ТЯГОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 1999 года по МПК B61C11/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к грузовым, пассажирским, а также маневровым и промышленным тепловозам, и касается конструкции устройств, предназначенных для передачи крутящего момента дизеля на колеса и создания тяговой силы.

Известен облегченный дизель-электрический локомотив с асинхронным тяговым приводом фирм "Adtranz" и "GETS" "Blue Tiger" (проспект фирмы "ADtrans " и "GE Transportation Systems" "Облегченный дизель-электрический локомотив с асинхронным тяговым приводом"), содержащий главную раму, оборудованную сцепными устройствами, на которой установлен дизель с генератором тока, кабину машиниста, систему охлаждения дизеля, пневмосистему, электрооборудование, систему управления локомотивом, кузов, трехосные тележки, содержащие рамы, тормозные системы, рессорное подвешивание, колесные пары, тяговые электродвигатели, снабженные редукторами, при этом рама каждой тележки снабжена тягой, шарнирно соединяющей ее с главной рамой, причем тяга передней тележки направлена назад, а тяга задней тележки направлена вперед таким образом, что оси тяг проходят через точки, лежащие на вертикальных осях колес средних колесных пар на 15 мм ниже уровня верха головок рельс.

Недостатками такой конструкции являются повышенное виляние тележек при движении в прямой, а при движении в кривой создание тягами дополнительных моментов, способствующих установке тележки в кривой в положение максимального перекоса, что приводит к росту сопротивления движению и повышенным износам.

Известен также локомотив, рама кузова которого снабжена двуплечими Г-образными рычагами, продольно расположенные плечи которых оперты на упругие элементы боковых опор тележки, а направленные вниз связаны с соответствующими торцами рамы тележки (авт.св. N 1636280, кл. В 61 F 5/00, 5/14).

Недостатками такой конструкции являются неравномерное распределение вертикальных нагрузок по колесам при движении локомотива и вследствие этого низкие тяговые качества, а также защемление рамы тележки при ее повороте относительно кузова, возникающее при движении в кривых, которое вызывает появление дополнительных вредных внутренних усилий и приводит к повышенным износам гребней, рам, рычагов и других деталей.

Техническим результатом изобретения является выравнивание вертикальных нагрузок на колеса, уменьшение и гашение колебаний виляния и галопирования в прямых участках, а при движении в кривой создание возвращающего момента, способствующего установке тележки в наиболее благоприятное положение динамического равновесия (хордовая установка), что приводит к снижению сопротивления движению, уменьшению износов и в итоге к повышению эксплуатационных качеств, долговечности и снижению веса.

Технический результат достигается тем, что в тяговом транспортном средстве, содержащем главную раму, оборудованную автосцепками, на которой установлен дизель с генератором тока, кабину машиниста, систему охлаждения дизеля, пневмосистему, электрооборудование, систему управления транспортным средством, кузов, тележки, содержащие рамы, тяги, тормозные системы, рессорное подвешивание, колесные пары, тяговые электродвигатели, снабженные редукторами, максимальный для тягового транспортного средства коэффициент использования сцепного веса, равный
η_max = Σx_i/(Σx_i+ψ•H_a•n),
где n - количество тяговых осей;
H_a - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;
х_i - расстояние i-й оси от середины тягового транспортного средства;
ψ - коэффициент сцепления колеса с рельсом, минимальные и максимальные нагрузки на тяговые оси тягового транспортного средства в режиме тяги, равные соответственно

где P_сц - сцепной вес тягового транспортного средства, достигаются тем, что рама каждой тележки концами шарнирно соединяется с главной рамой или кузовом двумя тягами, одна из которых направлена вперед, а вторая - назад, или одной тягой, направленной вперед, расположенными под углами к горизонту, равными

где L - расстояние между подвесками главной рамы или кузова;
a, b - расстояния шарнира тяги, расположенного на раме тележки соответственно до середины тележки и до верха головок рельс;
h - высота опорной плоскости главной рамы или кузова над уровнем верха головок рельс;
Ж_т - продольная жесткость тяг тележки,
Ж_п,п - поперечная жесткость подвески кузова на тележку;
Ж_б - продольная жесткость рессорного подвешивания тележки;
Ж_п - продольная жесткость подвески кузова на тележку;
х - смещение подвески главной рамы или кузова от середины тележки.

Такое выполнение тягового транспортного средства и, в частности, шарнирное соединение рамы каждой тележки концами с главной рамой или кузовом двумя тягами, одна из которых направлена вперед, а вторая - назад, или одной тягой, направленной вперед, расположенными под углами к горизонту, приводит к выравниванию вертикальных нагрузок на колесные пары, при этом в каждой тележке достигаются минимальные или максимальные нагрузки, равные соответственно

обеспечивающие реализацию максимального для тягового транспортного средства коэффициента использования сцепного веса, равного
η_max = Σx_i/(Σx_i+ψ•H_a•n),
а дополнительные усилия в тягах, возникающие при вилянии и галопировании, а также при движении тележек в кривых, создают горизонтальные и вертикальные моменты, гасящие эти колебания и улучшающие их установку при движении в кривой, что в итоге и приводит к снижению сопротивления движению, уменьшению износов, к повышению эксплуатационных качеств, долговечности и снижению веса.

Предлагаемое тяговое транспортное средство представлено на чертежах, где
на фиг. 1 изображено тяговое транспортное средство, общий вид;
на фиг. 2 изображено тяговое транспортное средство с одной тягой на тележку, общий вид;
на фиг. 3 изображена схема тягового транспортного средства;
на фиг. 4 изображена схема тележки в кривой.

Тяговое транспортное средство (фиг. 1, фиг. 2) состоит из главной рамы 1 с автосцепками 2, дизеля 3 с генератором тока 4, кабины машиниста 5, системы охлаждения дизеля 6, пневмосистемы 7, электрооборудования 8, системы управления транспортным средством 9, кузова 10, подвесок главной рамы или кузова 11, тележек 12 с рамами 13, тормозными системами 14, рессорным подвешиванием 15, колесными парами 16, 17, 18, 19, тяговыми электродвигателями 20, с редукторами 21, кронштейнами для подвески тяговых двигателей 22, шестернями 23, передними тягами 24, задними тягами 25, шарнирами 26.

Тяговое транспортное средство работает следующим образом: с помощью системы управления транспортным средством 9 машинист из кабины машиниста 5 производит пуск дизеля 3, устанавливает необходимый режим его работы, поддерживаемый системой охлаждения дизеля 6, пневмосистемой 7, электрооборудованием 8, расположенными в кузове 10. Дизель 3 развивает крутящий момент на выходном валу в соответствии с заданным режимом и передает его на ротор присоединенного к нему генератора тока 4, который начинает вырабатывать электрический ток соответствующих параметров. Выработанный генератором 4 электрический ток после необходимых преобразований в системе электрооборудования 8 подается на тяговые электродвигатели 20, одной стороной подвешенные с помощью кронштейнов 22 к рамам тележек, а другой - к осям колесных пар 16, 17, 18, 19, которые начинают вращаться и создают крутящие моменты с помощью тяговых редукторов 21, передаваемые на шестерни 23, закрепленные на осях колесных пар. Под действием крутящих моментов и силы веса, передаваемой на рельсы, на колесах в зоне контакта с рельсом возникают тяговые силы F (см. фиг. 3), ограниченные силами сцепления, пропорциональными вертикальным нагрузкам колеса на рельс и коэффициенту сцепления колеса с рельсом. Созданные тяговые усилия с колес через рамы тележек 13, передние тяги 24, задние тяги 25, в которых создают усилия Т (см. фиг. 4), главные рамы 1 передаются на автосцепку 2, через которую тяговая сила F_T передается на прицепной состав, который под ее воздействием начинает движение. При передаче крутящих моментов от тяговых электродвигателей 20 на колесные пары 1-4 в точках их закрепления к кронштейнам 22 и осям колесных пар возникают вертикальные реактивные силы P_B (см. фиг. 5) от реактивных моментов, равных тяговым моментам, создаваемым электродвигателями. Таким образом, каждый электродвигатель создает реактивную пару вертикальных сил, одна из которых направлена вверх, а вторая - вниз, и тем самым создает неравномерную загрузку осей, причем обычно на 1-ю и 3-ю оси действуют наименьшие нагрузки, а на 2-ю и 4-ю - наибольшие.

При этом на концах рамы 13 каждой тележки 12 тягами, направленными вперед 24 и назад 25 и передающими силу тяги на главную раму 1 под углами к горизонту, возникают вертикальные составляющие силы тяги, которые выравнивают нагрузки на оси по соотношениям P1=P2 и P3=P4 (см. фиг. 3), где 1-4 - номера осей, при этом разность нагрузок на оси различных тележек является минимально возможной для данного транспортного средства, необходимой для компенсации опрокидывающего момента, создаваемого силой тяги, приложенной к автосцепке 2, и равного
M_опр=F_T•H_a,
что и обеспечивает реализацию максимально достижимого для полноприводного транспортного средства коэффициента использования сцепного веса. При возникновении колебаний виляния и галопирования, а также при движении в кривых в тягах 24 и 25 возникают дополнительные усилия, создающие горизонтальные и вертикальные моменты, гасящие эти колебания и улучшающие установку тележки в кривой, что в итоге и приводит к снижению сопротивления движению, уменьшению износов, к повышению эксплуатационных качеств, долговечности и снижению веса.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции устройств, предназначенных для передачи крутящего момента дизеля на колеса и создания тяговой силы. В режиме тяги тягового транспортного средства максимальный коэффициент использования сцепного веса и минимальные и максимальные нагрузки на тяговые оси достигаются тем, что рама каждой тележки концами шарнирно соединяется с главной рамой или кузовом двумя тягами, одна из которых направлена вперед, а вторая - назад, или одной тягой, направленной вперед, расположенными под углами к горизонту, определяемыми математической зависимостью. Технический результат - выравнивание вертикальных нагрузок на колеса, уменьшение и гашение колебаний виляния и галопирования в прямых участках пути. 4 ил.

Тяговое транспортное средство, содержащее главную раму, оборудованную автосцепками, на которой установлен дизель с генератором тока, кабину машиниста, систему охлаждения дизеля, пневмосистему, электрооборудование, систему управления, кузов, тележки, содержащие рамы, тяги, тормозные системы, рессорное подвешивание, колесные пары, тяговые электродвигатели, снабженные редукторами, отличающееся тем, что максимальный для тягового транспортного средства коэффициент использования сцепного веса
η_max = ΣX_i/(ΣX_i+ψ•H_a•n),
где n - количество тяговых осей;
H_а - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;
X_i - расстояние i-й оси от середины тягового транспортного средства;
ψ - коэффициент сцепления колеса с рельсом,
минимальные P_omin и максимальные P_omax нагрузки на тяговые оси тягового транспортного средства в режиме тяги соответственно

где P_сц - сцепной вес тягового транспортного средства,
достигаются тем, что рама каждой тележки концами шарнирно соединяется с главной рамой или кузовом двумя тягами, одна из которых направлена вперед, а вторая назад, или одной тягой, направленной вперед, расположенными под углами к горизонту, равными

где L - расстояние между подвесками главной рамы или кузова;
a, b - расстояние шарнира тяги, расположенного на раме тележки, соответственно до середины тележки и до верха головок рельс;
h - высота опорной плоскости главной рамы или кузова над уровнем верха головок рельс;
Ж_т - продольная жесткость тяг тележки;
Ж_п.п - поперечная жесткость подвески кузова на тележку;
Ж_б - продольная жесткость рессорного подвешивания тележки;
Ж_п - продольная жесткость подвески кузова на тележку;
Х - смещение подвески главной рамы или кузова от середины тележки.