СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ РАЗГРУЗКИ ОСЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР КАРЬЕРНЫХ ЛОКОМОТИВОВ ПРИ ТРОГАНИИ С МЕСТА И ДВИЖЕНИИ НА НАКЛОННЫХ УЧАСТКАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
ELIMINATION OF MINE LOCOMOTIVE MOUNTED AXLE UNLOADING AT BREAKAWAY AND RUNNING AT TRACK INCLINED SECTIONS

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к способам устранения разгрузки осей колесных пар карьерных локомотивов для улучшения сцепных свойств карьерных транспортных средств.
В результате многочисленных исследований установлено, что при трогании с места и движении по железнодорожному пути передняя колесная пара локомотива обычно бывает более склонной к буксованию. Это объясняется перераспределением нагрузок от колесных пар на рельсы при реализации силы тяги. Сила тяги, действующая на уровне головки рельса, и сила сопротивления движению состава, действующая на уровне автосцепки, образуют пару сил с плечом, равным высоте автосцепки над головкой рельса, или так называемый опрокидывающий момент, перегружающий задние колесные пары и разгружающий передние. Поэтому передняя, наиболее разгруженная колесная пара локомотива раньше других потеряет сцепление с рельсами [1. Шорин В.Г. Влияние разгрузки осей на использование сцепного веса рудничных электровозов. // В сборнике Вопросы рудничного транспорта. - М.: Углетехиздат, 1959. Вып. 3. С. 315-319; 2. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги. - М.: Транспорт, 1983, 328 с.]. Для карьерного железнодорожного транспорта эта проблема еще более актуальна, так как в связи с повышенными углами подъема рельсового пути выездной траншеи, достигающими до 60‰, к сопротивлению, обусловленному силами трения, добавляется опрокидывающий момент от проекции веса железнодорожного состава на направление перемещения. В связи с изложенным, вопрос устранения разгрузки осей колесных пар карьерных локомотивов является актуальным.
Известен способ устранения разгрузки осей колесных пар локомотивов регулируемой подачей песка под колесные пары, причем на 1 км пути расход составляет 3 кг под колеса первой и 1,6 кг под колеса второй по ходу тележки локомотива [3. Каменев Н.Н. Эффективное использование песка для тяги поездов. /Труды ВНИИЖТ.- М.: Транспорт, 1968, вып.366. С.80-81]. Недостатком данного способа для применения в условиях карьера является то, что при повышенных углах подъема (до 60‰) рельсового пути выездной траншеи и более высоких (до 300 кН) осевых нагрузках карьерных локомотивов применение кварцевого песка недостаточно эффективно и, кроме того, песок, попадая в балластную призму верхнего строения пути,  ухудшает условия сцепления бандажей локомотива с рельсами.
Известен способ устранения разгрузки осей колесных пар локомотивов с применением специальной схемы соединения двигателей локомотива [4. Волотковский С.А. Рудничная электровозная тяга. - М.: Углетехиздат, 1955. С. 265-266]. При этом двигатели передней по ходу оси колесной пары работают как двигатели последовательного возбуждения, а задней - как двигатели смешанного возбуждения с ослабленной последовательной обмоткой. Недостатком данного способа является возможное чрезмерное увеличение нагрузки на некоторых осях. Кроме того, при этом способе выравнивания мощность двигателей вследствие неодинаковой нагрузки не используется полностью по нагреву [5. Thime J. Die Entwicklung der elektrischen Lokomotiwen fDr Tagebaubetriebe. ″Bergbaubetriebe″, 1954, №7].
Известен также способ устранения разгрузки осей колесных пар локомотивов с применением противоразгрузочных пневматических устройств [2. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги. - М.: Транспорт, 1983, 328 с., 6. Противоразгрузочное устройство электровоза ЧС 1. /Каталог - фотоальбом. Описание электровоза ЧС 1, п. 10], заключающийся в том, что пневмоцилиндры одним концом крепятся в вертикальном положении на кузове локомотива, а шток, выдвижение которого поставлено в зависимость от тока тягового двигателя, или, иными словами, от силы тяги, давит на концевую балку передней тележки, обеспечивая компенсацию величины разгрузки передней по ходу оси.
Техническим результатом известного способа является повышение коэффициента использования сцепного веса локомотива и, как результат, улучшение сцепных свойств локомотивов. Это техническое решение принято нами в качестве прототипа. Недостатком известного способа является небольшое увеличение коэффициента сцепного веса (всего на 3-4%), однако при этом одновременно ухудшаются ходовые свойства локомотива [7. Лисицын А.Л., Мугинштейн Л.А. Нестационарные режимы тяги. Тяговое обеспечение перевозочного процесса. -М.: ИТЕКСТ, 1966. C. 146].
Техническим результатом предлагаемого способа является устранение разгрузки осей колесных пар карьерного локомотива, что позволяет существенно увеличить коэффициент использования его сцепного веса, уменьшить пробуксовку колесных пар локомотива относительно рельсов, уменьшить износ бандажей колесных пар и исключить дополнительные энергетические потери, связанные с их буксованием.
СЦ
х
у
1
2
На фиг. 1 показана схема реализации способа устранения разгрузки осей колесных пар карьерных локомотивов. Обозначения на фигуре 1: 1, 4 - резервуары, 2 - трубопроводы, 3 - перекачивающая насосная станция, 5 - центр тяжести локомотива, 6, 7 - центры тяжестей наполненных жидкостью резервуаров, h и Н - высота над головкой рельса, соответственно, крюка сцепки и центра тяжести локомотива, Р - сила тяжести (сцепной вес) локомотива, Р, Р - проекции вектора силы тяжести на направление перемещения и перпендикуляр к направлению перемещения локомотива, соответственно, L - расстояние центров тяжести резервуаров 1 и 6 от центра тяжести локомотива, R и R - приведенные реакции колесных пар передней и задней тележек от силы тяжести локомотива.
Способ устранения разгрузки осей колесных пар карьерных локомотивов заключается в следующем.
На локомотиве, например  тепловозе, в передней и задней его частях, устанавливают два резервуара одинаковой емкости, наполовину заполненные жидкостью, которые соединены между собой трубопроводами с перекачивающей насосной станцией, при помощи которой жидкость заранее подается в передний резервуар, в случае движения локомотива в верх, и в задний резервуар, если локомотив движется под уклон. Резервуарам придают произвольную форму в соответствии с имеющимися в передней и задней частях объема корпуса локомотива свободными пространствами, при этом объемы, формы и местоположения резервуаров определяют так, чтобы центры тяжестей наполненных жидкостью резервуаров располагались на одинаковом расстоянии от центра тяжести локомотива, а для заполнения резервуаров используют незамерзающую жидкость, обеспечивающую работу локомотива в зимний период.
Способ устранения разгрузки колесных пар локомотивов реализуется следующим способом. В процессе погрузки в забое железнодорожного состава включают перекачивающую насосную станцию 3, при помощи которой по трубопроводам 2 жидкость заранее подается в передний резервуар 4, в случае движения локомотива в верх, и в задний резервуар 1, если локомотив движется под уклон.
Резервуарам 1 и 4 придают произвольную форму в соответствии с имеющимися в передней и задней частях объема корпуса локомотива свободными пространствами, при этом объемы, формы и местоположения резервуаров определяют так, чтобы центры тяжестей 6 и 7 наполненных жидкостью резервуаров располагались на одинаковом расстоянии L от центра тяжести 5 локомотива.
Для заполнения резервуаров 1 и 4 используют незамерзающую жидкость, обеспечивающую работу локомотива в зимний период.
1
2
х
Избыток жидкости, находящейся в резервуаре 4 (при движении вверх), обеспечивает выравнивание реакций R, R и повышение усилия прижатия на колесные пары передней по ходу тележки локомотива и уравновешивает моменты сил W, Р относительно точки касания последней колесной пары с рельсом, тем самым повышая коэффициент использования сцепного веса Рсц локомотива.
Предлагаемое изобретение устраняет разгрузку осей колесных пар карьерного локомотива, что позволяет существенно увеличить коэффициент использования его сцепного веса, уменьшить пробуксовку колесных пар локомотива относительно рельсов, уменьшить износ бандажей колесных пар и исключить дополнительные энергетические потери, связанные с их буксованием
В связи с универсальностью, этот способ может быть применен для всех видов железнодорожных транспортных средств независимо от типа приводного механизма колесных пар: локомотивов с электрической и тепловой тягой, а также для тяговых агрегатов, применяемых в горной промышленности.
Источники информации:
1. Шорин В.Г. Влияние разгрузки осей на использование сцепного веса рудничных электровозов. // В сборнике Вопросы рудничного транспорта. - М.: Углетехиздат, 1959. Вып. 3. С. 315-319.
2. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги. -М.: Транспорт, 1983, 328 с.
3. Каменев Н.Н. Эффективное использование песка для тяги поездов. /Труды ВНИИЖТ. - М.: Транспорт, 1968, вып. 366. С.80 - 81.
4. Волотковский С.А. Рудничная электровозная тяга. -М.: Углетехиздат, 1955. С.265-266.
5. Thime J. Die Entwicklung der elektrischen Lokomotiwen fDr Tagebaubetriebe. ″Bergbaubetriebe″, 1954, №7.
6. Противоразгрузочное устройство электровоза ЧС 1. /Каталог - фотоальбом. Описание электровоза ЧС 1, п. 10.
7. Лисицын А.Л., Мугинштейн Л.А. Нестационарные режимы тяги. Тяговое обеспечение перевозочного процесса. -М.: ИТЕКСТ, 1966. С. 146.