УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ БУКСОВАНИЯ ЛОКОМОТИВА

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности, к устройствам для повышения тягового усилия локомотива за счет предотвращения буксования ведущих колес.
Известно устройство для предотвращения буксования ведущих колес локомотива, применяемое на отечественном электровозе 2ЭС10, и содержащее датчик активной мощности тягового электродвигателя и блок сравнения его с требуемой мощностью (см. Электровоз грузовой постоянного тока с асинхронными электродвигателями. Руководство по эксплуатации, часть 1 2ЭС10.00.000.000 РЭ., ОАО «СТМ», 2009 г, С. 60-61).
Недостатком известного устройства является то, что для снижения мощности тягового электродвигателя, вызывающего срабатывание системы, необходимо, чтобы колесная пара начала проскальзывать по рельсу, что ведет к потерям передаваемой энергии и повышенному износу колес и рельсов. Кроме того, для предупреждения буксования указанное устройство снижает заданную для колесной пары силу тяги, что ведет к недоиспользованию мощности локомотива и снижению веса составов, с которыми он может работать на данном участке.
Известно, что при буксовании локомотива возникают колебания с двумя разными частотами, одна из которых соответствует собственной частоте колебаний колес колесной пары, когда колеса колеблются в одной фазе относительно друг друга (колесная пара движется, как одно целое), а другая частота соответствует собственной частоте колебаний колес колесной пары, когда колеса колеблются в противофазе относительно друг друга (колеблются за счет упругости оси, на которой они посажены), при этом возможны случаи, когда колебания возникают только с одной из указанных частот (см. Повышение надежности экипажной части тепловозов: монография. А.И. Беляев, Б.Б. Бунин, С.М. Голубятников и др. Под ред. Л.К. Добрынина. М., Транспорт, 1984, с. 184-185).
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбрано устройство для предотвращения буксования ведущих колес локомотива, содержащее колесную пару, магнитоэлектрический датчик сил, размещенный на реактивной тяге осевого редуктора, полосовой фильтр, настроенный на одну из собственных частот колебаний колесной пары, блок сравнения и регулятор, устанавливающий наибольшую величину силы тяги в соответствии с условиями сцепления колеса с рельсом (см. Бурка М.Л., Мельник П.В., Бельмас О.Н. Способ улучшения тяговых свойств локомотивов. Вiсник Схiдноукранського нацiонального унiверситету iм. В. Даля №5 (123), Науковий журнал, часть 1, Луганск, 2008, С. 59-63).
Данное устройство использовано на электровозе EMD АЕМ-7 железных дорог США. Недостаток данного устройства тот же, что и у описанного выше, поскольку регулятор устанавливает наибольшую величину силы тяги в соответствии с условиями сцепления колеса с рельсом, и при ухудшении условий сцепления (мокрые или загрязненные маслом рельсы) снижает силу тяги. В случаях, когда при буксовании возникают только те колебания колесной пары, на которые полосовой фильтр не настроен, устройство не срабатывает и не устраняет буксование.
Известно, что коэффициент сцепления колеса с рельсом может быть увеличен путем воздействия на место контакта колеса и рельса магнитного поля (см. В.П. Тихомиров, В.И. Воробьев, Д.В. Воробьев, Г.В. Багров, М.И. Борзенков, И.А. Бутрин. Моделирование сцепления колеса с рельсом. Орел, ОрелГТУ, 2007, С. 95-101), что, в частности, объясняется возникновением магнитопластического эффекта. По данным исследований (см. Делюсто Л.Г. Основы прокатки металлов в постоянных магнитных полях. - М: Машиностроение, 2005, С. 136, таблица 5.1), воздействие магнитного поля на пару трения «сталь по стали» при величине индукции В=0,45 Тл., приводило к росту коэффициента сцепления с 0,222 до 0,487 при сухих поверхностях, и с 0,2 до 0,571 при наличии смазки.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении производительности локомотива за счет снижения ограничений его тягового усилия по условиям сцепления колес с рельсами, путем воздействия магнитного поля на контакт с рельсом колес колесной пары при ухудшении условий сцепления.
Это достигается тем, что устройство для предотвращения буксования локомотива, содержащее колесную пару, датчик, полосовой фильтр, блок сравнения и регулятор, снабжено источником тока и электромагнитным индуктором, датчик выполнен в виде датчика вертикальной виброскорости и размещен на раме тележки, регулятор выполнен в виде ключа, подающего ток от источника тока на электромагнитный индуктор, а полосовой фильтр имеет две полосы пропускания частот, одна из которых соответствует частоте колебаний колесной пары, когда колеса колеблются в одной фазе, а другая - частоте колебаний колесной пары, когда колеса колеблются в противофазе.
Предлагаемое устройство для предотвращения буксования локомотива с рельсами (Фиг. 1) содержит колесную пару 1, опирающийся на нее тяговый электродвигатель 2, подвешенный с помощью подвески 3 к раме тележки 4, датчик 5, полосовой фильтр 6 (ПФ) и блок сравнения 7 (БС).
Датчик 5 выполнен в виде датчика вертикальной виброскорости и размещен на раме тележки 4. Каждое из колес колесной пары 1 охватывает электромагнитный индуктор 8, питаемый от источника тока 9 (ИТ) через ключ 10 (К).
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При отсутствии буксования ключ 10 (К) разомкнут, ток от источника тока 9 (ИТ) не проходит через индуктор 8. При начале буксования возникают колебания колесной пары 1, при этом динамические усилия передаются от тягового электродвигателя 2 через подвеску 3 на раму тележки 4, вызывая колебания рамы тележки 4. Колебания рамы тележки 4 вызывают появление сигнала на выходе датчика вертикальной виброскорости 5, сигнал датчика виброскорости 5 поступает на вход полосового фильтра 6 (ПФ), который имеет две полосы пропускания частот, одна из которых соответствует частоте колебаний колесной пары 1, когда колеса колеблются в одной фазе, а другая - частоте колебаний колесной пары 1, когда колеса колеблются в противофазе. Сигнал с выхода полосового фильтра 6 (ПФ) поступает на вход блока сравнения 7 (БС). Если уровень сигнала с выхода полосового фильтра 6 (ПФ) превышает заданное значение уровня помех, с выхода блока сравнения 7 (БС) подается сигнал на ключ 10 (К), который подает ток от источника тока 9 (ИТ) на электромагнитный индуктор 8, который, в свою очередь создает магнитный поток в контакте колеса и рельса, что ведет к увеличению коэффициента сцепления и прекращению буксования.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, прекращение буксования достигается не путем снижения осевой силы тяги, а путем увеличения коэффициента сцепления при воздействии на контакт колеса и рельса магнитного поля, что ведет к повышению производительности локомотива за счет снижения ограничений его тягового усилия в результате моментального прекращения режима буксования путем воздействия магнитного поля на контакт с рельсом колес колесной пары при ухудшении условий сцепления.