RU210410U1 - Устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами. Устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее намагничивающую обмотку в виде катушки из изолированного провода, подключенную к источнику питания с помощью проводов и установленную на каркасе, катушка размещена между осевыми подшипниками, каркас катушки выполнен из немагнитного материала и неподвижно закреплен на корпусе тягового электродвигателя вдоль оси колесной пары, причем зубчатое колесо и кожух редуктора соединены с осью колесной пары через немагнитную втулку. Отличительной особенностью предлагаемого устройства для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами является то, что немагнитная втулка выполнена в виде полого вала, статор тягового электродвигателя выполнен в виде двух одинаковых дугообразных индукторов, длина каждого из которых по наружной стороне меньше длины полуокружности с радиусом, равным наружному радиусу каждого индуктора, концы индукторов соединены друг с другом со стороны, противоположной оси колесной пары, корпус тягового электродвигателя имеет выемку в месте расположения концов индукторов, удаленных друг от друга, закрытую кожухом, каркас катушки закреплен на корпусе тягового электродвигателя с помощью кожуха, расстояние от наружной поверхности катушки до центра вала тягового электродвигателя меньше, чем величина наружного радиуса индуктора, а немагнитная втулка в виде полого вала опирается на колесную пару с помощью упругих элементов. Предложенное устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами позволяет использовать его для перспективных локомотивов с повышенной осевой нагрузкой, благодаря тому, что размещение между катушкой и осью колесной пары немагнитной втулки, выполненной виде полого вала и соединенной колесной парой с помощью упругих элементов, ведет к снижению нагрузок на верхнее строение пути при проезде неровностей, поскольку выполнение статора тягового электродвигателя в виде двух дугообразных индукторов, не соединенных друг с другом со стороны оси колесной пары, и наличие в корпусе тягового электродвигателя выемки позволяет обеспечить достаточное место для размещения катушки и немагнитной втулки.

Description

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для повышения тягового усилия локомотива за счет увеличения сцепления ведущих колес с рельсами.

Известно устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее электромагнит, подключенный к источнику тока (см. Karel Kucera. Electromagnetic adhesion means for railroad locomotives. Патент США US3307058 А от 20 января 1964 года).

Недостатком известного устройства является слабая величина создаваемого магнитного потока, не позволяющая значительно увеличить сцепление колеса с рельсом, в связи с тем, что по требованиям вписывания устройства в габарит подвижного состава между электромагнитом и рельсом должен быть создан значительный воздушный зазор.

Известен магнитный догружатель рельсового транспортного средства, содержащий смонтированные на боковой балке тележки вертикально расположенные гидроцилиндры, связанные с магнитом, траверсу, жестко связанную со штоками гидроцилиндров и шарнирно посредством тяг с магнитом, датчики усилий, связанные с приводом (см. В.В. Мишин, В.А. Зябрев, А.И. Лебедев, В.А. Салов и Э.М. Шляхов. Магнитный догружатель рельсового транспортного средства. Авторское свидетельство СССР №1286453, Бюл. №4 30.01.87.).

Недостатком указанного устройства является дополнительное сопротивление движению, создаваемое вследствие контакта электромагнита с рельсом, что делает невозможным применение этого устройства на локомотиве в режиме тяги.

Известно устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее разрезное колесо с размещенными внутри электромагнитами (см. John Otto Heinze Jr. Magnetic wheel. Патент США US709484 A, 24 февраля 1902 г.).

Недостатком устройства является его низкая надежность вследствие большой концентрации нагрузок в контакте разрезного колеса с рельсом.

Известно устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее катушку электромагнита, охватывающую диск колеса локомотива по хорде и подключенную к источнику тока (см. Wehner David Е. Electromagnetic traction increaser. Патент США US2198928 А, 2 декабря 1936 г.).

Недостатком устройства является его недостаточная эффективность, не позволяющая существенно увеличить сцепление колеса с рельсом вследствие ограниченного пространства для размещения электромагнита и необходимостью больших зазоров между неподвижным электромагнитом и вращающимся колесом, во избежание заклинивания колеса при попадании в зазор камешков балласта и случайно оказавшихся на пути костылей, болтов и гаек. Испытания тепловоза ТЭМ2УС с катушкой электромагнита, охватывающей диск колеса по хорде, показали увеличение сцепных свойств лишь на 4%. (см. Е.А.Ситников, И.Н. Родионов, В.П. Гриневич. Исследования по повышению тяговых свойств маневровых тепловозов путем применения электромагнитного увеличения сцепления и более оптимальных схем соединения тяговых электродвигателей. Отчет ВНИТИ №И-108-82, Коломна, 1982 г, лист 46).

Известно устройство для увеличения сцепления колесной пары электровоза с рельсами, содержащее колесную пару, намагничивающую обмотку в виде катушки, обеспечивающую электромагнитное сцепление колес с рельсами, выполненную из изолированного провода, установленную на оси колесной пары и подключенную к источнику питания с помощью проводов, причем намагничивающая катушка установлена на каркасе, который неподвижно закреплен на тележке электровоза и расположен соосно с осью колесной пары с зазором, в котором установлены подшипники качения, размещенные по торцам каркаса катушки с возможностью вращения оси колесной пары внутри него, при этом токопроводящие провода размещены внутри тележки электровоза, (см. Б.П. Цалоев, Г.К. Пиранишвили. Устройство для увеличения сцепления колесной пары электровоза с рельсами. Патент РФ №2055748, опубл. 10.03.1996.).

Недостаток указанного устройства состоит в том, что при использовании его на тележке грузового локомотива с опорно-осевым приводом указанное устройство имеет низкую эффективность, поскольку остов тягового электродвигателя при опорно-осевом приводе расположен близко к оси колесной пары (см. Алексеев А.Е. Тяговые электрические машины и преобразователи. Л., «Энергия», 1977, С. 25, рис. 1-4), что не позволяет выполнить катушку с габаритами, обеспечивающими требуемую величину магнитного потока.

Известно устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее намагничивающую обмотку в виде катушки, выполненную из изолированного провода, подключенную к источнику питания с помощью проводов и установленную на оси колесной пары на каркасе, который неподвижно закреплен на тележке электровоза и расположен соосно с осью колесной пары, катушка размещена между диском колеса колесной пары и большим зубчатым колесом, каркас связан с корпусом редуктора, подшипники качения размещены с одного торца каркаса катушки и связаны со статором тягового электродвигателя, устройство содержит датчик продольного усилия, размещенный на тяге подвески, осредняющий фильтр, сумматор, блок установки и ключ, при этом при реализации локомотивом силы тяги в подвеске, препятствующей повороту тягового электродвигателя вокруг оси возникает усилие, и на выходе датчика продольного усилия появляется сигнал, который поступает на вход осредняющего фильтра, с выхода осредняющего фильтра сигнал поступает на один из входов сумматора, на второй вход которого поступает сигнал от блока установки, если величина сигнала с выхода осредняющего фильтра становится меньше величины сигнала от блока установки, на выходе сумматора возникает сигнал, который поступает на вход ключа, ключ открывается, и от источника питания на катушку поступает ток, величина которого пропорциональна величине сигнала с выхода сумматора (см. патент на полезную модель №194613, Российская Федерация, СПК В61С 15/08 (2019.08). Устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами. / Воробьев В.И., Измеров О.В., Пугачев А.А., Космодамианский А.С., Капустин М.Ю., Стрекалов Н.Н., Самотканов А.В., Шевченко Д.Н., Корчагин В.О. Опубл. 17.12.2019, бюл. №35.).

Недостатком данного устройства является то, что непосредственное размещение катушки на оси колесной пары увеличивает неподрессоренную массу колесной пары, что ведет к увеличению воздействия локомотива на путь и препятствует применению устройства на перспективных магистральных локомотивах с повышенной осевой нагрузкой.

В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбрано устройство для увеличения сцепления колес локомотива с рельсами, содержащее намагничивающую обмотку в виде катушки из изолированного провода, подключенную к источнику питания с помощью проводов и установленную на каркасе, катушка размещена между моторно-осевыми подшипниками тягового двигателя, каркас катушки выполнен из немагнитного материала и неподвижно закреплен на остове тягового двигателя вдоль оси колесной пары, причем зубчатое колесо и кожух редуктора соединены с осью колесной пары через немагнитную втулку (см. патент на полезную модель №196905, Российская Федерация, СПК В61С 15/08 (2019.08). Устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами. / Воробьев В.И., Измеров О.В., Корчагин В.О., Маслов М.А., Космодамианский А.С, Капустин М.Ю., Стрекалов Н.Н., Самотканов А.В., Шевченко Д.Н. Опубл. 19.03.2020, бюл. №8.).

Недостаток прототипа тот же, что и устройства, указанного выше, поскольку в указанном устройстве тяговый электродвигатель непосредственно опирается на ось колесной пары и при закреплении каркаса катушки на остове тягового электродвигателя увеличивается неподрессоренная масса локомотива.

Известно (см. Лужнов, Ю.М., Прунцев, А.П. Влияние постоянного магнитного поля на трение твердых тел. - Труды МИИТ, 1974, вып.467), что коэффициент трения (сцепления) в контакте «металл-металл», помимо физических свойств пары трения, зависит от напряженности магнитного поля в пятне контакта и может быть повышен. Для более детального исследования влияния магнитного поля на коэффициент трения системы «металл-металл» были проведены испытания на специальных установках (см. В.П. Тихомиров, В.И. Воробьев, Д.В. Воробьев, Г.В. Багров, М.И. Борзенков, И.А. Бутрин. Моделирование сцепления колеса с рельсом. Орел, ОрелГТУ, 2007, С. 95-101). Результаты испытаний показали, что для исследуемых моделей контакта «сталь по стали» при создании сильных магнитных полей в зоне их контакта возможно повышение коэффициента трения (сцепления) более чем на 20%. В настоящее время данное явление объясняется прежде всего эффектом магнитопластичности, одной из главной причин которого считают увеличение подвижности дислокаций при воздействии внешнего электромагнитного поля под влиянием электронных спинов, локализованных на дефектах кристаллической решетки (см. Полетаев В.А., Потемкин Д.А. Энергетический анализ влияния магнитного поля на механические свойства стали. Вестник Ивановского государственного энергетического университета (ИГЭУ). - 2007 №3. - С. 8-11).

Известен тяговый привод локомотива, содержащий подвешенный на раме тележки локомотива с помощью подвески тяговый электродвигатель в виде статора и ротора, осевой редуктор, связанный со статором разъемным соединением, подшипник ротора, подшипники вала осевого редуктора и осевые подшипники, связанные с осевым редуктором и статором, при этом вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник ротора, а противоположным концом - через подшипники вала осевого редуктора, с которыми вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты, а большое зубчатое колесо осевого редуктора и осевые подшипники осевого редуктора и статора опираются на полый вал, который опирается на колесную пару с помощью упругих элементов, отличающийся тем, что осевой подшипник осевого редуктора опирается на ступицу большого зубчатого колеса, а каждый из упругих элементов выполнен в виде трех дугообразных плоских резино-кордных элементов, каждый из которых соединен по внутреннему радиусу с фланцем на полом валу, а по наружному - с кольцевым выступом с внутренней стороны колеса колесной пары (См. Патент РФ на полезную модель №203778. СПК В61С 9/48 (2021.02) Тяговый привод локомотива. / Воробьев В.И., Измеров О.В., Космодамианский А.С., Капустин М.Ю., Стрекалов Н.Н., Самотканов А.В., Шевченко Д.Н., Корчагин В.О. Опубликовано: 21.04.2021 Бюл. №12.).

В указанном тяговом приводе тяговый электродвигатель опирается на ось через упругие элементы. Недостатки тягового привода заключаются в том, что в пространстве между тяговым электродвигателем и полым валом трудно разместить катушку устройства предупреждения боксования достаточных размеров, при этом магнитный поток будет замыкаться через полый вал и корпус тягового электродвигателя, а не через поверхность контакта колеса с рельсом.

Техническим результатом заявленной полезной модели является возможность применения устройства на перспективных локомотивах с повышенной осевой нагрузкой за счет снижения неподрессоренной массы.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащем намагничивающую обмотку в виде катушки из изолированного провода, подключенную к источнику питания с помощью проводов и установленную на каркасе, катушка размещена между осевыми подшипниками, каркас катушки выполнен из немагнитного материала и неподвижно закреплен на корпусе тягового электродвигателя вдоль оси колесной пары, причем зубчатое колесо и кожух редуктора соединены с осью колесной пары через немагнитную втулку, немагнитная втулка выполнена в виде полого вала, статор тягового электродвигателя выполнен в виде двух одинаковых дугообразных индукторов, длина каждого из которых по наружной стороне меньше длины полуокружности с радиусом, равным наружному радиусу каждого индуктора, концы индукторов соединены друг с другом со стороны, противоположной оси колесной пары, корпус тягового электродвигателя имеет выемку в месте расположения концов индукторов, удаленных друг от друга, закрытую кожухом, каркас катушки закреплен на корпусе тягового электродвигателя с помощью кожуха, расстояние от наружной поверхности катушки до центра вала тягового электродвигателя меньше, чем величина наружного радиуса индуктора, а немагнитная втулка в виде полого вала опирается на колесную пару с помощью упругих элементов.

Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом, где на Фиг. 1 изображен общий вид устройства для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, а на Фиг. 2 - поперечное сечение тягового электродвигателя и оси колесной пары.

Предлагаемое устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами содержит намагничивающую обмотку 1 в виде катушки 2 из изолированного провода, подключенную к источнику питания 3 с помощью проводов 4 и установленную на каркасе 5, катушка размещена между осевыми подшипниками 6, каркас 5 катушки 2 выполнен из немагнитного материала и неподвижно закреплен на корпусе 7 тягового электродвигателя 8 вдоль оси колесной пары 9, причем зубчатое колесо 10 и кожух редуктора 11 соединены с осью колесной пары 9 через немагнитную втулку 12.

Немагнитная втулка 12 выполнена из немагнитной стали в виде полого вала. Статор 13 тягового электродвигателя 8 выполнен в виде двух одинаковых дугообразных индукторов 14. Как видно из Фиг. 2, длина каждого из индукторов 14 по наружной стороне будет равна L_и=πR_иϕ/180, где R_и - радиус индуктора 19 по наружной стороне, а ϕ - угол между торцами индуктора в градусах. Как показано на Фиг. 2, ϕ<180°, таким образом, L_и меньше, чем длина полуокружности с радиусом, равным R_и, и два индуктора 14 вместе образуют лишь часть окружности. Концы индукторов 14 соединены друг с другом со стороны, противоположной оси колесной пары 9, по линии В₁В₂ (см. Фиг. 2), а противоположные концы индукторов 14 не смыкаются друг с другом. Корпус 7 тягового электродвигателя 8 имеет выемку в месте расположения концов индукторов 14, удаленных друг от друга. Выемка закрыта кожухом 15, каркас 5 катушки 2 закреплен на корпусе 7 тягового электродвигателя 8 с помощью кожуха 15. Как видно из Фиг. 2, расстояние L от наружной поверхности каркаса 5 катушки 2 до центра вала 16 тягового электродвигателя 8 меньше, чем величина R_и (радиус индуктора 14 по наружной стороне). Немагнитная втулка 12 в виде полого вала опирается на колесную пару 9 с помощью упругих элементов 17.

Устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами работает следующим образом.

При пропускании по катушке 2 тока от источника питания 3 возникает магнитный поток, проходящей через ось колесной пары 9, оба колеса колесной пары и рельсы (на Фиг. 1 не показаны), что приводит к изменению физико-механических свойств в зоне контакта металлических тел (колес с рельсами) и изменяет коэффициент сцепления колес с рельсами. Благодаря тому, что немагнитная втулка 12, выполненная в виде полого вала, выполнена из немагнитной стали, она не препятствует возникновению магнитного потока в оси колесной пары 9. Кожух 15 препятствует попаданию пыли и грязи внутрь тягового электродвигателя 8.

Благодаря выполнению статора 13 тягового электродвигателя 8 в виде двух дугообразных индукторов 14, не соединенных друг с другом со стороны оси колесной пары 9, и наличии в корпусе 7 тягового электродвигателя 8 выемки появляется возможность для увеличения магнитного потока, проходящего через колеса и рельсы путем увеличения наружного диаметра катушки 2, поскольку наружный диаметр каркаса 5 катушки 2, в отличие от рассмотренных выше аналогов, можно при той же самой величине централи тяговой передачи и передаточном отношении можно увеличить до размеров, при которых расстояние от наружной поверхности каркаса 5 катушки 2 до центра вала 16 тягового электродвигателя 8 меньше, чем величина радиус индуктора 14 по наружной стороне, при числе пар полюсов больше, чем 2, так как катушка 2 располагается в выемке. При этом между катушкой 2 и осью колесной пары 9 можно разместить немагнитную втулку 12, выполненную в виде полого вала.

Упругие элементы 17 амортизируют удары, возникающие при прохождении неровностей пути, благодаря чему снижается воздействие масс тягового электродвигателя 8, редуктора и катушки 2 на верхнее строение пути, что позволяет применять устройство на перспективных локомотивах с повышенной осевой нагрузкой.

Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что выполнение статора тягового электродвигателя в виде двух дугообразных индукторов, не соединенных друг с другом со стороны оси колесной пары, и наличие в корпусе тягового электродвигателя выемки позволяет увеличить наружный диаметр катушки и разместить между катушкой и осью колесной пары немагнитную втулку, выполненную в виде полого вала и соединенную с колесной парой с помощью упругих элементов, что ведет к снижению нагрузок на верхнее строение пути при проезде неровностей и позволяет использовать устройство для перспективных локомотивов с повышенной осевой нагрузкой.

Claims (1)

1. Устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее намагничивающую обмотку в виде катушки из изолированного провода, подключенную к источнику питания с помощью проводов и установленную на каркасе, катушка размещена между осевыми подшипниками, каркас катушки выполнен из немагнитного материала и неподвижно закреплен на корпусе тягового электродвигателя вдоль оси колесной пары, причем зубчатое колесо и кожух редуктора соединены с осью колесной пары через немагнитную втулку, отличающееся тем, что немагнитная втулка выполнена в виде полого вала, статор тягового электродвигателя выполнен в виде двух одинаковых дугообразных индукторов, длина каждого из которых по наружной стороне меньше длины полуокружности с радиусом, равным наружному радиусу каждого индуктора, концы индукторов соединены друг с другом со стороны, противоположной оси колесной пары, корпус тягового электродвигателя имеет выемку в месте расположения концов индукторов, удаленных друг от друга, закрытую кожухом, каркас катушки закреплен на корпусе тягового электродвигателя с помощью кожуха, расстояние от наружной поверхности катушки до центра вала тягового электродвигателя меньше, чем величина наружного радиуса индуктора, а немагнитная втулка в виде полого вала опирается на колесную пару с помощью упругих элементов.

Images