СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТЯГОВЫХ СВОЙСТВ ЛОКОМОТИВА Российский патент 1997 года по МПК B61C15/04 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается экипажной части тепловоза.

Из уровня техники известно, что тяговые свойства локомотива определяются прежде всего его возможностью создавать максимальную силу тяги без буксования колес при трогании с места и разгоне с составом расчетного веса. Максимальная сила тяги при трогании с места и разгоне ограничена силами сцепления (трения) колес с рельсами и зависит от мощности электродвигателя, величины давления колес на рельсы и коэффициента сцепления между колесами и рельсами. В статике (см. фиг. 1) при отсутствии силы тяги вертикальные нагрузки от колес локомотива на рельсы практически одинаковы. При появлении силы тяги F (см. фиг. 2, 3), которая действует на автосцепке локомотива, образуется момент M F_к•(h 0,5•D_к), нагружающий заднюю (по ходу) тележку и разгружающий переднюю, где F_к касательная сила тяги; h высота установки автосцепки по отношению к уровню головок рельсов; D_к - диаметр колеса по кругу катания [1]
Поэтому сцепление колес с рельсами передней тележки оказывается меньшим, чем у задней тележки и при одинаковых тяговых моментах, действующих на колесные пары, вероятность буксования колесных пар передней тележки оказывается выше, чем задней тележки. Это вызывает снижение величины силы тяги локомотива, т.е. ухудшает его тяговые свойства.

Известны способы аналоги выравнивания осевых нагрузок локомотивов [2, 3]
Наиболее близким к изобретению является способ, заключающийся в выравнивании нагрузок на колесные пары дополнительным нагружением тележек внешней силой.

Недостатком известного способа является его сложность, практическая невозможность реализации на тепловозе по причине жестких габаритных и весовых ограничений, препятствующих размещению внутри рамы кузова автоматически перемещающихся значительных балластных масс.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении тяговых свойств локомотива.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе, заключающемся в выравнивании нагрузок на колесные пары дополнительным нагружением тележек внешней силой, последнее осуществляют продольным смещением по меньшей мере одной из тележек от положения статической развески на величину l_с, определяемую по формуле

где F_к создаваемая сила тяги;
h высота установки автосцепки по отношению к уровню головок рельсов;
D_к диаметр колес локомотива по кругу катания;
G_вл вес верхнего строения локомотива, приходящийся на тележки.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема экипажа локомотива при неподвижном положении локомотива и отсутствии силы тяги, на фиг. 2 и фиг. 3 при реализации силы тяги и движении локомотива соответственно налево и направо.

При движении локомотива по варианту фиг. 2 налево сила тяги F на автосцепке 1 действует в направлении вектора скорости и уравновешивается силой сопротивления движению W. При этом на раму 2 кузова 3 действует момент М, разгружающий переднюю тележку 4 и догружающий заднюю 5. Действие момента М приводит к тому, что результирующая сил P_т1 давления верхнего строения локомотива G_вл на переднюю тележку и силы, вызванной моментом М, становится меньше, чем аналогичная сила, действующая на заднюю тележку P_т2. Подобна закономерность распределения и осевых нагрузок для тележек P₁, P₂, P₃, P₄, P₅, P₆. Для дополнительного нагружения передней тележки 4 ее необходимо сместить от первоначального исходного положения (положение статической развески локомотива, при котором P_т1 P_т2) к центру локомотива ЦТ на величину l_c. При этом в соответствии с законами механики произойдет увеличение нагрузки на переднюю тележку. Она станет равной P_т1 (P'_т1 > P_т1). Произойдет догружение колесных пар 6 передней тележки. Регулируя величину смещения тележки l_c, можно обеспечить равенство осевых нагрузок колесных пар 6 обеих тележек P₁ P₂ P₃ P₄ P₅ P₆ при любых режимах тяги локомотива.

Исходя из принципа равновесия технической системы, суммы моментов и сил, действующих на нее, должны быть равны нулю (фиг. 2):
∑ M_о-о=0, ∑ П_i= 0,
где M_O-O моменты действующих на систему сил П_i относительно произвольно выбранной от O-O;
П_i вертикальные силы, действующие на систему.

Запишем подробно указанные уравнения:

где реакции сил соответственно
После соответствующих математических преобразований можно определить неизвестные как
.

Очевидно, что увеличение нагрузки на переднюю тележку происходит за счет уменьшения нагрузки на заднюю тележку. Причем величина силы, догружающей переднюю тележку, ΔP_п равна величине силы, разгружающей заднюю тележку ΔP_з. Обозначим ΔP_п = ΔP_з = ΔP. Для обеспечения равенства нагрузок на обеих тележках локомотива требуется выполнение условия
.

Принимая во внимание, что
,
и используя выше приведенные зависимости, можно получить выражение для определения величины смещения передней тележки как функции реализуемой силы тяги, обеспечивающего равенство вертикальных нагрузок на тележки:
.

Проиллюстрируем данные соображения на примере. Допустим G_вл 100 т, F_к 0, F_к2 35 т, l₂ l₃ 5 м, h 1,055 м, D_к 1,05 м.

1. При отсутствии силы тяги F_к1 0 и смещения тележки l_c 0 (тогда М 0)

т. е. выполнено условие статической развески локомотива (P₁ P₂ P₃ P₄ P₅ P₆).

2. При реализации силы тяги F_к2 35 т для достижения равенства вертикальных нагрузок на тележки передняя тележка должна быть смещена на некоторую величину l_c к центру локомотива ЦТ:

Т. е. если сила тяги локомотива равна F_к 35 т, для данного экипажа необходимо переднюю тележку сместить к центру локомотива на величину l_c 0,371 м, при этом обеспечится равенство вертикальных нагрузок на тележки и P₁ P₂ P₃ P₄ P₅ P₆.

При изменении направления движения (см. фиг. 3) действуют те же расчетные зависимости. Если экипаж выполнен с одной подвижной в продольном направлении тележкой (в данном случае это задняя тележка), то эта тележка должна быть смещена от центра локомотива на величину l_c.

Если в экипаже обе тележки имеют подвижность в продольном направлении, то соответствующим образом может быть смещена передняя тележка или обе тележки одновременно. В последнем случае необходимая величина смещения каждой тележки будет меньше, но суммарная величина смещения обеих тележек должна быть равна l_c.

Следует отметить, что реализация данного способа повышения тяговых свойств тепловозов является вполне выполнимой технической задачей. Для мощных грузовых тепловозов при максимальной силе тяги, создаваемой в режиме трогания с места и разгона до расчетной скорости (35-40 т), необходимое смещение тележки (тележек) составит не больше 0,4 м. В случае выполнения тележки с вертикально расположенными электродвигателями база тележки существенно уменьшается, а решение этой проблемы еще более упрощается. Смещение тележки на необходимую величину l_c в зависимости от реализуемой силы тяги должно происходить автоматически.

Источники информации.

1. Иванов В.Н. и др. Конструкция и динамика тепловозов. М. "Транспорт", 1974 г. с. 183-185.

2. Бирюков И.В. и др. Механическая часть тягового подвижного состава. М. "Транспорт", 1992 г. с. 122-131.

3. Авторское свидетельство СССР N 1525056, кл. B 61C 15/04, 1987.3

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается экипажной части тепловозов. Сущность изобретения: способ повышения тяговых свойств локомотива заключается в выравнивании нагрузок на колесные пары дополнительным нагружением тележек внешней силой. Дополнительное нагружение тележек осуществляют продольным смещением по меньшей мере одной из тележек от положения статической развески на величину l_с, определяемую по формуле

где F_к - создаваемая сила тяжести; h - высота установки автосцепки по отношению к уровню головок рельсов; D_к - диаметр колес локомотива по кругу катания; G_вл - вес верхнего строения локомотива, приходящийся на тележки. 3 ил.

Способ повышения тяговых свойств локомотива, заключающийся в выравнивании нагрузок на колесные пары дополнительным нагружением тележек внешней силой, отличающийся тем, что дополнительное нагружение тележек осуществляют смещением по меньшей мере одной из них от положения статической развески на величину l_с, определяемую соотношением
l_с 2 F_к (h 0,5 D_к) / G_вл,
где F_к создаваемая сила тяги;
h высота установки автосцепки по отношению к уровню головок рельсов;
D_к диаметр колес локомотива по кругу катания;
G_вл вес верхнего строения локомотива, приходящийся на тележки.