МОДУЛЬ ДЛЯ ПОДЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРА БЛОКА ХВОСТОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к подзарядке аккумулятора блока хвостового вагона с возможностью контроля работоспособности данного источника питания.
При эксплуатации блока хвостового вагона системы управления тормозным оборудованием подвижного состава электропитание схем управления осуществляется от аккумулятора, размещенного внутри блока. В условиях эксплуатации происходит разрядка источника питания, что отрицательно сказывается на работе всей системы тормозного оборудования. Полная разрядка источника питания приводит к отказу в работе блока хвостового вагона и к остановке подвижного состава в пути для перехода на ручное управление, что в свою очередь затрудняет контроль и управление тормозной магистралью.
Известен блок хвостового вагона устройства для контроля и управления тормозной магистралью поезда (патент РФ №83223, приоритет 26.12.2008 г.). Технический результат данной полезной модели направлен на осуществление контроля уровня зарядки аккумулятора и достигается за счет создания оптимального температурного режима работы для источника питания блока хвостового вагона. Блок снабжается терморегулирующим устройством, что обеспечивает стабильный температурный режим и предотвращает ускоренную разрядку аккумулятора, а также осуществляется стабильная работа элементов контроля его энергоемкости с возможностью получения объективной информации о степени зарядки источника питания.
Недостатками вышеуказанного решения являются:
- снижение емкости аккумуляторной батареи из-за размещения нагревательного элемента в корпусе блока хвостового вагона, что приводит к недостаточному питанию блока в течение продолжительного времени;
- отсутствие средств для подзарядки аккумулятора в процессе работы блока, что влечет вероятность полной разрядки источника питания, сбой работы блока хвостового вагона и тормозной системы подвижного состава.
Известно устройство для преобразования и использования энергии движущегося наземного транспорта (патент BY №2044, приоритет 05.06.1995 г.), содержащее упор, выполненный в виде подвижной зубчатой рейки, кинематически связанной через блок зубчатых колес с генератором, вырабатывающим электрическую энергию. Данное изобретение относится к области использования импульсной энергии движущихся массивных тел, в частности, преобразования энергии, передаваемой от движущегося наземного транспорта по дорожному покрытию или рельсовому пути в механическую и электрическую энергию.
Недостатком данного устройства является непригодность к использованию в блоке хвостового вагона системы управления тормозным оборудованием, т.к. принцип действия устройства основан на получении импульсной энергии, а не колебательных движениях, характерных при движении подвижного состава.
Прототипом к заявленной полезной модели является дорожное энергетическое устройство (патент РФ №2379550, приоритет 24.12.2007 г.), содержащее преобразователи движения, вал, мультипликатор, электрогенератор и горизонтальные подпружиненные платформы. Последние установлены с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения и взаимодействуют с подвижными объектами. Каждый преобразователь движения содержит первый и второй штоки, а также первую и вторую шестерни. Штоки связаны друг с другом первой и второй параллельными зубчатыми рейками неподвижно. Шестерни установлены неподвижно на обоймах соответствующих обгонных муфт на общем выходном валу. Рейки сдвинуты относительно друг друга в поперечном направлении и взаимодействуют с шестернями соответствующей пары с диаметрально противоположных сторон. Обгонные муфты каждой пары установлены так, что когда первые из них находятся в сцеплении, передающие вращение в обратном направлении вторые муфты находятся вне сцепления и наоборот.
Изобретение направлено на упрощение конструкций преобразователей возвратно-поступательного движения во вращательное и создание на их основе преобразователя потенциальной энергии движущихся транспортных средств в электрическую. Дорожное энергетическое устройство может быть использовано в качестве автономного источника электрической энергии для информационных датчиков.
Недостатком устройства является непригодность его использования в составе блока хвостового вагона из-за содержания горизонтальных подпружиненных платформ, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении и взаимодействующие с подвижными объектами, что усложняет конструкцию, приводит к снижению КПД, а также увеличивает габариты блока. При увеличении габаритов блока существует вероятность отрыва блока с подвижного состава из-за действия сильных колебательных движений при движении подвижного состава.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в поддержании постоянной зарядки аккумулятора за счет периодических подзарядок при непрерывном контроле уровня заряда и разряда аккумулятора, что обеспечивает бесперебойную работу блока хвостового вагона и системы управления тормозным оборудованием в целом.
Технический результат заявляемой полезной модели достигается за счет того, что модуль для подзарядки аккумулятора блока хвостового вагона основан на принципе преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и использования получаемой энергии колебания железнодорожного состава для преобразования в электрическую энергию. Модуль для подзарядки с аккумулятором установлены на рельсовых направляющих с возможностью совершения колебательных движений вдоль направляющих. Модуль для подзарядки аккумулятора блока хвостового вагона содержит преобразователь движения, вал, электрогенератор, мультипликатор с обгонными муфтами, при этом обгонные муфты установлены так, что когда первые из них находятся в сцеплении, передающие вращение в обратном направлении вторые муфты находятся вне сцепления и наоборот. Преобразователь движения соединен с генератором, который связан с аккумулятором через AC-DC преобразователь. Аккумулятор снабжен контроллером, датчиками тока и напряжения. В основе преобразователя движения лежит неподвижная реечная передача, сообщающаяся через мультипликатор и обгонные муфты с валом генератора.
На фиг.1 изображена принципиальная схема модуля для подзарядки аккумулятора блока хвостового вагона.
На фиг.2 показан общий вид модуля для подзарядки аккумулятора.
Модуль для подзарядки 1 и аккумулятор 2 установлены на рельсовых направляющих 3 с возможностью совершения колебательных движений вдоль направляющих и размещены в корпусе блока хвостового вагона.
Модуль для подзарядки 1 состоит из преобразователя движения 4, который соединен с генератором 5, жестко связанных с аккумулятором 2. Генератор 5 соединен с аккумулятором 2 через AC-DC преобразователь 6. Аккумулятор 2 снабжен контроллером 7, датчиком тока 8 и датчиком напряжения 9. Система управления генератором 10 осуществляется контроллером 7 в зависимости от показаний датчиков тока 8 и напряжения 9.
В основе преобразователя движения 4 лежит неподвижная реечная передача 11, сообщающаяся через мультипликатор 12 и обгонные муфты 13 с валом генератора 5. Мультипликатор 12 представляет собой передачу вращения с вала-шестерни 14 реечной передачи 11 на вал-шестерню 15 генератора 5.
При движении железнодорожного вагона происходят различного вида колебания, обычно виляющие движения вокруг вертикальной оси кузова вагона. В реальных условиях рельсы и колеса имеют неровности поверхностей катания, а также некоторые технические особенности, например как кривизна пути, коничность поверхностей катания колес и прочее.
В качестве инерционной массы используется вес аккумулятора 2, заряжаемый энергией, преобразуемой модулем для подзарядки 1. Амплитуда колебательных движений аккумулятора является достаточной для приведения в возвратно-поступательные движения модуля. В корпусе блока хвостового вагона параллельно размещаются две рельсовые направляющие 3, по которым перемещается модуль для подзарядки 1 с аккумулятором 2 во время движения железнодорожного вагона. Рельсовые направляющие 3 имеют низкий коэффициент трения и способствуют продолжительному движению при колебаниях железнодорожного вагона. Направляющие 3 крепятся болтами к корпусу модуля подзарядки 1, что является надежным и достаточным для распределения общей нагрузки.
При движении преобразователя 4 в одну сторону происходит взаимодействие рейки 11 и вал-шестерни 14, при этом вращение вал-шестерни 14 происходит в одну сторону, передавая вращение через обгонную муфту 13, валу шестерне 12, которая передает вращение шестерне 15, что обеспечивает вращение вала генератора 5. Вал генератора выполнен с двумя цилиндрическими концами. При движении преобразователя 4 в обратную (противоположную) сторону происходит взаимодействие рейки 11 и вал-шестерни 14, при этом вращение вал-шестерни 14 происходит в другую сторону, передавая вращение через обгонную муфту 13, вал-шестерне 10, которая передает вращение через мультипликатор 12 валу генератора 5. Использование обгонных муфт 13 позволяет при любом воздействии на вал генератора 5 со стороны рейки 11 сохранять однонаправленное вращение. Обгонные муфты 13 выполнены заодно с вал-шестренями 12, 14, при этом одна часть обгонной муфты конструктивно выполнена с вал-шестерней 12, а вторая часть - с вал-шестерней 14, что способствует уменьшению габаритов преобразователя 4.
Возвратно-поступательные движения преобразуются преобразователем 4 во вращательное движение мультипликатора 12, который способствует увеличению частоты вращения вала генератора 5. В мультипликаторе 12 может использоваться прямозубая цилиндрическая или косозубая цилиндрическая передача, обладающая высоким КПД (0,97…0,99). Цилиндрическая передача может быть выполнена с внешним или с внутренним зацеплением, что обеспечит дополнительную надежность передаче. Вращательное движение мультипликатора 12 способствует преобразованию электрической энергии с помощью генератора 5.
Во избежание затухания колебательного движения модуль для подзарядки 1 может быть снабжен пружинами, установленных на внутренних стенках блока хвостового вагона, способствующие колебательным движениям вдоль направляющих, или может дополнительно содержать систему управления 10 генератором 5. Данная система управления служит для перевода генератора 5 в двигательный режим и осуществляется контроллером 7, находящимся в аккумуляторе 2. Созданный двигательный режим способствует преодолению начальных сил сопротивления и приведения модуля для подзарядки 1 из статического положения в движение и в поддержании возвратно-поступательного движения.
Преобразователь АС-DC 6 используется для преобразования переменного напряжения, выработанного генератором 5, в постоянное напряжение для подзарядки аккумулятора 2. Контроллер 7, датчики тока 8 и напряжения 9, установленные в аккумуляторе 2, контролируют и управляют подачей электроэнергии в аккумулятор 2 блока хвостового вагона. Контроллер 7 содержит интерфейсы, служащие для связи между различными элементами.
Модуль для подзарядки аккумулятора блока хвостового вагона предотвращает разрядку источника питания за счет периодических подзарядок при непрерывном контроле состояния аккумулятора, что обеспечивает надежную работу блока хвостового вагона и системы тормозного оборудования.