СИЛОВОЙ ПУСКОТОРМОЗНОЙ БЛОК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Настоящее изобретение относится к силовому электрооборудованию для железнодорожного транспортного средства, а именно, к силовым пуско-тормозным блокам, применяемым в пассажирских и грузовых электровозах для выполнения следующих функций:
- регулирования напряжения и ограничения тока тяговых двигателей в тяговом режиме,
- использования в качестве нагрузки в режиме электродинамического торможения,
- питания мотор-вентиляторов в режимах тяги и электродинамического торможения.
Заявляемое изобретение предназначено для работы блока в условиях принудительного воздушного охлаждения. Создание силовых пуско-тормозных блоков для железнодорожного транспортного средства, отличающихся более надежной конструкцией и невысокой, приемлемой для потребителя стоимостью, в настоящее время является достаточно актуальной задачей. В существующих на
данный момент времени конструкциях силовых пуско-тормозных блоках недостаточно эффективно решены проблемы по повышению надежности при обеспечении простой конструкции, низкой стоимости и отсутствии локальных перегревов. Так, известен электротормоз тепловоза ТЭМП2П (Руководство по эксплуатации и обслуживанию ТЭМП2П-РЭ. Часть 1. Тепловоз ТЭМП2П и Б.Н.Тихминев. Подвижный состав электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт., 1980, стр.99), включающий блок из шести ленточных резисторов, размещенных в одной плоскости параллельно друг другу. Охлаждение этого блока производят вентилятором с электродвигателем, который подключен параллельно последнему по ходу движения воздуха резистору.
Испытания этого блока показали значительные недостатки его конструкции. Эти недостатки снижают его надежность в эксплуатации и заключаются в неравномерности охлаждения блока резисторов. В следствии локального перегрева тормозного блока возможен выход пуско-тормозных резисторов из строя, либо отклонение его рабочих характеристик от номинального режима. Проявившийся на практике опасный для эксплуатации локальный перегрев блока резисторов указывает на необходимость решения проблемы, связанной с защитой пуско-тормозного блока от перегрева. Для решения этой проблемы необходимо организовать равномерное охлаждение блока резисторов путем создания конструкции, в которой организованы поступающие от вентилятора охлаждающие потоки воздуха таким образом, чтобы они были с достаточной точностью были направлены на охлаждаемые
резисторы и обладали равномерной и интенсивной скоростью движения воздуха. Из патента РФ №37676 на полезную модель (патент РФ №37676, МПК: В60К 1/06, опубл. 2004.05.10) известно техническое решение, в котором поставлена задача улучшения равномерности поля температур по сечению резисторов, исключение перегрева центральной части резисторов, уменьшения уровня температур на предпоследнем резисторе и обеспечение возможности работы электротормоза на номинальной мощности. Эта задача выполнена за счет введения в конструкцию известного устройства дополнительного блока, названного выравнивающим устройством, выполненным в виде концентрично установленных центрального конуса и усеченных конусов со спрямляющими ребрами в каналах между конусами. Выравнивающее устройство установлено перед блоком резисторов. Благодаря такой конструкции осуществлено выравнивание полей скоростей воздуха и получен более равномерный обдув блока резисторов. Однако, наряду с положительными качествами, эта известная конструкция тормозного устройства имеет некоторые недостатки. Так, из-за наличия выравнивающего устройства уменьшилась интенсивность охлаждающего потока воздуха, что приводит к недостаточной скорости охлаждения, а в результате этого происходят локальные перегревы резисторов. Кроме того усложнилась конструкция устройства в целом, а также увеличилась ее стоимость. Помимо перечисленных недостатков снизилась надежность устройства в эксплуатации из-за усложнения конструкции.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту
является блок пуско-тормозных резисторов железнодорожного транспортного средства (Патент РФ №52658, МПК Н02Р 7/295, опубл. 10.04.2006. Бюл.№10), включающий два последовательно соединенных резистора, состоящих из секций. Охлаждение блока пуско-тормозных резисторов осуществляют вентилятором. В этом изобретении решены следующие задачи: снижен расход электроэнергии на охлаждение блока пуско-тормозных резисторов и организована тепловая защита от перегрева путем включения дополнительных датчиков тока. Положительный эффект проявился в том, что известное техническое решение снизило расход электроэнергии на охлаждение блока пуско-тормозных резисторов (БПТР), поскольку двигатели привода вентилятора охлаждения БПТР транспортного средства питаются не от стороннего источника энергии, а энергией, предназначенной для гашения в блоке пуско-тормозных резисторов. Датчики тока, установленные в цепи питания привода вентиляторов выдают показания потребляемого тока по которым судят о вращении или заклинивании двигателя. Нормально закрытые контакты термореле, установленные в цепи управления линейными контактами, разомкнутся в случае превышения допустимой температуры нагрева блока и этим предотвратят выход резисторов из строя. Таким образом организована тепловая защита известного блока. Однако в данной конструкции ряд проблем не решены.
Так, конструкцией не обеспечен равномерный поток воздуха от вентиляторов. Кроме того, введение дополнительных датчиков усложнило конструкцию и повысило его стоимость, а также снизило
надежность в эксплуатации, поскольку на показания этих датчиков влияют множество дополнительных факторов, снижающих точность их срабатывания.
В заявляемом объекте устранены перечисленные недостатки.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение состоит в создании оригинального по конструкции силового пуско-тормозного блока железнодорожного транспортного средства, отличающегося от известных повышенными прочностью, надежностью, высокой степенью безопасности при эксплуатации в сложных дорожных условиях и приемлемой для потребителей ценой за счет нового конструкторского решения проблемы обеспечения равномерного охлаждения всех резисторов упомянутого блока, исключающего его локальный перегрев. При этом должно быть обеспечено достижение следующих технико-экономических результатов:
- улучшение технических и эксплуатационных характеристик заявляемого устройства при сохранении невысокой стоимости;
- обеспечение конструктивной компактности, повышенных прочности, надежности и безопасности устройства;
- наличие конструктивной обеспеченности равномерного потока воздуха,
- наличие конструктивной защищенности от аварийных ситуаций в сложных дорожных условиях эксплуатации;
- повышение степени пожаробезопасности за счет конструктивного
усиления изоляции;
- увеличение безремонтного срока эксплуатации.
Предлагается силовой пуско-тормозной блок железнодорожного транспортного средства, содержащий каркас с размещенными в его внутреннем объеме нагрузочными резисторными модулями.
Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что заявляемое устройство снабжено установленным во внутреннем объеме каркаса двухъярусным воздуховодом, выполненным в виде Н-образного в сечении разделителя с верхним и нижним параллельными каналами для размещения нагрузочных модулей, каждый из которых закреплен на вертикальных направляющих упомянутого разделителя, к которому поверх упомянутых каналов крепят закрывающие электроизоляционные крышки, причем резисторные модули расположены в верхнем и нижнем каналах двухъярусного воздуховода двумя параллельными группами. Заявляемое техническое решение может быть признано соответствующим требованиям новизны, поскольку не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого объекта защиты.
Техническое решение можно признать имеющим изобретательский уровень, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию
промышленной применимости, поскольку оно изготавливается и используется в железнодорожном транспорте, в частности, в пассажирском и грузовом тепловозах, например, в тепловозах ТЭП70; ТЭП70БС; ТЭП70У; 2ТЭ70, а также электровозах, например, в электровозе ЭП2К (см. рекламный лист).
Сущность заявляемого устройства пояснена следующими чертежами:
- фиг.1 - Силовой пуско-тормозной блок железнодорожного транспортного средства, вид спереди;
- фиг.2 - то же, вид сбоку;
- фиг.3 - то же, вид сверху;
- фиг.4 - крепление резисторных модулей 3 к направляющим разделителя.
Заявляемый силовой пуско-тормозной блок 1 железнодорожного транспортного средства содержит (см. фиг.1-4) каркас 2 с размещенными в нем нагрузочными резисторными модулями 3. В качестве резисторных модулей 3 в данном примере реализации устройства в блоке 1 применены ленточные резисторы типа РЛТ-9110Р и РЛТ-911P, конструкция которых защищена нашим патентом
РФ №76502, МПК Н01С 3/00, опубл. 20.09.2008 Бюл. №26). Во внутреннем объеме каркаса 2 установлен двухъярусный воздуховод 4 (фиг.1), выполненный виде Н-образного в сечении разделителя 9, размещенного с возможностью образования верхнего и нижнего параллельных каналов 5 и 6 соответственно, и закрывающих их крышек 10. Крышки 10 закреплены на разделителе 4 поверх упомянутых каналов 5 и 6. Закрывающие крышки 10 выполнены из электроизолирующего материала. В каждом из упомянутых каналов 5 и 6 размещены резисторные модули 3, концы каждого из которых закреплены через изоляторы 7 на вертикальных направляющих 8 разделителя 9. Нагрузочные резисторные модули 3 расположены в верхнем и нижнем каналах 5 и 6 двухъярусного воздуховода 4 двумя параллельными группами. Такое расположение резисторных модулей 3, обеспечиваемое оригинальной конструкцией двухъярусного воздуховода 4, позволяет равномерно и достаточно интенсивно охлаждать все резисторные модули в двух каналах при отсутствии локальных перегревов.
Работа заявляемого силового пуско-тормозного блока железнодорожного транспортного средства заключается в следующем. Силовой пуско-тормозной блок 1, установленный, например, в качестве тормозных блоков на крыше электровоза или тепловоза,
включают посредством шин в силовую цепь тягового электродвигателя при его пуске или электрическом торможении. Охлаждение упомянутого блока осуществляют установленным перед ним вентилятором с электродвигателем (на фиг. не показаны). В процессе работы ток, проходя по каждому резисторному модулю 3, нагревает резистивную зигзагообразную ленту, тепло с которой удаляет в окружающую среду равномерно и интенсивно движущийся от вентилятора поток охлаждающего воздуха, струями обтекающий параллельные участки резисторных модулей 3. Равномерное охлаждение нагрузочных резисторных модулей обеспечено за счет оригинальной конструкции двухъярусного воздуховода 4, выполнение которого в виде Н-образного в сечении разделителя с верхним и нижним параллельными каналами 5 и 6, и закрывающих эти каналы крышек 10 из электроизолирующего материала, позволяет иметь в наличии два канала с равномерным распределением потока воздуха в каждый из каналов, при этом рационально использующим поток воздуха от вентилятора за счет игнорирования конструкцией «мертвой зоны», имеющейся в центре потока воздуха поступающего от вентилятора, и использующего только тот поток воздуха, который создается крыльчаткой по кольцевому периметру. Этот поток воздуха затягивает двухъярусный воздухохладитель двумя своими каналами и охлаждает размещенные в них резисторные модули. За счет этого эффекта получают интенсивное охлаждение упомянутого блока 1, исключающее локальный перегрев отдельных его элементов. Таким образом, в
процессе торможения осуществляют одну из его основных функций - рассеяние избыточной тепловой энергии.
Заявляемая конструкция силового пуско-тормозного блока железнодорожного транспортного средства обладает следующими преимуществами по сравнению с известными конструкциями: повышенными прочностью, надежностью, высокой степенью безопасности при эксплуатации в сложных дорожных условиях и приемлемой для потребителей ценой за счет нового конструкторского решения проблемы обеспечения равномерного охлаждения всех резисторов упомянутого блока, исключающего его локальный перегрев.
При этом обеспечено достижение следующих технико-экономических результатов:
- улучшение технических и эксплуатационных характеристик заявляемого устройства при сохранении невысокой стоимости;
- обеспечение конструктивной компактности, повышенных прочности,
надежности и безопасности устройства;
- наличие конструктивной обеспеченности равномерного потока воздуха,
- наличие конструктивной защищенности от аварийных ситуаций в сложных дорожных условиях эксплуатации;
- повышение степени пожаробезопасности за счет конструктивного усиления изоляции;
- увеличение безремонтного срока эксплуатации.