МОТОРНАЯ ТЕЛЕЖКА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
MOTOR BOGIE OF HIGH-SPEED RAILWAY VEHICLE

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано в ходовой части железнодорожного подвижного состава, особенно скоростного пассажирского транспорта.
В настоящее время, в связи со значительно возросшими скоростями движения рельсового транспорта, к тележкам предъявляются повышенные требования, поскольку тележка - основной несущий узел вагона. На нее передается вес кузова, силы тяги и торможения, развиваемые каждой колесной парой. При движении тележки по прямому или кривому участку пути она воспринимает силы, действующие от колесных пар при взаимодействии их с рельсами в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Из уровня техники известны моторные тележки рельсовых транспортных средств (БИРЮКОВ И.В. и др. Механическая часть тягового подвижного состава. - М.: Транспорт, 1992, с.365-385), применяемые на электровозах и тепловозах, в том числе, пассажирских.
Недостатком известных технических решений является несоответствие их технических характеристик новым требованиям, предъявляемым современным железнодорожным транспортом к узлам и деталям подвижного состава.
Наиболее близким техническим решением можно считать моторную тележку, раскрытую в US 4353309 А от 12.10.1982, выполненную с возможностью размещения на ней элементов тягового привода, тормозного оборудования и рессорного подвешивания и содержащую две моторные колесные пары, установленные на раме, включающей две продольные и две поперечные балки.
К недостаткам прототипа, так же, как и в предыдущем случае, можно отнести несоответствие его технических характеристик новым требованиям, предъявляемым современным железнодорожным транспортом к узлам и деталям подвижного состава, таким, например, как массо-габаритные показатели, возможность размещения дополнительного и/или усовершенствованного оборудования, прочностные характеристики и т.д.
Задачей предлагаемого изобретения является создание моторной тележки, позволяющей использовать ее на высокоскоростных пассажирских железнодорожных транспортных средствах.
Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, заключается в возможности повышения скоростного режима железнодорожного транспортного средства за счет одновременного снижения массы тележки в целом, повышения эффективности восприятия и передачи тяговых и тормозных усилий и за счет повышения эффективности торможения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что моторная тележка высокоскоростного железнодорожного транспортного средства выполнена с возможностью размещения на ней элементов тягового привода, тормозного оборудования и рессорного подвешивания и содержит две моторные колесные пары, установленные на раме. Новым является то, что в предлагаемой моторной тележке каждая моторная колесная пара содержит ось, одноступенчатый осевой редуктор, два напрессованных на ось колеса, каждое из которых имеет на дисковой части два тормозных диска и два буксовых узла, каждый из которых оснащается температурным датчиком, при этом для связи упомянутого редуктора с тяговым двигателем предусмотрена зубчатая муфта с дуговыми зубьями, рама образована двумя продольными, изогнутыми средней частью вниз, балками и одной поперечной балкой, соединяющей средние части продольных балок между собой, причем на продольных балках предусмотрены элементы крепления для моторных колесных пар, на поперечной балке предусмотрены элементы крепления для двух тяговых электродвигателей и для дискового тормозного оборудования для каждого колеса, при этом в средней части поперечной балки выполнен технологический проем, позволяющий размещать элементы лемнискатного механизма.
В некоторых случаях может быть целесообразно, если рессорное подвешивание будет выполнено двухступенчатым, при этом вторая ступень рессорного подвешивания будет выполнена пневматической.
В наиболее предпочтительном варианте информация с температурного датчика каждой буксы может подаваться на пульт управления транспортным средством.
Выполнение редуктора одноступенчатым с закреплением его на оси колесной пары и оснащение его креплениями к раме железнодорожной тележки, а также связь его с тяговым двигателем через зубчатую муфту с дуговыми зубьями позволяет значительно повысить эффективность передачи крутящего момента, снизить потери на трение и повысить надежность крепления элементов, что ведет к повышению скоростных характеристик транспортного средства. Однако известно, что повышение скорости транспортных средств, особенно пассажирских, возможно только при условии повышения эффективности торможения, как того требует техника безопасности при перевозке пассажиров. Для повышения эффективности торможения, что позволит эксплуатировать подвижной состав с более высокой скоростью, предлагается использовать дисковые тормоза вместо колодочных, при этом каждое напрессованное на ось колесо должно иметь на дисковой части два тормозных диска, что позволит повысить полезную площадь взаимодействия тормозных элементов и, соответственно, повысить эффективность торможения.
Выполнение рамы предлагаемой формы, с выгнутыми продольными балками и только с одной поперечной балкой, имеющей технологический проем, позволяющий размещать элементы лемнискатного механизма, позволяет снизить массу рамы, способствует уменьшению сопротивления набегающего потока во время движения, позволяет повысить эффективность восприятия и передачи тяговых и тормозных усилий. Наличие дополнительных элементов крепления позволяет использовать дисковое тормозное оборудование. Все вышеперечисленное позволяет повысить скоростной режим железнодорожного транспортного средства.
Для повышения эффективности восприятия и передачи тяговых и тормозных усилий, а также для повышения комфортности, рессорное подвешивание рамы может быть выполнено двухступенчатым, при этом вторая ступень рессорного подвешивания может быть выполнена пневматической.
Далее предлагаемое изобретение будет раскрыто более подробно, со ссылкой на графические материалы, на которых:
- фиг.1 - принципиальная схема предлагаемой тележки, вид сверху,
- фиг.2 - принципиальная схема предлагаемой тележки, вид сбоку,
- фиг.3 - принципиальная схема моторной колесной пары,
- фиг.4 - принципиальная схема рамы, вид сверху,
- фиг.5 - принципиальная схема рамы, вид сбоку,
- фиг.6 - трехмерное изображение рамы (перевернуто на 180°).
Описываемая в рамках данной заявки тележка будет использована на скоростном пассажирском железнодорожном транспортном средстве, для удобства использования и обслуживания которого предполагается, что все тележки будут иметь модульную конструкцию. Основные узлы, насколько это возможно, в моторных и немоторных тележках будут выполнены идентично.
Предлагаемая моторная тележка 1 высокоскоростного железнодорожного транспортного средства выполнена с возможностью размещения на ней элементов тягового привода, тормозного оборудования и рессорного подвешивания и содержит две моторные колесные пары 2, установленные на раме.
Моторная колесная пара состоит из оси 3, двух буксовых узлов, двух колес 4, двух тормозных дисков 5 и 6, на дисковой части 7 каждого колеса 4 и одного осевого одноступенчатого редуктора 8.
Тормозные диски 5 и 6, закрепленные на дисковой части 7 каждого колеса 4, дают возможность повысить площадь фрикционного контакта при торможении, снизить динамические и температурные нагрузки на колеса 4 и элементы тормозной системы и более эффективно распределять и использовать тормозные силы, значительно уменьшая тормозной путь рельсового транспортного средства.
Каждый буксовый узел оснащается температурным датчиком (не показан), информация с которого в режиме реального времени может передаваться на пульт управления рельсовым транспортным средством, что позволяет осуществлять постоянный контроль и регулировать тормозные и разгонные процессы движения.
Для передачи крутящего момента тягового двигателя 9 на осевой одноступенчатый редуктор 8 предусмотрена зубчатая муфта 10 с дуговыми зубьями. Предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность передачи крутящего момента за счет повышения КПД зубчатой передачи и уменьшения потерь на трение.
Детали осевого одноступенчатого редуктора 8 - лабиринтное кольцо, подшипник, зубчатое колесо напрессовываются либо насаживаются в горячем состоянии на отдельные посадочные места упомянутого редуктора 8.
Колеса 4 напрессовываются на ось 3 посредством холодной посадки.
Перед запрессовкой колес 4 и зубчатого колеса осевого одноступенчатого редуктора 8 поверхности посадочных отверстий и посадочные места оси 3 покрываются ровным слоем смазочного средства, обеспечивающего электропроводность посадки и не снижающего усталостную прочность оси 3.
Открытая поверхность оси 3 и колес 4 покрывается грунтовочным лаком, а затем кроющим лаком. Это покрытие защищает поверхности от коррозии.
Рама 11 моторной тележки 1 образована двумя продольными балками 12 и одной поперечной балкой 13.
Каждая продольная балка 12 изогнута средней частью 14 вниз.
Поперечная балка 13 соединяет средние части 14 продольных балок 12 между собой.
Использование в предлагаемой конструкции одной поперечной балки достаточной жесткости (вместо двух - как в известных конструкциях) позволяет уменьшить массу рамы и значительно оптимизировать распределение тяговых и тормозных усилий, возникающих в процессе движения железнодорожного транспортного средства. Характерная внешняя форма рамы, получаемая за счет изгиба продольных балок, также способствует оптимизации распределения тяговых и тормозных усилий и, помимо этого, ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления.
На продольных балках 12 предусмотрены элементы крепления 15, например, кронштейны, для двух моторных колесных пар.
На поперечной балке 13 предусмотрены элементы крепления 16, например, кронштейны, для двух тяговых электродвигателей 9 и элементы крепления для дискового тормозного оборудования 17 для каждого колеса 4.
Возможность использования дисковых тормозов для каждого колеса значительно повышает эффективность торможения, что позволяет использовать предлагаемые тележки на высокоскоростных пассажирских железнодорожных транспортных средствах.
В средней части поперечной балки 13 выполнен технологический проем 18, позволяющий размещать элементы лемнискатного механизма.
Выполнение технологического проема позволяет, с одной стороны, повысить жесткость рамы и оптимизировать распределение тяговых и тормозных усилий, а с другой стороны - уменьшить массо-габаритные показатели рамы, оптимизировать компоновку узлов и деталей моторной тележки и повысить ее аэродинамические характеристики.
На концах продольных балок 12 предусмотрены места 19 для установки пружин 20 первой ступени рессорного подвешивания.
Вторичное вертикальное подрессоривание производится с помощью пневморессор 21. Воздушная амортизация на каждой тележке состоит из двух систем воздушных рессор. Непосредственно к пневморессорам присоединен дополнительный резервуар сжатого воздуха, который крепится поверх тележки на траверсе кузова вагона. Регулировка уровня второй ступени подрессоривания для уравнивания различных состояний нагружения производится устройством управления пневморессор.
Для увеличения устойчивости к боковой качке предусмотрены упоры боковой качки.
При отказе пневморессоры кузов вагона может опуститься на аварийные пружины, при этом возможно передвижение с ограничением по скорости до 120 км/ч.
Выполнение рессорного подвешивания двухступенчатым позволяет добиться более эффективного восприятия и передачи тяговых и тормозных усилий, а также повысить эргономические характеристики высокоскоростных пассажирских железнодорожных транспортных средств.
Вследствие различной адаптации тележек к массе и положению центра тяжести отдельных вагонов, а также в результате различной настройки подрессоривания тележки без изменений настройки взаимозаменяемы только в пределах вагонов одного типа.
Тележки на головных вагонах могут быть оснащены рельсоочистителями из эластомерных материалов, установленными перед колесами. Последние расположены как можно ближе к колесам и имеют как можно меньшее расстояние до головки рельса.
Таким образом, предлагаемые конструкция и компоновка заявляемой моторной тележки позволяют использовать ее на высокоскоростных пассажирских железнодорожных транспортных средствах за счет одновременного снижения массы рамы, повышения эффективности восприятия и передачи тяговых и тормозных усилий, а также за счет повышения эффективности торможения и за счет повышения эргономических характеристик.