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. Известно, что указанные колебания колесной пары сопровождаются существенными колебаниями так называемого надрессорного строения, к которому относится рама тележки локомотива (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).
Известно, что при проезде неровностей пути во время движения локомотива наблюдаются колебания тележки локомотива с частотой около 10 Гц (см. Евстратов А.С. Экипажные части тепловозов. М.: Машиностроение, 1987, с. 94-95, рис. 39), что близко к частоте колебаний колесной пары, когда колеса колеблются в одной фазе относительно друг друга (см. Павленко А.П. Динамика тяговых приводов магистральных локомотивов. М.: Машиностроение, 1991, с. 187-188).
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбрано устройство для предотвращения буксования локомотива, содержащее осевые редукторы, связанные тягами с рамой тележки, рамный редуктор и карданные валы, соединяющие рамный редуктор с осевыми редукторами, индукторы, размещенные на колесных парах и питаемые от источников тока через подчиненную систему регулирования, состоящую из выключателя, регуляторов тока индукторов, сигнал на которые поступает от блока «ИЛИ», на которые поступает сигнал либо от блока сравнения, сравнивающего между собой сигналы датчиков продольного усилия, расположенных на тягах осевых редукторов, либо от ключа, сравнивающего сигнал от сумматора, суммирующего сигналы датчиков продольного усилия, расположенных на тягах осевых редукторов, с сигналом задания величины суммарного продольного усилия, поступающего с блока установки величины суммарной силы тяги (см. Воробьев В.И., Антипин Д.Я., Пугачев А.А., Измеров О.В., Бондаренко Д.А., Корчагин В.О. Устройство для предотвращения буксования локомотива. Патент РФ №156444, МПК В61С 15/08, опубл. 10.11.2015, бюл. №31).
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 тока 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, электромагнитным индуктором, усилителем, аналого-цифровым преобразователем и скоростемером, 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, полосовой фильтр и блок сравнения выполнены в виде цифрового вычислительного блока, при этом полосовой фильтр при трогании с места имеет две полосы пропускания частот, одна из которых соответствует частоте колебаний колесной пары, когда колеса колесной пары колеблются в одной фазе относительно друг друга, а другая - частоте колебаний колесной пары, когда колеса колесной пары колеблются в противофазе относительно друг друга, а при движении локомотива, для предупреждения ложных срабатываний при проезде неровностей пути, полосовой фильтр имеет одну полосу пропускания частот, которая соответствует частоте колебаний колесной пары, когда колеса колесной пары колеблются в противофазе относительно друг друга.
Предлагаемое устройство для предотвращения буксования локомотива (Фиг. 1) содержит колесную пару 1, опирающийся на нее тяговый электродвигатель 2, подвешенный с помощью подвески 3 к раме тележки 4, датчик 5 и регулятор 6 (Р).
Регулятор 6 (Р) выполнен в виде ключа, подающего ток от источника тока 7 (ИТ) на электромагнитный индуктор 8, охватывающий каждое из колес колесной пары 1. Датчик 5 выполнен в виде датчика вертикальной виброскорости, расположен на раме тележки 4 и соединен со входом усилителя 9 (УС), выход которого, в свою очередь, соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 10 (АЦП). Полосовой фильтр и блок сравнения выполнены в виде центрального вычислительного блока 11 (ЦВБ), один из входов которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 10 (АЦП), а другой - со скоростемером 12 (С).
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При отсутствии буксования регулятор 6 (Р) разомкнут, ток от источника тока 7 (ИТ) не проходит через индуктор 8. При начале буксования возникают колебания колесной пары, при этом динамические усилия передаются от тягового электродвигателя 2 через подвеску 3 на раму тележки 4, вызывая вертикальные колебания рамы тележки 4 на рессорном подвешивании (на фиг. 1 не показано). Вертикальные колебания рамы тележки 4 приводят к появлению сигнала на датчике 5, сигнал датчика 5 усиливается усилителем 9 (УС) и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 10 (АЦП), преобразующего сигнал в цифровой код, который, в свою очередь поступает на вход центрального вычислительного блока 11 (ЦВБ), на который также поступает информация от скоростемера 12 (С) о значении скорости локомотива. Центральный вычислительный блок 11 (ЦВБ) обрабатывает сигнал, выделяя его составляющие в двух полосах частот, близких к частотам колебаний, возникающих при буксовании, когда колеса колеблются либо в одной фазе относительно друг друга, либо в противофазе относительно друг друга. При скорости локомотива, близкой к нулевой (режим трогания с места), и наличии сигнала с частотами, близкими к собственным частотам колебаний, когда колеса колеблются либо в одной фазе относительно друг друга, либо в противофазе относительно друг друга, и превышающего по амплитуде заданное значение, центральный вычислительный блок 11 (ЦВБ) подает сигнал на регулятор 6 (Р), который пропускает ток от источника тока 7 (ИТ) через индуктор 8, что, в свою очередь, приводит к появлению магнитного потока, проходящего через контакт колеса и рельса, повышению коэффициента сцепления и прекращению процесса буксования. В случае, если скоростемер 12 (С) подает на центральный вычислительный блок 11 (ЦВБ) информацию о том, что локомотив находится в движении, центральный вычислительный блок 11 (ЦВБ) подает сигнал на регулятор 6 (Р), пропускающий ток от источника тока 7 (ИТ) через индуктор 8, только при наличии сигнала с частотой, близкой к собственной частоте колебаний, когда колеса колеблются в противофазе относительно друг друга, что позволяет исключить ложные срабатывания при колебаниях рамы тележки 4 во время прохождения неровностей пути.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что 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, когда амплитуда колебаний колесной пары превышает заданное значение.