RU2621828C2

RU2621828C2 - Railway wheelset with controlled differential

Info

Publication number: RU2621828C2
Application number: RU2015126878A
Authority: RU
Inventors: Максим Владимирович Семеноженков; Владимир Степанович Семеноженков
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2017-06-07
Also published as: RU2015126878A

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: railway mounted axles with a controlled differential comprise a axles and two wheels, one of which is pressed onto the axle. On the axle, two grooves are made in which two terminals with sectional hubs are fastened. The second wheelset is fastened on the axle with ability of rotatataion and interaction with the terminals. On both sides of the hub of the second wheel, seals are fastened with the ability to interact with the axle. In the gap between the hub of the second wheel and the wheelset axle there is ferromagnetic fluid. The hub of the second wheel is covered by a solenoid, which is connected to the power source and electrically connected with the control system.

EFFECT: increased reliability of the wheelset.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях транспортных средств, а именно в конструкциях вагонов, локомотивов и других средств железнодорожного транспорта.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the construction of vehicles, namely in the design of cars, locomotives and other means of railway transport.

Известны конструкции колесных пар железнодорожного транспорта, среди которых наиболее распространены конструкции с напрессованными на ось колесами (Лукин В.В., Анисимов П.С., Федосеев Ю.П. Вагоны. Общий курс. М.: Маршрут. 2004. 424 с.). В прямых участках пути такая конструкция обеспечивает устойчивое взаимодействие колесных пар с рельсами и управляемость подвижного состава. При поворотах в кривых участках железнодорожных путей гребни колес взаимодействуют с боковыми гранями рельсов и происходит изменение направления движения транспортного средства. Равенство угловых перемещений колес при существенной разнице необходимых линейных перемещений колес одной колесной пары в кривых участках железнодорожных путей приводит к геометрическому скольжению одного из колес по рельсу. Иными словами, в этом случае происходит проскальзывание одного из колес пары по рельсу, что усиливает изнашивание гребней колес и рельс, повышает необходимую силу для перемещения вагонов, приводит к существенному росту затрат энергии, а также шума, производимого транспортными средствами. Для уменьшения износа гребней и снижения сил сопротивления движению вагона применяют смазывание рельсов (Лукин В.В., Анисимов П.С., Федосеев Ю.П. Вагоны. Общий курс. М.: Маршрут. 2004. 424 с.), что дает незначительный эффект.There are known constructions of wheelsets of railway transport, among which the most common are designs with wheels pressed onto the axle (Lukin V.V., Anisimov P.S., Fedoseev Yu.P. Wagons. General course. M .: Route. 2004. 424 p. ) In direct sections of the track, this design provides a stable interaction of wheel pairs with rails and the controllability of rolling stock. When cornering in curved sections of railway tracks, wheel flanges interact with the side faces of the rails and a change in the direction of movement of the vehicle occurs. The equality of the angular displacements of the wheels with a significant difference in the necessary linear displacements of the wheels of one wheel pair in the curved sections of the railway leads to the geometric sliding of one of the wheels along the rail. In other words, in this case, one of the wheels of the pair slides along the rail, which increases the wear of the wheel flanges and the rail, increases the necessary force for moving the cars, leads to a significant increase in energy costs, as well as noise produced by vehicles. To reduce the wear of the ridges and reduce the forces of resistance to the movement of the car, rail lubrication is used (Lukin V.V., Anisimov P.S., Fedoseyev Yu.P. Wagons. General course. M .: Route. 2004. 424 p.), Which gives slight effect.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является экипаж рельсового транспортного средства (Патент №2491195 промышленный вагон с дифференциальными колесными парами). Одно колесо такого промышленного вагона закреплено на оси с возможностью вращения, что обеспечивает независимое угловое перемещение колес. Это дает движение экипажа по кривым участкам пути без геометрического скольжения колес по рельсам. Техническим результатом такого решения является уменьшение износа гребней колес и рельс, снижение силы сопротивления движению, сокращение затрат на ремонт колес и текущее содержание пути. Однако при движении транспортного средства с независимо вращающимися колесами по прямолинейным участкам пути или по участкам с большим радиусом кривых на больших скоростях будут наблюдаться хаотичные перемещения колесных пар в поперечном направлении движения экипажа, что приведет к повышенному износу гребней, увеличению потребной тяговой силы, возрастанию вероятности схода и другим негативным последствиям (Лукин В.В., Анисимов П.С., Федосеев Ю.П. Вагоны. Общий курс. М.: Маршрут. 2004. 424 с). Практика эксплуатации железнодорожного транспорта показала, что в условиях движения по прямолинейным участкам пути на скоростях более 50 км/ч для обеспечения управляемости подвижного состава необходимо использование монолитных колесных пар.The closest in technical essence to the proposed technical solution is the crew of a rail vehicle (Patent No. 2491195 industrial car with differential wheel pairs). One wheel of such an industrial carriage is rotatably mounted on an axis, which provides independent angular movement of the wheels. This allows the crew to move along the curved sections of the track without the geometric sliding of the wheels along the rails. The technical result of this solution is to reduce the wear of wheel flanges and rails, reduce the resistance to movement, reduce the cost of repairing the wheels and maintaining the track. However, when a vehicle with independently rotating wheels moves along straight sections of the track or along sections with a large radius of curves at high speeds, chaotic movements of wheel pairs in the transverse direction of the crew’s movement will be observed, which will lead to increased wear of the ridges, an increase in the required traction force, and an increase in the likelihood of descent and other negative consequences (Lukin V.V., Anisimov P.S., Fedoseev Yu.P. Wagons. General course. M.: Route. 2004. 424 s). The practice of operating railway transport has shown that in conditions of movement along straight sections of the track at speeds of more than 50 km / h, monolithic wheelsets are required to ensure the manageability of rolling stock.

Изобретение направлено на повышение надежности дифференциальной колесной пары за счет обеспечения управляемости дифференциалом, что достигается тем, что колесная пара содержит ось, одно колесо пары напрессовано на ось, а второе укреплено на оси с возможностью углового перемещения и взаимодействия с упорами, укрепленными на оси по обе стороны ступицы второго колеса, а в зазоре между ступицей второго колеса и осью колесной пары содержится магнитореологическая жидкость (далее, ферромагнитная жидкость), при этом ступица второго колеса охвачена соленоидом, который подключен к источнику тока и электрически связан с системой управления.The invention is aimed at improving the reliability of the differential wheelset by providing differential control, which is achieved by the fact that the wheelset contains an axis, one wheel of the pair is pressed onto the axis, and the second is mounted on the axis with the possibility of angular movement and interaction with stops fixed on both axles side of the hub of the second wheel, and in the gap between the hub of the second wheel and the axis of the wheelset contains magnetorheological fluid (hereinafter, ferromagnetic fluid), while the hub of the second wheel ohv Chen solenoid, which is connected to the power supply and electrically connected to the control system.

Такая компоновка позволяет реализовать независимое вращение колес колесных пар при движении в кривых участках железнодорожных путей и совместное вращение с осью обоих колес колесной пары при движении по прямолинейным участкам и участкам с большими радиусами кривизны.This arrangement allows for the independent rotation of the wheels of the wheelsets when moving in the curved sections of the railway tracks and the joint rotation with the axis of both wheels of the wheelsets when moving in straight sections and areas with large radii of curvature.

Конструкция управляемой дифференциальной колесной пары показана на фиг. 1, 2.The construction of the steered differential wheel set is shown in FIG. 12.

В состав конструкции колесной пары входит ось 1, на один конец которой напрессовано колесо 2. На другом конце оси 1 выполнены проточки 3, 4, между которыми установлено с возможностью вращения на оси колесо 5. Ступицу колеса 5 охватывает соленоид 6, который укреплен в каркасе 7, прикрепленном к тележке (на фиг. не показана). В проточках 3, 4 укреплены упоры в виде клемм 8, 9 (фиг. 2) с разъемными ступицами. По обе стороны ступицы колеса 5 укреплены уплотнения 10, 11 с возможностью взаимодействия с осью 1.The structure of the wheelset includes an axis 1, a wheel 2 is pressed onto one end of the wheel 2. Grooves 3, 4 are made at the other end of the axis 1, between which the wheel 5 is mounted for rotation on the axis. The wheel hub 5 is covered by a solenoid 6, which is mounted in the frame 7 attached to the trolley (not shown in FIG.). In grooves 3, 4, stops are fixed in the form of terminals 8, 9 (Fig. 2) with detachable hubs. On both sides of the wheel hub 5, seals 10, 11 are reinforced with the possibility of interaction with the axis 1.

Железнодорожный экипаж с дифференциальными колесными парами работает следующим образом. При движении по прямому участку пути на соленоид 6 подается напряжение, и он генерирует магнитное поле, под воздействием которого вязкость магнитной жидкости увеличивается до необходимого уровня (вплоть до твердого состояния) и колесо 5 присоединяется к оси 1 и начинает вращаться с ней совместно. Колесная пара в этом случае работает как монолитная конструкция традиционного исполнения. При движении экипажа по криволинейному участку железнодорожного пути по сигналам от путевых датчиков системы управления (это может быть и управляющее воздействие машиниста) соленоид 6 отключается от источника тока, исчезает магнитное поле, уменьшается вязкость магнитной жидкости и она выполняет функцию смазки. Вытеканию ферромагнитной жидкости будут препятствовать уплотнения 10, 11. Колесо 5 может вращаться на оси 1. Расстояния, проходимые колесами 2 и 5 колесной пары, равно как и углы их поворота, отличаются. В этих условиях будет происходить некоторое проскальзывание колеса 5 относительно оси 1 на угол, равный разнице углов поворота колес 2 и 5. Осевому смещению колеса 5 будут препятствовать клеммы 8 и 9.The railway crew with differential wheelsets works as follows. When moving along a straight section of the path, voltage is applied to the solenoid 6, and it generates a magnetic field, under the influence of which the viscosity of the magnetic fluid increases to the required level (up to a solid state) and the wheel 5 joins the axis 1 and starts to rotate together with it. Wheel pair in this case works as a monolithic construction of a traditional design. When the crew moves along a curved section of the railway track according to signals from the track sensors of the control system (this may also be the control action of the driver), the solenoid 6 is disconnected from the current source, the magnetic field disappears, the viscosity of the magnetic fluid decreases and it performs the function of lubrication. The outflow of the ferromagnetic fluid will be prevented by the seals 10, 11. The wheel 5 can rotate on the axis 1. The distances traveled by the wheels 2 and 5 of the wheelset, as well as the angles of rotation, are different. Under these conditions, there will be some slippage of the wheel 5 relative to the axis 1 by an angle equal to the difference in the angles of rotation of the wheels 2 and 5. The axial displacement of the wheel 5 will be prevented by the terminals 8 and 9.

Несмотря на название, ферромагнитные жидкости не проявляют ферромагнитных свойств, поскольку не сохраняют остаточной намагниченности после исчезновения внешнего магнитного поля. Это позволяет изменять ее состояние несколько сот раз в секунду (Магнитные жидкости в машиностроении / Орлов Д.В., Михалев Ю.О., Мышкин Н.К. и др.: под общ. ред. Д.В. Орлова, В.В. Подгоркова. - М.: Машиностроение. 1993. 269 с.), что показывает высокую управляемость предлагаемого технического решения.Despite the name, ferromagnetic fluids do not exhibit ferromagnetic properties, since they do not retain residual magnetization after the disappearance of an external magnetic field. This allows you to change its state several hundred times per second (Magnetic fluids in mechanical engineering / Orlov D.V., Mikhalev Yu.O., Myshkin N.K. et al .: edited by D.V. Orlov, V. V. Podgorkova. - M .: Engineering. 1993. 269 p.), Which shows the high controllability of the proposed technical solution.

Процесс торможения в конструкции экипажа с дифференциальными колесными парами не изменяется и аналогичен процессу торможения известных конструкций железнодорожных транспортных средств. Если в конструкции вагонов используются дисковые тормоза, то торможение необходимо производить при включенном соленоиде.The braking process in the design of the crew with differential wheelsets does not change and is similar to the braking process of known structures of railway vehicles. If disc brakes are used in the design of cars, braking must be done when the solenoid is on.

При использовании железнодорожных транспортных средств с дифференциальными колесными парами в результате исключения скольжения колес по рельсу и уменьшения поперечных сил давления колес на рельсы значительно повысится стойкость железнодорожного пути, снизятся затраты на его содержание и ремонт. Уменьшатся нагрузки на силовые передачи тепловозов и электровозов, повысится их долговечность, снизятся затраты на ремонт и обслуживание. Также будет повышена износостойкость и долговечность колесных пар, уменьшатся затраты на восстановление колес и ремонт вагонов, снизится энергопотребление, уменьшатся простои оборудования, повысится безопасность работы. Все перечисленное в комплексе приведет к существенному повышению надежности железнодорожного транспорта.When using railway vehicles with differential wheelsets as a result of eliminating the sliding of the wheels along the rail and reducing the transverse forces of the pressure of the wheels on the rails, the stability of the railway track will significantly increase, the cost of maintaining and repairing it will decrease. The load on the power transmission of diesel locomotives and electric locomotives will decrease, their durability will increase, repair and maintenance costs will decrease. Also, the wear resistance and durability of the wheelsets will be increased, the cost of wheel restoration and wagon repair will decrease, energy consumption will decrease, equipment downtime will decrease, and work safety will be increased. All of the above in the complex will lead to a significant increase in the reliability of railway transport.

Claims

A railway wheelset with a controlled differential, containing an axis and two wheels, one of which is pressed onto the axis, two grooves are made on the axis, in which two terminals with detachable hubs are fixed, the second wheel of the pair is fixed on the axis with the possibility of rotation and interaction with the terminals, characterized the fact that on both sides of the hub of the second wheel reinforced seals with the possibility of interaction with the axis, in the gap between the hub of the second wheel and the axis of the wheelset contains ferromagnetic fluid, while the hub of the second forest covered solenoid, which is connected to the power supply and electrically connected to the control system.