RU214497U1

RU214497U1 - DEVICE FOR INCREASING GRIP OF DRIVING WHEELS OF LOCOMOTIVE WITH RAILS

Info

Publication number: RU214497U1
Application number: RU2022119827U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Воробьев; Сергей Николаевич Злобин; Олег Васильевич Измеров; Вадим Олегович Корчагин; Андрей Сергеевич Космодамианский; Евгений Викторович Николаев
Filing date: 2022-07-19
Publication date: 2022-11-01

Abstract

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для повышения тягового усилия локомотива за счет увеличения сцепления ведущих колес 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 моторно-осевыми подшипниками тягового электродвигателя, каркас катушки выполнен из немагнитного материала и неподвижно закреплен на корпусе тягового электродвигателя вдоль оси колесной пары, причем зубчатое колесо и кожух редуктора имеют возможность соединения с осью колесной пары через немагнитную втулку, 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 индуктора, концы индукторов соединены друг с другом со стороны, противоположной оси колесной пары, корпус тягового электродвигателя имеет выемку в месте расположения несомкнутых концов индукторов, закрытую кожухом, каркас катушки закреплен на корпусе тягового электродвигателя с помощью кожуха редуктора, а расстояние от наружной поверхности катушки до центра вала тягового электродвигателя меньше, чем величина наружного радиуса индуктора, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит два датчика продольных ускорений, размещенных на корпусах моторно-осевых подшипников и подключенных к блоку измерения разности сигналов, который через последовательно соединенные полосовой фильтр, выпрямитель и блок сравнения связан с блоком уставки и через логический элемент «ИЛИ», подключенный к блоку сравнения, связан с ключом, включенным между источником питания и катушкой, а блок измерения разности сигналов также связан с ключом через последовательно соединенные статистический анализатор сигналов и логический элемент «ИЛИ». Технический результат заключается в снижении затрат энергии на тягу поездов за счет снижения расхода энергии на питание катушки и на преодоление дополнительного сопротивления движению, вызванного вихревыми токами, в движущихся частях экипажной части локомотива, в которых создается магнитный поток вследствие того, что ток подается в катушку только при появлении возможности боксования колес.

The utility model relates to rail vehicles, in particular to devices for increasing the tractive effort of a locomotive by increasing the adhesion of the drive wheels to the rails. A device for increasing the adhesion of driving wheels of a locomotive with rails, comprising a magnetizing winding in the form of a coil of insulated wire connected to a power source by wires and mounted on a frame, the coil is placed between the motor-axial bearings of the traction motor, the coil frame is made of non-magnetic material and is stationary fixed on the body of the traction motor along the axis of the wheel pair, and the gear wheel and the casing of the gearbox can be connected to the axle of the wheel pair through a non-magnetic sleeve, the stator of the traction motor is made in the form of two identical arcuate inductors, the length of each of which on the outer side is less than the length of a semicircle with a radius equal to the outer radius of the inductor, the ends of the inductors are connected to each other from the side opposite to the axis of the wheelset, the housing of the traction motor has a recess at the location of the open ends of the inductors, closed by a casing, the frame of the coil is fixed n on the housing of the traction motor with the help of a gearbox casing, and the distance from the outer surface of the coil to the center of the traction motor shaft is less than the value of the outer radius of the inductor, characterized in that it additionally contains two sensors of longitudinal accelerations placed on the housings of the motor-axial bearings and connected to the block for measuring the signal difference, which is connected through a series-connected band-pass filter, a rectifier and a comparison block to the setting block and through the logical element "OR" connected to the comparison block, connected to the switch connected between the power source and the coil, and the block for measuring the signal difference is also connected to the key through a series-connected statistical signal analyzer and an "OR" logic element. The technical result consists in reducing the energy consumption for train traction by reducing the energy consumption for powering the coil and for overcoming the additional resistance to movement caused by eddy currents in the moving parts of the locomotive underbody, in which a magnetic flux is created due to the fact that the current is supplied to the coil only when there is a possibility of wheel boxing.

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.The utility model relates to rail vehicles, in particular to devices for increasing the tractive effort of a locomotive by increasing the adhesion of the drive wheels to the rails.

Известно устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее электромагнит, подключенный к источнику тока (Патент US №3307058 МПК В61Н 7/083, публ. 1964).A device is known for increasing the adhesion of the drive wheels of the locomotive with rails, containing an electromagnet connected to a current source (Patent US No. 3307058 IPC B61H 7/083, publ. 1964).

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.The disadvantage of the known device is the weak value of the generated magnetic flux, which does not allow to significantly increase the adhesion of the wheel to the rail, due to the fact that, according to the requirements of fitting the device into the gauge of the rolling stock, a significant air gap must be created between the electromagnet and the rail.

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 (Авторское свидетельство №1286453, МПК В61С 15/04, публ. 1987).Known magnetic loader rail vehicle containing mounted on the side beam of the truck vertically arranged hydraulic cylinders associated with a magnet, a traverse rigidly connected to the rods of the hydraulic cylinders and pivotally by means of rods with a magnet, force sensors associated with the drive (Author's certificate No. 1286453, IPC B61C 15 /04, published 1987).

Недостатком указанного устройства является дополнительное сопротивление движению, создаваемое вследствие контакта электромагнита с рельсом, что делает невозможным применение этого устройства на локомотиве в режиме тяги.The disadvantage of this device is the additional resistance to movement created due to the contact of the electromagnet with the rail, which makes it impossible to use this device on a locomotive in traction mode.

Известно устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее разрезное колесо с размещенными внутри электромагнитами (Патент US №709484, МПК В61С 15/04, публ. 1902).A device is known for increasing the grip of the driving wheels of the locomotive with the rails, containing a split wheel placed inside the electromagnets (Patent US No. 709484, IPC V61S 15/04, publ. 1902).

Недостатком устройства является его низкая надежность вследствие большой концентрации нагрузок в контакте разрезного колеса с рельсом.The disadvantage of the device is its low reliability due to the high concentration of loads in the contact of the split wheel with the rail.

Известно устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее катушку электромагнита, охватывающую диск колеса локомотива по хорде и подключенную к источнику тока (Патент US №2198928, МПК B60L 3/10, публ. 1936).A device is known for increasing the adhesion of driving wheels of a locomotive with rails, containing an electromagnet coil covering the disk of the locomotive wheel along the chord and connected to a current source (US Patent No. 2198928, IPC B60L 3/10, publ. 1936).

Недостатком устройства является его пониженная 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% (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, л. 46).The disadvantage of the device is its reduced efficiency, which does not allow to significantly increase the adhesion of the wheel to the rail due to the limited space for accommodating the electromagnet and the need for large gaps between the stationary electromagnet and the rotating wheel, in order to avoid jamming of the wheel when ballast stones and crutches and bolts that accidentally get in the way and nuts. Tests of the diesel locomotive TEM2US with an electromagnet coil covering the wheel disk along the chord showed an increase in grip properties by only 4% (E.A. Sitnikov, I.N. Rodionov, V.P. Grinevich. Research on improving the traction properties of shunting locomotives by using electromagnetic increase in adhesion and more optimal schemes for connecting traction motors, VNITI Report No. I-108-82, Kolomna, 1982, sheet 46).

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 (Патент на полезную модель №194613, Российская Федерация, МПК В61С 15/08, публ. 2019).A device is known for increasing the adhesion of the driving wheels of a locomotive with rails, containing a magnetizing winding in the form of a coil, made of insulated wire, connected to a power source by wires and mounted on the axle of the wheelset on the frame, which is fixedly fixed on the bogie of the electric locomotive and is located coaxially with the axis of the wheel pair, the coil is placed between the wheel disk of the wheel pair and the large gear wheel, the frame is connected to the gearbox housing, the rolling bearings are located at one end of the coil frame and are connected to the traction motor stator, the device contains a longitudinal force sensor located on the suspension rod, an averaging filter, adder, installation unit and key, while when the locomotive implements the traction force in the suspension, which prevents the traction motor from turning around the axis, a force arises, and a signal appears at the output of the longitudinal force sensor, which is fed to the input of the averaging filter, from the output of the averaging signal filter al enters one of the inputs of the adder, the second input of which receives a signal from the installation unit, if the value of the signal from the output of the averaging filter becomes less than the value of the signal from the installation unit, a signal appears at the output of the adder, which is fed to the input of the key, the key opens, and from From a power source, a current is supplied to the coil, the value of which is proportional to the value of the signal from the output of the adder (Utility Model Patent No. 194613, Russian Federation, IPC V61S 15/08, publ. 2019).

Недостатком данного устройства является то, что оно может быть применено только для тягового привода, в котором малое зубчатое колесо тяговой передачи расположено между роторными подшипниками тягового электродвигателя, в то время как на большинстве отечественных магистральных и маневровых тепловозов малое зубчатое колесо расположено консольно на конце вала тягового электродвигателя, вследствие чего тяговая передача расположена ближе к колесному центру, чем в данном устройстве, и место между большим зубчатым колесом и диском колесного центра недостаточно для размещения катушки.The disadvantage of this device is that it can only be used for a traction drive, in which the small gear wheel of the traction drive is located between the rotor bearings of the traction motor, while on most domestic mainline and shunting diesel locomotives the small gear wheel is cantilevered at the end of the traction motor shaft. electric motor, whereby the traction drive is located closer to the wheel center than in this device, and there is not enough space between the large gear wheel and the wheel center disk to accommodate the coil.

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 (Патент РФ №2055748, МПК В60С 15/04, публ. 1996).A device is known for increasing the adhesion of the wheel pair of an electric locomotive with rails, containing a wheel pair, a magnetizing winding in the form of a coil, providing electromagnetic adhesion of the wheels to the rails, made of insulated wire, mounted on the axis of the wheel pair and connected to a power source by means of wires, and the magnetizing coil mounted on a frame, which is fixedly fixed on the electric locomotive bogie and is located coaxially with the axle of the wheel pair with a gap in which rolling bearings are installed, placed at the ends of the coil frame with the possibility of rotation of the axle of the wheel pair inside it, while the conductive wires are placed inside the electric locomotive bogie (Patent RF No. 2055748, IPC V60S 15/04, published 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, что не позволяет выполнить катушку с габаритами, обеспечивающими требуемую величину магнитного потока (Алексеев А.Е. Тяговые электрические машины и преобразователи. - Л.: Энергия, 1977. - С. 25, рис. 1-4).The disadvantage of this device is that when used on a bogie of a freight locomotive with an axial drive, this device has low efficiency, since the frame of the traction motor with an axial drive is located close to the axis of the wheel pair, which does not allow to make a coil with dimensions, providing the required value of the magnetic flux (Alekseev A.E. Traction electrical machines and converters. - L .: Energia, 1977. - S. 25, Fig. 1-4).

Известно 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 (Патент на полезную модель №196905, Российская Федерация, МПК В61С 15/08, публ. 2020).A device is known for increasing the grip of the wheels of a locomotive with rails, containing a magnetizing winding in the form of a coil of insulated wire connected to a power source by means of wires and mounted on a frame, the coil is placed between the motor-axial bearings of the traction motor, the coil frame is made of non-magnetic material and motionless fixed on the frame of the traction motor along the axis of the wheel pair, and the gear wheel and the casing of the gearbox are connected to the axle of the wheel pair through a non-magnetic bushing (Utility model patent No. 196905, Russian Federation, MPK V61S 15/08, publ. 2020).

Недостаток устройства тот же, что указан выше, поскольку остов тягового электродвигателя при опорно-осевом приводе расположен близко к оси колесной пары, что ограничивает пространство для размещения катушки.The disadvantage of the device is the same as mentioned above, since the skeleton of the traction motor with a support-axial drive is located close to the axis of the wheelset, which limits the space for placing the coil.

Наиболее близким к заявляемому является 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 моторно-осевыми подшипниками тягового электродвигателя, 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, 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 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, а расстояние от наружной поверхности катушки до центра вала тягового электродвигателя меньше, чем величина наружного радиуса индуктора (Патент РФ на полезную модель №208748, МПК В61С 15/08, публ. 2022).Closest to the claimed is a device for increasing the grip of the driving wheels of the locomotive with the rails, containing a magnetizing winding in the form of a coil of insulated wire connected to a power source by wires and mounted on the frame, the coil is placed between the motor-axial bearings of the traction motor, the coil frame is made made of non-magnetic material and fixedly fixed on the body of the traction motor along the axis of the wheel pair, and the gear wheel and the casing of the gearbox are connected to the axle of the wheel pair through a non-magnetic bushing, the stator of the traction motor is made in the form of two identical arcuate inductors, the length of each of which on the outer side is less than the length semicircles with a radius equal to the outer radius of the inductor, the ends of the inductors are connected to each other on the side opposite to the axis of the wheel pair, the housing of the traction motor has a recess at the location of the ends of the inductors remote from each other, closed yu casing, the coil frame is fixed on the housing of the traction motor with the help of a casing, and the distance from the outer surface of the coil to the center of the traction motor shaft is less than the value of the outer radius of the inductor (RF Patent for utility model No. 208748, IPC V61C 15/08, publ. 2022).

Недостаток устройства заключается в том, что при работе локомотива на участках пути, где сила тяги, требуемая для движения состава, может быть реализована без воздействия магнитного поля на контакт колеса с рельсом, пропускание тока по намагничивающей обмотке приводит к дополнительному расходу энергии за счет потерь в самой намагничивающей обмотке и вследствие дополнительного сопротивления движению от возникновения вихревых токов в движущихся деталях экипажной части, в которых создается магнитный поток.The disadvantage of the device lies in the fact that when the locomotive is operating on sections of the track where the traction force required for the movement of the train can be realized without the influence of a magnetic field on the contact of the wheel with the rail, the passage of current through the magnetizing winding leads to additional energy consumption due to losses in the magnetizing winding itself and due to additional resistance to movement from the occurrence of eddy currents in the moving parts of the undercarriage, in which a magnetic flux is created.

Известно, 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 (Лужнов Ю.М., Прунцев А.П. Влияние постоянного магнитного поля на трение твердых тел. - Труды МИИТ, 1974, вып. 467). Для более детального исследования влияния магнитного поля на коэффициент трения системы «металл-металл» были проведены испытания на специальных установках (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 (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).It is known that the coefficient of friction (adhesion) in the metal-metal contact, in addition to the physical properties of the friction pair, depends on the magnetic field strength in the contact patch and can be increased (Luzhnov Yu.M., Pruntsev A.P. Influence of a constant magnetic field on the friction of solid bodies - Proceedings of MIIT, 1974, issue 467). For a more detailed study of the influence of the magnetic field on the friction coefficient of the "metal-metal" system, tests were carried out on special installations (V.P. Tikhomirov, V.I. Vorobyov, D.V. Vorobyov, G.V. Bagrov, M.I. Borzenkov, I. A. Butrin, Modeling wheel-rail adhesion, Orel: OrelGTU, 2007, pp. 95-101. The test results showed that for the investigated models of steel-to-steel contact, when strong magnetic fields are created in the zone of their contact, it is possible to increase the coefficient of friction (adhesion) by more than 20%. At present, this phenomenon is explained, first of all, by the effect of magnetoplasticity, one of the main reasons for which is considered to be an increase in the mobility of dislocations under the influence of an external electromagnetic field under the influence of electron spins localized on defects in the crystal lattice (Poletaev V.A., Potemkin D.A. Energetic analysis of the influence of a magnetic field on the mechanical properties of steel / Bulletin of the Ivanovo State Power Engineering University (ISPU), 2007, No. 3, pp. 8-11).

Известно, что при движении локомотива без скольжения колес по рельсу вследствие конической формы колес диаметр левого и правого колеса в местах контакта их с рельсом оказывается различным в зависимости от случайного положения колесной пары в рельсовой колее в пределах зазора между рельсами и гребнями колес. Поскольку частота вращения левого и правого колеса колесной пары при одной и той же скорости поступательного движения колесной пары и разнице диаметров левого и правого колеса в месте касания их с рельсами будет различной, в оси колесной пары возникает крутящий момент, меняющийся случайным образом в зависимости от положения колесной пары в рельсовой колее, наличия поперечных неровностей пути, кривых участков пути и стрелочных переводов. При начале скольжения колесной пары по рельсу крутящий момент в оси становится постоянным, в связи с тем, что вследствие скольжения колес прекращается закручивание оси, вызванное разницей диаметра колес. При дальнейшем увеличении скорости скольжения колес по рельсу, в результате возникновения фрикционных автоколебаний, в оси колесной пары возникает переменный крутящий момент с частотой, близкой к частоте собственных колебаний левого и правого колеса колесной пары в противофазе (Лысак В.А. Крутильные колебания колесных пар локомотивов, возникающие при боксовании / В.А. Лысак // Исследования динамики локомотивов: тр. ВНИТИ. - Коломна, 1966. - Вып. 22. - С. 101-108).It is known that when the locomotive moves without wheels sliding along the rail, due to the conical shape of the wheels, the diameter of the left and right wheels at the points of their contact with the rail turns out to be different depending on the random position of the wheelset in the rail track within the gap between the rails and wheel flanges. Since the frequency of rotation of the left and right wheels of the wheelset at the same forward speed of the wheelset and the difference in the diameters of the left and right wheels at the point of contact with the rails will be different, a torque occurs in the axis of the wheelset, which varies randomly depending on the position wheel pair in a rail track, the presence of transverse track irregularities, curved track sections and turnouts. When the wheelset begins to slide along the rail, the torque in the axle becomes constant, due to the fact that due to the sliding of the wheels, the twisting of the axle, caused by the difference in the diameter of the wheels, stops. With a further increase in the speed of sliding of the wheels along the rail, as a result of the occurrence of friction self-oscillations, an alternating torque occurs in the axle of the wheelset with a frequency close to the frequency of natural oscillations of the left and right wheels of the wheelset in antiphase (Lysak V.A. Torsional vibrations of wheel sets of locomotives , arising during boxing / V. A. Lysak // Studies of the dynamics of locomotives: Proceedings of VNITI - Kolomna, 1966. - Issue 22. - P. 101-108).

Техническая проблема состоит в снижении расхода энергии на тягу поездов за счет регулирования силы тока в намагничивающей обмотке.The technical problem is to reduce the energy consumption for train traction by regulating the current strength in the magnetizing winding.

Техническая проблема достигается тем, что 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 моторно-осевыми подшипниками тягового электродвигателя, каркас катушки выполнен из немагнитного материала и неподвижно закреплен на корпусе тягового электродвигателя вдоль оси колесной пары, причем зубчатое колесо и кожух редуктора имеют возможность соединения с осью колесной пары через немагнитную втулку, 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 индуктора, концы индукторов соединены друг с другом со стороны, противоположной оси колесной пары, корпус тягового электродвигателя имеет выемку в месте расположения несомкнутых концов индукторов, закрытую кожухом, каркас катушки закреплен на корпусе тягового электродвигателя с помощью кожуха редуктора, а расстояние от наружной поверхности катушки до центра вала тягового электродвигателя меньше, чем величина наружного радиуса индуктора, дополнительно содержит два датчика продольных ускорений, размещенных на корпусах моторно-осевых подшипников и подключенных к блоку измерения разности сигналов, который через последовательно соединенные полосовой фильтр, выпрямитель и блок сравнения связан с блоком уставки и через логический элемент «ИЛИ», подключенный к блоку сравнения, связан с ключом, включенным между источником питания и катушкой, а блок измерения разности сигналов также связан с ключом через последовательно соединенные статистический анализатор сигналов и логический элемент «ИЛИ».The technical problem is achieved by the fact that the device for increasing the grip of the driving wheels of the locomotive with the rails, containing a magnetizing winding in the form of a coil of insulated wire, connected to a power source by wires and mounted on the frame, the coil is placed between the motor-axial bearings of the traction motor, coil frame made of non-magnetic material and fixedly fixed on the body of the traction motor along the axis of the wheel pair, and the gear wheel and the casing of the gearbox can be connected to the axis of the wheel pair through a non-magnetic bushing, the stator of the traction motor is made in the form of two identical arcuate inductors, the length of each of which is along the outer the side is less than the length of the semicircle with a radius equal to the outer radius of the inductor, the ends of the inductors are connected to each other from the side opposite to the axis of the wheelset, the housing of the traction motor has a recess at the location of the open ends of the inductors, closed by a casing, the frame of the coil is fixed on the housing of the traction motor with the help of the casing of the gearbox, and the distance from the outer surface of the coil to the center of the shaft of the traction motor is less than the value of the outer radius of the inductor, additionally contains two sensors of longitudinal accelerations placed on the housings of motor-axial bearings and connected to the block for measuring the signal difference, which is connected through a series-connected band-pass filter, a rectifier and a comparison block to the setting block and through the logical element "OR" connected to the comparison block, connected to the switch connected between the power source and the coil, and the block for measuring the signal difference is also connected to the key through a series-connected statistical signal analyzer and an "OR" logic element.

Технический результат заключается в снижении затрат энергии на тягу поездов за счет снижения расхода энергии на питание катушки и на преодоление дополнительного сопротивления движению, вызванного вихревыми токами, в движущихся частях экипажной части локомотива, в которых создается магнитный поток вследствие того, что ток подается в катушку только при появлении возможности боксования колес.The technical result consists in reducing the energy consumption for train traction by reducing the energy consumption for powering the coil and for overcoming the additional resistance to movement caused by eddy currents in the moving parts of the locomotive underbody, in which a magnetic flux is created due to the fact that the current is supplied to the coil only when there is a possibility of wheel boxing.

Сущность устройства поясняется следующими графическими материалами.The essence of the device is illustrated by the following graphic materials.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, на фиг. 2 - поперечное сечение тягового электродвигателя и оси колесной пары.In FIG. 1 shows a general view of a device for increasing the adhesion of the driving wheels of the locomotive with the rails, in Fig. 2 - cross section of the traction motor and the axle of the wheelset.

Устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами (фиг. 1) содержит намагничивающую обмотку 1 в виде катушки 2 из изолированного провода, подключенную к источнику 3 питания с помощью проводов 4 и установленную на каркасе 5. Катушка 2 размещена между моторно-осевыми подшипниками 6 тягового электродвигателя 7, размещенного в корпусе 8. Каркас 5 катушки 2 выполнен из немагнитного материала и неподвижно закреплен на корпусе 8 тягового электродвигателя 7 вдоль оси 9 колесной пары 10, причем зубчатое колесо 11 и кожух 12 редуктора, закрепленного на корпусе 8, соединены с осью 9 колесной пары 10 через немагнитную втулку 13, установленную на оси 9. Каркас 5 катушки 2 закреплен на корпусе 8 тягового электродвигателя 7 с помощью кожуха 14. Датчики 15 продольных ускорений размещены на корпусах моторно-осевых подшипников 6 и подключены к блоку 16 измерения разности сигналов, который через последовательно соединенные полосовой фильтр 17, выпрямитель 18 и блок 19 сравнения связан с блоком 20 уставки и через логический элемент 21 «ИЛИ», подключенный к блоку 19, связан с ключом 22, включенным между источником 3 питания и катушкой 2. Блок 16 измерения разности сигналов также связан с ключом 22 через последовательно соединенные статистический анализатор 23 сигналов и логический элемент 21 «ИЛИ».The device for increasing the adhesion of the driving wheels of the locomotive with the rails (Fig. 1) contains a magnetizing winding 1 in the form of a coil 2 of insulated wire connected to a power source 3 using wires 4 and mounted on the frame 5. The coil 2 is placed between the motor-axial bearings 6 traction motor 7 placed in the housing 8. The frame 5 of the coil 2 is made of non-magnetic material and is fixedly fixed on the housing 8 of the traction motor 7 along the axis 9 of the wheelset 10, and the gear wheel 11 and the casing 12 of the gearbox mounted on the housing 8 are connected to the axle 9 of the wheel pair 10 through a non-magnetic sleeve 13 mounted on the axle 9. The frame 5 of the coil 2 is fixed on the housing 8 of the traction motor 7 with the help of a casing 14. The longitudinal acceleration sensors 15 are placed on the housings of the motor-axial bearings 6 and are connected to the unit 16 for measuring the signal difference , which through series-connected band-pass filter 17, rectifier 18 and comparison unit 19 connected an with block 20 settings and through the logical element 21 "OR", connected to block 19, is connected with the key 22, connected between the power source 3 and the coil 2. Block 16 for measuring the signal difference is also connected with the key 22 through serially connected statistical signal analyzer 23 and logic element 21 "OR".

Статор 24 тягового электродвигателя 7 (фиг. 2) выполнен в виде двух одинаковых дугообразных индукторов 25. Длина каждого из индукторов 25 по наружной стороне равна L_И=πR_Иϕ/180, где R_И - радиус индуктора 25 по наружной стороне, а ϕ - угол между торцами индуктора 25 в градусах. Поскольку, ϕ<180°, то L_И меньше, чем длина полуокружности с радиусом, равным R_И, и два индуктора 25 вместе образуют лишь часть окружности. Концы индукторов 25 соединены друг с другом со стороны, противоположной оси 9 колесной пары 10, по линии В1В2, а противоположные концы индукторов 25 не сомкнуты друг с другом. Корпус 8 тягового электродвигателя 7 имеет выемку в месте расположения концов индукторов 25, удаленных друг от друга. Выемка закрыта кожухом 14. Расстояние L от наружной поверхности каркаса 5 катушки 2 до центра вала 26 тягового электродвигателя 7 меньше, чем величина R_И (радиус индуктора 25 по наружной стороне).The stator 24 of the traction motor 7 (Fig. 2) is made in the form of two identical arcuate inductors 25. The length of each of the inductors 25 on the outer side is equal to L _And =πR _And ϕ/180, where R _And is the radius of the inductor 25 on the outer side, and ϕ - the angle between the ends of the inductor 25 in degrees. Since, ϕ<180°, then L _And less than the length of a semicircle with a radius equal to R _And , and two inductors 25 together form only part of the circle. The ends of the inductors 25 are connected to each other from the side opposite the axis 9 of the wheelset 10, along the line B1B2, and the opposite ends of the inductors 25 are not closed to each other. The housing 8 of the traction motor 7 has a recess at the location of the ends of the inductors 25, remote from each other. The recess is closed by a casing 14. The distance L from the outer surface of the frame 5 of the coil 2 to the center of the shaft 26 of the traction motor 7 is less than the value R _And (the radius of the inductor 25 on the outer side).

Устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами работает следующим образом.A device for increasing the adhesion of the driving wheels of the locomotive with the rails works as follows.

При пропускании по катушке 2 тока от источника 3 питания возникает магнитный поток, проходящий через ось 9 колесной пары 10, оба колеса колесной пары 10 и рельсы (на рисунке не показаны), что приводит к изменению физико-механических свойств в зоне контакта металлических тел (колес с рельсами) и изменяет коэффициент сцепления колес с рельсами. Кожух 14 препятствует попаданию пыли и грязи внутрь тягового электродвигателя 7.When current is passed through the coil 2 from the power source 3, a magnetic flux occurs, passing through the axle 9 of the wheelset 10, both wheels of the wheelset 10 and rails (not shown in the figure), which leads to a change in the physical and mechanical properties in the contact zone of metal bodies ( wheels with rails) and changes the friction coefficient of wheels with rails. The casing 14 prevents dust and dirt from getting inside the traction motor 7.

Благодаря выполнению статора 24 тягового электродвигателя 7 в виде двух дугообразных индукторов 25, не сомкнутых друг с другом со стороны оси 9 колесной пары 10, и наличии в корпусе 8 тягового электродвигателя 7 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 передаточного отношения увеличить до размеров, при которых расстояние от наружной поверхности каркаса 5 катушки 2 до центра вала 26 тягового электродвигателя 7 меньше, чем величина радиуса индуктора 25 по наружной стороне, при числе пар полюсов больше, чем два, так как катушка 2 располагается в выемке.Due to the implementation of the stator 24 of the traction motor 7 in the form of two arcuate inductors 25, not closed to each other on the side of the axle 9 of the wheelset 10, and the presence in the housing 8 of the traction motor 7 recesses, it becomes possible to increase the magnetic flux passing through the wheels and rails, by increase in the outer diameter of the coil 2, since the outer diameter of the frame 5 of the coil 2, in contrast to the analogues discussed above, can be increased with the same value of the central traction drive and gear ratio to a size at which the distance from the outer surface of the frame 5 of the coil 2 to the center of the shaft 26 of the traction motor 7 is less than the value of the radius of the inductor 25 on the outer side, if the number of pole pairs is greater than two, since the coil 2 is located in the recess.

При движении локомотива по неровностям пути возникают продольные ускорения тягового электродвигателя 7, которые вызывают продольные ускорения на каждом из корпусов моторно-осевых подшипников 6 в виде периодических затухающих колебаний, совпадающих между собой по фазе. При этом в зависимости от положения колесной пары 10 в рельсовой колее, в оси 9 колесной пары 10 возникает крутящий момент, изменяющийся случайным образом, который вызывает угловые ускорения тягового электродвигателя 7, которые, в свою очередь, вызывают противоположно направленные продольные ускорения на каждом из корпусов моторно-осевых подшипников 6.When the locomotive moves along track irregularities, longitudinal accelerations of the traction motor 7 occur, which cause longitudinal accelerations on each of the housings of the motor-axial bearings 6 in the form of periodic damped oscillations that coincide with each other in phase. In this case, depending on the position of the wheelset 10 in the rail track, in the axis 9 of the wheelset 10 there is a torque that varies randomly, which causes angular accelerations of the traction motor 7, which, in turn, cause oppositely directed longitudinal accelerations on each of the housings. motor-axial bearings 6.

На каждом из выходов датчиков 15 продольных ускорений возникают сигналы, пропорциональные ускорениям на соответствующем корпусе моторно-осевого подшипника 6. Эти сигналы поступают на соответствующие входы блока 16 измерения разности сигналов, на выходе которого возникает сигнал, пропорциональный разности продольных ускорений на моторно-осевых подшипниках 6. Таким образом, сигналы от продольных ускорений, возникающих при движении локомотива по неровностям пути, вычитаются друг из друга в блоке 16 измерения разности сигналов, что уменьшает вероятность ложного срабатывания системы управления, а сигналы от противоположно направленных продольных ускорений, возникающих от случайно изменяющегося крутящего момента в оси 9 колесной пары 10, складываются. Результирующий сигнал с выхода блока 16 измерения разности сигналов поступает на входы статистического анализатора 23 сигналов и полосового фильтра 17. При отсутствии скольжения колесной пары 10 по рельсу крутящий момент в оси 9 колесной пары 10, обусловленный изменением положения колесной пары 10 в рельсовой колее, меняется медленно, величина продольных ускорений на моторно-осевых подшипниках 6, сигналов на входе блока 16 измерения разности сигналов и сигнала на выходе блока 16 измерения разности сигналов будет незначительна по сравнению с разностным сигналом от воздействия на тяговый электродвигатель 7 продольных ускорений, вызванных прохождением неровностей пути, в результате чего сигналы на выходах датчиков 15 продольных ускорений и выходе блока 16 измерения разности сигналов меняются случайным образом. Статистический анализатор 23 сигналов определяет дисперсию случайного сигнала, и, если она не ниже порогового значения, определенного в результате испытаний, на выходе статистического анализатора 23 сигналов, на входе элемента «ИЛИ» 21 и на входе ключа 22 не возникает сигнала, ключ 22 закрыт, и ток от источника 3 на катушку 2 не подается.On each of the outputs of the longitudinal acceleration sensors 15, signals appear that are proportional to the accelerations on the corresponding housing of the motor-axial bearing 6. These signals are fed to the corresponding inputs of the unit 16 for measuring the signal difference, at the output of which a signal appears that is proportional to the difference in longitudinal accelerations on the motor-axial bearings 6 Thus, the signals from the longitudinal accelerations that occur when the locomotive moves along track irregularities are subtracted from each other in block 16 for measuring the signal difference, which reduces the likelihood of a false operation of the control system, and the signals from oppositely directed longitudinal accelerations that arise from a randomly changing torque in the axle 9 of the wheelset 10 are folded. The resulting signal from the output of block 16 for measuring the signal difference is fed to the inputs of the statistical signal analyzer 23 and the band-pass filter 17. In the absence of sliding of the wheelset 10 along the rail, the torque in the axle 9 of the wheelset 10, due to the change in the position of the wheelset 10 in the rail track, changes slowly , the magnitude of the longitudinal accelerations on the motor-axial bearings 6, the signals at the input of the block 16 for measuring the difference of signals and the signal at the output of the block 16 for measuring the difference of the signals will be insignificant compared to the difference signal from the impact on the traction motor 7 of longitudinal accelerations caused by the passage of road irregularities, in as a result, the signals at the outputs of the longitudinal acceleration sensors 15 and the output of the block 16 for measuring the signal difference change randomly. The statistical signal analyzer 23 determines the dispersion of a random signal, and if it is not lower than the threshold value determined as a result of the tests, no signal occurs at the output of the statistical signal analyzer 23, at the input of the "OR" element 21 and at the input of the key 22, the key 22 is closed, and the current from the source 3 to the coil 2 is not supplied.

В случае начала проскальзывания колес по рельсу дисперсия продольных ускорений моторно-осевых подшипников 6 уменьшается, и на выходе статистического анализатора 23 сигналов появляется сигнал, который поступает на логический элемент «ИЛИ» 21 и с выхода последнего на ключ 22. Ключ 22 открывается и подает ток от источника 3 питания на катушку 2, возникает магнитный поток, проходящей через ось 9 колесной пары 10, оба колеса колесной пары 10 и рельсы, что приводит к изменению физико-механических свойств в зоне контакта металлических тел (колес с рельсами) и повышает коэффициент сцепления колес с рельсами.In the event that the wheels start to slip along the rail, the dispersion of longitudinal accelerations of the motor-axial bearings 6 decreases, and a signal appears at the output of the statistical analyzer 23 of the signals, which is fed to the logical element "OR" 21 and from the output of the latter to the key 22. The key 22 opens and supplies current from the power source 3 to the coil 2, there is a magnetic flux passing through the axle 9 of the wheelset 10, both wheels of the wheelset 10 and rails, which leads to a change in the physical and mechanical properties in the contact zone of metal bodies (wheels with rails) and increases the adhesion coefficient wheels with rails.

В случае внезапного ухудшения условий сцепления колес с рельсами скольжение колес по рельсу возрастает, возникают фрикционные автоколебания, которые приводят к периодическим изменениям крутящего момента в оси 9, периодическим продольным ускорениям моторно-осевых подшипников 6 и находящимся в противофазе по отношению друг к другу. На выходах датчиков 15 продольных ускорений появляются периодически изменяющиеся сигналы, которые находятся в противофазе по отношению друг к другу и по этой причине суммируются в блоке 16 измерения разности сигналов. Периодически изменяющийся сигнал с выхода блока 16 измерения разности сигналов поступает на вход полосового фильтра 17, который пропускает только сигнал с частотой, соответствующей частоте собственных колебаний колесной пары 10, во избежание ложных срабатываний устройства. Сигнал с выхода полосового фильтра 17 выпрямляется выпрямителем 18 и поступает на вход блока 19 сравнения, на другой вход которого поступает сигнал от блока уставки 20, величина которого определяется на основании результатов испытаний. Если величина сигнала с выхода выпрямителя 18 больше величины сигнала с выхода блока 20 уставки, на выходе блока 19 сравнения появляется сигнал, который поступает на логический элемент 21 «ИЛИ» и с выхода последнего на ключ 22. Ключ 22 открывается и подает ток от источника 3 питания на катушку 2, возникает магнитный поток, проходящей через ось 9 колесной пары 10, оба колеса колесной пары 10 и рельсы, что приводит к изменению физико-механических свойств в зоне контакта металлических тел (колес с рельсами) и повышает коэффициент сцепления колес с рельсами.In the event of a sudden deterioration in the conditions of adhesion of the wheels to the rails, the slip of the wheels along the rail increases, friction self-oscillations occur, which lead to periodic changes in the torque in the axis 9, periodic longitudinal accelerations of the motor-axial bearings 6 and are in antiphase with respect to each other. At the outputs of the longitudinal acceleration sensors 15, periodically changing signals appear, which are in antiphase with respect to each other and for this reason are summarized in block 16 for measuring the difference of signals. A periodically changing signal from the output of the block 16 for measuring the difference of signals is fed to the input of the bandpass filter 17, which passes only a signal with a frequency corresponding to the natural frequency of the wheelset 10, in order to avoid false alarms of the device. The signal from the output of the bandpass filter 17 is rectified by the rectifier 18 and fed to the input of the comparison unit 19, the other input of which receives the signal from the setting unit 20, the value of which is determined based on the test results. If the value of the signal from the output of the rectifier 18 is greater than the value of the signal from the output of the block 20 of the setting, the output of the block 19 of the comparison is a signal that goes to the logic element 21 "OR" and from the output of the latter to the key 22. The key 22 opens and supplies current from the source 3 power supply to the coil 2, there is a magnetic flux passing through the axle 9 of the wheelset 10, both wheels of the wheelset 10 and rails, which leads to a change in the physical and mechanical properties in the contact zone of metal bodies (wheels with rails) and increases the coefficient of adhesion of wheels to rails .

Claims

A device for increasing the adhesion of driving wheels of a locomotive with rails, comprising a magnetizing winding in the form of a coil of insulated wire connected to a power source by wires and mounted on a frame, the coil is placed between the motor-axial bearings of the traction motor, the coil frame is made of non-magnetic material and is stationary fixed on the body of the traction motor along the axis of the wheel pair, and the gear wheel and the casing of the gearbox can be connected to the axle of the wheel pair through a non-magnetic sleeve, the stator of the traction motor is made in the form of two identical arcuate inductors, the length of each of which on the outer side is less than the length of a semicircle with a radius equal to the outer radius of the inductor, the ends of the inductors are connected to each other from the side opposite to the axis of the wheelset, the housing of the traction motor has a recess at the location of the open ends of the inductors, closed by a casing, the frame of the coil is fixed n on the housing of the traction motor with the help of a gearbox casing, and the distance from the outer surface of the coil to the center of the traction motor shaft is less than the value of the outer radius of the inductor, characterized in that it additionally contains two sensors of longitudinal accelerations placed on the housings of the motor-axial bearings and connected to the block for measuring the signal difference, which is connected through a series-connected band-pass filter, a rectifier and a comparison block to the setting block and through the logical element "OR" connected to the comparison block, connected to the switch connected between the power source and the coil, and the block for measuring the signal difference is also connected to the key through a series-connected statistical signal analyzer and an "OR" logic element.