RU2405696C1

RU2405696C1 - Device to increase adhesion between locomotive wheels and rails

Info

Publication number: RU2405696C1
Application number: RU2009132121/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Попов (RU); Владимир Александрович Попов; Юрий Михайлович Лужнов (RU); Юрий Михайлович Лужнов
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2010-12-10

Abstract

FIELD: transport. ^ SUBSTANCE: invention relates to railroad transport and particularly to device intended for increasing adhesion between locomotive wheels and rails. Wheel pairs with sliding contacts are mechanically coupled with traction motors and electrically isolated from the other elements of car truck to produce, together with rails, short-circuited electric circuit with respect to current source output. Multichannel electric current source features galvanically isolated channels with adjustable output current. Each wheel pair produces, together with rails, short-circuited electric circuit via separate output of multichannel current source, while said current source varies currents in short-circuited circuits of rails and wheels with rpm of locomotive wheels. ^ EFFECT: higher reliability and safety. ^ 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам повышения тяговых и тормозных усилий локомотива за счет повышения коэффициента сцепления колес локомотива с рельсами, и может быть использовано в системах тягового электропривода локомотивов.The invention relates to rail vehicles, in particular to devices for increasing the traction and braking forces of a locomotive by increasing the coefficient of adhesion of the wheels of a locomotive with rails, and can be used in traction electric drive systems of locomotives.

Известно устройство для повышения коэффициента сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее тяговые электродвигатели постоянного тока с якорями и последовательными обмотками возбуждения, колесные пары, механически связанные с тяговыми электродвигателями, тяговый генератор, якорь которого подсоединен к обмоткам возбуждения электродвигателей, блок сравнения потенциалов, подключенный к тяговым электродвигателям в точках соединения якорей с обмотками возбуждения, канал системы возбуждения генератора и реле боксования, имеющее электрические связи с блоком сравнения потенциалов и каналом системы возбуждения генератора, при этом в случае возникновения боксования одной из колесных пар появляется разность электрических потенциалов точек соединения якорей тяговых электродвигателей с обмотками возбуждения, приводящая к срабатыванию реле боксования, которое посредством канала системы возбуждения тягового генератора снижает его мощность и силу тяги локомотива, обеспечивая прекращение боксования, при этом к точкам соединения якорей тяговых электродвигателей с обмотками возбуждения через скользящие контакты подключены колесные пары, которые вместе с рельсами образуют по отношению к указанным точкам соединения короткозамкнутую электрическую цепь, а реле боксования обеспечено выдержкой времени на срабатывание, при этом скользящие контакты и колесные пары снабжены электрической изоляцией от других элементов конструкции тележки локомотива (патент RU №2281216, кл. В61С 15/08, 2006 г.).A device is known for increasing the coefficient of adhesion of the driving wheels of a locomotive with rails, comprising DC traction motors with anchors and series field windings, wheel pairs mechanically connected to traction motors, a traction generator whose anchor is connected to the field windings of electric motors, a potential comparison unit connected to traction electric motors at the points of connection of the anchors with the field windings, the channel of the generator excitation system and the box relay, and which has electrical connections with the potential comparison unit and the channel of the generator excitation system, and in the case of blocking of one of the wheelsets, a difference in the electric potentials of the connection points of the anchors of the traction electric motors with the excitation windings appears, which leads to the operation of the box relay, which reduces the channel of the traction generator excitation system its power and traction force of the locomotive, ensuring the cessation of boxing, while to the connection points of the anchors of the traction electric motor Firs with field windings are connected through sliding contacts by wheel pairs, which together with the rails form a short-circuited electric circuit with respect to the indicated connection points, and the blocking relay is provided with a delayed response time, while the sliding contacts and wheel pairs are electrically isolated from other elements of the truck structure locomotive (patent RU No. 2281216, class B61C 15/08, 2006).

Недостатком известного устройства является невозможность одновременного увеличения величин коэффициента сцепления каждой колесной пары локомотива в зависимости от величины их относительного скольжения, поскольку по способу срабатывания известное устройство включает подвод электрического тока в зону контактирования одной боксующей колесной пары с рельсами при срабатывании реле боксования. При этом снижается мощность и сила тяги тепловоза за счет алгоритма работы системы возбуждения тягового генератора в силу ограниченной мощности дизель-генератора.A disadvantage of the known device is the impossibility of simultaneously increasing the coefficient of adhesion of each wheel pair of a locomotive depending on the magnitude of their relative slip, since the known device includes a current supply to the contact zone of one boxing wheel pair with rails when the boxing relay is activated. At the same time, the locomotive's power and traction are reduced due to the operation algorithm of the traction generator excitation system due to the limited power of the diesel generator.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является устройство для повышения коэффициента сцепления ведущей колесной пары тепловоза с рельсами, содержащее колесную пару, источник электрического тока - аккумуляторную батарею, датчик скорости (частоты вращения) колесной пары, блок сравнения, вход которого соединен с выходом датчиков скоростей скольжения колесной пары, при этом колесная пара снабжена скользящими контактами, при этом устройство снабжено прижимными роликами, попарно электрически связанными друг с другом, регулятором тока, силовым контактором и датчиком скорости тепловоза, выход которого подключен к входу блока сравнения, соединенного с регулятором тока, причем прижимные ролики опираются на рельсы и образуют вместе с рельсами, регулятором тока и колесной парой со скользящими контактами короткозамкнутую электрическую цепь (патент RU №2340491, кл. В61С 15/00, 2008 г.).The closest technical solution adopted as a prototype is a device for increasing the adhesion coefficient of a driving wheel pair of a diesel locomotive with rails, containing a wheel pair, an electric current source - a storage battery, a wheel pair speed (speed) sensor, a comparison unit, the input of which is connected to the output of the speed sensors sliding wheelset, while the wheelset is equipped with sliding contacts, while the device is equipped with pressure rollers, pairwise electrically connected to each other with another, a current regulator, a power contactor and a locomotive speed sensor, the output of which is connected to the input of the comparison unit connected to the current regulator, and the pressure rollers rest on the rails and form a short-circuited electric circuit together with the rails, the current regulator and the wheel pair with sliding contacts ( RU patent No. 2340491, class B61C 15/00, 2008).

Недостатком известного устройства является наличие опирающихся на рельсы прижимных роликов, служащих для передачи рабочего тока устройства и усложняющих конструкцию ходовой части тепловоза, что приводит к снижению надежности и безопасности движения, отсутствие индивидуального регулирования коэффициента сцепления каждой колесной пары снижает эффективность работы устройства.A disadvantage of the known device is the presence of pressure rollers resting on the rails, which serve to transmit the operating current of the device and complicate the design of the locomotive chassis, which reduces the reliability and safety of movement, the lack of individual regulation of the adhesion coefficient of each wheel pair reduces the efficiency of the device.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности работы локомотива во всем диапазоне скоростей движения в режимах тяги и торможения за счет увеличения коэффициента сцепления каждой колесной пары локомотива в зависимости от частоты вращения путем внешнего теплового воздействия электрическим током на полидисперсные слои поверхностных загрязнений в зонах контактирования всех колес и рельсов и повышение безопасности движения за счет исключения прижимных роликов.The technical result of the invention is to increase the efficiency and reliability of the locomotive in the entire range of speeds in traction and braking modes by increasing the adhesion coefficient of each wheel pair of the locomotive, depending on the speed, by external thermal exposure to electric polydisperse layers of surface contamination in the contact zones of all wheels and rails and improving traffic safety by eliminating pinch rollers.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для повышения коэффициента сцепления колес локомотива с рельсами, содержащее тяговые электродвигатели, источник электрического тока, колесные пары со скользящими контактами, механически связанные с валами тяговых электродвигателей, электрически изолированные от других элементов тележки и образующие по отношению к выходу источника электрического тока и рельсам короткозамкнутую электрическую цепь, датчики частот вращения колесных пар, блок сравнения частот вращения колесных пар, блок управления источником электрического тока, источник электрического тока выполнен многоканальным с гальванически развязанными между собой каналами и регулируемыми по величине выходными электрическими токами; каждая колесная пара образует короткозамкнутую электрическую цепь с рельсами через отдельный выход многоканального источника электрического тока, а многоканальный источник электрического тока изменяет величины токов в короткозамкнутых цепях колес и рельсов прямо пропорционально величинам частоты вращения каждой колесной пары локомотива.The specified technical result is achieved in that the device for increasing the coefficient of adhesion of the wheels of the locomotive with the rails, containing traction motors, an electric current source, wheel pairs with sliding contacts, mechanically connected to the shafts of the traction motors, electrically isolated from other elements of the truck and forming in relation to the output a source of electric current and rails, a short-circuited electric circuit, wheel speed sensors, a unit for comparing rotation frequencies of esnyh steam source control unit of the electric current, the electric current source is made with a multichannel galvanically isolated channels and adjustable largest output electric currents; each wheel pair forms a short-circuited electric circuit with rails through a separate output of a multi-channel electric current source, and a multi-channel electric current source changes the currents in the short-circuited chains of wheels and rails in direct proportion to the speed of each locomotive wheel pair.

На чертеже представлена блок-схема устройства для повышения коэффициента сцепления колес локомотива с рельсами.The drawing shows a block diagram of a device for increasing the coefficient of adhesion of the wheels of a locomotive with rails.

Устройство для повышения коэффициента сцепления колес локомотива с рельсами содержит тяговые электродвигатели 1, многоканальный источник электрического тока 2, колесные пары 3 со скользящими контактами 4, механически связанные с валами 5 тяговых электродвигателей 1, электрически изолированные от других элементов тележки (на чертеже не показано) и образующие по отношению к выходным каналам 6 многоканального источника электрического тока 2 и рельсам 7 короткозамкнутую электрическую цепь 8. Устройство также содержит датчики 9 частот вращения колесных пар 3, механически связанные с осями колесных пар 3 и имеющие связь с блоком 10 сравнения частот вращения колесных пар 3, соединенным с блоком управления 11 многоканального источника электрического тока 2.A device for increasing the coefficient of adhesion of the wheels of a locomotive with rails contains traction motors 1, a multi-channel electric current source 2, wheel pairs 3 with sliding contacts 4, mechanically connected to the shafts 5 of the traction motors 1, electrically isolated from other elements of the truck (not shown) and forming in relation to the output channels 6 of the multichannel source of electric current 2 and the rails 7 a short-circuited electric circuit 8. The device also contains sensors 9 of rotation frequencies wheelsets 3 mechanically connected with the axes of wheel pairs 3 and having connection with the block 10 comparing the rotational frequencies wheelsets 3 connected to the multi-channel electric current source control unit 11 February.

Каждая колесная пара 3 образует короткозамкнутую электрическую цепь 8 с рельсами 7 через отдельный выходной канал 6 многоканального источника электрического тока 2. При этом многоканальный источник электрического тока 2 по сигналам датчиков 9 частот вращения колесных пар 3, управляющим блоком управления 11, многоканальным источником электрического тока 2 изменяет величины выходных токов в короткозамкнутых цепях 8 колесных пар 3 и рельсов 7 прямо пропорционально величинам частоты вращения каждой колесной пары 3 локомотива. Выходные каналы 6 регулируемого многоканального источника электрического тока 2 соединены гальванически развязанными между собой короткозамкнутыми электрическими цепями 8 со скользящими контактами 4 каждой колесной пары 3, колесными парами 3 и рельсами 7.Each wheel pair 3 forms a short-circuited electric circuit 8 with rails 7 through a separate output channel 6 of a multi-channel electric current source 2. In this case, the multi-channel electric current 2 is supplied by the sensors 9 of the rotational speeds of the wheel pairs 3, the control unit 11, the multi-channel electric current source 2 changes the values of the output currents in the short-circuited circuits 8 of the wheel pairs 3 and the rails 7 in direct proportion to the speed values of each wheel pair 3 of the locomotive. The output channels 6 of an adjustable multichannel source of electric current 2 are connected galvanically decoupled by short-circuited electric circuits 8 with sliding contacts 4 of each wheel pair 3, wheel pairs 3 and rails 7.

Для обеспечения необходимых защитных функций и возможности прохождения независимых друг от друга токов от многоканального источника электрического тока 2 через контактирующие участки поверхностей колес колесных пар 3 и рельсов 7 колесные пары 3 изолированы от других элементов конструкции тележек локомотива электроизолирующими втулками под буксовыми подшипниками и ведомыми зубчатыми колесами (на чертеже не показано).To ensure the necessary protective functions and the possibility of passing independent from each other currents from a multi-channel electric current source 2 through the contacting sections of the surfaces of the wheels of the wheelsets 3 and rails 7, the wheelsets 3 are isolated from other structural elements of the locomotive bogies with electrical insulating bushings under axlebox bearings and driven gears ( not shown in the drawing).

В качестве скользящих контактов 4 использованы индивидуальные для каждой колесной пары 3 буксовые токосъемники (на чертеже не показано), имеющие собственную электрическую изоляцию от других элементов тележек локомотива.As sliding contacts 4, box-type current collectors (not shown), individual for each wheel pair 3, are used, which have their own electrical isolation from other elements of the locomotive bogies.

Устройство работает следующим образомThe device operates as follows

При работе локомотива каждая колесная пара 3 имеет свою собственную частоту вращения, определяемую не только системой управления локомотива, но и фрикционными свойствами контактирующих поверхностей колес колесных пар 3 и рельсов 7. Датчики 9 частоты вращения колесных пар 3 передают свои сигналы в блок 10 сравнения частот вращения колесных пар 3, который формирует сигналы управления токами выходных каналов 6 источника 2 электрического тока. Каждый выходной канал 6 многоканального источника 2 электрического тока формирует постоянный ток, пропорциональный частоте вращения каждой колесной пары 3, который через скользящие контакты 4 и контактирующие с рельсами 7 поверхности колесных пар 3 образует короткозамкнутые электрические цепи. Ток каждого выходного канала 6 источника 2 электрического тока, протекающий через зону контакта колеса колесных пар 3 с рельсом 7, разогревает слой поверхностных полидисперсных загрязнений колеса колесных пар 3 и рельса 7 в зоне контакта, что приводит к изменению фрикционных свойств контактирующих тел из-за разрушения и изменения структуры слоя загрязнений и, соответственно, к повышению величины физического коэффициента трения колеса и рельса.When the locomotive is operating, each wheelset 3 has its own rotation frequency, determined not only by the locomotive control system, but also by the frictional properties of the contacting surfaces of the wheels of the wheelsets 3 and the rails 7. The sensors 9 of the wheelsets 3 rotational speeds transmit their signals to the speed comparison unit 10 wheel pairs 3, which generates current control signals of the output channels 6 of the electric current source 2. Each output channel 6 of the multi-channel source of electric current 2 generates a direct current proportional to the frequency of rotation of each wheel pair 3, which through the sliding contacts 4 and the surfaces of the wheel pairs 3 in contact with the rails 7 forms short-circuited electric circuits. The current of each output channel 6 of the electric current source 2, flowing through the contact zone of the wheelset of the wheelset 3 with the rail 7, heats the layer of surface polydisperse pollution of the wheels of the wheelsets 3 and the rail 7 in the contact zone, which leads to a change in the frictional properties of the contacting bodies due to destruction and changes in the structure of the pollution layer and, accordingly, to increase the physical coefficient of friction of the wheel and rail.

Воздействие на зоны контакта отдельных колесных пар 3 локомотива и рельсов 7 независимыми друг от друга регулируемыми электрическими токами на полидисперсные слои поверхностных загрязнений в зонах контактирования всех колесных пар 3 и рельсов 7 позволяет увеличить коэффициент сцепления колес колесных пар 3 и рельсов 7, повысить эффективность и надежность работы локомотива во всем диапазоне скоростей его движения в режимах тяги и торможения, а исключение прижимных роликов позволяет повысить безопасность движения локомотива.The impact on the contact zones of individual wheelsets 3 of the locomotive and rails 7 with independently regulated electric currents on polydisperse layers of surface contamination in the contact zones of all wheelsets 3 and rails 7 allows to increase the coefficient of adhesion of wheels of wheelsets 3 and rails 7, to increase efficiency and reliability the work of the locomotive in the entire range of speeds of its movement in the modes of traction and braking, and the exclusion of pressure rollers can improve the safety of the locomotive.

Claims

1. A device for increasing the coefficient of adhesion of the wheels of a locomotive with rails, containing traction motors, an electric current source, wheel pairs with sliding contacts, mechanically connected to the shafts of the traction electric motors, electrically isolated from other elements of the cart and forming relative to the output of the electric current source and the rails short-circuited electric circuit, wheel pair speed sensors, wheel pair speed comparison unit, electric source control unit about current, characterized in that the electric current source is multi-channel with galvanically isolated channels and adjustable output electric currents.

2. The device according to claim 1, characterized in that each wheelset forms a short-circuited electric circuit with rails through a separate output of a multi-channel electric current source.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the multichannel source of electric current is configured to change the magnitude of the currents in the short-circuited chains of wheels and rails in direct proportion to the speed of each wheel pair of the locomotive.