорости движения постоянных магнитов 6 относительно обмоток 5, если вертикальная составляющая перемещения магнитов 6 при вращении колесной пары 4 направлена в ту же сторону, что и перемещение колесной пары 4, и к уменьшению угловой скорости движения постоянных магнитов 6 относительно обмоток 5, если вертикальная составляющая перемещения магнитов 6 при вращении колесной пары 4 направлена в сторону, противоположную перемещению колесной пары 4, что приводит к нарушению синхронности между перемещением постоянных магнитов 6 и вращением магнитного поля статора, вызванного переключением обмоток 5. Для обеспечения устойчивой работы автономного инвертора тока 7 (АИТ) в соответствии с изменением угла коммутации обмоток, на вычислительное устройство 8 (ВУ) подается сигнал в виде цифрового кода от датчика 11 расстояния между колесной парой 4 и рамой тележки 2, на основании которого вычислительное устройство 8 (ВУ) определяет поправку угла коммутации каждой из обмоток 5 на основании приведенной формулы, в соответствии с изменением расстояния между колесной парой с расположенным на ней ротором и рамой тележки с расположенным на ней статором.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что использование предлагаемого тягового привода локомотива позволяет снизить массу ротора и неподрессоренную массу экипажа, снизив воздействие на путь, в предлагаемом тяговом приводе локомотива конструкция ротора не содержит деталей, требующих ремонта, а надежность коммутации обеспечивается за счет введения поправки вычислительным устройством в соответствии с изменением расстояния между колесной парой с расположенным на ней ротором и рамой тележки для обеспечения постоянства обеспечения постоянства угла опережения вращающегося магнитного поля, создаваемого обмотками статора, относительно постоянных магнитов ротора, независимо от вертикального перемещения колесной пары, что, в совокупности, обеспечивает снижение затрат на ремонт локомотива и пути.