СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ ИЛИ ПЛАТФОРМ

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и, в частности, к подвижному железнодорожному составу и к системам его электроснабжения.
Скоропортящиеся грузы (далее СПГ), большинство которых составляют продукты питания, являются социально значимыми. Перевозка их железнодорожным транспортом играет важную роль при снабжении населения страны продовольствием.
Для выполнения этой задачи железные дороги используют специализированный подвижной состав, к которому относятся групповой рефрижераторный подвижной состав (ГРПС), включающий рефрижераторные секции разной составности, состоящие из грузовых вагонов и служебного вагона с дизель-электростанцией и бытовым помещением для обслуживающей бригады механиков, и одиночные изотермические вагоны (ОИВ) - главным образом автономные рефрижераторные вагоны (АРВ и АРВ-Э), вагоны-термосы (ВТ), грузовые вагоны рефрижераторных секций, переоборудованные для перевозки СПГ в режиме «термос» (ИВ-термос), и некоторые другие одиночные изотермические вагоны.
На железнодорожном транспорте к скоропортящимся грузам относят 21 наименование продовольственных грузов, которые по способу транспортировки делятся на пригодные к перевозке в термосах (термосопригодные) и перевозимые в рефрижераторах (рефгрузы). Номенклатура скоропортящихся грузов, перевозимых железнодорожным транспортом в 2013 году: рыба, мясо, изделия колбасные, фрукты, овощи, молочные продукты, пиво, соки, напитки безалкогольные, консервы, продукция маргариновая и прочие. Рынок перевозок можно разделить на две основные группы грузов:
- мясо, рыба, фрукты, изделия колбасные (25,2%), предназначенные в основном для перевозок в групповом рефрижераторном подвижном составе (ГРПС) и в вагонах-термосах на коротких расстояниях.
- термосопригодные грузы, предназначенные для перевозок в ИВ-термосах и рефрижераторных контейнерах- фрукты, овощи, продукция маргариновая, пиво, соки, вино, напитки, консервы и прочие (74,8%).
Сегодня перевозки скоропортящихся грузов в России осуществляются железнодорожным транспортом с использованием следующих технологий формирования поездов:
- рефрижераторные контейнеры перевозятся только на сцепах по 12 специализированных электрифицированных фиттинговых платформ с вагоном-дизель-электростанцией;
- технология формирования сцепов из 4-5-ти специализированных рефрижераторных секций с вагоном-дизель-электростанцией обслуживаемая рефрижераторной бригадой (технологии ГРПС);
- рефрижераторные контейнеры перевозятся в сцепах до 6 вагонов на электрифицированных фитинговых платформах оборудованных дизель-генераторной установкой в качестве источника питания в составе сцепов ГРПС обслуживаемых рефрижераторной бригадой;
- технология перевозки скоропортящегося груза в ИВ-термосах, в контейнерах-термосах с обеспечением температурного режима на короткие расстояния в пределах сроков доставки установленных правилами перевозки для данных грузов.
Перевозки скоропортящихся грузов в рефрижераторных контейнерах являются альтернативой перевозкам в рефрижераторных вагонах, а также конкурентоспособной технологией в этом сегменте рынка.
Возможность организации одиночных отправок вагона в адрес грузополучателя фитинговых платформ модернизированных системой автономного энергоснабжения позволит значительно сократить простой в ожидании погрузки-выгрузки, расширить географию перевозок, обеспечить требуемый температурный режим для данного рода груза во время перевозки, а также значительно снизить затраты на энергоресурсы и обслуживание бригад за счет использования в качестве источника генерации вращение оси колесной пары.
А главное - сохранить качество груза во время перевозки СПГ, от которого напрямую зависит здоровье граждан.
В настоящее время известны две разработки, которые являются наиболее близкими аналогами (прототипами):
«Система автономного электроснабжения железнодорожных грузовых вагонов и/или платформ от оси колесной пары» (патент ПМ №105861, публ. 27.06.2011 г., B60L 1/00;
«Система автономного электроснабжения железнодорожных грузовых вагонов и/или платформ от оси колесной пары» (патент ПМ №130557, публ. 27.07.2013 г., B60L.
«Система автономного электроснабжения…» в соответствии с ПМ №1058 61, включает подвагонный генератор, установленный на жесткой раме, расположенной в подвагонном пространстве и шарнирно соединенной с одной стороны с рамой (хребтовой балкой рамы) вагона и/или платформы и с другой стороны с валом колесной пары с возможностью обеспечения свободного вращения вала в жесткой раме, привод.
В патенте ПМ №105861 жесткая рама соединена с хребтовой балкой (рамы) вагона и/или платформы посредством тяги с двумя сферическими шарнирами по концам и с валом колесной пары при помощи разрезных резиновых втулок, расположенных во внутренней полости разрезного полого вала, причем на поверхности разрезного полого вала выполнены концентрические проточки, в которых установлены выполненные в виде роликов разъемные опоры, обеспечивающие свободное вращение оси колесной пары в жесткой раме, на которой установлен подвагонный генератор.
Привод выполнен в виде ременной передачи, которая содержит ведущий шкив, установленный на валу колесной пары с внутренней стороны колесной пары, ведомый шкив, установленный на валу генератора, приводной ремень и натяжное устройство приводного ремня.
Устройство предназначено для обеспечения бесперебойного автономного электроснабжения во время движения вагонов и/или платформ с приводом от осей колесных пар грузовых тележек безрамной конструкции.
Устройство имеет следующие недостатки:
- мощность, передаваемая ременной передачей от оси колесной пары к генератору, ограничена передаточным числом ведущего и ведомого шкивов, которая зависит от размера колеса и от высоты подвагонного пространства с учетом нормативна на высоту строения пути в подвагонном пространстве.
- для замены приводного ремня, необходимо выкатить из-под вагона или платформы тележку и освободить колесную пару для надевания на ее ось нового ремня.
- минимальная длина ремня (определяется) возможностью его надевания на колесо, что приводит к увеличению габаритов жесткой рамы подвески генератора.
В «Системе автономного электроснабжения…» в соответствии с ПМ №130557, привод устройства выполнен двухступенчатым и состоит из первой и второй ступеней.
Первая ступень двухступенчатого привода представляет собой зубчатую передачу, Зубчатое колесо установлено на разъемном полом валу, ведомая шестерня установлена на конце промежуточного вала с возможностью вывода ее из зацепления с зубчатым колесом.
Вторая ступень двухступенчатого привода представляет собой ременную передачу, состоящую из ведущего шкива, ведомого шкива, приводных ремней и натяжного устройства. Ведущий шкив установлен на конце промежуточного вала. На противоположном конце промежуточного вала - установлена ведомая шестерни зубчатой передачи. Ведомый шкив установлен на валу генератора.
Полый вал центрирован и вращается в системе из трех опор - роликов (подшипников), расположенных под углом 120° по окружности друг к другу.
Приводной ремень может быть выполнен разъемным. Ременная передача может быть выполнена в виде клиноременной передачи с приводным ремнем клиновидной формы. Приводной ремень клиновидной формы может быть выполнен разъемным.
Устройство имеет следующие недостатки:
- мощность, передаваемая ременной передачей от оси колесной пары к генератору, ограничена технологическими особенностями изготовления разъемных ремней и составляет 0,5-0,7 от мощности цельных (неразъемных) ремней,
- увеличение длины и количество ремней, увеличение диаметров ведущего и ведомого шкивов, ограничено габаритами пространства между колесами оси колесной пары и расстоянием между головкой рельса верхнего строения пути и рамой платформы (вагона) в подвагонном пространстве соответственно увеличение мощности данным путем невозможно,
- при рассоединении зубчатой передачи на порожних пробегах вагона или платформы происходит неравномерная вытяжка ремней ременной передачи и происходит статическая перегрузка (перенагружение) подшипников ротора генератора и соответственно более быстрый износ,
- центровка в условиях вагонного депо полого вала тремя опорами (подшипниками) крайне затруднительна или невозможна, вследствие его амортизации на резиновых вкладышах, что приводит к смещению межцентрового расстояния в зубчатой передачи и, соответственно, нарушению параметров ее работы, снижению ресурса, надежности всего механизма,
- обе опоры полого вала - роликовые, что не позволяет зафиксировать положение жесткой рамы в направлении оси колесной пары.
Технический результат заявляемого решения состоит в повышении надежности механической части системы, уменьшение материалоемкости, повышение эксплуатационных характеристик, повышение безопасности конструкции.
Целью заявляемого решения является расширение номенклатуры изделий.
Заявленный технический результат достигнут благодаря тому, что жесткая рама соединена с хребтовой балкой (рамы) вагона и/или платформы дополнительным страховочным тросом. Одна из опор полого вала выполнена в виде сборки из двух подшипников - радиального роликового и упорного усиленного двухрядного шарикового. Система подвески жесткой рамы предполагает использование не только сферических шарниров, но и системы обычных шарниров.
ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
На фиг. 1 показан внешний вид заявляемого устройства
На фиг. 2 приведен разрез по оси колесной пары и по оси промежуточного вала.
На фиг. 3 показаны сферические шарниры подвески.
На фиг. 4 показан вид заявляемого устройства сбоку, компоновка в подвагонном пространстве.
На фиг. 5 показан вид заявляемого устройства сверху.
На фиг. 6 показан вид заявляемого устройства спереди, компоновка в подвагонном пространстве.
На фиг. 7 показаны два вида упорных подшипников - роликовый шариковый.
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕННИЯ
1 - подвагонный генератор.
2 - ведущее зубчатое колесо.
3 - ведомое зубчатое колесо.
4 - разъемный полый вал.
5 - промежуточный вал.
6 - вал (оси) колесной пары.
7 - разрезные резиновые втулки.
8 - ведущий шкив.
9 - ведомый шкив.
10 - ремень или ремни.
11 - натяжное устройство
12 - рама.
13 - страховочный трос.
14 - опора.
15 - подвеска.
16 - шарниры подвески.
17 - радиальный подшипник.
18 - корпус опоры.
19 - внутренняя обойма (полукольца) упорного подшипника.
20 - наружняя обойма (полукольца) упорного подшипника.
22 - шарнир сферический.
Система устроена следующим образом.
Система автономного электроснабжения содержит подвагонный генератор 1 и двухступенчатый привод. Первая ступень в виде разъемного ведущего зубчатого колеса 2, находящееся в постоянном (или с возможностью расцепления) с ведомой шестерней 3. Зубчатое колесо 2 установлено на разъемном полом валу 4, шестерня 3 неподвижно установлена на промежуточном валу 5 и, предпочтительно, постоянно находится в зацепления с зубчатым колесом 2. Полый вал 4 закреплен на оси колесной пары 6 с помощью разрезных резиновых втулок 7, размещенных во внутренних полостях вала 4. Вторая ступень - ременная передача в виде ведущего шкива 8, ведомого шкива 9, ремней 10 и натяжного устройства 11. Ведущий шкив 8 установлен на противоположном от шестерни 3 конце промежуточного вала 5. Ведомый шкив 9 установлен на валу генератора 1. Генератор 1 с натяжным устройством 11 и промежуточный вал 5 установлены на раме 12. Рама 12 с одной стороны опирается двумя опорами 14 на полый вал 4. В одной из опор использован нестандартный (разъемный) роликовый подшипник 17, в другой - сборка из нестандартного (разъемного) роликового подшипника 17 и нестандартного (разъемного) упорного двухрядного шарикового усиленного (с повышенной нагрузочной способностью) подшипника 19, 20. С другой стороны на подвеску 15, соединенную одним концом с рамой 12, другим концом с рамой вагона или платформы, посредством шарниров 16. Шарниры могут быть сферическими 22 или в виде набора цилиндрических, основным требованием является обеспечение в каждом из них двух степеней свободы по горизонтальным осям. Для повышения безопасности эксплуатации системы в конструкцию добавлен страховочный трос 13, закрепленный к жесткой раме со стороны установленного генератора и к раме платформы или вагона. Нестандартный роликовый подшипник состоит из роликов, размещенных в неподвижном разъемном наружном кольце и установленных в проточке вращающегося полого вала 4, которая выполняет роль внутренней обоймы. Для передачи усилий, действующих вдоль оси колесной пары, на полый вал 4, в корпусе 18 опоры 14 установлен нестандартный, разъемный упорный шариковый или роликовый подшипник 19, 20, состоящий из полуколец внутренней обоймы 19, установленных в проточке полого вала 4 и вращающихся вместе с валом, неподвижных полуколец наружной обоймы 20, установленных в корпусе 18 и двух рядов шариков (или роликов), расположенных между полукольцами внутренними и наружными.
Разрезные резиновые втулки 7 обеспечивают передачу момента от колесной пары 6 на полый вал 4. Два роликовых подшипника и упорный шариковый (или роликовый) подшипник в опорах рамы 12, позволяют колесной паре воспринимать нагрузки и вращаться относительно рамы 12 без радиальных и осевых смещений. Применение роликовых подшипников позволяет уменьшить контактные напряжения и повысить долговечность системы, и кроме того повысить точность выдерживания межцентрового расстояния зубчатой передачи. Наличие шарниров 16 в подвеске 15 и свободное вращение рамы 12 относительно полого вала 4 позволяет зубчатой и ременной передачам оставаться в своих плоскостях при прохождении вагоном или платформой криволинейных участков пути. Постоянное зацепление шестерни 3 с ведущим зубчатым колесом 2 позволяет вращать привод и генератор не только при работе под нагрузкой, но и на порожних пробегах вагона или платформы, что обеспечивает равномерную вытяжку ремней ременной передачи и исключает статическое нагружение подшипников ротора генератора.
Заявляется конструкция разъемного упорного усиленного шарикового подшипника для использования преимущественно в заявляемой системе автономного энергоснабжения.
Подшипник состоит из разъемной внутренней обоймы 19, разъемной наружной обоймы 20 и двух рядов шариков. Разъемная наружняя обойма является составной и состоит из двух обойм, каждая из которых состоит из двух полуколец. Для повышения нагрузочной способности подшипника внутренняя обойма имеет сложный профиль, состоящий из двух рядов дорожек для качения шариков и развитой, усиленной полки между рядами шариков, позволяющей передавать значительные упорные усилия в осевом направлении. Каждая из наружных обойм имеет фигурный профиль, образующий дорожку для качения шариков при приложении усилия в осевом направлении.
При монтаже, сначала монтируется первая часть наружной обоймы. Затем ее заполняют первым рядом шариков. После этого устанавливают внутреннюю обойму. Заполняют второй ряд шариков. Устанавливают вторую часть наружной обоймы.
Указанная зубчатая передача может включать два или более зубчатых колес. Количество зубчатых колес в передаче определяется необходимой передаваемой мощностью, необходимой степенью редукции, требованиям по габаритам устройства и др. Указанная зубчатая передача может быть выполнена двух- или более ступенчатой, в зависимости от передаваемой мощности, необходимой степенью редукции, требований по габаритам устройства и др. параметров.
Заявляется конструкция разъемного упорного усиленного роликового подшипника для использования преимущественно в заявляемой системе автономного энергоснабжения.
Подшипник состоит из разъемной внутренней обоймы 19, разъемной наружной обоймы 20 и двух рядов роликов. Разъемная наружняя обойма является составной и состоит из двух обойм, каждая из которых состоит из двух полуколец. Для повышения нагрузочной способности подшипника внутренняя обойма имеет сложный профиль, состоящий из двух рядов дорожек для качения роликов и развитой, усиленной полки между рядами роликов, позволяющей передавать значительные упорные усилия в осевом направлении. Каждая из наружных обойм имеет фигурный профиль, образующий дорожку для качения роликов при приложении усилия в осевом направлении.
При монтаже, сначала монтируется первая часть наружной обоймы. Затем ее заполняют первым рядом роликов. После этого устанавливают внутреннюю обойму. Заполняют второй ряд роликов. Устанавливают вторую часть наружной обоймы.
Упорный подшипник может дополнительно содержать дистанционное кольцо, устанавливаемое между двумя кольцами наружной обоймы. Упорный подшипник может также дополнительно содержать охватывающее кольцо для фиксации взаимного расположения колец наружной обоймы.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.
Непременным условием работы предлагаемой системы энергоснабжения являются параллельность оси колесной пары 6, промежуточного вала 5, вала генератора 1 и совпадение плоскостей ручьев ведущего 8 и ведомого 9 шкивов.
Во время движения вагона или платформы по железнодорожным путям колесная пара через резиновые втулки 7 передает вращающий момент на вал генератора 1 через полый вал 4, с закрепленным на нем ведущим зубчатым колесом 2, ведомую шестерню 3, промежуточный вал 5, ведущий шкив 8, ремни 10 и ведомый шкив 9, закрепленный на валу генератора 1.
Наличие жесткой рамы 12 и соединение ее с полым валом 4 через опоры 14 с роликовыми подшипниками и с упорным шариковым подшипником в корпусе 18 обеспечивает параллельность вала генератора 1 относительно оси 6 колесной пары и отсутствие осевых смещений. Возможность вращения рамы 12 вокруг полого вала 4 на роликовых подшипниках в опорах 14 и сферические шарниры 16 подвески 15 позволяют раме 12 смещаться относительно рамы вагона или платформы при прохождении криволинейных участков пути.
Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает возможность автономного электроснабжения платформ или вагонов от оси колесных пар грузовых тележек при движении по прямым и криволинейным участкам пути.
Заявляемый упорный подшипник работает следующим образом.
При вращении вала или в статическом положении осевые нагрузки в одну сторону передаются от боковой стороны одной профилированной дорожки к боковой стороне одной соответствующей наружной обоймы через набор шариков или роликов. Осевые нагрузки в другую сторону передаются от боковой стороны другой профилированной дорожки к боковой стороне соответствующей наружной обоймы.
Заявляемая система и подшипники промышленно применимы, поскольку могут быть изготовлены на существующих промышленных предприятиях, в том числе, серийно.