Электромеханический рельсовый привод с зубчатым рельсом
ELECTRO-MECHANICAL RAIL DRIVE WITH GEAR RAIL

Изобретение относится к системам электротяги для железных дорог с зубчатыми рельсами.
Зубчатые железные дороги содержат размещенные вдоль пути параллельно гладким рельсам зубчатый рельс или рейку, с которыми сцепляется зубчатое или цевочное колесо привода подвижного транспортного средства.
Аналогом может служить техническое решение (Авторское свидетельство СССР №1569269 от 28.10.1985), в котором приводное колесо подвижного транспортного средства содержит закрепленный на валу колесной пары зубчатый венец, взаимодействующий с размещенной внутри пути зубчатой рейкой. Недостатком такого технического решения является низкая надежность из-за износа трущихся поверхностей зубчатого венца и зубчатой рейки.
Прототипом заявляемого изобретения является известная шахтная напочвенная дорога с зубчатым приводом (Патент РФ №2323842 от 19.12.2003), включающая состав напочвенной дороги с зубчатым приводом, перемещающийся по рельсам, между которыми рассредоточен зубчатый став, по которому катится пальцевое колесо тягового органа, приводимого от любого вида двигателей. Недостатком такого технического решения является низкая надежность из-за износа трущихся поверхностей зубчатого става и пальцевого колеса тягового органа.
Целью изобретения является повышение надежности и эффективности электромеханического рельсового привода.
Поставленная цель достигается повышением надежности за счет устранения трения между приводным устройством и зубчатым рельсом.
Для этого электромеханический рельсовый привод с зубчатым рельсом содержит электромагниты, прикрепленные к раме тележки, и коммутационные устройства обмоток этих электромагнитов. На зубчатом рельсе, уложенном вдоль рельсов железнодорожной колеи, зубцы выполнены в виде рельсовых полюсов, аналогичных полюсам электромагнита. Рядом с полюсом электромагнита расположены датчики положения рельсового полюса, подключенные своими выходами к входам управляющего устройства. Выходы управляющего устройства подключены к входам коммутационных устройств, которые подключают обмотки электромагнитов к источнику электропитания. К другому входу управляющего устройства подключен выход устройства регулирования тяговой силы и торможения. Рядом с электромагнитом прикреплен к раме тележки фиксатор, содержащий штифт.
Прилагаемые чертежи изображают:
фиг. 1 - вид сверху рельсов со шпалами и зубчатого рельса;
фиг. 2 - вид спереди рельсов со шпалами, зубчатого рельса и электромагнита;
фиг. 3 - вид сбоку зубчатого рельса;
фиг. 4 - вид электромагнита спереди;
фиг. 5 - вид электромагнита сбоку;
фиг. 6 - разрез А-А на фиг. 4 электромагнита;
фиг. 7 - вид сбоку электромагнитов и зубчатого рельса;
фиг. 8 - электрическая схема.
Перечень элементов на прилагаемых чертежах:
1 - рельс;
2 - шпала;
3 - зубчатый рельс;
4 - рельсовый полюс;
5 - электромагнитный полюс;
6 - электромагнитная обмотка;
7, 8, 9, 10 - датчики;
11 - управляющее устройство;
12 - регулирующее устройство;
13 - источник электропитания;
14 - фиксатор;
15 - штифт;
16, 17, 18 - электромагниты;
19, 20, 21 - коммутационные устройства.
Электромеханический рельсовый привод с зубчатым рельсом состоит из прикрепленных к тележке электромагнитов 16, 17 и 18, каждый из которых содержит полюса электромагнита 5 и электромагнитную обмотку 6 (см. фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6); управляющего устройства 11, регулирующего устройства 12 и коммутационных устройств 19, 20 и 21. Параллельно рельсам 1 железнодорожного пути, прикрепленным к шпалам 2, уложен зубчатый рельс 3, на котором зубцы выполнены в виде рельсовых полюсов 4, аналогичных электромагнитным полюсам 5 (см. фиг. 1 и фиг. 2). Рядом с электромагнитным полюсом 5 расположены датчики 7, 8, 9 и 10 (см. фиг. 5) положения рельсового полюса 4, подключенные своими выходами к входам управляющего устройства 11. Выходы управляющего устройства 11 подключены к входам коммутационных устройств 19, 20 и 21, которые подключают электромагнитные обмотки 6 электромагнитов 16, 17 и 18 к источнику электропитания 13. К другому входу управляющего устройства 11 подключен выход регулирующего устройства 12 для регулирования тяговой или тормозной силы. Рядом с электромагнитом 19 прикреплен к тележке фиксатор 14, содержащий штифт 15.
На фиг. 1 изображен вид сверху железнодорожного пути, содержащего рельсы 1 со шпалами 2 и зубчатым рельсом 3 с рельсовыми полюсами 4.
На фиг. 2 изображен вид спереди железнодорожного пути, содержащего рельсы 1, прикрепленные к шпалам 2, зубчатый рельс 3 с рельсовыми полюсами 4 и электромагнит 16.
На фиг. 3 изображен вид сбоку зубчатого рельса 3 с рельсовыми полюсами 4.
На фиг. 4 изображен вид спереди электромагнита, содержащего электромагнитные полюса 5 и обмотку электромагнита 6.
На фиг. 5 изображен вид сбоку электромагнита, содержащего электромагнитные полюса 5 с электромагнитной обмоткой 6 и датчики 7, 8, 9 и 10.
На фиг. 6 изображен разрез А-А на фиг. 4 электромагнита, содержащего электромагнитные полюса 5 с электромагнитной обмоткой 6, и датчики 7, 8, 9 и 10.
На фиг. 7 изображен вид сбоку электромагнитов 16, 17 и 18 и зубчатого рельса 3 с рельсовыми полюсами 4.
На фиг. 8 изображена электрическая схема электромеханического рельсового привода с зубчатым рельсом, содержащая датчики 7, 8, 9 и 10 положения рельсового полюса 4 и регулирующее устройство 12, подключенные своими выходами к входам управляющего устройства 11, подключенного своими выходами к входам коммутационных устройств 16, 17 и 18, подключающих источник электропитания 13 к электромагнитным обмоткам 6 электромагнитов 19, 20 и 21.
Электромеханический рельсовый привод с зубчатым рельсом работает следующим образом. При необходимости движения железнодорожного транспортного средства электропривод работает в режиме двигателя, создавая тяговую силу посредством взаимодействия поочередно коммутируемых электромагнитов 16, 17 и 18 с зубчатым рельсом 3.
При исходном положении электромагнитов 16, 17 и 18 (см. фиг. 7) относительно рельсовых полюсов 4 зубчатого рельса 3 на вход управляющего устройства 11 (см. фиг. 8) с выхода регулирующего устройства 12 подается сигнал, устанавливающий направление и величину скорости движения тележки.
С выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 20 подается сигнал, по которому коммутационное устройство 20 подключает к источнику электропитания 13 электромагнитную обмотку 6 электромагнита 17. Магнитное поле электромагнита 17 создает тяговую силу, под действием которой электромагнитные полюса 5 электромагнита 17 взаимодействуют с ближайшими к ним рельсовыми полюсами 4. Под действием тяговой силы электромагнитные полюса 5 электромагнита 17 располагаются напротив рельсовых полюсов 4, перемещая тележку в направлении, обозначенном на фиг. 7 штрихпунктирной стрелкой. Далее, согласно алгоритму работы электромеханического рельсового привода с зубчатым рельсом, с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 21 подается сигнал, по которому коммутационное устройство 21 подключает к источнику электропитания 13 электромагнитную обмотку 6 электромагнита 18. При этом с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 20 перестает подаваться сигнал, и коммутационное устройство 20 отключает от источника электропитания 13 электромагнитную обмотку 6 электромагнита 17. Магнитное поле электромагнита 18 создает тяговую силу, под действием которой его электромагнитные полюса 5 взаимодействуют с ближайшими рельсовыми полюсами 4. Под действием тяговой силы электромагнитные полюса 5 электромагнита 18 располагаются напротив рельсовых полюсов 4, перемещая тележку в направлении, обозначенном на фиг. 7 штрихпунктирной стрелкой. Далее, согласно алгоритму работы электромеханического рельсового привода с зубчатым рельсом, с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 19 подается сигнал, по которому коммутационное устройство 19 подключает к источнику электропитания 13 обмотку 6 электромагнита 16. При этом с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 21 перестает подаваться сигнал, и коммутационное устройство 21 отключает от источника электропитания 13 электромагнитную обмотку 6 электромагнита 18. Магнитное поле электромагнита 16 создает тяговую силу, под действием которой его электромагнитные полюса 5 взаимодействуют с ближайшими рельсовыми полюсами 4. Под действием тяговой силы электромагнитные полюса 5 электромагнита 16 располагаются напротив рельсовых полюсов 4, как изображено на фиг. 7, перемещая тележку в направлении, обозначенном штрихпунктирной стрелкой. После этого, согласно алгоритму работы электромеханического рельсового привода с зубчатым рельсом, вышеописанный цикл работы повторяется.
Движение в направлении, противоположном обозначенному штрихпунктирной стрелкой на фиг. 7, осуществляется путем поочередного последовательного подключения к источнику электропитания 13 вначале электромагнита 16, затем электромагнита 18 и далее электромагнита 17. После чего этот цикл повторяется.
Для включения режима торможения электромеханического рельсового привода с выхода регулирующего устройства 12 на вход управляющего устройства 11 подается сигнал, устанавливающий величину тормозной силы, создаваемой магнитным полем электромагнита. При установке величины тормозной силы равной нулю, магнитное поле отсутствует и тормозная сила тоже отсутствует.
После включения желаемой величины тормозной силы при движении тележки с прикрепленным к ней электромагнитом в направлении, обозначенном на фиг. 7 штрихпунктирной линией со стрелкой, электромеханический рельсовый привод с зубчатым рельсом работает следующим образом. Сразу после прохождения датчиков 7 и 8 над полюсным креплением 4 (см. фиг. 7), с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 19 подается сигнал (см. фиг. 8), по которому коммутационное устройство 19 подключает электромагнитную обмотку 6 электромагнита 16 к источнику электропитания 13. Возникает магнитное поле, проходящее от одного электромагнитного полюса 5 электромагнита 16 через воздушный зазор, рельсовый полюс 4, рельс 3, смежный рельсовый полюс 4, воздушный зазор и замыкающееся на другой электромагнитный полюс 5 электромагнита 16. Под действием магнитного поля создается тормозная сила, действующая между рельсовыми полюсами 4 и электромагнитными полюсами 5 электромагнита 16. При движении тележки с прикрепленными к ней электромагнитами далее, преодолевая тормозное усилие, сразу после прохождения датчиков 9 и 10 над рельсовыми полюсами 4 с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 19 перестает подаваться сигнал, и коммутационное устройство 19 отключает электромагнитную обмотку 6 от источника электропитания 13. Далее цикл работы электромеханического рельсового привода с зубчатым рельсом повторяется по вышеописанному алгоритму. И так до полной остановки тележки с прикрепленным к ней электромагнитом 16, когда сразу после прохождения датчиков 7 и 8 над рельсовым полюсом 4 (см. фиг. 7) электромагнитные полюса 5 электромагнита 16 останавливаются напротив рельсовых полюсов 4. После их остановки фиксатор 14 выдвигает штифт 15, препятствующий перемещению тележки относительно рельсовых полюсов 4, цепляясь штифтом 15 за ближний рельсовый полюс 4. После этого электромеханический рельсовый привод с зубчатым рельсом может быть обесточен.
При необходимости торможения в процессе движения тележки в направлении, противоположном штрихпунктирной линии со стрелкой (см. фиг. 7), электромеханический рельсовый привод работает следующим образом. После включения желаемой величины тормозной силы при движении тележки с прикрепленным к ней электромагнитом в направлении, противоположном штрихпунктирной линии со стрелкой (см. фиг. 7), сразу после прохождения датчиков 10 и 9 над полюсным креплением 4, с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 19 подается сигнал, по которому коммутационное устройство 19 подключает электромагнитную обмотку 6 электромагнита 16 к источнику электропитания 13. Возникает магнитное поле, проходящее от одного электромагнитного полюса 5 электромагнита 16 через воздушный зазор, рельсовый полюс 4, рельс 1, смежный рельсовый полюс 4, воздушный зазор и замыкающееся на другой электромагнитный полюс 5 электромагнита 16. Под действием магнитного поля создается тормозная сила, действующая между рельсовыми полюсами 4 и электромагнитными полюсами 5 электромагнита 16. При движении тележки с прикрепленным к ней электромагнитом 16 далее, преодолевая тормозное усилие, сразу после прохождения датчиков 8 и 7 над рельсовым полюсом 4 с выхода управляющего устройства 11 на вход коммутационного устройства 19 перестает подаваться сигнал, и коммутационное устройство 19 отключает электромагнитную обмотку 6 электромагнита 16 от источника электропитания 13. Далее цикл работы электромеханического рельсового привода с зубчатым рельсом повторяется по вышеописанному алгоритму до полной остановки движения тележки и фиксации ее относительно рельсового полюса 4.