Устройство для предотвращения буксования локомотива

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для повышения тягового усилия локомотива за счет предотвращения буксования ведущих колес.
Известно устройство для предотвращения буксования ведущих колес локомотива, применяемое на отечественном электровозе 2ЭС10, и содержащее датчик активной мощности тягового электродвигателя и блок сравнения его с требуемой мощностью (см. Электровоз грузовой постоянного тока с асинхронными электродвигателями. Руководство по эксплуатации, часть 1 2ЭС 10.00.000.000 РЭ., ОАО «СТМ», 2009 г., С. 60-61).
Недостатком известного устройства является то, что для снижения активной мощности тягового электродвигателя, вызывающего срабатывание системы, необходимо, чтобы колесная пара начала проскальзывать по рельсу, что ведет к потерям передаваемой энергии и повышенному износу колес и рельсов. Кроме того, для предупреждения буксования указанное устройство снижает заданную для колесной пары силу тяги, что ведет к недоиспользованию мощности локомотива и снижению веса составов, с которыми он может работать на данном участке.
Известно также устройство для предотвращения буксования ведущих колес локомотива в виде группового привода, содержащее осевые редукторы, связанные тягами с рамой тележки, рамный редуктор и карданные валы, соединяющие рамный редуктор с осевыми редукторами (см. Механическая часть тягового подвижного состава». Учебник для… / И. В. Бирюков, и др.; Под редакцией И.В. Бирюкова. М.: Транспорт, 1992. С. 341, рис. 13.40.). При ухудшении сцепления с рельсом одной из колесных пар крутящий момент тягового электродвигателя перераспределяется через рамный редуктор и карданные валы на колесную пару, для которой сцепление с рельсом выше.
Данное устройство использовано на отечественном электровозе ВЛ83 и позволяет повысить коэффициент сцепления локомотива на 6-8% при трогании с места и высоких скоростях движения (см. Развитие локомотивной тяги. / Н.А. Фуфрянский, А.С. Нестрахов, А.Н. Долганов, Н.Н. Каменев, Э.А. Пахомов; Под ред. Н.А. Фуфрянского и А.Н. Бевзенко. - М.: Транспорт, 1982, С. 210, рис. 7.8. б.) Недостатком данного устройства является то, что перераспределение крутящего момента только посредством механической связи колес друг с другом не устраняет возможности буксования локомотива или тележки всеми колесными парами.
В качестве прототипа заявленной полезной модели выбрано устройство для предотвращения буксования ведущих колес локомотива, содержащее осевые редукторы, связанные тягами с рамой тележки, рамный редуктор и карданные валы, соединяющие рамный редуктор с осевыми редукторами, отличающееся тем, что на колесных парах размещены индукторы, питаемые от источников тока через подчиненную систему регулирования, состоящую из выключателя, регуляторов тока индукторов, сигнал на которые поступает от блоков «ИЛИ», на которые поступает сигнал либо от блока сравнения, сравнивающего между собой сигналы датчиков продольного усилия, расположенных на тягах осевых редукторов, либо от ключа, сравнивающего сигнал от сумматора, суммирующего сигналы датчиков продольного усилия, расположенных на тягах осевых редукторов, с сигналом задания величины суммарного продольного усилия, поступающего с блока установки величины суммарной силы тяги (Патент на полезную модель №156444, Российская Федерация, МПК В61С 15/08. Устройство для предотвращения буксования локомотива [Текст] / Воробьев В.И., Антипин Д.Я., Пугачев А.А., Измеров О.В., Бондаренко Д.А., Корчагин В.О. Опубл. 10.11.2015, бюл. №31.).
Недостатком прототипа является отсутствие средств для разрушения пленки загрязнений, возникающих в процессе эксплуатации на поверхности колеса и рельса, что приводит к снижению эффективности работы устройства, ограничению возможности дальнейшего повышения силы тяги и производительности локомотива.
Известно устройство для улучшения сцепления колеса с рельсом, содержащее блок подачи магнитного абразивного материала в зону контакта колеса с рельсом из бункера-сборника, расположенного в плоскости колеса колесной пары в непосредственной близости от его поверхности, и блок управления подачей абразивного материала, выполненный в виде поляризованного электромагнитного уловителя и намагниченного бандажа колесной пары, при этом блок управления снабжен постоянным магнитом, а электромагнит уловителя имеет шунтирующий зазор, над которым установлен постоянный магнит, причем бункер-сборник расположен над колесной парой для подачи абразивного материала самотеком (см. А.С. №1028544 (СССР) Устройство для улучшения сцепления колеса с рельсом. / Протасов А.В. и др. - Опубл. В Б.И., 1983, №26.). Недостаток устройства заключается в необходимости периодического подмагничивания бандажа.
Технический результат заявленной полезной модели состоит в повышении эффективности устройства за счет наличия средств для разрушения пленки загрязнений, возникающих в процессе эксплуатации на поверхности колеса и рельса.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для предотвращения буксования локомотива, содержащее осевые редукторы, связанные тягами с рамой тележки, рамный редуктор и карданные валы, соединяющие рамный редуктор с осевыми редукторами и размещенные на колесных парах индукторы, питаемые от источников тока через подчиненную систему регулирования, состоящую из выключателя, регуляторов тока индукторов, сигнал на которые поступает от блоков «ИЛИ», на которые поступает сигнал либо от блока сравнения, сравнивающего между собой сигналы датчиков продольного усилия, расположенных на тягах осевых редукторов, либо от ключа, сравнивающего сигнал от сумматора, суммирующего сигналы датчиков продольного усилия, расположенных на тягах осевых редукторов, с сигналом задания величины суммарного продольного усилия, поступающего с блока установки величины суммарной силы тяги, на осевых редукторах закреплены бункеры подачи абразивного магнитного порошка, расположенные в плоскости колес колесной пары в непосредственной близости от их поверхности, содержащие магнитопроводы и постоянные магниты, и заполненные магнитным абразивным порошком.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства для предотвращения буксования локомотива, а на фиг. 2. - вид бункера подачи абразивного материала.
Устройство для предотвращения буксования локомотива содержит осевые редукторы 1 и 2, связанные тягами 3 и 4 с рамой тележки 5, рамный редуктор 6 и карданные валы 7 и 8, соединяющие рамный редуктор 6 с осевыми редукторами 1 и 2. На колесных парах 11 и 12 располагаются индукторы 9 и 10. Имеется подчиненная система регулирования, содержащая датчики продольного усилия 15 и 16, размещенные на тягах 3 и 4, блок сравнения БС (17), ключ К (18), блок установки У (19), блоки ИЛИ1 (13) и ИЛИ2 (14), регуляторы тока РТ1 (20) и РТ2 (21), источник тока ИТ1 (22), выключатель ВК (23) и сумматор С (24).
Пары бункеров-сборников 25 и 26 расположены над колесными парами 11 и 12, каждый из бункеров расположен в плоскости каждого из колес колесной пары в непосредственной близости от поверхности колеса. Каждый бункер содержит блок управления подачей абразивного материала (фиг. 2), выполненный в виде поляризованного электромагнитного уловителя, состоящего из магнитопровода 27 с управляющей обмоткой 30 и шунтирующим зазором, над которым установлен постоянный магнит 28, причем бункер-сборник заполнен магнитным абразивным порошком 29.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При работе локомотива в режиме выбега выключатель ВК (23) разомкнут, сигналы на регуляторы тока РТ1 (20) и РТ2 (21) не поступают и ток от источника тока ИТ1 (22) через индукторы 9 и 10 и обмотки не проходит. Тем самым предотвращается случайное включение устройств усиления коэффициента сцепления при изменении продольных усилий в тягах осевых редукторов вследствие наличия динамических крутящих моментов в приводе и статических крутящих моментов, вызванных разностью диаметров колес. В бункерах 26 и 27 постоянный магнит 28 создает магнитный поток, который проходит по магнитопроводу 27 и воздействует на магнитный абразивный порошок 29, удерживая его внутри пар бункеров 25 и 26. При работе в режиме тяги выключатель ВК (23) замыкается, что позволяет при необходимости подавать ток от источников тока ИТ1 (22) через индукторы 9 и 10 и управляющие обмотки 30 пар бункеров 25 и 26. Крутящие моменты, передаваемые от рамного редуктора 6 карданными валами 7 и 8 на осевые редукторы 1 и 2, создают продольные усилия в тягах 3 и 4. Сигналы от датчиков продольного усилия 15 и 16, пропорциональные усилиям в тягах 3 и 4, поступают на блок сравнения БС (17), который вырабатывает и подает сигнал, равный модулю разности сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16 либо на блок ИЛИ1 (13), который подает сигнал на регулятор тока РТ1 (20), если сигнал от датчика 15 меньше сигнала от датчика 16, либо на блок ИЛИ2 (14), который подает сигнал на регулятор тока РТ2 (21), если сигнал от датчика 16 меньше сигнала от датчика 15. Одновременно сигналы от датчиков продольного усилия 15 и 16, пропорциональные усилиям в тягах 3 и 4, поступают на сумматор С (24), который подает на ключ К (18) сигнал, равный сумме сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16. Блок установки У (19) вырабатывает сигнал, который пропорционален тяговому усилию тележки, которое задается системой управления. Ключ К (18) сравнивает сигнал с выхода сумматора С (24) и блока установки У (19), и, если сигнал с выхода сумматора С (24) меньше сигнала с выхода блок установки У (19), подает на блоки ИЛИ1 (13), и ИЛИ2 (14), а от них - на регуляторы тока РТ1 (20) и РТ2 (21) сигнал, пропорциональный превышению сигнала с выхода блока установки У (19) над сигналом с выхода сумматора С (24).
При движении локомотива возможны два случая ухудшения сцепления колес с рельсами: ухудшение сцепления одной из колесных пар тележки с рельсами (вследствие неравномерного распределения нагрузки на оси при реализации силы тяги и/или увеличении поперечного скольжения набегающей колесной пары в кривой) и ухудшение сцепления обоих колесных пар тележки (вследствие наличия воды и масла на поверхности рельсов).
В случае ухудшения сцепления одной из колесных пар с рельсом ее относительное скольжение увеличивается, что приводит к перераспределению тягового усилия и тягового момента на колесную пару, имеющую лучшие условия сцепления, т.е. тяговый момент колесной пары с худшими условиями сцепления уменьшается, а с лучшими - возрастает, при этом суммарный тяговый момент на обоих колесных парах не изменяется, а вероятность срыва колесных пар тележки в буксование повышается. При ухудшении сцепления колесной пары 11 с рельсом ее относительное скольжение увеличивается, что приводит к снижению тягового усилия, приходящегося на колесную пару 11, тягового момента в осевом редукторе 1, усилия в тяге 3, и сигнала датчика продольного усилия 15. Когда сигнал датчика продольного усилия 15 становится меньше сигнала датчика продольного усилия 16, блок сравнения БС (17) подает сигнал, равный модулю разности сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16 на элемент ИЛИ1 (13) и с него на регулятор тока РТ1 (20), который подает напряжение от источника тока ИТ1 (22) на индуктор 9, устанавливая величину тока пропорционально модулю разности сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16. Индуктор 9 создает магнитный поток в контакте «колесо-рельс», что приводит к повышению коэффициента сцепления колесной пары 11 с рельсом и восстановлению тягового усилия колесной пары 11, вследствие чего вероятность срыва колесных пар тележки в буксование снижается. Поскольку индуктор 9 находится на оси колесной пары 11, то он также создает магнитный поток, проходящий через бункер 25 и преобладающий на магнитным потоком, создаваемым постоянным магнитом 28, в результате чего магнитный абразивный порошок 29 переходит из бункера на поверхность катания колесной пары 11, удерживается на этой поверхности магнитным потоком, создаваемым индуктором 9, и, попадая в зону контакта колеса и рельса, разрушает пленки загрязнений, способствуя тем самым повышению коэффициента сцепления.
В случае ухудшения сцепления колесной пары 12 с рельсом ее относительное скольжение увеличивается, что приводит к снижению тягового усилия, приходящегося на колесную пару 12, тягового момента в осевом редукторе 2, усилия в тяге 4, и сигнала датчика продольного усилия 16. Когда сигнал датчика продольного усилия 16 станет меньше сигнала датчика продольного усилия 15, блок сравнения БС (17) подает сигнал, равный модулю разности сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16 на блок ИЛИ2 (14) регулятор тока РТ2 (21), который подает напряжение от источника тока ИТ1 (22) на индуктор 10, устанавливая величину тока пропорционально модулю разности сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16. Индуктор 10 создает магнитный поток в контакте «колесо-рельс», что приводит к повышению коэффициента сцепления колесной пары 12 с рельсом и восстановлению тягового усилия колесной пары 12, вследствие чего вероятность срыва колесных пар тележки в буксование снижается. Поскольку индуктор 10 находится на оси колесной пары 12, то он также создает магнитный поток, проходящий через бункер 26 и преобладающий на магнитным потоком, создаваемым постоянным магнитом 28, в результате чего магнитный абразивный порошок 29 переходит из бункера на поверхность катания колесной пары 12, удерживается на этой поверхности магнитным потоком, создаваемым индуктором 10, и, попадая в зону контакта колеса и рельса, разрушает пленки загрязнений, способствуя тем самым повышению коэффициента сцепления.
В случае одновременного ухудшения сцепления колесных пар 11 и 12 с рельсами происходит одновременное снижение тягового усилия обеих колесных пар тележки, снижение тягового момента в осевых редукторах 1 и 2, усилий в тягах 3 и 4, и сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16. Вследствие общего увеличения скольжения колесных пар, их тяговые усилия выравниваются, вследствие чего блок сравнения БС (17) не подает сигнала непосредственно на блоки ИЛИ1 (13) и ИЛИ2 (14), а сумматор С (24) подает сигнал, равный сумме сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16 на ключ К (18), на который также подается сигнал установки от блока установки У (19), пропорциональный заданному для данного режима движения тяговому усилию. Если суммарное тяговое усилие меньше заданного, то сигнал от сумматора С (24), равный сумме сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16, также меньше сигнала от блока установки У (19). В этом случае ключ К (18) подает сигнал на блоки ИЛИ1 (13) и ИЛИ2 (14), а с их выходов - на регуляторы тока РТ1(20) и РТ1 (21), которые подает напряжение от источника тока ИТ1 (22) на индукторы 9 и 10 колесных пар 11 и 12, устанавливая величину тока пропорционально разности между уровнем сигнала от блока установки У (19) и суммой сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16, т.е. пропорционально разности между заданной и реальной суммарной силой тяги обоих колесных пар. Ток от источника ИТ1 (22) проходит через индукторы 9 и 1 0, которые создают магнитный поток в контакте «колесо-рельс», что приводит что приводит к повышению коэффициента сцепления колесных пар 11 и 12 с рельсом и предотвращает срыв тягового привода в буксование обеими колесными парами. Поскольку индукторы 9 и 10 находятся на осях колесных пар соответственно 11 и 12, то они создают магнитный поток, проходящий через бункеры 25 и 26 и преобладающий на магнитным потоком, создаваемым постоянным магнитом 28 в каждом из бункеров, в результате чего магнитный абразивный порошок 29 переходит из бункеров на поверхности катания колесных пар 11 и 12, удерживается на этих поверхностях магнитным потоком, создаваемым индукторам 9 и 10, и, попадая в зону контакта колеса и рельса, разрушает пленки загрязнений, способствуя тем самым повышению коэффициента сцепления.
После прекращения подачи напряжения на индукторы 9 и 10 на магнитный абразивный порошок, находящийся на поверхностях катания колесных пар 11 и 12 действует магнитный поток, вызванный остаточным намагничиванием колесных пар 9 и 10, который удерживает магнитный порошок на поверхностях катания этих колесных пар. При приближении магнитного порошка к бункерам 25 или 26 магнитный поток, создаваемый магнитом 28 в каждом из бункеров, оказывается сильнее магнитного потока, вызванного остаточным намагничиванием колесных пар, вследствие чего абразивный магнитный порошок втягивается в бункеры 25 и 26.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что использование устройства для предотвращения буксования локомотива позволяет повысить производительность локомотива за счет снижения ограничений его тягового усилия по условиям сцепления колес с рельсами, снижения потери энергии в тяговом приводе за счет исключения режима буксования и снижения износа рельсов и колес путем сочетания воздействия магнитного поля на контакт с рельсом колес колесной пары с ухудшившимися условиями сцепления или обоих колесных пар при снижении тягового усилия до величины меньше заданной и одновременного разрушения пленок загрязнений на поверхности колеса и рельса с помощью управляемой магнитным полем индукторов подачи в зону контакта колеса и рельса магнитного абразивного порошка, убираемого обратно в бункеры постоянными магнитами, расположенными в бункерах.