Устройство для временного увеличения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к транспортированию полезных ископаемых рельсовым железнодорожным транспортом, в частности к устройствам для временного увеличения коэффициента сцепления колес карьерного локомотива с рельсами на участках с повышенными углами наклона пути на выезде из карьера.
Известно устройство для повышения коэффициента сцепления ведущего колеса локомотива с рельсом (патент РФ №2022847), содержащее связанную с ведущим колесом шестерню, зацепленную с зубчатой рейкой, закрепленной на рельсе, при этом реборда ведущего колеса выполнена зубчатой, образуя указанную шестерню, а заходный участок рейки закреплен на рельсе с возможностью упругого перемещения по вертикали и зубья на нем выполнены переменной высоты.
Недостатками данного устройства является недостаточная надежность функционирования, вследствие работы зубчатого зацепления в условиях высоких динамических ударных нагрузок.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство (А.с. СССР №1058816), содержащее расположенные параллельно основным рельсам дополнительные рельсы и взаимодействующие с ними приспособления для увеличения силы сцепления колес, смонтированные на колесных парах локомотива, при этом указанные приспособления выполнены в виде охватывающих гребни бандажей упругих колец, взаимодействующих своей средней частью с дополнительными рельсами, при этом другой конец каждого упругого кольца выполнен с насечкой для взаимодействия с боковой поверхностью головки основного рельса.
Однако, данное устройство недостаточно надежно, вследствие возможности повреждения дополнительных упругих колец силами веса и тяги локомотива, при прохождении крестовин типовых стрелочных переводов железнодорожного пути.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы устройства для временного увеличения сцепления колес локомотива с рельсами.
Задача решается тем, что приспособление для временного увеличения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, выполненное в виде дополнительных колес монтируемых на колесную пару локомотива, при этом, дополнительные колеса с клиновидными поверхностями качения, с углом конусности α, выполнены с возможностью  взаимодействия с аналогичными клиновидными поверхностями качения головок дополнительных рельсов, расположенных параллельно основным рельсам, при этом дополнительные колеса имеют меньший диаметр, чем основные, и установлены подвижно в осевом направлении.
Взаимодействие дополнительных колес локомотива, имеющих клиновидные поверхности качения с такими же клиновидными поверхностями качения головок у дополнительных рельсов, обеспечивает увеличение коэффициента сцепления колес ƒ до величины
где α - угол конусности поверхностей качения дополнительных колес, что дает соответствующее увеличение силы тяги локомотива, при этом то, что дополнительные колеса имеют меньший диаметр, чем основные, обеспечивает возможность беспрепятственного движения локомотива по обычным стрелочным переводам железнодорожного пути, при дальнейшем движении локомотивосостава по основным рельсам, к месту разгрузки, чем обеспечивается повышение надежности работы устройства. Подвижная установка дополнительных колес в осевом направлении снижает боковые нагрузки на колесные пары, которые могут возникать вследствие возможной непараллельной установки дополнительных рельсов, что также обеспечивает повышение надежности работы устройства, по сравнению с прототипом.
Устройство поясняется графически на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. Устройство содержит основные колеса 1 локомотива, взаимодействующие с основными рельсами 2, имеющими типовой профиль качения, а также приспособления для увеличения силы сцепления, смонтированные на колесных парах локомотива, выполненные в виде дополнительных колес 3 (с клиновидными поверхностями качения, изготовленными с определенным углом конусности α), установленных подвижно в осевом направлении (например, на шлицевом соединении 4), и взаимодействующих своими поверхностями качения с такими же клиновидными поверхностями качения головок дополнительных рельсов, сначала на их переходном профиле 5, а затем - на их основном профиле 6, имеющем большую высоту рельсов, чем на переходном профиле 5. Для снижения ударной нагрузки, дополнительные рельсы переходного профиля 5 должны иметь начальный «въездной» участок с остряками, выполненными на поверхностях их головок.
Устройство работает следующим образом. При движении карьерного локомотива (с прицепленными гружеными вагонами) по горизонтальному участку карьера, локомотив опирается только основными колесами 1 на основные рельсы 2 (фиг. 1). Дополнительные рельсы при этом отсутствуют.
При приближении локомотивосостава к участку, имеющему повышенный угол наклона, дополнительные колеса 3 локомотива (с клиновидными поверхностями качения), соединенные с колесными парами подвижно в осевом направлении (например, через шлицевое соединение 4), входят во взаимодействие с установленными на этом участке (параллельно основным рельсам 2) дополнительными рельсами 5 (фиг. 2), имеющими аналогичные клиновидные поверхности качения головок. На начальном «въездном» участке дополнительных рельсов 5 (с остряками на поверхностях головок), за счет осевой подвижности дополнительных колес 3, боковыми силами взаимодействия колес и рельсов происходит «осевая самоустановка» колес 3 в положение, соответствующее текущему положению дополнительных рельсов 5.
В виду того, что дополнительные рельсы на начальном «въездном» участке имеют профиль, плавно увеличивающий свою высоту с переходного 5 до полного профиля 6 (фиг. 3), взаимодействие дополнительных колес 3 и дополнительных рельсов 5 приводит к постепенному отрыву основных колес 1 локомотива от поверхности качения основных рельсов 2, с возникновением между ними зазора, и полному переходу локомотива на движение только с помощью дополнительных колес 3, движущихся при этом по дополнительным рельсам полного профиля 6. Гребни основных колес 1 при этом не поднимаются выше основных рельсов 2 - для обеспечения безопасности. Крутящий момент, необходимый для создания тяговой силы локомотива, передается на дополнительные колеса 3, в данном случае, через шлицевое соединение 4. Колесные пары вагонов, не имеющие дополнительных колес, при этом по-прежнему движутся только по поверхности основных рельсов 2.
После преодоления локомотивосоставом участка, имеющего повышенный угол наклона, на заключительном «съездном» участке дополнительных рельсов их высота плавно уменьшается с высоты полного профиля 6 до высоты переходного профиля 5, что приводит к постепенному опусканию основных колес 1 локомотива на поверхность качения основных рельсов 2 и дальнейшему переходу локомотива на движение только с помощью основных колес 1 по основным рельсам 2. Дополнительные рельсы при дальнейшем движении локомотивосостава к месту разгрузки отсутствуют.
Взаимодействие дополнительных колес локомотива, имеющих клиновидные поверхности качения с такими же клиновидными поверхностями качения головок у дополнительных рельсов, обеспечивает временное увеличение коэффициента сцепления колес с рельсами на участках с повышенными углами наклона пути, что дает соответствующее временное увеличение силы тяги локомотива, при этом то, что дополнительные колеса имеют меньший диаметр, чем основные, обеспечивает возможность беспрепятственного движения локомотива по обычным стрелочным переводам железнодорожного пути при дальнейшем движении локомотивосостава по основным рельсам к месту разгрузки. Подвижная установка дополнительных колес в осевом направлении, снижает боковые нагрузки на колесные пары, вследствие возможной непараллельной установки дополнительных рельсов. Это обеспечивает повышение надежности работы устройства, по сравнению с прототипом.
Повышение силы сцепления колес, при наличии достаточной мощности у локомотива, обеспечивает возможность присоединения к карьерному локомотиву большего количества вагонов (ограничиваемого, в том числе и по условию возможности подъема локомотивосостава по максимальному уклону железнодорожного пути карьера без пробуксовки колес локомотива), и, соответственно, обеспечивает повышение производительности карьерного локомотивосостава.