УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРУЕМОЙ УСТАНОВКИ ОСИ ПЕРЕДНЕЙ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ЛОКОМОТИВНОЙ ТЕЛЕЖКИ В КРИВЫХ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к локомотивам, эксплуатируемым в криволинейных участках пути малого радиуса.
При прохождении локомотивом кривых малого радиуса гребень передней колесной пары каждой локомотивной тележки оказывает значительное боковое давление на наружный рельс колеи. Это обусловлено отклонением оси колесной пары тележки от радиального положения и, как следствие, увеличением угла набегания колеса на наружный рельс колеи. Значительные силы бокового давления на рельс гребней локомотивных колес вызывают интенсивный износ соответствующих контактирующих поверхностей колес и рельсов, что приводит к снижению технического ресурса локомотивов и рельсовой колеи.
Для снижения интенсивности износа гребней локомотивных колес и рельсов в кривых малого радиуса выполняется принудительный разворот оси передней колесной пары в радиальное положение. С этой целью локомотивные тележки оснащаются устройствами регулируемой установки оси передней колесной пары. Известно устройство для регулируемой установки оси передней колесной пары локомотивной тележки в кривых без управляемого воздействия на колесную пару, установленное на двухосной локомотивной тележке [1]. Известное устройство состоит из двух одинаковых распорных механизмов и соединяющего их поперечного звена. Каждый распорный механизм расположен вдоль боковой стороны тележки и представляет собой два идентичных продольных звена, шарнирно связанные между собой через взаимно противоположные плечи вертикальной стойки. Концевые шарниры распорного механизма соединены с буксами передней и задней колесных пар тележки. Вертикальная стойка выполнена с возможностью поворота ее вокруг своей оси и шарнирно соединена через соответствующее плечо с поперечным звеном устройства. При этом образуется шарнирный параллелограмм из этих плеч, поперечного звена и отрезка прямой между осями вертикальных стоек.
Известное устройство без управляемого воздействия на колесные пары при движении локомотива в кривой малого радиуса работает следующим образом. При входе локомотива в кривую малого радиуса ось задней колесной пары каждой тележки локомотива разворачивается относительно рамы тележки на малый
1
1
2
1
угол δ в направлении, противоположном вписыванию локомотива в кривую, δ>0. Это движение через распорные механизмы передается на переднюю колесную пару тележки, вызывая разворот ее оси на угол δ=- δ. В результате у передней колесной пары каждой тележки обеспечивается некоторое уменьшение угла набегания колеса на наружный рельс колеи и соответствующее уменьшение силы давления гребня на рельс. Вследствие этого снижается боковой износ гребня набегающего колеса и головки наружного рельса.
Однако у локомотивной тележки с известным устройством без управляемого воздействия на колесную пару интенсивность бокового износа гребня набегающего колеса и головки наружного рельса при движении в кривых малого радиуса является значительной, что является недостатком известного устройства. Это обусловлено тем, что повороту оси передней колесной пары относительно рамы тележки за счет устройства препятствуют большие силы упругости в связях букс колесной пары с рамой тележки. В связи с этим у передней колесной пары сохраняются существенное отклонение оси от радиального положения и большой угол набегания колеса на наружный рельс колеи при значительном давлении гребня этого колеса на головку рельса, что приводит к интенсивному износу гребня набегающего колеса и головки наружного рельса при движении в кривых малого радиуса.
Другой недостаток известного устройства без управляемого воздействия на колесную пару заключается в нарушении этим устройством устойчивости движения локомотивной тележки в прямых участках пути и в пологих кривых. Это обусловлено тем, что с установкой на тележке данного устройства изменяется число степеней свободы тележки, становится нестабильной жесткость связей колесных пар с рамой тележки.
Наиболее близким к заявляемому решению по максимальному количеству сходных признаков и достигаемому результату является известное устройство для регулируемой установки оси передней колесной пары локомотивной тележки в кривых с управляемым воздействием на колесную пару [2]. Известное устройство содержит ведущее звено с самотормозящим реверсивным приводом, блок управления с планом эксплуатируемого участка пути и датчиком перемещения локомотива, две одинаковые передаточные кинематические цепи. Каждая передаточная кинематическая цепь представляет собой установленные последовательно и шарнирно связанные поперечный поводок, двуплечее коромысло и упругий буксовый поводок.
Ведущее звено выполнено с возможностью поступательного перемещения вдоль его продольной оси. Самотормозящий реверсивный привод установлен на раме тележки и выполнен в виде винтового механизма. Блок управления и датчик перемещения локомотива установлены на раме тележки и электрически связаны с самотормозящим реверсивным приводом с обеспечением управляемого силового воздействия на ведущее звено.
Каждая передаточная кинематическая цепь шарнирно соединена с соответствующим концом ведущего звена и соответствующей буксой.
Известное устройство для регулируемой установки оси передней колесной пары локомотивной тележки в кривых с управляемым воздействием на переднюю колесную пару работает следующим образом.
Датчик перемещения локомотива непрерывно фиксирует положение локомотива на эксплуатируемом участке пути и передает его координаты в блок управления. Блок управления сопоставляет полученные координаты с планом эксплуатируемого участка пути и для каждого положения локомотива определяет радиус кривизны ρ рельсовой колеи. При входе в кривую малого радиуса, когда ρ≥300 м, блок управления включает самотормозящий реверсивный привод, создающий на ведущем звене управляемую движущую силу. Под действием движущей силы ведущее звено смещается поступательно в направлении своей продольной оси, приводя в движение звенья передаточных кинематических цепей и буксы передней колесной пары. При этом буксы над наружным рельсом колеи перемещаются в направлении движения локомотива, а буксы над внутренним рельсом - в противоположном направлении. От ведущего звена на буксы передается управляемое силовое воздействие, которое создает на передней колесной паре разворачивающий момент, необходимый для уменьшения отклонения оси этой пары от радиального положения.
При движении локомотива по прямолинейному участку пути и в пологой кривой (ρ>300 м) блок управления каждой тележки отключен от самотормозящего реверсивного привода. Управляемая движущая сила на ведущем звене равна нулю, все звенья устройства для установки колесных пар неподвижны. Работа упругих поводков передней колесной пары при движении тележки в этом случае не отличается от их работы в условиях, когда известное устройство для установки колесных пар отсутствует.
Достоинством известного устройства для регулируемой установки оси передней колесной пары локомотивной тележки в кривых с управляемым воздействием
на переднюю колесную пару является то, что у тележки с этим устройством при прохождении локомотивом прямых участков пути и пологих кривых сохраняется устойчивость движения. Это обусловлено отключением устройства от работы в указанных условиях движения локомотива и предварительным приведением в номинальное положение связей колесных пар с рамой тележки.
Однако у локомотивной тележки с известным устройством для регулируемой установки оси передней колесной пары в кривых интенсивность бокового износа гребня набегающего колеса и головки наружного рельса при движении в кривых малого радиуса остается значительной. Это обусловлено следующим. Передача управляемого воздействия на переднюю колесную пару для создания разворота ее оси сопровождается деформацией поводковых связей с большим коэффициентом продольной жесткости. В связи с этим для разворота оси колесной пары в радиальное положение требуются значительные силы. Чтобы, например, в кривой радиусом 200 м уменьшить до нуля угол отклонения оси колесной пары от радиального положения и исключить тем самым боковой износ гребней колес и рельсов, управляемое силовое воздействие на каждую буксу должно быть в 30 раз больше максимальной продольной нагрузки на буксу в тяговом режиме работы локомотива, что противоречит условиям сохранения работоспособности буксовых узлов тележки. Вынужденное значительное уменьшение управляемого силового воздействия на буксы для обеспечения работоспособности буксовых узлов приводит к соответствующему увеличению угла отклонения оси колесной пары от радиального положения, к росту интенсивности износа гребней колес и рельсов. Поэтому у тележек с известным устройством для установки колесных пар локомотивных тележек износ гребней колес и рельсов в кривых малого радиуса остается значительным.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке устройства для регулируемой установки оси передней колесной пары локомотивной тележки в кривых с управляемым воздействием на эту пару, обеспечивающего значительное снижение износа гребней колес и рельсов в кривых малого радиуса за счет уменьшения управляемого силового воздействия на буксы при сохранении работоспособности буксовых узлов.
Для решения поставленной задачи в устройстве для регулируемой установки оси передней колесной пары локомотивной тележки в кривых, содержащем ведущее звено, установленные на раме тележки реверсивный привод, блок управления с планом эксплуатируемого участка пути и датчик перемещения локомотива,
электрически связанные между собой с возможностью управляемого силового воздействия на ведущее звено, две передаточные кинематические цепи и два упругих поводка, связанных первыми концами с рамой тележки, при этом каждая передаточная кинематическая цепь шарнирно соединена с ведущим звеном и соответствующей буксой передней колесной пары, каждая передаточная кинематическая цепь составлена из прямоугольной рамки с закрепленным на ней самотормозящим винтовым механизмом, гайка которого шарнирно связана с буксой, винт соединен двойным универсальным шарниром с ведущим звеном, выполненным с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, а вторые концы упругих поводков шарнирно закреплены на прямоугольной рамке, при этом винт самотормозящего винтового механизма выполнен с возможностью вращения вокруг его продольной оси.
Кроме того, в устройстве ось шарнирного соединения гайки с буксой соосна с осью колесной пары, а двойной универсальный шарнир выполнен с телескопическим промежуточным валом.
Новое выполнение каждой передаточной кинематической цепи и обеспечение возможности вращательного движения ведущего звена отличает заявляемое решение от прототипа, следовательно, оно соответствует критерию патентоспособности полезной модели «новизна».
Новое выполнение каждой передаточной кинематической цепи и обеспечение возможности вращательного движения ведущего звена приводит к тому, что управляемые воздействия на буксы для перевода оси колесной пары в радиальное положение определяется только сопротивлением развороту оси колесной пары и осуществляется моментом, величина которого не связана с жесткостью упругих поводков. Вследствие этого управляемое воздействие на каждую буксу становятся меньше продольной нагрузки на буксу в тяговом режиме работы локомотива. Тем самым значительно снижается износ гребней колес и рельсов в кривых малого радиуса при сохранении работоспособности буксовых узлов тележки.
На фиг.1 представлена схема устройства для регулируемой установки оси передней колесной пары локомотивной тележки в кривых.
На фиг.2 представлен вид на буксовый узел по стрелке А.
Устройство для регулируемой установки оси передней колесной пары локомотивной тележки в кривых содержит ведущее звено 1, реверсивный привод 2, блок управления с планом эксплуатируемого участка пути 3, датчик перемещения локомотива 4, две передаточные кинематические цепи 5 и два упругих поводка 6.
Ведущее звено 1 выполнено с возможностью вращения вокруг своей продольной оси и является выходным звеном реверсивного привода 2.
Реверсивный привод 2, блок управления 3 с планом эксплуатируемого участка пути и датчик 4 перемещения локомотива установлены на раме тележки 7 и электрически связаны между собой с возможностью управляемого силового воздействия на ведущее звено 1. Каждая передаточная кинематическая цепь 5 содержит прямоугольную рамку 8, самотормозящий винтовой механизм 9 и двойной универсальный шарнир 10.
Гайка 11 самотормозящего винтового механизм 9 связана с буксой 12 шарниром 13, ось которого совпадает с осью колесной пары 14. Винт 15 самотормозящего винтового механизм 9 закреплен на рамке 8 с возможностью вращения вокруг своей оси, параллельной продольной оси рамы тележки 7, и соединен с ведущим звеном 1 двойным универсальным шарниром 10, который выполнен с телескопическим промежуточным валом 16.
Первые концы упругих поводков 6 шарнирно соединены с рамой тележки 7, а их вторые концы - с прямоугольной рамкой 8.
Устройство для регулируемой установки оси передней колесной пары локомотивной тележки в кривых работает следующим образом.
Датчик перемещения локомотива 4 непрерывно фиксирует положение локомотива на эксплуатируемом участке пути и передает его координаты в блок управления 3. Блок управления 3 сопоставляет полученные координаты с планом эксплуатируемого участка пути и для каждого положения локомотива определяет радиус кривизны ρ рельсовой колеи. При входе в кривую малого радиуса, когда ρ≤300 м, блок управления 3 включает реверсивный привод 2, создающий на вращающемся ведущем звене 1 управляемый движущий момент. Под действием этого момента ведущее звено 1 поворачивается вокруг своей продольной оси, передавая движение звеньям двух передаточных кинематических цепей 5.
Двойной универсальный шарнир 10 с телескопическим промежуточным валом 16 первой передаточной кинематической цепи 5 передает вращение от ведущего звена 1 на винт 15 самотормозящего винтового механизма 9. При этом гайка 11 механизма 9 смещается вдоль оси винта 15, приводя посредством шарнира 13 соответствующую буксу 12 и конец оси колесной пары 14 в смещение вдоль продольной оси тележки, допустим в направлении движения локомотива.
Аналогично осуществляется передача движения от ведущего звена 1 посредством второй передаточной кинематической цепи 5 на противоположный конец
оси колесной пары 14, вызывая смещение этого конца вдоль продольной оси тележки в направлении противоположном движению локомотива.
В результате ось колесной пары 14 разворачивается в направлении к ее радиальному положению.
Управляемый движущий момент на ведущем звене 1, обеспечивающий перевод оси колесной пары в радиальное положение, зависит от радиуса кривой. Его величина назначается блоком 3, независимо от жесткости упругих поводков 6.
Передача движения от ведущего звена 1 к буксе 12 осуществляется непосредственно через самотормозящий винтовой механизм 9, при этом прямоугольная рамка 8 и шарнирно связанные с ней упругие поводки 6 остаются практически неподвижными, так как продольные силы в винтовом механизме 9, действующие на рамку 8, не вызывают заметных деформаций поводков 6 из-за их большой жесткости. Из расчетов следует, что при номинальной продольной жесткости поводков одной буксы, равной 78,5 кН/мм, максимальной тяговой нагрузке на буксу 32,5 кН [3] и управляемом воздействии на нее 8 кН продольная деформация поводков при прохождении локомотивом кривой радиусом 200 м равна 0,516 мм.
Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое устройство при реализации обеспечивает радиальную установку оси передней колесной пары с минимальным износом гребней набегающих колес и головок рельсов в кривых малого радиуса, сохраняя нормативную работоспособность буксовых узлов.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Косов B.C. Исследование способов улучшения ходовой динамики электровозов типа ЭП10 / В.С.Косов, Г.С.Михальченко, Д.Ю. Погорелов, В.А. Симонов // Вестник ВЭлНИИ. - Новочеркасск: Изд-во ВЭлНИИ, 2004, №1. С.74-86.
2. Патент на изобретение №2286900 МПК B64F 5/48. Устройство ля установки колесных пар локомотивной тележки в кривых. В.И. Доронин, С. В. Доронин; ДВГУПС, 2006. Бюл. №31.
3. Магистральные электровозы. Общие характеристики. Механическая часть / В.И. Бочаров, И.Ф. Кодинцев, А.И. Кравченко и др. - М.: Машиностроение, 1991. - С.60-82.