УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ БУКСОВАНИЯ ЛОКОМОТИВА

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, а именно, 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 (Электровоз грузовой постоянного тока с асинхронными электродвигателями. Руководство по эксплуатации, часть 1 2ЭС10.00.000.000 РЭ., ОАО «СТМ», 2009 г., с. 60-61.).
Недостатком известного устройства является то, что для снижения активной мощности тягового электродвигателя, вызывающего срабатывание системы, 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, что коэффициент сцепления колеса с рельсом может быть увеличен путем воздействия на место контакта колеса и рельса электрического тока и магнитного поля (В.П. Тихомиров, В.И. Воробьев, Д.В. Воробьев, Г.В. Багров, М.И. Борзенков, И.А. Бутрин. Моделирование сцепления колеса с рельсом. Орел, ОрелГТУ, 2007, С. 95-101). Воздействие на место контакта колеса и рельса электрического тока использовано в устройстве для повышения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, которое содержит тяговые электродвигатели постоянного тока с якорями и последовательными обмотками возбуждения, колесные пары, механически связанные с тяговыми электродвигателями, тяговый генератор, якорь которого подсоединен к электродвигателям, блок сравнения потенциалов, подключенный к тяговым электродвигателям в точках соединения якорей с обмотками возбуждения, канал системы возбуждения генератора и реле буксования, имеющее электрические связи с блоком сравнения потенциалов и каналом системы возбуждения генератора. При этом в случае возникновения буксования одной из колесных пар появляется разность электрических потенциалов точек соединения якорей тяговых электродвигателей с обмотками возбуждения, приводящая к срабатыванию реле буксования, которое посредством канала системы возбуждения тягового генератора снижает его мощность и силу тяги локомотива, обеспечивая прекращение буксования, причем к точкам соединения якорей тяговых электродвигателей с обмотками возбуждения через скользящие контакты подключены колесные пары, которые вместе с рельсами образуют по отношению к указанным точкам соединения короткозамкнутую электрическую цепь, а реле буксования обеспечено выдержкой времени на срабатывание. При этом скользящие контакты и колесные пары снабжены электрической изоляцией от других элементов конструкции тележки локомотива (В.И. Лемешко, Д.А. Хохлов, В.И. Воробьев, Д.В. Воробьев, Г.В. Багров, А.И. Ивахин. Устройство для повышения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами. Патент РФ №2281216, опубл. 10.08.2006).
Недостатком этого устройства является то, что оно не предотвращает буксования полностью, т.к. для создания разности электрических потенциалов точек соединения якорей тяговых электродвигателей с обмотками возбуждения, необходимой для протекания тока через контакты колесных пар и рельсов, необходимо, чтобы одна из колесных пар начала буксовать, ток якоря тягового электродвигателя изменился, и это привело к изменению электрического потенциала на выводах обмотки возбуждения. Воздействие магнитного поля использовано в устройстве для увеличения сцепления колесной пары электровоза с рельсами, которое содержит колесную пару, намагничивающую обмотку в виде катушки, обеспечивающую электромагнитное сцепление колес с рельсами, выполненную из изолированного провода, установленную на оси колесной пары и подключенную к источнику питания с помощью проводов. При этом намагничивающая катушка установлена на каркасе, который неподвижно закреплен на тележке электровоза и расположен соосно с осью колесной пары с зазором, в котором установлены подшипники качения, размещенные по торцам каркаса катушки с возможностью вращения оси колесной пары внутри него, при этом токопроводящие провода размещены внутри тележки электровоза (Б.П. Цалоев, Г.К. Пиранишвили. Устройство для увеличения сцепления колесной пары электровоза с рельсами. Патент РФ №2055748, опубл. 10.03.1996).
Недостатком известного устройства также является то, что оно не предотвращает буксования, поскольку величина магнитного потока, проходящего через контакт колеса и рельса, не регулируется в зависимости от изменения внешних факторов, влияющих на сцепление колеса с рельсом и при ухудшении условий сцепления (наличие на поверхности рельса росы, масляных пятен, опавшей листвы и т.п.), при которых может начаться буксование.
В качестве прототипа заявленной полезной модели выбрано 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 (Механическая часть тягового подвижного состава». Учебник для вузов / Бирюков, И.В. 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.
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.
Задача полезной модели является выравнивание коэффициентов сцепления обоих колесных пар тележки путем воздействия магнитного поля на контакт с рельсом колес колесной пары с ухудшившимися условиями сцепления и исключение срыва в буксование обеими колесными парами путем воздействия электрического тока на контакт с рельсом колес обоих колесных пар при снижении тягового усилия до величины, меньше заданной.
Указанная задача достигается тем, что в устройстве для предотвращения буксования локомотива, содержащее содержащие осевые редукторы, связанные тягами с рамой тележки, рамный редуктор и карданные валы, соединяющие рамный редуктор с осевыми редукторами, отличающемся тем, что на колесных парах размещены индукторы и буксовые токосъемные устройства, питаемые от источников тока через подчиненную систему регулирования, состоящую из размещенных на тягах осевых редукторов датчиков продольного усилия, блока сравнения, ключей, блоков уставки, регуляторов тока и выключателя.
На фиг. изображено устройство для предотвращения буксования локомотива.
Устройство для предотвращения буксования локомотива с рельсами (фиг.) 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 9 и 10 располагаются индукторы 11 и 12, и буксовые токосъемные устройства 13 и 14, питаемые от источников тока через подчиненную систему регулирования, которая состоит из датчиков продольного усилия 15 и 16, размещенных на тягах 3 и 4, блока сравнения 17 (БС), ключа 18 (К), блока уставки 19 (У), регуляторов тока 20 (РТ1), 21 (РТ2) и 22 (РТ3), источников тока 23 (ИТ1) и 24 (ИТ2) и выключателя 25 (ВК).
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При работе локомотива в режиме выбега выключатель 25 (ВК) разомкнут, сигналы на регуляторы тока 20 (РТ1), 21 (21) и 22 (РТ3) не поступают и ток от источников тока 23 (ИТ1) и 24 (ИТ2) через индукторы 11 и 12 и буксовые токосъемные устройства 13 и 14 не проходит. При работе в режиме тяги (или электрического торможения) выключатель 25 (ВК) замыкается, что позволяет при необходимости подавать ток от источников тока 23 (ИТ1) и 24 (ИТ2) через индукторы 11 и 12 и буксовые токосъемные устройства 13 и 14. 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 17 (БС), который вырабатывает сигнал, равный сумме сигналов датчиков продольного усилия 15, 16 и сигнал, равный разности сигналов датчиков продольного усилия 15, 16. Блок уставки 19 (У) вырабатывает сигнал, который пропорционален тяговому усилию тележки, задаваемый системой управления.
В случае ухудшения сцепления колесной пары 9 с рельсом ее относительное скольжение увеличивается, что приводит к снижению тягового усилия, приходящегося на колесную пару 9, 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 17 (БС) подает сигнал, равный модулю разности сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16 на регулятор тока 20 (РТ1), который подает напряжение от источника тока 23 (ИТ1) на индуктор 11, устанавливая величину тока пропорционально величине сигнала от блока сравнения 17 (БС). Индуктор 11 создает магнитный поток в контакте «колесо-рельс», что приводит к повышению коэффициента сцепления колесной пары 9 с рельсом и восстановлению тягового усилия колесной пары 9.
В случае ухудшения сцепления колесной пары 10 с рельсом ее относительное скольжение увеличивается, что приводит к снижению тягового усилия, приходящегося на колесную пару 10, 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 17 (БС) подает сигнал, равный модулю разности сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16 на регулятор тока 21 (РТ2), который подает напряжение от источника тока 23 (ИТ1) на индуктор 12, устанавливая величину тока пропорционально величине сигнала от блока сравнения 17 (БС). Индуктор 10 создает магнитный поток в контакте «колесо-рельс», что приводит к повышению коэффициента сцепления колесной пары 10 с рельсом и восстановлению тягового усилия колесной пары 10.
В случае одновременного ухудшения сцепления колесных пар 9 и 10 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. Блок сравнения 17 (БС) также подает сигнал, равный сумме сигналов датчиков продольного усилия 15 и 16 на ключ 18 (К), на который также подается сигнал уставки от блока уставки 19 (У). Если указанный сигнал ниже сигнала от блока уставки 19 (У), ключ 18 (К) подает сигнал на регулятор тока 22 (РТ3), который подает напряжение от источника тока 24 (ИТ2) на буксовые токосъемные устройства 13 и 14 колесных пар 9 и 10, устанавливая величину тока пропорционально величине сигнала от ключа 18 (К). Ток от источника 24 (ИТ2) проходит через буксовые токосъемные устройства 13 и 14 и контакты колесных пар 9 и 10 с рельсом, что приводит к повышению коэффициента сцепления колесных пар 11 и 12 с рельсом и предупреждает срыв тягового привода в буксование обеими колесными парами.
Таким образом, в предлагаемом устройстве для предотвращения буксования локомотива функции элементов, влияющих на коэффициент сцепления путем воздействия на контакт колеса и рельса электрического тока и магнитного поля, разделены в соответствии с особенностями их целесообразной конструкции: поскольку электрический ток желательно пропускать одновременно через контакты колес с рельсами обоих колесных пар тележки локомотива (что позволит обойтись без специальных устройств съема тока с поверхности рельса), то управление величиной коэффициента сцепления для предупреждения срыва в буксование обоих колесных пар производится путем воздействия на контакты колес с рельсами электрического тока, а воздействие магнитного поля с помощью индукторов используются только для выравнивания сцепных свойств колесных пар в пределах тележки, что позволяет уменьшить габариты индукторов и облегчить их размещение между осями и тяговым электродвигателем.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в снижении потери энергии в тяговом приводе за счет исключения режима буксования, износа рельсов и колес и повышении производительности локомотива за счет уменьшения ограничений его тягового усилия по условиям сцепления колес с рельсами.