Устройство для предотвращения буксования локомотива

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности 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 (см. 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 указанного устройства является то, что для снижения активной мощности тягового электродвигателя, вызывающего срабатывание системы, необходимо, 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.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является устройство для предотвращения буксования ведущих колес локомотива, содержащее магнитоэлектрический датчик сил, размещенный на реактивной тяге подвески осевого редуктора, полосовой фильтр, блок сравнения и регулятор, устанавливающий наибольшую величину силы тяги в соответствии с условиями сцепления колеса с рельсом (см. Бурка М.Л., Мельник П.В., Бельмас О.Н. Способ улучшения тяговых свойств локомотивов. Вiсник  нацiонального унiверситету iм. В. Даля №5 (123), Науковий журнал, часть 1, Луганск, 2008, С. 59-63).
Данное устройство использовано на электровозе EMD АЕМ-7 железных дорог США.
Недостатком данного устройства является то, что ухудшение условий сцепления колеса с рельсом оно снижает силу тяги колесной пары. Кроме того, в режиме трогания с места могут возникать автоколебания с другими формами (автоколебания валопроводов тягового привода, автоколебания двигателя на подвешивании, автоколебания надрессорного строения), развитие которых подавляет развитие автоколебаний колесной пары, составляющая усилий от которых выделяется полосовым фильтром, что снижает надежность срабатывания противобуксовочной системы.
Известно, что коэффициент сцепления колеса с рельсом может быть увеличен путем воздействия на место контакта колеса и рельса магнитного поля (см. 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), что, в частности, объясняется возникновением магнитопластического эффекта. По данным исследований (см. Делюсто Л.Г. Основы прокатки металлов в постоянных магнитных полях. - М: Машиностроение, 2005, С. 136, таблица 5.1), воздействие магнитного поля на пару трения «сталь по стали» при величине индукции В=0,45 Тл., приводило к росту коэффициента сцепления с 0,222 до 0,487 при сухих поверхностях, и с 0,2 до 0,571 при наличии смазки.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении производительности локомотива путем снижения ограничений его тягового усилия по условиям сцепления колес с рельсами, уменьшения потерь энергии в тяговом приводе ввиду исключения режима буксования и снижении износа рельсов и колес за счет воздействия магнитного поля тока на контакт с рельсом колес колесной пары с ухудшившимися условиями сцепления.
Данная задача решается в устройстве для предотвращения буксования локомотива, содержащем колесную пару, опирающийся на нее тяговый электродвигатель, подвешенный с помощью подвески к раме тележки, полосовой фильтр, блок сравнения.
Отличительной особенностью предлагаемой полезной модели является то, что каждую из колес колесной пары охватывает электромагнитный индуктор, питаемый от источника тока через реле. Имеется подчиненная система регулирования, состоящая из датчика вертикальной виброскорости, размещенного на тележке, усилителя, аналого-цифрового преобразователя со встроенным полосовым фильтром, имеющим несколько полос пропускания на частотах, соответствующих частотам различных форм автоколебаний колесно-моторного блока и надрессорного строения локомотива, скоростемера и центрального вычислительного блока.
Предлагаемое устройство для предотвращения буксования локомотива с рельсами (фиг.) содержит колесную пару 1, опирающийся на нее тяговый электродвигатель 2, подвешенный с помощью подвески 3 к раме тележки 4.
Каждое из колес колесной пары 1 охватывает электромагнитный индуктор 5, питаемый от источника тока 6 (ИТ) через реле 7 (Р). Имеется подчиненная система регулирования, содержащая датчик вертикальной виброскорости 8, установленный на раме 4, усилитель 9 (УС), аналого-цифровой преобразователь 10 (АЦП) со встроенным полосовым фильтром, имеющим несколько полос пропускания на частотах, соответствующих частотам различных форм автоколебаний колесно-моторного блока и надрессорного строения локомотива, скоростемер 11 (С) и центральный вычислительный блок 12 (ЦВБ).
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При отсутствии буксования реле 7 (Р) разомкнуто, ток от источника тока 6 (ИТ) не проходит через индуктор 5. При начале буксования возникают автоколебания колесной пары или других частей экипажной части (тягового привода, надрессорного строения, тягового электродвигателя на подвеске и т.п.), при этом динамические усилия передаются от тягового электродвигателя 2 через подвеску 3 на раму тележки 4, вызывая вертикальные колебания рамы тележки 4 на рессорном подвешивании (на рисунке фиг. не показано) с частотой автоколебаний. Вертикальные колебания рамы тележки 4 приводят к появлению сигнала на датчике вертикальной виброскорости 8, сигнал датчика виброскорости 8 усиливается усилителем 9 (УС) и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 10 (АЦП) со встроенным полосовым филбтром, преобразующего сигнал в цифровой код, который, в свою очередь поступает на вход центрального вычислительного блока 11 (ЦВБ), на который также поступает информация от скоростемера 11 (С) о значении скорости локомотива. Центральный вычислительный блок 12 (ЦВБ) обрабатывает сигнал от полос фильтра, выделяя его составляющие в полосах частот, близких к частотам различных форм автоколебаний, возникающих при буксовании. При скорости локомотива, близкой к нулевой (режим трогания с места) и наличии квазистационарного сигнала с частотами, близкими к частоте автоколебаний по одной или нескольким формам, центральный вычислительный блок 12 (ЦВБ) подает сигнал на реле 7 (Р), которое пропускает ток от источника тока 6 (ИТ) через индуктор 5, что приводит к появлению магнитного потока, проходящего через контакт колеса и рельса, повышения коэффициента сцепления и прекращению процесса буксования. В случае, если скоростемер 11 (С) подает на центральный вычислительный блок 12 (ЦВБ) информацию о том. что локомотив находится в движении, центральный вычислительный блок 11 (ЦВБ) подает сигнал на реле 7 (Р) только при наличии квазистационарного сигнала с частотой, близкой к частоте автоколебаний колесной пары, что позволяет исключить ложные срабатывания при колебаниях рамы тележки 4 во время прохождения неровностей пути.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что повышает производительность локомотива за счет снижения ограничений его тягового усилия по условиям сцепления колес с рельсами, снижает потери энергии в тяговом приводе за счет исключения режима буксования и износ рельсов и колес.