Вагонотолкатель железнодорожных вагонов (варианты)
RAILWAY WAGON SHUNTER (VARIANTS)

Изобретение относится к области промышленного железнодорожного транспорта и может быть использовано для перемещения железнодорожных вагонов при погрузочно-разгрузочных работах на внутренних подъездных путях промышленных предприятий, проведения маневровых операций с вагонами, а также производства вывозных работ на тупиковых путях. Может применяться в различных отраслях промышленности, в морских и речных портах, а также в закрытых помещениях.
Известны различные вагонотолкатели, конструкции которых отличаются в зависимости от количества передвигаемых вагонов и условий их эксплуатации.
Известны вагонотолкатели, силовой привод которых питается только от внешнего источника электроэнергии, например, самоходное маневровое устройство, содержащее тележку с установленным на ней двигателем, связанным механической передачей перемещения с приводными колесами, включая редуктор и цепную передачу, и питающим кабелем, подключенным к электросети предприятия, предназначен для передвижения небольших групп вагонов (до 5-7 вагонов). (Патент РФ №2314951, МПК B61J 3/00, опубл. 20.08.2007 г.).
Известны для перемещения вагонов маневровые тепловозы или локомотивы с дизель-генераторным приводом. Такие устройства не зависят от внешнего источника электроэнергии. Электрическая энергия от генератора поступает в тяговые электрические двигатели, которые кинематически связаны с движущими колесными парами и приводят их во вращение. (https://www.dieselloc.ru/books/)
Например, маневровый тепловоз без машиниста (патент на изобретение RU №2630859, МПК B61L 11/02, B61C 5/00, опубл. 13.09.2017), имеет ходовые механизмы, тяговую электропередачу с дизель-генераторной установкой с тяговым генератором переменного тока и тяговым выпрямителем или тяговым генератором постоянного тока, питающим тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, на торцевых сторонах маневрового тепловоза расположены дальномеры бесконтактного действия, связанные с устройством управления. Система управления такого локомотива соответствует его задачам и отличается сложностью.
Известны различные технические решения по расположению дизель-генераторных установок на транспортных средствах в зависимости от их предназначения.
В маневровых тепловозах дизель-генераторные установки, как наиболее тяжелые агрегаты, расположены в основном в средней части, а движение осуществляют тяговые электродвигатели, установленные на осях колесных пар.
Например, известен маневровый тепловоз, содержащий несущую раму и расположенные на ней кузов капотного типа со съемной крышей и модуль дизель-генераторной установки, расположенным в средней части тепловоза. (Патент на полезную модель RU №100472, МПК B61L 11/02, B61C 5/00, опубл. 13.09.2017).
Известен маневровый тепловоз, в котором силовое и вспомогательное оборудование, расположенное на главной раме, выполнено в виде отдельных съемных модулей, установленных в определенном порядке, каждый из которых оборудован отдельным кузовом, выполненным съемным. (Патент на полезную модель RU №175173, МПК, B61C 5/00, опубл. 24.11.2017).
Расположение оборудования в виде съёмных модулей облегчает эксплуатацию локомотивов.
Недостатком указанных технических решений для некоторых условий эксплуатации является наличие большого количества тяговых двигателей, а использование тепловозов экономически нецелесообразно.
Известны варианты вагонотолкателей железнодорожных вагонов, принятых за прототипы (Патент РФ № 2477694 на изобретение «Вагонотолкатель для перемещения железнодорожных вагонов (варианты) и платформа вагонотолкателя для перемещения железнодорожных вагонов», B61J 3/12, B61F1/00, публ.10.08.2012 г.).
По первому и второму варианту, известен вагонотолкатель железнодорожных вагонов, содержащий железнодорожную платформу с автосцепками, смонтированную на, по меньшей мере, одной железнодорожной тележке, установленное на платформе машинное отделение, оснащенное системой управления, подключенной к пульту дистанционного управления,  источнику электроэнергии и связанной электрически с силовым приводом. По третьему варианту, известен вагонотолкатель железнодорожных вагонов, содержащий железнодорожную платформу, смонтированную на двух железнодорожных тележках, установленные в крайних частях платформы полости с балластом, а в средней части платформы машинное отделение, оснащенное системой управления, подключенной к пульту дистанционного управления, к источнику электроэнергии и связанной электрически с силовым приводом.
Эти варианты вагонотолкателей содержат двухосные железнодорожные тележки; аналогичные вагонотолкатели, смонтированные на трехосных тележках, заявлены в патенте РФ № 132769 на полезную модель «Вагонотолкатель для перемещения железнодорожных вагонов», МПК B61J 3/12, публ. 27.09.2013 г.).
Указанные вагонотолкатели является самоходными, работают без машиниста по сигналам оператора погрузочно-разгрузочных работ.
Недостатком известных вагонотолкателей, принятых за прототип, является невозможность их работы без внешнего источника электроэнергии.
Задачей, решаемой заявляемыми техническими решениями, объединенных единым изобретательским замыслом, является расширение арсенала технических средств, используемых для перемещения железнодорожных вагонов при проведении маневровых операций с вагонами на узлах погрузки/разгрузки, а также при производстве вывозных работ на тупиковых участках путей в автономном режиме при отсутствии возможности подключения к внешнему источнику электрической энергии.
Техническим результатом является реализация заявляемыми устройствами функции автономного вагонотолкателя для перемещения железнодорожных вагонов.
Указанный технический результат достигается тем, что, в заявляемом вагонотолкателе железнодорожных вагонов по первому варианту, содержащем железнодорожную платформу с автосцепками, смонтированную на, по меньшей мере, одной железнодорожной тележке, установленное на платформе  машинное отделение, оснащенное системой управления, подключенной к пульту дистанционного управления, к источнику электроэнергии и связанной электрически с силовым приводом, на платформе дополнительно смонтированы дизельное отделение с установленным в нем в качестве источника электроэнергии модуля дизель-генераторной установки, и  компрессорное отделение, включающее в себя компрессорную установку, а силовой привод выполнен из электродвигателя  с ведущим редуктором,  кинематически связанным карданной передачей с осевыми редукторами ведущих колес, компрессорная установка содержит  компрессор с осушителем сжатого воздуха, пневматическую систему распределения и контроля качества сжатого воздуха, тормозную систему с устройствами торможения и быстрого отпуска тормозов; модуль дизель-генераторной установки содержит дизель-генератор и вспомогательное оборудование для его функционирования, в том числе  блок его управления, стартер для запуска дизеля и аккумуляторную батарею, систему питания дизельным топливом и аппаратуру подготовки дизельного топлива к использованию, включающую топливный насос для перекачки дизельного топлива из топливных баков в системы его подготовки, устройство подогрева дизельного топлива до номинальной температуры перед потребление, модуль дизель-генераторной установки может быть смонтирован на топливном баке, установленном на платформе; система управления вагонотолкателя связана электрически с блоком управления работой дизель-генераторной установки и с аппаратурой компрессорного отделения; вагонотолкатель оснащен балластом, устройством подачи звуковых сигналов с использованием сжатого воздуха; может быть смонтирован на одной двухосной железнодорожной тележке, или на двух двухосных железнодорожных тележках; может быть оснащен кузовом, при этом кузов у каждого отделения оснащен двумя дверями: основной и запасной; на крыше кузова смонтированы люки для монтажа/демонтажа установленного оборудования; а в заявляемом вагонолкателе железнодорожных вагонов по второму варианту, содержащем железнодорожную платформу с автосцепками, смонтированную на, по меньшей мере, одной железнодорожной тележке, установленное на платформе  машинное отделение, оснащенное системой управления, подключенной к пульту дистанционного управления, к источнику электроэнергии и связанной электрически с силовым приводом, на платформе дополнительно смонтированы дизельное отделение с установленным в нем в качестве источника электроэнергии модуля дизель-генераторной установки, и  компрессорное отделение, включающее в себя компрессорную установку, а силовой привод выполнен индивидуальным для каждой оси колесной пары, при этом индивидуальный силовой привод может быть  выполнен в виде  электродвигателя, закрепленного на оси колесной пары и раме тележки, связанного с редуктором, зубчатое колесо которого напрессовано на ось колесной пары; вагонотолкатель может быть смонтирован на одной или двух трехосных железнодорожных тележках; а в заявляемом вагонотолкателе железнодорожных вагонов по третьему варианту, содержащем железнодорожную платформу с автосцепками, смонтированную на двух железнодорожных тележках,  установленные в крайних частях платформы полости с балластом, в средней части платформы машинное отделение, оснащенное системой управления, подключенной к пульту дистанционного управления, к источнику электроэнергии и связанной электрически с силовым приводом, на платформе дополнительно смонтированы дизельное отделение с установленным в нем в качестве источника электроэнергии модуля дизель-генераторной установки, а также  компрессорное отделение, включающим в себя компрессорную установку, содержащую компрессор с осушителем сжатого воздуха, пневматическую систему распределения и контроля качества сжатого воздуха, тормозную систему с устройствами торможения и быстрого отпуска тормозов; при этом дизельное и компрессорное отделения смонтированы над полостями с балластом; модуль дизель-генераторной установки может быть смонтирован на топливном баке, установленном на полу, смонтированном над полостью с балластом;  установлены дополнительные топливные баки под рамой машинного отделения; модуль дизель-генераторной установки содержит дизель-генератор, стартер для запуска дизеля, аккумуляторную батарею, и вспомогательное оборудование для его функционирования, в том числе  блок его управления, систему питания дизельным топливом и аппаратуру подготовки дизельного топлива к использованию, содержащей топливный насос для перекачки дизельного топлива из топливных баков в системы его подготовки, устройство подогрева дизельного топлива до номинальной температуры перед потребление;  вагонотолкатель оснащен кузовом, кузов у каждого отделения оснащен двумя дверями: основной и запасной, а на крыше кузова над каждым отделением смонтированы люки для монтажа/демонтажа установленного оборудования; компрессорное отделение оснащено электропневматическим вентилем торможения самого вагонотолкателя и электропневматическим вентилем торможения прицепных вагонов или состава поезда, при этом панель пневматической аппаратуры расположена на стене компрессорного отделения; на платформе дополнительно смонтирована кабина с пультом местного управления вагонотолкателем; кабина с пультом местного управления расположена рядом с компрессорным отделением; система управления вагонотолкателя связана электрически с блоком управления работой дизель-генераторной установки, с аппаратурой компрессорного отделения и другим электрическим оборудованием вагонотолкателя.
Изобретения соответствуют критериям «новизна», «промышленная применимость» и «изобретательский уровень» поскольку заявляются новые конструкции вагонотолкателей железнодорожных вагонов, работающих в автономном режиме.
Вагонотолкатель предназначен для использования в промышленных условиях и изготавливается в промышленных условиях.
Условие патентоспособности “промышленная применимость” подтверждают известность комплектующих элементов, входящих в самоходный вагонотолкатель, и простота технологического процесса его производства.
Новым в заявляемых вариантах изобретения является оснащение известного самоходного вагонотолкателя с признаками прототипа известным модулем дизель-генераторной установки, а также компрессорным отделением. В этом случае самоходный вагонотолкатель приобретает функцию автономного, не зависящего от внешнего источника электрической энергии. Для работы в экстренных случаях предусмотрена установки кабины для местного управления вагонотолкателем. Силовой привод в автономных вагонотолкателях может быть индивидуальным для каждой оси колесной пары, например, в виде электродвигателя с редуктором, или в виде электродвигателя с ведущим редуктором, кинематически связанным карданной передачей с осевыми редукторами ведущих колес.
Выявленные аналоги, хотя и имеют признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого изобретения, но конструктивные элементы этих признаков используются в других взаимных расположениях, изменены качественные и количественные характеристики установленного на автономном вагонотолкателе оборудования, следовательно, можно сделать вывод о соответствии заявляемых вариантах изобретения условиям патентоспособности «изобретательский уровень» и «новизна».
Не обнаружено самоходных вагонотолкателей с установленным модулем дизель-генераторной установки в смонтированном дизельном отделении, расположенным над одним балластным отсеком, а расположение компрессорного отделения – над другим балластным отсеком, при этом машинное отделение расположено между упомянутыми отделениями и содержит шкаф с аппаратурой системы управления. Изобретения предусматривает установку кабины с пультом местного управления для ручного управления движением вне доступа сигнала оператора. Такое расположение оборудования является неочевидным, а специально разработано для работы вагонотолкателя в сложных условиях. В этих случаях потребовалось изменить массы балласта, установить дополнительно топливный бак под рамой машинного отделения, расположить панель пневматической аппаратуры на стене компрессорного отделения.
На фиг.1 изображен вагонотолкатель для перемещения железнодорожных вагонов, смонтированный на двух двухосных железнодорожных тележках, общий вид.
Вагонотолкатель для перемещения железнодорожных вагонов содержит платформу 1 с путеочистителями 5 и автосцепными устройствами 6, смонтированную на двух железнодорожных тележках, содержащих раму 2, две колесные пары 3 и два осевых редуктора 4; на платформе 1 под кузовом 13 в балластном отсеке над балластом 11 смонтирован пол, на котором установлено дизельное отделение 18 с  модулем дизель-генераторной установки, включающем дизель-генераторную установку 14 с мощной аккумуляторной батареей, стартер 15, блок управления 16,  модуль дизель-генераторной установки может быть установлен на топливном баке 17, вагонотолкатель может быть снабжен дополнительными, по меньшей мере двумя, топливными баками 29, установленным под рамой машинного отделения; дизель-генераторная установка снабжена системой подготовки топлива, в состав которой входят насос подкачки топлива из баков и подогрев топлива; в балластном отсеке над балластом 12 смонтирован пол, на котором установлено компрессорное отделение 19 с винтовым компрессором 23, осушителем сжатого воздуха 24, панелью  25 с пневматической аппаратурой, в состав которой входят устройства контроля и управления пневматическими тормозам и устройства подсыпки песка под колесные пары при проскальзывании их и при начале движения с составом вагонов; компрессорное отделение 19 оснащено электропневматическим вентилем торможения самого вагонотолкателя и электропневматическим вентилем торможения прицепных вагонов или состава поезда; в средней части вагонотолкателя  между дизельным отделением 18 и компрессорным отделением 19 установлено машинное отделение 21, в котором на раме привода смонтирован силовой привод с электродвигателем 8, редуктором привода 7, кинематически связанным с раздаточным валом 9, и шкаф с установленной системой управления вагонотолкателя 22; на платформе может быть смонтирована кабина 20 с пультом местного управления вагонотолкателя 26. На торцах кузова 13 в его верхних частях установлено по прожектору 27 и сигнальному устройству 28, платформа ограждена перилами 10. Кузов 13 оснащен лампами внутреннего освещения; каждое отделение вагонотолкателя оснащено двумя дверями: основной и запасной; на крыше кузова над каждым отделением смонтированы люки для монтажа/демонтажа установленного оборудования (на фиг.1 не указаны).
Заявляемый вагонотолкатель для перемещения железнодорожных вагонов по первому и третьему вариантам изобретения работает следующим образом.
Оператор с пульта дистанционного управления нажатием кнопки «Запуск ДГУ» подает сигнал через систему управления вагонотолкателя 22 на блок управления дизель-генераторной установки 16 на запуск дизель-генераторной установки 14.  Связь между пультом дистанционного управления с системой управления автономного вагонотолкателя осуществляется по каналу Wi-Fi-связи. По сигналу с блока управления 16 стартер 15, который запитывается от мощной аккумуляторной батареи, начинает вращаться и запускает дизель-генераторную установку. При достижении определенной скорости вращения генератор начинает вырабатывать трехфазное напряжение и питать им потребителей вагонотолкателя. Система подготовки дизельного топлива включает в себя основной 17 и дополнительные 29 топливные баки, насос для перекачки топлива из баков 29 в основной бак 17 и тэны (нагреватели) в основном баке 17 с электрической системой регулирования температуры топлива. Блок управления 16 при неработающей дизель-генераторной установке контролирует температуру топлива в основном баке 17, в случае понижения температуры ниже минимального установленного значения блок 16 запускает дизель-генераторную установку для питания тэнов и зарядки аккумуляторной батареи. После запуска дизель-генераторной установки 14 подается питание на обогрев шкафа системы управления 22, освещение машинного отделения 21, включение габаритных огней 27 и сигнализации 28. Подача питания контролируется оператором по загоранию на пульте дистанционного управления сигнальной лампы «Питание подано». Система управления 22 осуществляет также контроль и поддержание необходимой температуры в компрессорном отделении 19 и в кабине 20. При понижении температуры ниже установленного минимального значения система управления 22 через блок 16 запускает дизель-генераторную установку для питания тэнов кабины управления и компрессорного отделения 19.
Для приведения в действие вагонотолкателя оператор устанавливает на пульте дистанционного управления переключатель направления движения «вперед» или «назад» и нажимает кнопку «Пуск». После этого на вагонотолкателе включается звуковая 28 и световая сигнализация 27, через определенное время (4-10 сек) растормаживаются колесные пары и подается питание на двигатель 8 привода, частотный преобразователь системы управления дает разрешение на движение вагонотолкателя. Остановка вагонотолкателя производится оператором нажатием кнопки «Стоп» на пульте дистанционного управления.
Электропитание (24 В) световой сигнализации и звонков подключено через автоматические выключатели. Звуковая сигнализация 28 включается/выключается автоматически при начале/окончании движения автономного вагонотолкателя. Кузов 13 оснащен плафонами внутреннего освещения для проведения ремонтных и профилактических работ. Включение (выключение) этих плафонов производится выключателем, расположенным у входной двери корпуса. Дверь шкафа 22 системы управления защищена блокировочным выключателем, который разрывает силовое электропитание тягового двигателя при открывании этой двери. На пути движения вагонотолкателя устанавливаются блокировочные путевые ограничители движения, которые монтируются «по месту» в крайних точках остановки вагонотолкателя. Путевой блокировочный выключатель при контакте с любым путевым ограничителем движения в одной из крайних точек отключает вагонотолкатель от сети питания, и движение вагонотолкателя прекращается.
Вне доступа сигнала оператора вагонотолкатель может работать в ручном режиме управления машинистом с пульта местного управления 26 кабины машиниста 20. Вагонотолкатель по второму варианту работает аналогично, в нем силовой привод выполнен индивидуальным для каждой оси колесной пары, при этом индивидуальный силовой привод может быть выполнен в виде тягового электродвигателя, закрепленного на оси колесной пары и раме тележки, связанного с ведущим редуктором, зубчатое колесо которого напрессовано на ось колесной пары.
Принцип работы вагонотолкателя заключается в питании электроэнергией электроаппаратуры и силового привода вагонотолкателя от дизель-генераторной установки. Такое решение в сложных условиях эксплуатации обеспечивает автономное питание силового привода и других потребителей вагонотолкателя, реализацию необходимых скоростей перемещения вагонотолкателя с вагонами или другими объектами.
Таким образом, заявляемые вагонотолкатели представляют собой новые оригинальные конструкции. Они могут быть использованы при работе в различных условиях. Использование заявляемых вагонотолкателей позволит достичь технический результат, который заключается в расширении арсенала технических средств, применяемых для передвижения железнодорожных вагонов.