СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕВОДА КОЛЕСНЫХ ПАР С ОДНОЙ КОЛЕИ НА ДРУГУЮ
SYSTEM FOR TRANSFERRING WHEEL SETS FROM ONE TRACK WIDTH TO ANOTHER

Изобретение относится к железнодорожному транспорту с различной шириной колеи, для безостановочного движения поезда при переезде с одной ширины колеи на другую.
Известно устройство для перевода колесных пар с одной колеи на другую (см. патент RU 2142381, B61F 7/00, 1999), содержащее колею разной ширины, раму, связанную с колесными тележками на передней и задней осях рамы.
Известна также система для перевода колесных пар с одной колеи на другую (см. патент RU 2631167, B61F 7/00, 2017), содержащее колею разной ширины, плавно переходящей из одной ширины колеи на другую ширину, раму, связанную через механизм изменения колеи с колесными тележками, выполненный на передней и задней осях рамы, представляющие собой кривошипно-ползунные механизмы ломающегося подкоса, где элемент, имеющий свободу осевого перемещения вдоль рамы, выполнен в виде прямоугольной рамы с возможностью перемещения относительно рамы по направляющим, выполненным на раме, шарнирно связан посредством рычагов-подкосов с поворотными параллельными бортовыми звеньями одинаковой длины, закрепленными шарнирно в одной плоскости одними концами на внешней стороне рамы, а другими концами - на дополнительных звеньях, параллельных оси рамы, соединяющих параллельные бортовые звенья, образующие паралеллограммы, оси колес шарнирно установлены на дополнительных звеньях, параллельных оси рамы, привод перемещения элементов выполнен в виде цилиндра, закрепленного на раме, включающий поршень и шток, свободный конец штока закреплен на прямоугольной раме, бесштоковая и штоковая полости цилиндра соединены посредством трубопроводов через двухходовой трехпозиционный распределитель с источником подачи рабочей среды, являющийся пневмосистемой вагона, передние и задние колесные пары тележек выполнены с возможностью перемещения вдоль продольной оси в одну сторону, причем продольные перемещения прямоугольной рамы по направляющим относительно рамы и продольные перемещения колес с осями выполнены в разных параллельных горизонтальных плоскостях, оси, соединяющие колесные пары по разным бортам выполнены в виде телескопических полуосей.
Недостатком известной системы является то, что для перевода колесных пар с одной колеи на другую необходимо в нужный момент дополнительно принудительно переключать распределитель для подачи рабочей среды к исполнительному механизму, увеличивая при этом общее время управления процессом и замедляя процесс перехода колесных пар с одной ширины колеи на другую.
Кроме того, в известной системе необходима синхронная работа механизмов передних и задних тележек при переводе устройства с одной ширины колеи на другую, что в конечном счете усложняет конструкцию переходных участков путей, обусловленных конструкцией устройства.
Задачей предложенного решения является расширение эксплуатационных возможностей за счет автоматизации процесса перевода колесных пар с одной ширины колеи на другую, индивидуально каждой тележки, независимо от ее месторасположения на раме.
Эта задача достигается тем, что система для перевода колесных пар с одной колеи на другую, содержащая колею разной ширины, плавно переходящей из одной ширины колеи на другую ширину, раму, связанную через механизм изменения колеи с колесными тележками, выполненный на передней и задней осях рамы, представляющие собой кривошипно-ползунные механизмы ломающегося подкоса, где элемент, имеющий свободу осевого перемещения вдоль рамы, выполнен в виде прямоугольной рамы с возможностью перемещения относительно рамы по направляющим, выполненным на раме, шарнирно связан посредством рычагов-подкосов с поворотными параллельными бортовыми звеньями одинаковой длины, закрепленными шарнирно в одной плоскости одними концами на внешней стороне рамы, а другими концами - на дополнительных звеньях, параллельных оси рамы, соединяющих параллельные бортовые звенья, образующие параллелограммы, оси колес шарнирно установлены на дополнительных звеньях, параллельных оси рамы, привод перемещения элементов выполнен в виде цилиндра, закрепленного на раме, включающий поршень и шток, свободный конец штока закреплен на прямоугольной раме, бесштоковая и штоковая полости цилиндра соединены посредством трубопроводов через двухходовой трехпозиционный распределитель с источником подачи рабочей среды, являющийся пневмосистемой вагона, передние и задние колесные пары тележек выполнены с возможностью перемещения вдоль продольной оси в одну сторону, причем продольные перемещения прямоугольной рамы по направляющим относительно рамы и продольные перемещения колес с осями выполнены в разных параллельных горизонтальных плоскостях, оси, соединяющие колесные пары по разным бортам выполнены в виде телескопических полуосей, внутренние полуоси выполнены подпружиненными посредством пружин сжатия относительно наружных полуосей с возможностью осевого перемещения относительно последних, на внутренней и наружной телескопических полуосях установлены контакты с возможностью замыкания электрической цепи, причем контакт на внутренней полуоси выполнен подпружиненным и скользящим с возможностью осевого перемещения относительно последней, включающий источник питания постоянного тока, переключатель полюсов электромагнита двухходового трехпозиционного распределителя рабочей среды, выключатель цепи, параллельные бортовые звенья при максимальной ширине колеи выполнены с некоторым наклоном в сторону передвижения прямоугольной рамы, двухходовой трехпозиционный распределитель выполнен с возможностью автоматического возвращения в нейтральное положение посредством пружины, переключатель полюсов электромагнита подпружинен и содержит наконечник с возможностью взаимодействия с выступом, выполненным на оси параллельной оси штока, имеющий свободу осевого перемещения и содержащая на обратной стороне ограничители с возможностью взаимодействия последних с выступом, выполненным на штоке, выключатель цепи подпружинен и содержит наконечник с возможностью взаимодействия с выступом, выполненным на штоке, причем расстояние между ограничителями на оси и расстояние между наконечником выключателя и выступом на штоке при максимальном удалении друг от друга соизмеримы с продольным перемещением прямоугольной рамы относительно рамы, а суммарная сила пружин полуосей соизмерима с продольным усилием, передаваемым штоком на прямоугольную раму при выдвижении ее из рамы.
Кроме то, переключатель полюсов электромагнита выполнен в виде смонтированных на стержне с противоположной' стороны наконечнику четырех пар контактов выполненных по две пары в двухъярусном виде параллельных друг другу в горизонтальной плоскости с возможностью взаимодействия поочередно одной пары контактов с проводниками в прямом направлении подачи питания на полюсы электромагнита и другой пары контактов с проводниками в перекрестном направлении подачи питания на полюсы электромагнита.
Причем, в качестве источника постоянного тока может быть использована штатная электрическая система питания постоянным током поезда.
По сравнению с известной предложенная система для перевода колесных пар с одной колеи на другую позволяет в автоматическом режиме, без участия человеческого фактора, переезжать с одной ширины колеи железнодорожного полотна на другую ширину, расширяя эксплуатационные возможности.
На фиг. 1 изображена система с большей шириной колеи; на фиг. 2 - то же, с меньшей шириной колеи; на фиг. 3 - вид А на фиг. 1; на фиг. 4 - элемент I на фиг. 1; на фиг. 5 - элемент II на фиг. 2; на фиг. 6 - схема, которая позволяет осуществить переезд с широкой колеи на узкую или с узкой колеи на широкую.
Система для перевода колесных пар с одной колеи на другую содержит колею 1 большей ширины плавно переходящей посредством элемента 2 в колею 3 меньшей ширины. Рама 4 связанная через механизм изменения колеи с колесными тележками 5, включающими колеса 6-9, выполненный на передней и задней осях рамы, представляющие собой кривошипно-ползунные механизмы ломающегося подкоса, где элемент 10, имеющий свободу осевого перемещения вдоль рамы 4 выполнен в виде прямоугольной рамы с возможностью перемещения относительно рамы 4 по направляющим 11-14, выполненным на раме 4. Элемент 10 посредством шарниров 15, 16 связан с рычагами-подкосами 17, 18, которые посредством шарниров 19, 20 связаны с поворотными параллельными бортовыми звеньями 21-24 одинаковой длины, закрепленными посредством шарниров 25-28 в одной плоскости одними концами на внешней стороне рамы 4, а другими концами посредством шарниров 29-32 на дополнительных звеньях 33, 34 параллельных оси рамы 4, соединяющих параллельные бортовые звенья 21-24, образующие паралеллограммы. Оси 35, 36 колес 6-9 шарнирно установлены на дополнительных звеньях 33, 34, параллельных оси рамы 4. привод перемещения элемента 10 выполнен в виде цилиндра 37, закрепленного на раме 4, включающий поршень 38 и шток 39, свободный конец которого закреплен на прямоугольной раме элемента 10. Бесштоковая 40 и штоковая 41 полости цилиндра 37 соединены посредством трубопроводов 42 и 43 через двухходовой трехпозиционный распределитель 44 с подающей 45 магистралью от пневмосистемы вагона и отводящей 46 магистралью в атмосферу. Передние колесные пары тележки 5 и задние колесные пары тележки (на чертеже не показано) выполнены с возможностью перемещения вдоль продольной оси в одну сторону. Причем продольные перемещения прямоугольной рамы элемента 10 по направляющим 11-14 относительно рамы 4 и продольные перемещения колес 6-9 с осями 35, 36 выполнены в разных параллельных горизонтальных плоскостях. Оси 35, 36, соединяющие колесные пары по разным бортам выполнены в виде телескопических полуосей. Внутренние 47, 48 полуоси выполнены подпружиненными посредством пружин 49, 50 сжатия относительно наружных 51, 52 полуосей с возможностью осевого перемещения относительно последних. На внутренней 47 и наружной 51 телескопических полуосях, крайних от периферии колесной тележки 5 со стороны рамы 4 посредством изоляторов (на чертеже не показано), установлены соответственно контакты 53, 54 с возможностью замыкания электрической цепи. Причем контакт 53 на внутренней полуоси 47 выполнен подпружиненным посредством пружины 55 и скользящим с возможностью осевого перемещения относительно полуоси 47. Электрическая цепь включает источник питания 56 постоянного тока, переключатель 57 полюсов электромагнита 58 двухходового трехпозиционного распределителя 44, выключатель 59 цепи. Двухходовой трехпозиционный распределитель 44 выполнен с возможностью автоматического возврата в нейтральное положение посредством пружины 60. Переключатель 57 полюсов электромагнита 58 подпружинен посредством пружины 61 и содержит наконечник 62 с возможностью взаимодействия с выступом 63, выполненным на оси 64 параллельной оси штока 39, имеющий свободу осевого перемещения в направляющих 65 и 66 и содержащая на обратной стороне ограничители 67 и 68 с возможностью взаимодействия последних с выступом 69 выполненным на штоке 39. выключатель 59 цепи подпружинен посредством пружины 70 и содержит наконечник 71 с возможностью взаимодействия с выступом 72, выполненным на штоке 39. Причем расстояние между ограничителями 67 и 68 на оси 64 и расстояние между наконечником 71 выключателя и выступом 72 на штоке при максимальном удалении друг от друга соизмеримы с продольным перемещением прямоугольной рамы элемента 10 относительно рамы 4, а суммарная сила пружин 49 и 50 сжатия полуосей соизмерима с продольным усилием, передаваемым штоком 39 на прямоугольную раму элемента 10 при выдвижении ее из рамы 4. Переключатель 57 полюсов электромагнита 58 выполнен в виде смонтированных на стержне 73 с противоположной стороны наконечнику 62 четырех пар контактов 74-77 выполненных по две пары 74 и 75, 76 и 77 посредством изоляторов 78 и 79 соответственно на стержне 73 в двухярусном виде параллельных друг другу в горизонтальной плоскости с возможностью взаимодействия поочередно одной пары контактов 74 и 75 с проводниками 80 и 81 в прямом направлении подачи питания на полюсы электромагнита 58 и другой пары контактов 76 и 77 с проводниками 80 и 81 в перекрестном направлении подачи питания на полюсы электромагнита 58.
Система для перевода колесных пар с одной колеи на другую работает следующим образом.
При движении по колее 1 большей ширины (см. фиг. 1) ширина колеи соизмерима с расстоянием между колесами 6, 8 и 7, 9 в положении колес 6-9 параллельно оси рамы 4. Пружины 49 и 50 полуосей 47-52 в свободном состоянии, контакты 53 и 54 разомкнуты, следовательно, цепь питания тоже разомкнута, переключатель 57 находится в положении, когда наконечник 62 не взаимодействует с выступом 63, пара контактов 74 и 75 взаимодействует с проводниками 80 и 81 в прямом направлении, поршень 38 в цилиндре 37 находится в крайнем правом положении, выступ 69 взаимодействует с ограничителем 68, двухходовой трехпозиционный распределитель 44 посредством пружины 60 находится в нейтральном положении, наконечник 71 выключателя 59 не взаимодействует с выступом 72 на штоке 39, выключатель 59 замыкает контакты на проводнике 81.
При переезде с колеи 1 большей ширины на колею 3 меньшей ширины передние колеса 6 и 7 начинают взаимодействовать из сужением колеи элемента 2. при этом под действием боковой силы со стороны рельсов на колеса 6 и 7 происходит сжатие пружин 49, 50 и перемещение полуосей 47 и 51 навстречу друг другу. Контакты 53 и 54 замыкаются, следовательно, цепь питания тоже замыкается. Питание от источника питания 56 постоянного тока посредством проводников 80 и 81 через переключатель 57, замкнутый выключатель 59 поступает на полюсы электромагнита 58, который, преодолевая сопротивление пружины 60, перемещает двухходовой трехпозиционный распределитель 44 в положение, при котором сжатый воздух от пневмосистемы вагона через подающую 45 магистраль посредством трубопровода 43 поступает в бесштоковую 40 полость цилиндра 37 и перемещает поршень 38 со штоком 39, передавая усилие на элемент 10, который перемещается по направляющим 11-14 из рамы 4. Воздух из штоковой 41 полости по трубопроводам 42 и 46 отводится в атмосферу. Рычаги-подкосы 17 и 18, поворачиваясь в шарнирах 15, 16 и 19, 20, передают усилие на поворотные параллельные бортовые звенья 21-24, которые, поворачиваясь в шарнирах 25-28 и 29-32, передают усилие на дополнительные звенья 33 и 34, которые, перемещаясь по ходу движения элемента 10, занимают неизменное параллельное положение относительно продольной оси рамы 4. При этом полуоси 47, 48 и 51, 52 осей 35 и 36 перемещаются навстречу друг другу, сжимая дополнительно пружины 49, 50 сжатия, сужая колею, а колеса 6-9 перемещаются по участкам сужения с некоторым юзом, однако учитывая плавность перехода и длину в продольном направлении расстояния сужения колеи, например, с ширины 1520 мм до ширины 1435 мм, на эксплуатационные характеристики это существенного влияния не окажет. Контакт 53 под действием осевого усилия замкнутого контакта 54 сжимая пружину 55, скользит по наружной поверхности полуоси 47. Одновременно выступ 69 и выступ 72 на штоке 39 перемещаются в сторону ограничителя 67 и наконечника 71 соответственно. При достижении колесами 6-9 колеи 3 меньшей ширины выступ 69, взаимодействуя с ограничителем 67, перемещает ось 64 в направляющих 65 и 66. Выступ 63, взаимодействуя с наконечником 62, преодолевая сопротивление пружины 61, переводит переключатель 57 в положение, при котором с проводниками 80 и 81 взаимодействуют контакты 76 и 77 в перекрестном направлении. Одновременно выступ 72, взаимодействуя с наконечником 71, преодолевая усилие пружины 70, размыкает контакт выключателя 59 с проводником 81, размыкая цепь. Двухходовой трехпозиционный распределитель 44 под действием пружины 60 возвращается в нейтральное положение, фиксируя систему в положении движения по колее 3 меньшей ширины (см. фиг. 2).
При переезде с колеи 3 меньшей ширины на колею 1 большей ширины передние колеса 6 и 7 переходят на расширение колеи элемента 2. При этом под действием силы распрямляющихся пружин 49, 50 сжатия передается кратковременный толчок на рычажную систему устройства, элемент 10 и шток 39, который позволяет сдвинуть выступ 72 с наконечника 71. Под действием пружины 70 выключатель 59 замыкает контакт на проводнике 81, следовательно, цепь питания тоже замыкается. Питание от источника питания 56 постоянного тока посредством проводников 80 и 81 через переключатель 57, замкнутый выключатель 59 поступает на полюсы электромагнита 58, который, преодолевая сопротивление пружины 60, перемещает двухходовой трехпозиционный распределитель 44 в положение, при котором сжатый воздух от пневмосистемы вагона через подающую 45 магистраль, посредством трубопровода 42 поступает в штоковую 41 полость цилиндра 37 и перемещает поршень 38 со штоком 39, передавая усилие на элемент 10, который перемещается по направляющим 11-14 внутрь рамы 4. Воздух из бесштоковой 40 полости по трубопроводам 43 и 46 отводится в атмосферу. Рычаги-подкосы 17 и 18, поворачиваясь в шарнирах 15, 16 и 19, 20, передают усилие на поворотные параллельные бортовые звенья 21-24, которые, поворачиваясь в шарнирах 25-28 и 29-32, передают усилие на дополнительные звенья 33 и 34, которые, перемещаясь по ходу движения элемента 10, занимают неизменное параллельное положение относительно продольной оси рамы 4. При этом полуоси 47, 48 и 51, 52 осей 35 и 36 перемещаются в противоположные стороны относительно друг друга, пружины 49. 50 сжатия распрямляются, а колеса 6-9 перемещаются по участкам расширения с некоторым юзом, однако учитывая плавность перехода и длину в продольном направлении расстояния расширения колеи, например, с ширины 1435 мм до ширины 1520 мм, на эксплуатационные характеристики это существенного влияния не окажет. Контакт 53 вместе с замкнутым контактом 54 под действием пружины 55, скользит по наружной поверхности полуоси 47. Одновременно выступ 69 и выступ 72 на штоке 39 перемещаются в сторону ограничителя 68 и от наконечника 71 соответственно. При достижении колесами 6-9 колеи 1 большей ширины выступ 69, взаимодействуя с ограничителем 68, перемещает ось 64 в направляющих 65 и 66. Выступ 63, взаимодействуя с наконечником 62, преодолевая сопротивление пружины 61, переводит переключатель 57 в положение, при котором с проводниками 80 и 81 взаимодействуют контакты 74 и 75 в прямом направлении. Одновременно контакты 53 и 54 размыкаются, обесточивая цепь. Двухходовой трехпозиционный распределитель 44 под действием пружины 60 возвращается в нейтральное положение, фиксируя систему в положении движения по колее 1 большей ширины.
Параллельные бортовые звенья 21-24 при максимальной ширине колеи 1 выполнены с некоторым наклоном в сторону передвижения прямоугольной рамы элемента 10 из рамы 4 для исключения поворота параллельных бортовых звеньев 21-24 в обратном направлении и поломке устройства при переходе с большей колеи на меньшую в прямом направлении
Силовая рычажная система устройства, с одной стороны, вместе с пружинами 49 и 50 сжатия переводит устройство с одной ширины колеи на другую, с другой стороны, уравновешивает боковые давления посредством пружин 49 и 50 сжатия колес 6-9 на рельсы узкой колеи при движении по последней.
Вторая, задняя, тележка вагона, не упомянутая в тексте, работает аналогично вышеописанной в автономном режиме как в режиме движения устройства вперед так и в режиме движения устройства в обратном направлении.