УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС ЛОКОМОТИВА С РЕЛЬСАМИ
DEVICE TO INCREASE ADHESION BETWEEN LOCOMOTIVE WHEELS AND RAILS

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам повышения тяговых и тормозных усилий локомотива за счет повышения коэффициента сцепления колес локомотива с рельсами, и может быть использовано в системах тягового электропривода локомотивов.
Известно устройство для повышения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее тяговые электродвигатели постоянного тока с якорями и последовательными обмотками возбуждения, колесные пары, механически связанные с тяговыми электродвигателями, тяговый генератор, якорь которого подсоединен к обмоткам возбуждения электродвигателей, блок сравнения потенциалов, подключенный к тяговым электродвигателям в точках соединения якорей с обмотками возбуждения, канал системы возбуждения генератора и реле боксования, имеющее электрические связи с блоком сравнения потенциалов и каналом системы возбуждения генератора, при этом в случае возникновения боксования одной из колесных пар появляется разность электрических потенциалов точек соединения якорей тяговых электродвигателей с обмотками возбуждения, приводящая к срабатыванию реле боксования, которое посредством канала системы возбуждения тягового генератора снижает его мощность и силу тяги локомотива, обеспечивая прекращение боксования, при этом 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 боксования обеспечено выдержкой времени на срабатывание, при этом скользящие контакты и колесные пары снабжены электрической изоляцией от других элементов конструкции тележки локомотива (патент RU №2281216, кл. В61С 15/08, 2006 г.).
Недостатком известного устройства является невозможность одновременного увеличения величин коэффициента сцепления каждой колесной пары локомотива в зависимости от величины их относительного скольжения, поскольку по способу срабатывания известное устройство включает подвод электрического тока в зону контактирования одной боксующей колесной пары с рельсами при срабатывании реле боксования. При этом снижается мощность и сила тяги тепловоза за счет алгоритма работы системы возбуждения тягового генератора в силу ограниченной мощности дизель-генератора.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является устройство для повышения коэффициента сцепления ведущей колесной пары тепловоза с рельсами, содержащее колесную пару, источник электрического тока - аккумуляторную батарею, датчик скорости (частоты вращения) колесной пары, блок сравнения, вход которого соединен с выходом датчиков скоростей скольжения колесной пары, при этом колесная пара снабжена скользящими контактами, при этом устройство снабжено прижимными роликами, попарно электрически связанными друг с другом, регулятором тока, силовым контактором и датчиком скорости тепловоза, выход которого подключен к входу блока сравнения, соединенного с регулятором тока, причем прижимные ролики опираются на рельсы и образуют вместе с рельсами, регулятором тока и колесной парой со скользящими контактами короткозамкнутую электрическую цепь (патент RU №2340491, кл. В61С 15/00, 2008 г.).
Недостатком известного устройства является наличие опирающихся на рельсы прижимных роликов, служащих для передачи рабочего тока устройства и усложняющих конструкцию ходовой части тепловоза, что приводит к снижению надежности и безопасности движения, отсутствие индивидуального регулирования коэффициента сцепления каждой колесной пары снижает эффективность работы устройства.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности работы локомотива во всем диапазоне скоростей движения в режимах тяги и торможения за счет увеличения коэффициента сцепления каждой колесной пары локомотива в зависимости от частоты вращения путем внешнего теплового воздействия электрическим током на полидисперсные слои поверхностных загрязнений в зонах контактирования всех колес и рельсов и повышение безопасности движения за счет исключения прижимных роликов.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для повышения коэффициента сцепления колес локомотива с рельсами, содержащее тяговые электродвигатели, источник электрического тока, колесные пары со скользящими контактами, механически связанные с валами тяговых электродвигателей, электрически изолированные от других элементов тележки и образующие по отношению к выходу источника электрического тока и рельсам короткозамкнутую электрическую цепь, датчики частот вращения колесных пар, блок сравнения частот вращения колесных пар, блок управления источником электрического тока, источник электрического тока выполнен многоканальным с гальванически развязанными между собой каналами и регулируемыми по величине выходными электрическими токами; каждая колесная пара образует короткозамкнутую электрическую цепь с рельсами через отдельный выход многоканального источника электрического тока, а многоканальный источник электрического тока изменяет величины токов в короткозамкнутых цепях колес и рельсов прямо пропорционально величинам частоты вращения каждой колесной пары локомотива.
На чертеже представлена блок-схема устройства для повышения коэффициента сцепления колес локомотива с рельсами.
Устройство для повышения коэффициента сцепления колес локомотива с рельсами содержит тяговые электродвигатели 1, многоканальный источник электрического тока 2, колесные пары 3 со скользящими контактами 4, механически связанные с валами 5 тяговых электродвигателей 1, электрически изолированные от других элементов тележки (на чертеже не показано) и образующие по отношению к выходным каналам 6 многоканального источника электрического тока 2 и рельсам 7 короткозамкнутую электрическую цепь 8. Устройство также содержит датчики 9 частот вращения колесных пар 3, механически связанные с осями колесных пар 3 и имеющие связь с блоком 10 сравнения частот вращения колесных пар 3, соединенным с блоком управления 11 многоканального источника электрического тока 2.
Каждая колесная пара 3 образует короткозамкнутую электрическую цепь 8 с рельсами 7 через отдельный выходной канал 6 многоканального источника электрического тока 2. При этом многоканальный источник электрического тока 2 по сигналам датчиков 9 частот вращения колесных пар 3, управляющим блоком управления 11, многоканальным источником электрического тока 2 изменяет величины выходных токов в короткозамкнутых цепях 8 колесных пар 3 и рельсов 7 прямо пропорционально величинам частоты вращения каждой колесной пары 3 локомотива. Выходные каналы 6 регулируемого многоканального источника электрического тока 2 соединены гальванически развязанными между собой короткозамкнутыми электрическими цепями 8 со скользящими контактами 4 каждой колесной пары 3, колесными парами 3 и рельсами 7.
Для обеспечения необходимых защитных функций и возможности прохождения независимых друг от друга токов от многоканального источника электрического тока 2 через контактирующие участки поверхностей колес колесных пар 3 и рельсов 7 колесные пары 3 изолированы от других элементов конструкции тележек локомотива электроизолирующими втулками под буксовыми подшипниками и ведомыми зубчатыми колесами (на чертеже не показано).
В качестве скользящих контактов 4 использованы индивидуальные для каждой колесной пары 3 буксовые токосъемники (на чертеже не показано), имеющие собственную электрическую изоляцию от других элементов тележек локомотива.
Устройство работает следующим образом
При работе локомотива каждая колесная пара 3 имеет свою собственную частоту вращения, определяемую не только системой управления локомотива, но и фрикционными свойствами контактирующих поверхностей колес колесных пар 3 и рельсов 7. Датчики 9 частоты вращения колесных пар 3 передают свои сигналы в блок 10 сравнения частот вращения колесных пар 3, который формирует сигналы управления токами выходных каналов 6 источника 2 электрического тока. Каждый выходной канал 6 многоканального источника 2 электрического тока формирует постоянный ток, пропорциональный частоте вращения каждой колесной пары 3, который через скользящие контакты 4 и контактирующие с рельсами 7 поверхности колесных пар 3 образует короткозамкнутые электрические цепи. Ток каждого выходного канала 6 источника 2 электрического тока, протекающий через зону контакта колеса колесных пар 3 с рельсом 7, разогревает слой поверхностных полидисперсных загрязнений колеса колесных пар 3 и рельса 7 в зоне контакта, что приводит к изменению фрикционных свойств контактирующих тел из-за разрушения и изменения структуры слоя загрязнений и, соответственно, к повышению величины физического коэффициента трения колеса и рельса.
Воздействие на зоны контакта отдельных колесных пар 3 локомотива и рельсов 7 независимыми друг от друга регулируемыми электрическими токами на полидисперсные слои поверхностных загрязнений в зонах контактирования всех колесных пар 3 и рельсов 7 позволяет увеличить коэффициент сцепления колес колесных пар 3 и рельсов 7, повысить эффективность и надежность работы локомотива во всем диапазоне скоростей его движения в режимах тяги и торможения, а исключение прижимных роликов позволяет повысить безопасность движения локомотива.