Устройство для повышения тягового усилия локомотива
DEVICE FOR INCREASING LOCOMOTIVE TRACTION EFFORT

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и предназначено для применения на тяговом подвижном составе.
Известно, что после прекращения буксования колесных пар наличие песка на поверхности рельса является неблагоприятным фактором, ведущим к повышению сопротивления движению состава.
Известно также, что раздробленный песок более чем в два раза теряет свои сцепные свойства и при прохождении следующего ведущего колеса локомотива по уже использованному песку ожидаемый эффект не достигается. [1] (Ренгевич А.А. Коэффициент сцепления шахтных электровозов. / В сб. "Вопросы рудничного транспорта" под ред. Чл.-корр. АН УССР проф. Н.С. Полякова. М.: ГНТИЛД, 1961 г. Вып. 5, стр. 227-246).
Недостатком известного технического решения является то, что песок, оставшийся на рельсах, создает дополнительное сопротивление движению поезда, достигающее 12%, а песок, попавший на трущиеся детали пути и подвижного состава, способствует их более интенсивному абразивному износу. Весь же песок, подаваемый из песочниц локомотива, загрязняет балластную призму, ухудшает состояние железнодорожного пути и тем самым приводит к значительным материальным затратам, связанным с восстановлением экологических характеристик карьерного поля [2] (Лужнов Ю.М. Нанотрибология сцепления колес с рельсами. - М: Интекст, 2009, 176 с. (С. 41).
Удаление остающегося после прекращения пробуксовки песка с поверхности рельсов позволит повысить тяговое усилие локомотива, одновременно снизив сопротивление движения состава в целом. Кроме того, песок, попадая на балластную призму, снижает ее упругость и дренирующие свойства.
Поэтому, по мнению авторов, устройство для удаления остающегося после прекращения процесса пробуксовки и прохождения ведущих колесных пар локомотива песка должно обеспечивать не только очистку рабочей поверхности рельса, но не допускать его попадание на балластную призму и, следовательно, ее загрязнение, что будет способствовать улучшению условий экологии карьерного поля.
Известен "СПОСОБ И СИСТЕМА ОГРАНИЧЕНИЯ НАНЕСЕНИЯ ПЕСКА НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ РЕЛЬСЫ" (US 2006/005197 (15.02.2006)), в котором: "применяют сжатый воздух к рельсам для очистки рельсов перед колесами локомотива относительно направления движения локомотива". Данная система позволяет минимизировать использование песка, но не гарантирует его полного удаления с рабочей поверхности рельсов и допускает загрязнение балластной призмы.
Известна также "Система для уменьшения сопротивления движению подвижного состава", которая содержит бункер с абразивным материалом, воздухораспределители, трубопроводы, форсунки, соединения, подающие воздух трубки с конусами на концах, генератор импульсов, датчик скорости и дополнительные воздухораспределители. Система работает следующим образом. При обнаружении начала буксования под ведущие колеса локомотива поступает абразивный материал из бункера в количестве, определяемом на основании показаний датчиков, а сразу после прохождения последнего ведущего колеса локомотива данный материал сдувается с поверхности рельса потоком воздуха, поступающего из общей системы распределения сжатого воздуха локомотива. (Патент UA 86144 http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?DB=EPODOC&II=68&ND=3&adjacent=true&locale=ru_ru&FT=D&date=20131210&CC=UA&NR=86144U&KC=U).
Недостатком данной системы является запесочивание балластной призмы рельсового пути, а также сложность отделения раздавленного песка от рельса.
Известен также "Способ снижения сопротивления движению поездного состава и снижения износа системы «колесо - рельс» (RU 2446969, опубликовано 10.04.2015 бюл. №10), при котором дополнительно к форсунке песочницы к пневматической системе добавляется через дополнительный воздухоотвод система сдува песка с поверхности рельсов, состоящая из входного отверстия, пробки, контргайки, регулировочного болта, удерживающего болта, направляющего сопла и выходной горловины. Причем горловина выполнена зауженной для увеличения скорости выходящего наружу воздуха через выходную трубу. В этом способе раздавленный, а в ряде случаев замасленный песок лучше отделяется от рельса, но все равно загрязняет балластную призму. Кроме того, струя сжатого воздуха контактирует с незначительной частью рабочей поверхности рельса и есть вероятность, что не весь песок будет удален.
Данное изобретение рассматривается авторами в качестве прототипа, так как является наиболее близким к предлагаемому авторами по технической сущности и достигаемому результату.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении тягового усилия локомотива и уменьшении загрязнения балластной призмы использованным песком.
Технический результат достигается за счет того, что устройство, включающее систему подачи песка под колеса локомотива, систему дополнительных воздуховодов, подключенных к общей системе подачи сжатого воздуха локомотива, расположенных попарно по обеим сторонам крайних колесных пар тележек, и дроссельные заслонки переключения направления подачи сжатого воздуха от общей системы его подачи к дополнительным воздуховодам переднего или заднего хода, оснащают одной или несколькими камерами распределения сжатого воздуха включенными в систему дополнительных воздуховодов и в которых всегда поддерживается высокое давление, также дополнительные воздуховоды оснащают на концах диффузорами, разделяющими воздушный поток на несколько разнонаправленных струй, кроме того, на локомотиве устанавливают всасывающую установку, которую соединяют с камерой сбора отработанного песка, в которой постоянно поддерживают пониженное давление и которую в свою очередь соединяют при помощи трубопроводов с вытяжными трубками, попарно установленными по обеим сторонам крайних колесных пар тележек, при этом вытяжные трубки оснащают патрубками, охватывающими верхнюю часть рельса с некоторым зазором, большим со стороны, обращенной к колесу локомотива, и минимальным с других сторон, а также боковыми стенками, опущенными ниже рабочей поверхности рельса.
Кроме того, нижние концы трубок подачи сжатого воздуха закрепляют в верхней крышке патрубков вытяжных трубок, а диффузоры располагают над рабочей поверхностью рельса между боковыми стенками патрубка под углом, позволяющим воздушным струям воздействовать на всю площадь рабочей поверхности рельса между точкой контакта колеса с рельсом и задней стенкой патрубка.
Также в стенках камеры сбора отработанного песка устраивают две группы отверстий, соединенных с трубопроводами, идущими от вытяжных трубок, причем одна группа отверстий соединена с трубопроводами, подключенными к трубкам переднего хода, а другая - к трубкам заднего хода, при этом одна группа отверстий всегда перекрывается заслонкой в зависимости от направления движения локомотива, а дно камеры выполнено в виде конуса и соединено с контейнером хранения отработанного песка выпускной воронкой, кроме того, в месте соединения камеры сбора отработанного песка и всасывающей установки расположены фильтры механической очистки воздуха.
Конструкция предлагаемого устройства поясняется рисунками, где на фиг. 1 и фиг. 2 (разрез А-А) представлена часть устройства, непосредственно примыкающая к рельсам, на фиг. 3 и 4 - общая компоновка устройства, на фиг. 5 – схема камеры для сбора отработанного песка.
Устройство работает следующим образом. При движении локомотива в направлении 1 (фиг. 1) в момент начала пробуксовки под ведущие колеса 2 в место контакта колеса с рельсом 3 из подающих трубок 4 песочной системы локомотива подается песок 5. Отработанный песок, 6 потерявший свои свойства, подвергается воздействию сжатого воздуха из общей системы его подачи, установленной на локомотиве, для чего используют трубки подачи сжатого воздуха 7, оборудованные на концах диффузорами 8, которые закреплены на вытяжных трубках 9, установленных по обеим сторонам колесных тележек ведущих колесных пар локомотива. Для предотвращения попадания песка на балластную призму 10 вытяжные трубки 9 оборудуются патрубками 11, при этом задняя часть патрубка 12 и рельс 3 имеют между собой минимальный зазор, передняя часть патрубка 13 приподнята над поверхностью рельса на высоту, не препятствующую прохождению воздушных струй из диффузора 8, а боковые стенки патрубка 14 опущены ниже рабочей поверхности рельса 3, жесткость конструкции обеспечивается за счет того, что нижний конец трубки подачи сжатого воздуха закреплен в верхней крышке патрубка и диффузор, имеющий возможность изменять свое положение относительно рабочей поверхности рельса, оказывается внутри патрубка, воздушные струи при этом разнонаправленны и охватывают всю поверхность рельса между точкой контакта колеса с рельсом и задней стенкой патрубка. В результате, при воздействии разнонаправленных воздушных струй внутри патрубков всасывающих трубок, расположенных со стороны колесных пар тележек, противоположных направлению движения локомотива, образуется песковоздушная смесь 15, которая не распыляется в стороны, а под действием силы всасывания направляется в вытяжные трубки. Работа данной части устройства иллюстрируется фиг. 1. и фиг. 2.
Для обеспечения устройства сжатым воздухом используется общая система его подачи 16, установленная на локомотиве, для чего к ней подключается система дополнительных воздуховодов, состоящая из подающих воздуховодов 17, подключаемых к общей системе 16 в удобных для этого местах, камер распределения сжатого воздуха 18, каждая из которых имеет одно входное и два выходных отверстия, а также дроссельную заслонку, перекрывающую выходные отверстия в зависимости от направления движения локомотива (не показаны) и трубок подачи сжатого воздуха 7, попарно подключенных к соответствующим выпускным отверстиям распределительных камер и располагаемых совместно с вытяжными трубками 9, причем одна пара совмещена с трубками, установленными "по ходу" движения локомотива, а другая с трубками, установленными с противоположной стороны тележек ведущих колесных пар. Так как в камерах 18 постоянно поддерживается повышенное давление, то для функционирования системы при изменении направления движения локомотива 1 достаточно изменить положение дроссельной заслонки (не показана). Работа данной части устройства иллюстрируется фиг. 3.
Часть устройства, предназначенная для перемещения отработанного песка, показана на фиг. 4. Цифрой 9 обозначены вытяжные трубки, которые через систему трубопроводов для удаления отработанного песка 19 соединяются с камерой сбора отработанного песка 20, которая в свою очередь через выпускную воронку 21 (на фиг. 4 не показана) связана с контейнером хранения отработанного песка 22 (на фиг. 4 показан условно). Движение песковоздушной смеси 15 по системе трубопроводов 19 обеспечивается всасывающей установкой 23, которая соединена с камерой 20 жестким воздуховодом 24 и обеспечивает во время работы системы удаления песка постоянное поддержание в системе пониженного давления.
Часть устройства, обеспечивающая разделение песковоздушной смеси, сбор и складирование использованного песка, показана на фиг. 5. Данная часть устройства состоит из камеры сбора отработанного песка 20, имеющей цилиндрическую форму, всасывающей установки 23, соединенных воздуховодом 24, выпускной воронки 21, а также контейнера для складирования отработанного песка 22. Камера 20 имеет две группы отверстий, соединенных при помощи штуцеров 25 с трубопроводами 19, причем к одной группе отверстий подсоединены трубопроводы, идущие от вытяжных трубок 9, расположенных со стороны колесных тележек локомотива «по ходу», а к другой группе отверстий - от трубок, установленных с противоположной стороны. Внутри камеры 20 на оси 26 установлена заслонка в форме полого полуцилиндра 27, при повороте которой перекрываются либо одна, либо другая группа отверстий, по краям которой имеется уплотнительная прокладка (не показана). В верхней крышке камеры 20 в местах ее сопряжения с жестким воздуховодом 24 имеются отверстия, закрытые фильтрами механической очистки воздуха 28 для предотвращения попадания отработанного песка 6 внутрь всасывающей установки 23 и далее в атмосферу, а воздуховод 24 и отверстия в верхней крышке камеры совмещены при помощи кожуха 29. Дно камеры 20 имеет форму усеченного конуса и заканчивается выпускной воронкой 21, через которую отработанный песок 6 под действием сил гравитации пересыпается в контейнер 22. Так как в камере 20 при работе системы подачи песка всегда поддерживается пониженное давление, то для функционирования системы всасывания песка при изменении направления движения локомотива 1 достаточно изменить положение заслонки 27.
Таким образом, данное изобретение может позволить осуществлять заявляемый технический результат, а все признаки, его характеризующие, необходимы и достаточны для его осуществления.