СПОСОБ КОМПЕНСИРОВАНИЯ ПОТЕРИ СИЛЫ ТЯГИ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD OF COMPENSATING FOR LOSS OF TRACTION POWER OF A RAIL VEHICLE

Изобретение относится к способу компенсирования потери силы тяги рельсового транспортного средства, предпочтительно локомотива грузового состава, на дуге рельсового пути, в частности, при трогании с места рельсового транспортного средства и/или, в частности, на подъеме.
В документе DE 10 2014 214 055 А1 раскрыта ходовая часть рельсового транспортного средства, по меньшей мере, с рамой ходовой части, опирающейся на первую и на вторую колесную пару, причем для каждой колесной пары по обе стороны ходовой части установлено по треугольному рычагу в качестве горизонтальной направляющей оси колесной пары, а каждый треугольный рычаг шарнирно соединен с колесом подвижного состава посредством буксы со стороны колесной пары и с рамой ходовой части посредством двух букс со стороны рамы. По меньшей мере, одна из букс каждого треугольного рычага включает гидромуфту с изменяемой продольной жесткостью, причем гидромуфта имеет, по меньшей мере, камеру текучей среды, заполняемую гидравлической жидкостью, что обеспечивает возможность создать в камере текучей среды гидравлическое давление, которым можно регулировать продольную жесткость гидромуфты.
При неудовлетворительном состоянии пути, например при грязных или мокрых рельсах, механическая сила трения, передаваемая между приводным колесом подвижного состава (рельсового транспортного средства, моторного вагона, локомотива, головного моторного вагона, моторного вагона, самодвижущегося спецтранспорта путевой службы и т.д.) и соответствующим рельсом в отдельных случаях резко снижается. Падает возможность полной передачи обеспечиваемой рельсовым транспортом механической силы тяги, а управление/регулирование тягой должно предотвращать пробуксовку колес из-за снижения силы тяги (потери силы тяги).
Современные рельсовые транспортные средства трогаются с места в режиме пробуксовки привода рельсового транспортного средства. В режиме пробуксовки у рельсового транспортного средства отмечают дополнительную потерю силы тяги приблизительно порядка 10%, если рельсовое транспортное средство находится на дуге (повороте) пути (потеря силы тяги на кривой) и, в частности, если рельсовое транспортное средство на кривой трогается с места. Эта потеря силы тяги, как правило, увеличивается с уменьшением радиуса кривой. Передаваемая механическая сила трения зависит также от крутизны подъема.
У локомотивов грузовых составов при эксплуатации в горной местности, т.е. с необходимой высокой нормативной силой тяги (высокое требование силы сцепления), эта дополнительная потеря силы тяги, в частности, при трогании с места, например на подъеме и/или на грязных/мокрых рельсах в отдельных случаях неприемлема; в крайнем случае, грузовой состав не тронется с места при неудовлетворительных условиях рельсового пути. Потеря силы тяги при неудовлетворительных условиях рельсового пути обусловлена снижением силы трения между приводным колесом рельсового подвижного состава и соответствующим рельсом (т.н. снижение силового замыкания).
Для противодействия потери силы тяги или повышения передаваемой силы тяги в настоящее время существует несколько возможностей. Можно использовать более тяжелый локомотив. Также можно путем конструктивного решения локомотива улучшить распределение нормативной силы, чтобы сумма на всех приводных колесах подвижного состава была главным образом оптимальной (ключевые понятия: сдвиг нагрузки, нижнее сочленение продольного наложения, тяговая штанга/нажимная штанга и т.п.). Также возможно улучшение характера трения (посыпание песком, регулирование тяги: чистящее или высокое боксование для задирки контактной поверхности колес рельсового подвижного состава).
Задача изобретения - частичное компенсирование дополнительной потери силы тяги рельсового транспортного средства, в частности, при трогании с места на кривой, чтобы избежать альтернативного использования сверхмощного локомотива, посыпания песком и т.п. Также согласно изобретению, необходимо учитывать износ рельсов, в частности износ головки рельса.
Задачу изобретения решают посредством способа, охарактеризованного признаками независимого пункта формулы для компенсирования потери силы тяги рельсового транспортного средства, предпочтительно локомотива грузового состава, на дуге рельсового пути, в частности, при трогании рельсового транспортного средства с места и/или, в частности, на подъеме. Предпочтительные варианты модернизации и, дополнительные признаки и/или преимущества изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы и/или в нижеследующем описании изобретения.
В способе компенсирования по данному изобретению сравнительно неудовлетворительные (в смысле плохие) условия трения между рельсом путевой дуги и, по меньшей мере, приводным колесом рельсового транспортного средства путем активного подруливания колеса подвижного состава на рельсе изменяют на относительно удовлетворительные (в смысле хорошие) условия трения. Приводное колесо рельсового транспортного средства входит в состав, по меньшей мере, приводной колесной пары рельсового транспортного средства, причем сравнительно неудовлетворительные условия трения между рельсом путевой дуги или путевых дуг и, по меньшей мере, приводным колесом рельсового транспортного средства посредством активного подруливания, по меньшей мере, колесной пары подвижного состава на путевой дуге или путевых дугах изменяют на относительно удовлетворительные условия трения.
Под относительно удовлетворительными условиями трения понимают более удовлетворительное базовое соотношение, более удовлетворительную геометрию контакта (в зависимости от положения точки контакта) и т.п. (описание ниже). Радиальная установка одной или нескольких осей рельсового транспортного средства приводит при этом не к автоматическому увеличению силы тяги, а к улучшению положения точки контакта приводного колеса подвижного состава на рельсе соответствующей рельсовой дуги или к улучшению положения точки контакта приводной колесной пары на рельсовых кривых (описание ниже). Согласно изобретению, это улучшает общий характер трения.
При осуществлении способа компенсирования, по меньшей мере, одно из колес подвижного состава, в частности, по меньшей мере, одна колесная пара имеет гидравлическое, пневматическое, механическое, электрическое и/или электромеханическое активное подруливание с осевой и/или радиальной перестановкой и/или с поворотом вокруг центра поворота. В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, у одного колеса подвижного состава, в частности, по меньшей мере, у одной колесной пары активное подруливание обеспечивает нахождение зоны контакта между, по меньшей мере, одним колесом подвижного состава, в частности, между, по меньшей мере, одной колесной парой и соответствующим рельсом путевой дуги в зоне со сравнительно удовлетворительным или с более удовлетворительным базовым соотношением и/или с относительно удовлетворительной или более удовлетворительной геометрией контакта.
При осуществлении способа компенсирования, по меньшей мере, у одного колеса подвижного состава, в частности, по меньшей мере, у одной колесной пары активное подруливание обеспечивает повышение коэффициента трения; расположение зоны контакта в рабочей зоне соответствующего рельса; смещение зоны контакта в направлении поперечного центра соответствующего рельса; нахождение зоны контакта главным образом в поперечном центра соответствующего рельса; образование в зоне контакта более низкого давления на поверхность; и/или увеличение зоны контакта.
При трогании с места или медленном движении рельсового транспортного средства, по меньшей мере, у одного колеса подвижного состава в нижней радиальной позиции, в частности, по меньшей мере, у одной колесной пары в нижней радиальной позиции подруливание обеспечивает, по меньшей мере, частичное смещение рельсового транспортного средства радиально наружу дуги. При этом предпочтительно в зависимости от возвышения активное подруливание колеса подвижного состава на внутренней стороне дуги вывешивает его во внешнюю сторону. Для внешнего вывешивания колесные оси переставляют в нижнюю радиальную позицию.
В движении или при быстром движении рельсового транспортного средства, по меньшей мере, у одного колеса подвижного состава в верхней радиальной позиции, в частности, по меньшей мере, у одной колесной пары в верхней радиальной позиции подруливание обеспечивает, по меньшей мере, частичное смещение рельсового транспортного средства радиально внутрь дуги. Это относится, в частности, к путевой дуге с возвышением или к крутой путевой дуге, причем согласно изобретению, зоны контакта снова попадают в рабочую зону колес на рельсе. При (быстром) движении, т.е. у колеса подвижного состава в накате по внешней стороне дуги, колесные оси устанавливают в верхнюю радиальную позицию, причем колесная ось снова переходит с внешней стороны дуги в центр рельса.
При отсутствии привода, колесо подвижного состава занимает в накате главным образом нижнюю радиальную позицию, так как, например, на правой дуге трогание с места происходит впереди слева. В этом случае радиус качения из-за конусообразного профиля колеса подвижного состава больше, чем с внутренней стороны дуги, а так как неподвижная колесная ось обеспечивает равную скорость вращения обоих колес, колесо на внешней стороне дуги, как правило, оттормаживают, а колесную пару выжимают в наружную сторону дуги, т.е. назад. Иначе обстоит дело у инерционной колесной оси. Если присутствует набегание железнодорожных колес на рельс, т.е. если набегание колеса подвижного состава с внутренней стороны дуги или трогание с места на плавной дуге начинает также колесо подвижного состава на внешней стороне дуги, то это обеспечивает, либо верхнюю, либо нижнюю радиальную позицию. Это не зависит от радиуса дуги, возвышения пути, скорости движения, массы транспортного средства и регулирования жесткости установки оси.
При осуществлении способа компенсирования, по меньшей мере, одно колесо подвижного состава, в частности, по меньшей мере, одну колесную пару подруливает, по меньшей мере, исполнительный механизм между ходовой частью или рамой ходовой части и колесом подвижного состава или колесной парой. Исполнительный механизм обеспечивает возможность вращения или поворота колеса подвижного состава или колесной пары на рельсе или рельсовом полотне. Также обеспечена возможность подруливания, по меньшей мере, одного колеса подвижного состава, в частности, по меньшей мере, одной колесной пары посредством активного блока гидравлики или активного пневмоцилиндра. Также возможно подруливание, по меньшей мере, одного колеса подвижного состава, в частности, по меньшей мере, одной колесной пары посредством гидравлической муфты или активного гидроцилиндра.
Для определения угла колеса относительно полотна или рельса на рельсовой дуге высчитывают радиус кривой установленной дуги и/или путем симуляции определяют заданный угол, по меньшей мере, для одного колеса подвижного состава, в частности, по меньшей мере, для одной колесной пары относительно полотна. В одном из вариантов осуществления изобретения привод рельсового транспортного средства работает в режиме боксования, и/или, по меньшей мере, один исполнительный механизм подключают последовательно или параллельно продольной направляющей колесной пары.
Далее изобретение более подробно раскрыто на основе примеров его осуществления с привлечением приложенных схем и немасштабных чертежей. Участки, элементы, конструктивные детали, узлы, компоновочные схемы и/или компоненты с идентичным, схожим или аналогичным исполнением и/или предназначением имеют в описании фигур (см. ниже), пунктах формулы и на чертежах одинаковые условные обозначения. Альтернативу, возможно не указанную в описании изобретения (см. выше) или в описании фигур, не показанную на чертежах и/или конечную альтернативу, статическую или кинематическую перемену, комбинацию и т.п. для примеров осуществления изобретения или для их компонента, компонентной схемы, узла, конструктивной детали, элемента, участка можно найти в перечне условных обозначений.
Признак изобретения (участок, элемент, конструктивная деталь, узел, компонент, параметр и т.п.) может быть указан положительно, т.е. как имеющийся, или отрицательно, т.е. как отсутствующий, причем отсутствие отрицательного признака явно не раскрыто, если он не значим согласно изобретению. Признак этой спецификации (описание, перечень условных обозначений, формула изобретения, чертеж) применим не только указанным образом и методом, но и другим образом и/или методом (самостоятельно, в комбинации, в виде замены, дополнения, обособления, опущения и т.д.). В частности, существует возможность, на основе условного обозначения и указанного для него признака или, в обратном порядке, в описании, в перечне условных обозначений, в формуле изобретения и/или на чертеже заменить, дополнить или опустить признак. Кроме этого в пункте формулы признак, тем самым, может быть описан и/или специфицирован.
Признаки этой спецификации могут быть (с учетом, как правило, неизвестного уровня техники) представлены в виде опционных признаков; т.е. каждый признак можно рассматривать факультативно, по усмотрению или предпочтительно, т.е. не в виде обязательного признака. Так, например, из примера осуществления можно выделить признак, в отдельных случаях с его окружением, причем этот признак затем можно перенести на обобщенный изобретательский замысел. Отсутствие признака (отрицательный признак) в примере осуществления показывает, что для изобретения этот признак опционален. Кроме этого у видового понятия присутствует также и родовое понятие (в отдельных случаях последующего членение на подроды, секции и т.д.), например, с учетом однородности действия и/или однозначности возможно обобщение одного или данного признака. На фигурах представлено следующее:
фиг. 1 - двухмерная вертикальная проекция примера осуществления двухосной ходовой части шасси рельсового транспортного средства с двумя колесными парами, установленными в раме ходовой части на четырех треугольных рычагах, причем треугольные рычаги обеспечивают осуществление способа по данному изобретению;
фиг. 2 - два двухмерных поперечных сечения рельса и железнодорожного колеса, обрезанные соответственно внизу и вверху, причем слева показана зона контакта между рельсом и колесом подвижного состава при движении по прямой, а справа - зона контакта при движении по дуге;
фиг. 3 - диаграмма симуляции потери силы тяги рельсового транспортного средства при вхождении и прохождении переходного участка рельсовой дуги (центра), а также вхождение на рельсовую дугу (справа) на относительно малой скорости рельсового транспортного средства в режиме боксования привода;
фиг. 4 - принципиальный пример осуществления активного рычага активного подруливания отдельного колеса подвижного состава колесной пары или колесной пары ходовой части рельсового транспортного средства;
фиг. 5 - принципиальный пример осуществления активного кронштейна рычага оси для активного подруливания отдельного колеса подвижного состава, колеса колесной пары или колесной пары ходовой части или рельсового транспортного средства;
фиг. 6 - фрагментарный разрез двухмерной боковой проекции треугольного рычага по фиг. 1, причем треугольный рычаг показан в разрезе по центру вдоль единственной со стороны колесной пары буксы и одной из осевых букс и рама ходовой части;
фиг. 7 - фрагментарный разрез двухмерной вертикальной проекции треугольного рычага по фиг. 6, причем в буксе треугольного рычага, выполненной в виде осевой буксы рычага и показанной схематично со стороны колесной пары, показаны фрагментарные разрезы двух гидромеханически разделенных камер с текучей рабочей средой;
фиг. 8 - двухмерная вертикальная проекция примера осуществления ходовой части фиг. 1 по данному изобретению, причем восемь камер текучей рабочей среды четырех треугольных рычагов получают давление жидкости через трубопроводы жидкой рабочей среды, что обеспечивает управление колесной парой ходовой части или рельсового транспортного средства; и
фиг. 9 - двухмерная вертикальная проекция примера осуществления ходовой части фиг. 1 по данному изобретению, причем соответствующий треугольный рычаг имеет привод от установленного параллельно с ним исполнительного механизма, что обеспечивает подруливание колесной пары ходовой части или рельсового транспортного средства.
Далее изобретение более подробно раскрыто на основе примеров осуществления варианта способа по данному изобретению для компенсирования потери силы тяги рельсового транспортного средства 2, предпочтительно локомотива 2 грузового состава, на рельсовой дуге 1, в частности, при трогании с места рельсового транспортного средства 2 и/или, в частности, на подъеме. Однако, изобретение не ограничено таким вариантом, такими вариантами осуществления и/или раскрытыми далее примерами осуществления, имеет принципиальный характер и применимо для всех способов компенсирования потери силы тяги рельсового транспортного средства.
На чертеже показаны только те участки объекта изобретения, которые необходимы для понимания сущности изобретения. Несмотря на то, что изобретение подробно описано и проиллюстрировано на основе предпочтительных вариантов его осуществления, оно не ограничено раскрытыми примерами его осуществления. Возможны вариации примеров и/или приведенного выше описания без нарушения объема правовой защиты изобретения.
На фиг. 1 показана ходовая часть 20 по данному изобретению рельсового транспортного средства 2, в частности локомотива 2 грузового состава, выполненная с возможностью пружинного опирания на нее с вращением вокруг вертикальной оси (z) вагонного кузова (не показано) рельсового транспортного средства 2. Ходовая часть 20 включает раму 22 ходовой части, опирающуюся предпочтительно, по меньшей мере, двумя колесными парами 200, 200 на рельсовый путь. Каждая колесная пара 200, 200 имеет два колеса подвижного состава 210, 210, жестко механически соединенных установленной в двух осевых буксах 310, 310 колесной осью 202. Для горизонтальной установки (х, у) колесных пар 200, 200 последние оперты соответственно на обеих сторонах ходовой части посредством соответственно треугольных рычагов 410, 410 на раму 22 ходовой части.
Соответственно один из четырех треугольных рычагов 410 шарнирно соединен с отдельной осевой буксой 310 посредством отдельной со стороны колесной пары буксы 412 треугольного рычага 410 и с рамой 22 ходовой части посредством двух букс 414, 414 со стороны колесной пары треугольного рычага 410. Соответствующая букса 412 со стороны колесной пары имеет, например, гидромуфту (см. далее) с предпочтительно постоянной поперечной жесткостью (у) и предпочтительно переменной продольной жесткостью (х). Обе буксы 414, 414 со стороны рамы имеют, например, эластомерные муфты (см. далее) с предпочтительно постоянной поперечной жесткостью (у) и предпочтительно постоянной продольной жесткостью (х).
Буксы 412, 414, 414 каждого треугольного рычага 410 расположены на “углах” ориентированного горизонтально (х, у) равнобедренного треугольника, острие которого образует соответствующую буксу 412 со стороны колесной пары, а его основной участок образует соответствующие буксы 414, 414 со стороны рамы. При движении рельсового транспортного средства 2 по дуге, по меньшей мере, колесная пара 200, предпочтительно обе колесные пары 200, 200 ориентированы радиально или подрадиально (у) относительно рельсовой дуги, что показано на фиг. 1 штрихпунктирной линией. Такую ориентацию обеих колесных пар 200, 200 обеспечивает согласно изобретению активное подруливание.
В отличие от показанной на фиг. 1 двухосной ходовой части 20 трехосная ходовая часть (не показано) имеет третью колесную пару 200, расположенную в продольном направлении между обеими показанными на фиг. 1 колесными парами 200, 200 и соединенную с рамой 22 ходовой части. При движении рельсового транспортного средства 2 по дуге, по меньшей мере, одна колесная пара 200, предпочтительно обе внешние колесные пары 200, 200 ориентированы радиально или подрадиально (у) относительно рельсовой дуги. Такую ориентацию обеих внешних колесных пар 200, 200 обеспечивает согласно изобретению активное подруливание.
При неудовлетворительных условиях адгезии между приводным колесом 210 подвижного состава и соответствующим рельсом 1 передаваемая сила тяги резко падает по сравнению с удовлетворительными условиями трения. Управление приводом рельсового транспортного средства 2 должно предотвращать проворачивание колес 210 подвижного состава путем понижения приводной силы тяги. В современных рельсовых транспортных средствах 2 привод рельсового транспортного средства 2 осуществляют путем регулируемого продольного боксования между колесом 210 подвижного состава и соответствующим рельсом 1. При этом наблюдают дополнительную потерю силы тяги порядка примерно 10%, если рельсовое транспортное средство 2 находится на рельсовой дуге и, в частности, трогается на ней с места. Эта потеря силы тяги, как правило, растет с уменьшением радиуса дуги. Крутизна подъема еще более усугубляет эту проблему. Естественно, это передается на колесную пару 200 или на колесные пары 200, 200, … рельсового транспортного средства 2.
В настоящее время существуют две причины для потери силы тяги в режиме боксования привода. Во-первых - это разная степень загрязнения (также: влага) перпендикулярно рельсу 1 или разное распределение реализуемого трения по поперечному сечению рельса. В часто переезжаемых контактных зонах 90 (см. также фиг. 2) рельса 1 устанавливается иной характер трения по сравнению с редко переезжаемыми зонами (в худшем случае - зона ржавчины рельсовой дуги 1). Во-вторых - это составляющие трения, постоянная доля и доля, определяемая площадным давлением в контактной зоне 90 между соответствующим колесом 210 подвижного состава и соответствующим рельсом 1. С ростом давления на поверхность при неизменной контактной зоне 90 передаваемое трение падает.
Обе физические причины влияют, в частности, на процесс трогания с места рельсового транспортного средства 2 на рельсовой дуге. Как правило, рельсовую дугу укладывают с возвышением внешнего рельса 10 дуги. В процессе трогания с места, т.е. на малой скорости или с отрицательным поперечным ускорением, соответствующая колесная пара 200 или соответствующие колеса 210, 210 подвижного состава частично проскальзывают на дуге на внутренний рельс 10 дуги.
Контактная зона 90 между соответствующим колесом 210 подвижного состава или колесной парой 200 и соответствующим рельсом 10 рельсовой дуги 1 переходит из рабочей зоны (фиг. 2 слева: прямая) в направлении фланга (фиг. 2 справа: дуга) рельса 10. Контактная зона 90 ближе к соответствующ6ему флангу отличается меньшим радиусом кривизны участка поперечного сечения колеса и меньшего участка поперечного сечения рельса. Это обуславливает меньшую зону 90 контакта (фиг. 2 справа) и при главным образом неизменной расчетной силе более высокое давление на поверхность. Наклон всего рельсового транспортного средства 2 внутрь дуги также повышает расчетную силу на колесе 210 подвижного состава с внутренней стороны дуги, что дополнительно повышает давление на поверхность.
На фиг. 3 показан результат симуляции кривой силы тяги ведущей оси при въезде грузового состава с приводным рельсовым транспортным средством 2 с ровной прямой (I) на ровную переходную рельсовую дугу (II) ровной рельсовой 300-метровой дуги на скорости примерно 17 км/час (Абсцисса: время t движения рельсового транспортного средства 2 в [s], Ордината: сумма прилагаемых рельсовым транспортным средством 2 сил тяги в [kN]). Результат симуляции показывает потерю силы тяги, обусловленную взятым за основу указанным влиянием геометрии и давлением на поверхность.
В показанном сценарии рельсовое транспортное средство 2 сначала начинает катиться. Через несколько метров необходимо приложение главным образом максимальной для грузовых составов силы тяги, причем коэффициент трения выбирают таким образом, чтобы не снижать максимальную тяговую мощность рельсового транспортного средства 2, а привод переходит в режим боксования. Вырабатываемая рельсовым транспортным средством 2 стационарная сила тяги на прямой (I) колеблется около 318 kN. С выходом на переходной участок рельсовой дуги (II) через примерно 30 сек. начинается снижение трения с учетом влияния геометрии, причем на 300-метровой рельсовой дуге (III) сила тяги устойчиво опускается примерно до 290 kN.
Симуляция показывает потерю силы тяги около 10%, наблюдаемую в рабочем режиме рельсового транспортного средства 2. Различная степень загрязнения (также: влага) поперечного сечение путевого рельса служит второй причиной аналогичных результатов, если исходить из того, что колеса подвижного состава с большей загрязненностью вследствие меньшего числа обкатов могут обеспечить более слабое трение (указанное ранее и фиг. 2 справа). Таким образом, на ровной поверхности необходимо рассчитывать на, главным образом, максимальную потерю силы тяги, составляющую около 20% максимальной тяговой мощности рельсового транспортного средства 2.
Основой изобретения является компенсирование потери силы тяги рельсового транспортного средства 2 на путевой дуге предпочтительно в режиме боксования. С этой целью, по меньшей мере, для приводного колеса 210 подвижного состава, в частности, по меньшей мере, для приводной колесной пары 200 используют активное подруливание, чтобы зона 90 контакта между соответствующим колесом 210 и соответствующим рельсом 10 на рельсовой дуге снова вернулась в зону лучшего характера базового трения (со сравнительно более высоким коэффициентом трения) и/или, чтобы обеспечить удовлетворительные условия трения. Принципиально существуют две возможности. Эти возможности, в свою очередь, зависят от фактической скорости движения, массы, конструкции и т.д. рельсового транспортного средства 2; радиуса рельсовой дуги и т.д.
Сначала пример трогания с места или медленного движения рельсового транспортного средства 2 по рельсовой дуге с возвышением или большой крутизны. При этом, например, обе колесные пары 200, 200 поворотной тележки рельсового транспортного средства 2 стоят в нижней радиальной позиции относительно рельсового полотна. Далее обе колесные пары 200, 200 подруливают таким образом, чтобы край рельса с внутренней стороны дуги немного приподнял обе колесные пары 200, 200 или поворотную тележку (штрихпунктирная линия на фиг. 1). Зоны 90 контакта снова попадают на рабочие зоны колес 210, 210 подвижного состава на рельсе 10 или в более часто прокатываемые зоны поперечных сечений рельс 10, а также в зоны с более удовлетворительной геометрией контакта относительно давления на поверхность вследствие лучшего характера трения или с более высоким коэффициентом трения.
Для примера (быстрого) движения по дуге с возвышением и, в отдельных случаях, по крутой дуге это означает, что обе колесные пары 200, 200 установлены относительно полотна в верхнюю радиальную позицию. Далее обе колесные пары 200, 200 подруливают таким образом, чтобы кант рельса с внешней стороны дуги снова немного сдвинул обе колесные пары 200, 200 или поворотную тележку внутрь дуги (штрихпунктирная линия на фиг. 1). Это снова возвращает контактные зоны 90 в рабочие зоны колес 210, 210 подвижного состава на рельсах 10 или в более часто прокатываемые зоны поперечных сечений рельс 10, в которых коэффициент трения выше, чем до этого. В идеальном случае это почти полностью компенсирует потерю силы тяги.
Другие положительные вторичные эффекты активного подруливания, по меньшей мере, одного колеса 210 подвижного состава или, по меньшей мере, одной колесной пары 200 раскрыты ниже (не в полном объеме). Согласно изобретению, имеет место снижение квазистатичных рельсовых сил на рельсовой дуге. Только применяемое подруливание с улучшенными расчетными углами относительно силы тяги рельсового транспортного средства 2 обеспечивает значительное снижение поперечной рельсовой силы во всех трех режимах движения рельсового транспортного средства 2 (с приводом в режиме (макро-/микро-) боксования, накат). Оно также обеспечивает сниженный износ рельс относительно ударов по головке рельса на рельсовой дуге. Удары по головке рельса - это дефекты железнодорожного рельса в виде тонких трещин на поверхности. Другим потенциалом активного подруливания является установка в расчетные позиции колеса 210 подвижного состава или колесной пары 200 на полотне при накате рельсового транспортного средства 2, что положительно влияет на износ рельс.
На фиг. 4 показан принцип действия такого активного подруливания для отдельного колеса 210 подвижного состава или для отдельной колесной пары 200 с двумя колесами 210. При этом, по меньшей мере, исполнительный механизм 100 или, по меньшей мере, актуатор 100 расположен между ходовой частью 20 или рамой 22 ходовой части и колесом 210 подвижного состава или колесной парой 200. Этот или соответствующий исполнительный механизм 100 может быть выполнен в виде механического и/или электрического (гидравлического, пневматического, электромеханического, пьезоэлектрического и.т.д.) исполнительного механизма 100. Исполнительный механизм 100 включает актуатор 110 или исполнительный элемент 110, а также в отдельных случаях возвратный элемент 120 или исполнительный элемент 120.
Посредством, по меньшей мере, одного исполнительного механизма 100 обеспечена возможность вращения или поворота колеса 210 подвижного состава или колесной пары 200 на рельсе 10 или на рельсовом пути. Согласно изобретению, по меньшей мере, одно колесо 210 или, по меньшей мере, одна колесная пара 200, предпочтительно, по меньшей мере, несколько приводных колес 210 или, по меньшей мере, несколько колесных пар 200, в частности все приводные колеса 210 или все приводные колесные пары 200 рельсового транспортного средства 2 имеют активное подруливание, т.е. в случае необходимости активно проворачиваются или поворачиваются.
При этом, например, соответствующую зону 90 (см. фиг. 2) контакта между колесом 210 подвижного состава или колесом 210 колесной пары 200 и соответствующим рельсом 10 рельсовой дуги 1 смещают таким образом, чтобы переместить (фиг. 2, стрелка) контактную зону 90 с фланга (см. фиг. 2, справа) в рабочую зону (см. фиг. 2, слева). Это осуществляют путем движения вперед или движения назад (движение/трогание с места, в отдельных случаях на подъеме) рельсового транспортного средства 2. При этом колесо 210 подвижного состава или колесная пара 200 находится в нижней, верхней позиции на загрязненном рельсе 10 рельсовой дуги 1 или на рельсовом пути.
Активное подруливание отдельной колесной пары 200 (фиг. 5) осуществляют предпочтительно посредством двух исполнительных механизмов 100, 100 (на фиг. 5 показан только один исполнительный механизм 100) между поворотной тележкой, ходовой частью 200 или рамой 22 ходовой части и отдельной колесной парой 200. В варианте осуществления с необходимыми высокими силами подруливания или усилиями на исполнительный элемент это обеспечивает пневмоцилиндр, в отдельных случаях с усилителем рычага (аналогично тормозному силовому цилиндру). В варианте осуществления возможно применение для этого только одного исполнительного механизма 100.
Примером этого служит активная гидромуфта 430, (100) (см. фиг. 6, 7 и 8; исполнительный элемент 110, возвратный элемент 120; или в обратном порядке) или пассивная гидромуфта 430 и исполнительный механизм 100 (фиг. 6, 7 и 9; исполнительный элемент 110, возвратный элемент 120; или в обратном порядке). В частности, относительно допуска предпочтительно подключение активного исполнительного элемента 100 (см. активный цилиндр на фиг. 9) параллельно обычной продольной направляющей колесной пары. Обычная пассивная продольная направляющая колесной пары является “надежной” площадкой рецидива при отказе одного или двух исполнительных механизмов 100, 100. Более высокие исполнительные усилия, сдвигающие/прижимающие или отодвигающие/отжимающие колесную пару 200 к/от обычной буксе(-ы) остаются в границах допустимого, так как параллельное подключение обеспечивает возможность выполнения обычных букс с продольной упругостью.
Для определения угла колеса относительно рельсового полотна применяют непосредственное измерение угла, трудоемкое и дорогостоящее, по меньшей мере, в настоящее время. Также используют обработку данных радиуса кривой посредством определения дуги (например, измерение угла расточки, измерение поперечного усилия). Также путем симуляции заранее задают (главным образом оптимальные) расчетные углы колес 210, 210 подвижного состава или колесной пары 200 относительно рельсового полотна. Это обеспечивает предварительное определение и/или задание расчетных смещений или установочных усилий исполнительных механизмов 100, 100. Эти параметры либо вводят через систему управления, либо измеряют и, тем самым, регулируют с помощью путевого датчика или датчика давления.
Таким образом, путем идентификации дуги (угол расточки, измерение поперечного усилия и т.д.) рассчитывают радиус кривой. Также существует возможность путем симуляции заранее задать (главным образом оптимальные) расчетные углы колес 210, 210 или колесной пары 200 относительно рельсового полотна, что далее обеспечивает (главным образом оптимальные) углы колес 210, 210 или колесной пары 200 относительно поворотной тележки, ходовой части 20 или рамы 22 ходовой части. Их пересчитывают либо в расчетные смещения в исполнительных механизмах 100, 100, либо в расчетные установочные усилия исполнительных элементов. Эти параметры либо вводят через систему управления, либо просто измеряют и, тем самым, регулируют конструктивно с помощью датчиков давления.
Согласно фиг. 6 и 7 (см. также фиг. 1) треугольный рычаг 410 имеет корпус, неподвижно соединяющий посредством проходящих главным образом горизонтально соединительных стенок две предпочтительно малые проушины 440, 440 кронштейна для установки эластомерной муфты 450 с предпочтительно большой проушиной 420 для установки гидромуфты 430. Корпус рычага выполнен в виде литой, кованной или фрезерованной детали. На обоих, соединяющих большую проушину 420 рычага с малыми проушинами 440, 440 рычага боковых кантах соединительных стенок опционно выполняют соединительные перемычки, выступающие главным образом вертикально.
Каждая эластомерная муфта 450 имеет внутренний подшипниковый вкладыш 451, внешний подшипниковый вкладыш 453 и установленное между ними эластомерное кольцо 452. За счет вращательно-симметричной конструкции эластомерная муфта 450 имеет главным образом постоянную жесткость в продольном направлении (х) и в поперечном направлении (у). Соответствующий внешний подшипниковый вкладыш 453 установлен в соответствующей малой проушине 440 рычага, а сквозь внутренний подшипниковый вкладыш 451 проходит соответственно вертикальный болт 455 крышки подшипника.
На обоих выступающих из внутреннего подшипникового вкладыша 451 концах болта 455 крышки подшипника выполнены главным образом ровные, параллельные друг другу опорные поверхности, в зоне которых выполнено по проходящему главным образом горизонтально проходному пазу. Проходные пазы предназначены для установки крепежных средств 457 для соединения со стороны рамы соответствующей буксы 414 с рамой 22 ходовой части над и под эластомерной муфтой 450.
Гидромуфта 430 имеет внутренний подшипниковый вкладыш 431, внешний подшипниковый вкладыш 433 и установленный между ними эластомерный элемент 432. Внешний подшипниковый вкладыш 433 установлен в большой проушине 420 рычага, а сквозь внутренний подшипниковый вкладыш 431 проходит вертикальный болт 435 крышки подшипника. Болт 435 крышки подшипника имеет проходящий главным образом вертикально проходной паз, через который соосно через гидромуфту 430 проведены крепежные средства 437 для соединения буксы 412 со стороны колесной пары с осевой буксой 310.
На противоположных друг другу в продольном направлении (х) сторонах эластомерный элемент 432 и внешний подшипниковый вкладыш 433 образуют между собой две сегментообразные, разделенные друг от друга автономных полости 422, 424. Перегородка между полостями 422, 424 на чертеже не показана. Полость 422, обращенная в сторону эластомерной муфты 450, образует при этом внутреннюю камеру 422 текучей рабочей среды, а полость 424, обращенная от эластомерной муфты 450, образует при этом внешнюю камеру 424 текучей рабочей среды треугольного рычага 410. Камеры 422, 424 текучей рабочей среды заполнены гидравлической жидкостью.
Камеры 422, 424 текучей рабочей среды гидравлически взаимодействуют друг с другом через внешний или внутренний канал текучей среды (не показан), действующий как дроссель или имеющий таковой. Кроме этого, внутренняя 422 и внешняя 424 камеры текучей среды одной гидромуфты 430 гидравлически связаны таким образом, что гидравлическая жидкость, вытекающая под действием внешнего давления из одной камеры 422/424, попадает в другую камеру 424/422. Внешнее давление обусловлено направляющим усилием между соответствующими осевыми буксами 310 соответствующей колесной пары 200 и рамой 22 ходовой части, передаваемым соответствующим треугольным рычагом 410 и обеспечивающим обмен текучей средой между камерами 422, 424 и соответствующей гидромуфтой 430.
Этот обмен текучей средой обусловлен также следующим. Внешний или внутренний канал текучей среды может отсутствовать. При этом решающим для жесткости в продольном направлении (х) гидромуфты 430 при условии отсутствия активного воздействия на ток текучей среды между камерами 422, 424 или воздействия другой камерой 422, 424 другой гидромуфты 430 (см. описание ниже) является частота, возбуждаемая в эластомерном элементе 432 внешним поперечным ускорением хода вала соответствующей колесной пары 200. Гидромуфта 430 имеет наряду с высокой поперечной жесткостью изменяемую продольную жесткость (х), зависящую от возбуждающей частоты.
Согласно изобретению, камеры 422, 424 текучей среды отдельной гидромуфты 430 альтернативно или дополнительно гидравлически взаимодействуют друг с другом (на фиг. 7 не показано) через трубопроводы текучей среды, для которых на фиг. 7 показаны только подводки 423, 425 текучей среды. Камеры 422, 424 текучей среды отдельной гидромуфты 430, для которых на фиг. 7 показаны только подводки 423, 425 текучей среды, альтернативно или дополнительно через внешние трубопроводы текучей среды гидравлически взаимодействуют (на фиг. 7 не показано), по меньшей мере, с камерой 422, 424 текучей среды другой гидромуфты 430. Внешний трубопровод текучей среды выполнен, например, в виде жесткого гидропровода или гибкого гидрошланга.
Так, например, гидромуфты 430, 430 на одной и той же стороне ходовой части (справа или слева) соединяют двумя внешними каналами текучей среды (на фиг. 1 не показаны, на фиг. 8 показаны прерывистой линией) таким образом, что на каждой стороне ходовой части обеспечена гидравлическая состыковка внешней камеры 424 первой колесной пары 200 с внешней камерой 424 второй колесной пары 200 и внутренней камеры 422 текучей среды второй колесной пары 200 с внутренней камерой 422 первой колесной пары 200. Гидравлическую состыковку осуществляют по двум сторонам ходовой части предпочтительно симметрично продольному направлению, что обеспечивает установку в радиальную позицию соответственно двух колесных пар 200, 200 на рельсовой дуге и необходимую продольную жесткость при трогании с места с высокой силой тяги или при торможении.
При разгоне или также при торможении колесных пар 200, 200 на буксы 412, 412, 412, 412 воздействуют равнозначные силы, что предотвращает обмен текучей жидкостью между состыкованными камерами 422, 422; 424, 424; 422, 422; 424, 424 текучей среды - реакция букс 412, 412, 412, 412 со стороны колесной пары жесткая. При движении по дуге возникают противоположно направленные силы, что обуславливает обмен текучей жидкостью между соответственно состыкованными камерами 422, 422; 424, 424; 422, 422; 424, 424 текучей среды, за счет мягкой реакции кронштейнов колесные пары 200, 200 занимают радиальную позицию. Преимуществом является эффективная передача сил натяжения-давления.
Также существует возможность на каждой стороне ходовой части гидравлически состыковать внешнюю камеру 424 текучей среды второй колесной пары 200 с внутренней камерой 422 текучей среды первой колесной пары 200 и внутреннюю камеру 422 текучей среды первой колесной пары 200 с внешней камерой 424 второй колесной пары 200. Гидравлическую состыковку по двум сторонам ходовой части осуществляют также предпочтительно симметрично продольному направлению.
В приведенных выше выкладках исходили из того, что гидравлическая жидкость вытекает из или течет в камеры 422, 422; 424, 424; 422, 422; 424, 424 текучей среды под действием направляющих сил колесных пар. Однако, согласно изобретению, предусмотрено активное воздействие на характер тока гидравлической жидкости. Ниже это раскрыто более подробно, и для этого на фиг. 8 пунктиром показаны трубопроводы текучей среды 522, 524; 522, 524.
Согласно изобретению, трубопроводы 522, 524; 522, 524 текучей среды подключены к блоку гидравлики (не показано), обеспечивающему активное воздействие на условия давления в камерах 422, 422; 424, 424; 422, 422; 424, 424 текучей среды (активные гидромуфты 430, (100) на фиг. 8). При этом схему гидрокоммуникация выполняют таким образом, чтобы блок гидравлики обеспечивал указанные признаки пассивно, если он не воздействует на условия давления в камерах 422, 422; 424, 424; 422, 422; 424, 424 текучей среды. Блок гидравлики выполнен также с возможностью автономной активной реализации этих пассивных настроек.
Блок гидравлики выполнен также с возможностью изменения посредством активного подруливания (см. выше) сравнительно неудовлетворительных условий трения между рельсовым транспортом 2 и рельсовым полотном, относительно неудовлетворительных условий трения между рельсом 10 рельсовой дуги 1 и приводным колесом 210 подвижного состава или между рельсовой дугой 1 полотна и приводной колесной парой 200, … рельсового транспортного средства 2 на относительно удовлетворительные условия трения железнодорожного колеса 210, … на рельсе 10 или колесной пары 200, … на рельсовом полотне (удовлетворительный характер трения и/или удовлетворительная геометрия контакта и/или т.п.).
Неудовлетворительные условия трения между рельсовым транспортным средством 2 и полотном - это, например, указанная выше потеря силы тяги на дуге при трогании с места (например, нижняя радиальная позиция колесных пар 200, …) или, в отдельных случаях, (например, верхняя радиальная позиция колесных пар 200, …) при быстром движении; загрязненные и/или влажные рельсы; малый или уменьшающийся радиус дуги; и/или крутизна подъема и т.д.
Следующие далее выкладки относятся к отдельному рельсовому транспортному средству 2, отдельной поворотной тележке, отдельной ходовой части 20 или отдельной раме 22 ходовой части или к отдельной колесной паре 200. Для этого блок гидравлики выполнен таким образом, чтобы устанавливать гидравлическое давление соответственно в одной отдельной камере текучей среды, в нескольких камерах или во всех камерах текучей среды. Кроме этого блок гидравлики выполнен таким образом, чтобы устанавливать главным образом равное гидравлическое давление в четном количестве камер текучей среды или во всех камерах текучей среды.
Например, чтобы обе колесные пары 200 поворотной тележки для приложения силы тяги были установлены в правильной позиции на рельсовом полотне, обе колесные пары 200 поворотной тележки должны иметь активное подруливание. Взаимодействие обеих колесных пар 200 можно “оптимизировать” путем симуляции. Сила тяги при трогании с места рельсового транспортного средства 2 аналогична силе торможения при остановке или отрицательному ускорению, т.е. воздействию на сокращение тормозного пути. Таким образом, изобретение аналогично применимо и к компенсированию потери силы торможения рельсового транспортного средства 2.
Подъем рельсового пути или соответствующего рельса, например, в горной местности, оказывает вторичное влияние на потерю силы тяги. Таким образом, в частности, на крутом подъеме необходим большой расход силы тяги для поддержания постоянной скорости движения рельсового транспортного средства 2 или, вообще, для обеспечения возможности тронуться с места. На равнине, в частности в Австралии, необходимость высокой силы тяги обусловлена особенно большой длиной грузовых составов. Потеря силы тяги на кривых пути обусловлена, однако, геометрией контакта, распределением трения и т.п. (характер трения) на участке рельса/поперечного сечения колеса.
Другая возможность реализации вышесказанного показана на фиг. 9. При этом активное подруливание колеса 210 подвижного состава обеспечивает пассивная гидромуфта 430 (см. пояснения к фиг. 6 и 7) и исполнительный механизм 100, механически подключенный параллельно соответствующему треугольному рычагу 410. При этом обе камеры 422, 424 текучей среды пассивной гидромуфты 430 гидравлически взаимодействуют друг с другом через внешний или внутренний канал текучей среды (не показано), действующий как дроссель или имеющий дроссель. Исполнительный механизм 100 выполнен в виде активного цилиндра, в частности гидроцилиндра 100. Конечно, возможно применение иного вида исполнительного механизма 100.
При этом предпочтительно выполнение исполнительного механизма 100 с изменяемой длиной, причем оконечный участок длины исполнительного механизма 100 состыкован механически непосредственно или опосредованно с большой проушиной 420 треугольного рычага 410, а противоположный ему оконечный участок длины исполнительного механизма 100 состыкован механически непосредственно или опосредованно с малой проушиной 440 треугольного рычага 410.
Таким образом, исполнительный механизм 100 непосредственно закреплен не только на треугольном рычаге 410, но и со стороны большой проушины 420 на осевой буксе 310 или на коробке 312 осевой буксы и/или со стороны малой проушины 440 на ходовой части 20 или на раме 22 ходовой части.
В зависимости от изменения длины исполнительного механизма 100 гидравлическая жидкость перетекает из одной из камер 422, 424 текучей среды в другую камеру 424/422 текучей среды. Для активного подруливания исполнительными механизмами 100, 100 отдельной колесной пары 200 управляют или их регулируют таким образом, чтобы один исполнительный механизм 100 удлинить, а другой исполнительный механизм 100 укоротить. В отдельных случаях предпочтительно оба исполнительных механизма 100, 100 отдельной колесной пары 200 удлинить или укоротить.