Противоразгрузочное устройство
ANTI-DISCHARGE DEVICE

Противоразгрузочное устройство относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройству, передающему усилие  на раму тележки, для выравнивания нагрузок колесных пар, и может быть использовано для предотвращения выпадения разрушенной части коленчатого рычага устройства на железнодорожное полотно.
Из уровня техники известно, что на наибольшую силу тяги, которую может развить электровоз по условиям сцепления колес с рельсами, влияет много конструктивных факторов. К ним, прежде всего, следует отнести:
- неравномерность статических нагрузок от колесных пар на рельсы, которая согласно нормам допускается в пределах ±2%;
- расхождение тяговых характеристик отдельных двигателей;
- перераспределение нагрузок от колесных пар на рельсы в режиме тяги (торможения) и вследствие колебаний подрессоренных масс и другие.
В результате совместного влияния этих факторов наибольшая сила тяги электровоза всегда меньше суммы наибольших сил тяги отдельных колесных пар, а их отношение, называемое коэффициентом использования сцепного веса, меньше единицы.
Для уменьшения отрицательного влияния указанных факторов на тяговые свойства электровоза целесообразно в условиях эксплуатации периодически проверять и регулировать развеску электровоза, подбирать тяговые двигатели по колесным парам, следить за состоянием подвешивания, буксовых поводков и гасителей колебаний. Так как на значение коэффициента использования сцепного веса большое влияние оказывает перераспределение осевых нагрузок в тяговом режиме, то в конструкции предусматривают устройства для выравнивания осевых нагрузок.
Таким образом, наиболее разгруженной оказывается первая колесная пара передней (по ходу электровоза) тележки, осевая нагрузка которой меньше статической (расчетной). Практически эта колесная пара первой начинает буксовать и ограничивает развиваемую электровозом силу тяги.
Для того чтобы нейтрализовать действие моментов, необходимо к раме тележки приложить момент, направленный в противоположную сторону. Для создания такого момента устанавливают противоразгрузочные устройства.
Известно противоразгрузочное устройство по авторскому свидетельству SU 1 671 494 «Двухсекционный локомотив» от 19.07.1989, опубликовано: 23.08.1991, МПК B61C 15/00 (2000.01),  B61F 3/00 (2000.01) Межсекционное противоразгрузочное устройство 4 выполнено в виде расположенных по обе стороны от межсекционного сочленения (автосцепки) стержней, состоящих из ушек, соединенных между собой регулировочными муфтами  и связанных противоположными концами с помощью шарнирных узлов с кронштейнами, приваренными к буферным брусьям  рам кузовов. При этом как кронштейны, так и другие кронштейны расположены на разных уровнях, причем так, что диагонально расположенные кронштейны соответственно размещаются на одном уровне (кронштейны 18, 21 выше кронштейнов 19, 20). Каждый из шарнирных узлов совмещает в себе сайлент-блок, соединительную втулку, упорные втулки, болт, гайку, дистанционные втулки  и пылезащитные кольца.
Известно  устройство для выравнивания осевых нагрузок тепловоза при действии силы тяги, по патенту RU 2 168 428  «Тяговое устройство двухосной тележки тепловоза»  от 10.01.2000, опубликовано: 10.06.2001, МПК В61F 3/04 (2000.01), В61F 5/00 (2000.01), содержащее поперечную балку, установленную под рамой тележки посредством вертикального цилиндрического пальца и соединенную с рамой кузова четырьмя боковыми наклонными тягами, снабжено двумя опорными брусами, расположенными поперек рамы тележки, на которых установлены вертикальные кронштейны подвески тяговых электродвигателей, а также втулкой, расположенной снизу поперечной балки и насаженной на цилиндрический палец, закрепленный между вертикальными кронштейнами.
В вышеописанных конструкциях не предусмотрены средства, предотвращающие выпадения на железнодорожный путь осколков, разрушающихся от усталости металла частей устройства.
Наиболее близким техническим решением являются Противоразгрузочные устройства электровозов ВЛ10 и ВЛ80 (Электровозы ВЛ10 и ВЛ10у. Тбилисский электровозостроительный завод им. В.И. Ленина. Руководство по эксплуатации.  Под редакцией к.т.н. О.А. Кикнадзе. Москва, «Транспорт», 1981 г.)  Противоразгрузочное устройство состоит из пневматического цилиндра, укрепленного на кронштейне концевой балки  рамы кузова электровоза, коленчатого рычага, шарнирно,  с помощью валика закрепленного на раме кузова, и ролика, который взаимодействует с накладкой на поперечной балке рамы тележки. Рычаг  выполнен из двух пластин, приваренных к торцам отрезка трубы. Нижний конец рычага шарнирно соединен со штоком.
Как известно из расчетов, а также из практики, со временем на коленчатый рычаг действует усталость металла и в наиболее  слабых местах (фиг.3) идет разрушение целостности металла. Эта область малого плеча. В момент разрушения происходит отрыв части малого плеча, а именно отрывается ролик опорный с частью уха, или частью малого плеча, и попадает в межрельсовое пространство, создавая аварийную ситуацию.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение безопасности движения железнодорожного транспорта.
Задача решена за счет противоразгрузочного устройства,   содержащего пневмоцилиндр, коленчатый рычаг, выполненный из, жестко соединенных втулкой, малого плеча, с опорным роликом   и большого плеча, при этом устройство дополнительно снабжено расположенным между опорным роликом и соединительной втулкой   удерживающим тросиком  и   шайбой  с отверстием под зацепление одного из концов удерживающего тросика, вторым концом прикрепленного к втулке.
Снабжение устройства дополнительно удерживающим тросиком,  расположенным между опорным роликом и соединительной втулкой,   и   шайбой  с отверстием под зацепление одного из концов удерживающего тросика, вторым концом прикрепленного к втулке, предотвращает выпадение, в случае разрушения малого рычага  в зоне  максимальных нагрузок, части коленчатого рычага устройства на железнодорожное полотно, под действием сил гравитации.
Противоразгрузочное устройство  изображено на чертежах, где на фиг.1 на двух видах,  в фас и в профиль, изображено размещение  всего противоразгрузочного  устройства на тележке электровоза, на фиг.2 изображен коленчатый рычаг и его разрез, на  фиг. 3 зоны распределения нагрузок по малому плечу коленчатого рычага.
На фиг.1, 2 показано противоразгрузочное устройство, где изображены опорный ролик 1,   пневмоцилиндр 2, коленчатый рычаг 3, концевая   балка 4 поперечной рамы тележки электровоза, концевая балка 5 продольной рамы электровоза,  возвратная пружина 6, малое плечо 7 рычага, ухо 8 малого рычага, ось 9 опорного ролика, большое плечо рычага 10, шайба 11, шайба 12 с отверстием под удерживающий тросик, гайка 13, стопорный шплинт14, втулка 15, удерживающий тросик 16,  крепление 17 тросика, масленка 18, крюк 19 для возвратной пружины, зона 20 максимальной нагрузки малого плеча коленчатого рычага.
На фиг.3 зеленым  цветом обозначена  зона 20 максимальной нагрузки, по большей центральной части малого плеча 7 коленчатого рычага 3, и темно-синим зона минимальных нагрузок, примыкающие к местам крепления  малого плеча 7.
Противоразгрузочное устройство содержит пневматический цилиндр 2, укрепленный на кронштейне концевой балки 5 рамы кузова электровоза, и соединенный со штоком шарнирно коленчатый рычаг 3.
Коленчатый рычаг 3 выполнен из, жестко соединенных втулкой (трубой) 15 под заданным углом,  малого плеча 7, с ухом 8, и с опорным роликом 1, с осью 9, и большого плеча 10, снабженного крюком 19 для зацепления возвратной пружины 6,  присоединенной другим концом к раме электровоза.
Малое плечо 7 коленчатого рычага 3  одним концом, оснащенным  парой ухов 8, в которых предусмотрены круглые отверстия для соединения опорного ролика 1 с осью 9 в виде болта, просунутого, через отверстия уха, прикреплено подвижно, через опорный ролик 1, к раме электровоза, а вторым концом, с втулкой 15, неподвижно к  одному из  концов большого плеча 10 рычага 3. Второй конец большого плеча 10 рычага 3 соединен  подвижно со штоком пневмоцилиндра 2.
Поскольку картина распределения предельных нагрузок показывает, что зона минимальных нагрузок (фиг. 3) приходится на места соединения малого плеча с опорным роликом и  с большим плечом,  удерживающий тросик  16 расположен между двумя этими соединениями и прикреплен в местах минимальной вероятности разрушения, что обеспечивает безопасность движения на железной дороге.
На ось 9 опорного ролика 1 надета  специальная шайба 12, в которой предусмотрено отверстие для удерживающего тросика, далее на ось с обратной стороны надета шайба 11, закрученная гайкой 13 и зашплинтованная  шплинтом 14.
К отверстию в шайбе 12 прикреплен удерживающий тросик 16, размещенный без натяга между опорным роликом 1  и соединительной втулкой 15. Один конец удерживающего тросика 16 пропущен в отверстие в шайбе 12, приложен и прижат к тросику 16 плотно креплением 17.
Второй конец удерживающего тросика 16 обвит вокруг соединительной втулки 15, между жестко соединенными малым 7 и большим 10 плечами рычага 3, и тоже приложен и прижат к тросику 16 плотно креплением 17, что предотвращает выпадения, в случае разрушения малого плеча 7 рычага 3 в зоне 20 максимальных нагрузок, части коленчатого рычага устройства на железнодорожное полотно.
Противоразгрузочное устройство работает следующим образом.
При включении противоразгрузочного устройства  сжатый воздух поступает в цилиндр 2,  который перемещает поршень со штоком, которые давят на конец большого плеча 10,  вызывая поворот коленчатого рычага 3 против часовой стрелки, вследствие чего происходит  нажатие опорного ролика1 на концевую поперечную балку 4 рамы тележки. Что вызывает перераспределение нагрузки на ось тележки электровоза.
Как известно из расчетов, а также из практики, со временем на коленчатый рычаг действует усталость металла и в наиболее  слабых местах, как показано на фиг. 3, идет разрушение коленчатого рычага 3.  Если это происходит в области большого плеча 10 (фиг.2),  то ничего экстраординарного не происходит,  так как оторванные части не падают на железнодорожное  полотно, а свисают одна часть на штоке воздушного цилиндра 2 (фиг.1), а другая часть также свисает на втулке 15. Если это происходит в области малого плеча 7 рычага, то в  момент разрушения происходит отрыв части малого рычага7,  а именно отрывается ролик опорный 1 с частью уха 8, или частью малого рычага 7, и под действием гравитации опускаются вниз на железнодорожное полотно.
Удерживающий тросик 16, который одним концом обхватывает втулку 15 (жестко соединенным малым и большим рычагами) и крепится зажимом 17 к тросику 16, а другим концом продевается через отверстие в шайбе 12, закрепленной на оси 9 опорного ролика 1, и также закрепляется зажимом 17 к тросику 16, не позволяет отдельным частям разрушенного от усталости металла малого плеча 7 попасть в межрельсовое пространство,  В случае разрушения оторванная часть малого рычага7 вместе с опорным роликом 1 висит на тросике 16, не мешая движению электровоза и не создает возможных помех и аварийных ситуаций, так как не падает на полотно железной дороги.
Предлагаемое техническое решение использовано при изготовлении «Ремонтного комплекта РПРУ 100.00.00 ДК», которое было испытано на стенде предприятия ООО «Дельта-Капитал». Испытание проводил ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Самарской области» Протокол испытаний №01-17 от 22.04.2016г. (дан в приложении)
Один из результатов испытаний приведен на фиг.3, где показаны зоны распределения нагрузок по малому плечу коленчатого рычага.
,
Техническим эффектом предлагаемого технического решения является предотвращение падения во время движения транспортного средства под действием сил гравитации  частей разрушенного коленчатого рычага на железнодорожное полотноза счет снабжения устройства дополнительным удерживающим тросиком,  расположенным между зонами наименьшего возможного разрушения, опорным роликом,  снабженным шайбой  с отверстием под зацепление одного конца удерживающего тросика, и прикреплением его второго конца к соединительной     втулке, что значительно повышает безопасность движения железнодорожного транспорта.