РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2001 года по МПК B61C5/00 B61C7/04 B61C9/08 B61D13/00 

Изобретение относится к рельсовому транспортному средству для перевозки пассажиров с по меньшей мере одним вагоном, состоящим из кузова с по меньшей мере одним салоном для пассажиров и с одной кабиной управления по меньшей мере с одной торцовой стороны, а также из ходовых механизмов, образованных из зубчатых передач, и с по меньшей мере одним приводным двигателя в качестве приводного устройства.

Рельсовые транспортные средства для перевозки пассажиров известны уже давно, например в качестве моторных вагонов, в т.ч. с электроприводом, для городского быстроходного транспорта, и обычно применяются в местном пассажирском транспорте на участках с большим количеством пассажиров.

В основном из-за вызываемых приводом нагрузок независимо от того, является ли привод дизель-электрическим или чисто электрическим, известные моторные вагоны рассчитываются в соответствии с действующими стандартами и техническими условиями поставщиков для восприятия высоких сил, что отрицательно сказывается на конструктивном оформлении и поэтому приводит также к увеличению веса.

Другой проблемой, возникающей при внедрении таких массовых транспортных средств, является снабжение энергией приводных устройств. Хотя электрификация рельсовых магистралей продолжает развиваться, в связи с чем на главных магистралях можно в самых широких масштабах применять транспортные средства с электроприводом, имеется тем не менее большое число побочных участков, которые не электрифицированы, и поэтому применяются другие виды привода. С этим связана еще одна проблема, а именно то, что в определенных местах, например в сравнительно длинных туннельных участках, допускается применять только транспортные средства, не дающие загрязняющих выбросов, т.е. только с электроприводами. Транспортные средства, выделяющие загрязнения, например дизельные автомотрисы, не должны заходить в эти участки, вследствие чего перевозимые ими пассажиры вынуждены пересаживаться в транспортные средства с электроприводом. Далее, часто для соединения региональных зон с межрегиональными зонами бывает желательно иметь в распоряжении транспортное средство, которое, с одной стороны, может быть применено в городской или подземной сети, а с другой стороны - может эксплуатироваться в региональной зоне с питанием от воздушной линии электропередачи или независимо от сети.

Исходя из этого уровня техники, задача данного изобретения заключается в том, чтобы создать моторный вагон вышеупомянутого типа, который дает возможность применения для местных перевозок пассажиров, т.е. на любых маршрутах с короткими расстояниями между остановками, обеспечивая при этом пассажирам возможность совершать поездки без перерывов и в зависимости от высоты перрона пользоваться одноступенчатым или бесступенчатым входом в салон, причем необходимая мощность привода может быть приспособлена к конкретным потребностям, а вид привода может выбираться и комбинироваться в зависимости от потребностей.

Эта задача решается отличительными признаками согласно п. 1 формулы изобретения. В частности, предусматривается, что рельсовое транспортное средство выполнено в виде низкорамного транспортного средства, в котором средняя часть кузова опущена по отношению к концевым частям, и что предусмотрено по меньшей мере одно приводное устройство, которое может быть образовано в виде дизель-электрического привода или в виде многосистемного привода, скомбинированного из дизель-электрического и чисто электрического привода, или в виде многосистемного привода, скомбинированного из двух различных электрических вариантов привода, или в виде многосистемного привода, скомбинированного из дизель-электрического и двух разных электрических вариантов привода. Это дает возможность пассажирам попадать без пересадки из местного региона прямо в сеть городской или подземной магистрали.

Второе решение согласно данному изобретению предусматривает, что рельсовое транспортное средство, выполненное по низкорамному типу, в котором средняя часть кузова опущена по отношению к конечным частям, оснащена дизель-механическим приводом, или дизель-электрическим приводом, или чисто электрическим приводом. Это второе решение применяется тогда, когда можно предвидеть, что альтернативные источники энергии отсутствуют или нельзя соблюсти специальные эксплуатационные правила в отношении применяемого вида энергии, причем в остальном необходимо придерживаться связанных с перевозками пассажиров требований об удобном входе в салон, т.е. по возможности без ступенек.

В связи с этим изобретение позволяет, с одной стороны, существенным образом сократить расстояние между уровнем пола в салоне для пассажиров и соответствующим перроном по сравнению с известными моторными вагонами, а с другой стороны - позволяет применить основную модель для различных видов привода или эксплуатировать любые участки магистралей при помощи комбинированного привода, избегая необходимости прерывать поездку из-за неудобства смонтированных узлов привода. При этом можно предусмотреть, что по меньшей мере концевая часть рельсового транспортного средства выполнена в виде головной части моторного вагона с находящейся в ней кабиной управления, из которой можно управлять движением вагона. В качестве приводного устройства можно использовать дизель-механический привод, или дизель-электрический привод, или чисто электрический привод, или многосистемный привод, скомбинированный из дизель-электрического и чисто электрического привода, или многосистемный привод, скомбинированный из двух различных электрических вариантов привода, или многосистемный привод, скомбинированный из дизель-электрического и двух разных электрических вариантов привода, который целесообразно расположить под концевой частью, предпочтительно под головной частью моторного вагона и который воздействует по меньшей мере на одну ось ходовой части.

Транспортное средство согласно изобретению может состоять из одной или нескольких частей, например из трех или четырех частей, причем соответственно расположенные по краям части каждого кузова выполнены в виде головных частей моторного вагона и содержат кабину управления, а расположенные внутри части кузова не имеют кабину управления, благодаря чему выполненное таким образом транспортное средство может эксплуатироваться в челночном режиме.

Ходовые части транспортного средства согласно изобретению могут быть выполнены в виде одноосных или двухосных ходовых частей, причем последние установлены на поворотных тележках. Согласно предпочтительному варианту исполнения приводное устройство, которое, как уже было указано, целесообразно расположить под головной частью моторного вагона, выполнено в виде дизель-механического привода с дизелем жидкостного охлаждения, который воздействует на приводные оси через расположенную, например, параллельно рядом с ним предпочтительно автоматическую многоступенчатую коробку передач. Дополнительно в силовой поток между приводным устройством и приводными осями можно ввести пусковые трансформаторы или тормозы-замедлители. Согласно другой целесообразной форме исполнения изобретения вместо этого дизель-механического привода можно использовать по меньшей мере один тяговый электродвигатель, питаемый от дизельного генератора или от сети через токопровод или шинопроводы, который может воздействовать на каждую приводимую ось или на каждую ходовую часть (=поворотную тележку) или же быть выполнен в виде т.н. двигателя с колесной ступицей.

Далее, как уже указывалось, возможна комбинация из дизель-электрического и чисто электрического привода в одном транспортном средстве, благодаря чему возможна замена питания тяговых двигателей, образованных в данном случае исключительно из электродвигателей, путем переключения от одного источника энергии (сетевой режим) на другой источник энергии (автономный режим от генератора, приводимого в действие дизелем).

Далее, как уже указывалось, имеется возможность комбинации в одном транспортном средстве двух чисто электрических видов привода (привод постоянного тока и привод переменного тока), благодаря чему практически может происходить замена питания тяговых двигателей, образованных в данном случае исключительно из электродвигателей, путем переключения одного источника энергии (сетевой режим от сети переменного тока) на другой источник энергии (сетевой режим от сети постоянного тока).

В заключение, как уже отмечалось, в одном транспортном средстве возможна комбинация из дизель-механического и двух чисто электрических видов привода (привод постоянного тока и привод переменного тока), благодаря чему практически может происходить замена питания тяговых двигателей, образованных в данном случае исключительно из электродвигателей, путем переключения от одного источника энергии (первый сетевой режим) на другой источник энергии (второй сетевой режим или автономный сетевой режим из генератора, приводимого в действие дизелем).

В предпочтительной дизель-механической форме исполнения изобретения предусматривается, что каждый раз приводятся в действие только оси, расположенные под головными частями моторного вагона, тогда как оси, расположенные между ними, не приводятся в действие. Во всех других формах исполнения, кроме исполнения с дизель-механическим приводом, можно предусмотреть, что некоторые из расположенных между ними осей тоже приводятся в действие или только они приводятся в действие.

Размещение приводных устройств под головными частями моторных вагонов, расположенными выше средней части кузова, позволяет выполнить приводные устройства по модульному принципу, что дает возможность предусмотреть в системе двигателя, которые по своей мощности соответствуют конкретным условиям применения, а также установить соответствующие им редукторы, благодаря чему не возникают проблемы, связанные с недостатком места, и не требуются изменения в конструкции кузова. Разумеется, для осуществления комбинированного дизель-электрического и электрического привода требуется применять компоненты, без которых можно было бы обойтись при использовании только одного источника энергии и назначение, конструкция и взаимодействие которых будут подробнее объяснены в последующем.

Транспортное средство согласно изобретению может быть выполнено на базе односистемного или многосистемного режима работы. Многосистемное транспортное средство согласно изобретению представляет собой транспортное средство для одного или нескольких альтернативных видов питания энергией. В качестве режимов питания могут комбинироваться электрический режим питания от воздушной сети переменного напряжения, электрический режим питания от сети постоянного напряжения и дизель-электрический режим питания. В транспортном средстве на базе односистемного режима работы предусмотрен один из этих режимов работы, так что в односистемном транспортном средстве возможет чисто дизель-механический привод. Если транспортное средство снабжено дизель-электрическим приводом, то оно независимо от воздушной линии электропередачи может быть применено на неэлектрифицированных побочных участках магистралей. С приводным ответвлением для работы от сети переменного напряжения транспортное средство согласно изобретению можно снабжать питанием от воздушной линии электропередачи. Дополнительно или альтернативно транспортное средство согласно изобретению можно оснастить приводным ответвлением для работы от сети постоянного напряжения, благодаря чему возможна эксплуатация на городских и подземных участках с питанием от сети постоянного напряжения, например, через шинопривод или через воздушную линию электропередачи.

Различные варианты привода можно комбинировать, и тем самым они дают возможность создания многосистемного транспортного средства для эксплуатации на участках различного типа. Далее, транспортное средство может содержать различные системы привода, которые каждый раз выполнены в виде односистемного или многосистемного привода. В нормальном случае все приводные системы идентичны, но в зависимости от требований могут быть применены и различные приводные системы. Многосистемное транспортное средство согласно изобретению может состоять из одной или нескольких частей и быть снабжено одной или несколькими группами привода. Каждая группа привода может быть в зависимости от конструкции снабжена одним или несколькими тяговыми двигателями.

Последующее описание относится к отдельной приводной системе. При этом при наличии в транспортном средстве нескольких приводных систем описанные элементы могут соответственно иметься в нем многократно.

Каждую приводную систему можно расчленить на четыре части, а именно - цепь питания, состоящая из одной или нескольких ветвей питания, промежуточная цепь, цепь вспомогательных функций, состоящая из одного или нескольких преобразователей вспомогательного режима для осуществления соответствующих вспомогательных функций и создания необходимых управляющих напряжений, и цепь питания тяговых двигателей, состоящая из одного или нескольких преобразователей электроэнергии для управления тяговыми электродвигателями. В дальнейшем цепь питания вспомогательных функций и цепь питания тяговых двигателей будут называться совместно нагрузкой.

Цепь питания состоит из одного или нескольких подключенных параллельно к промежуточной цепи цепей питания, которые можно подключать одну вместо другой для питания промежуточной цепи и тем самым обеспечить эксплуатацию на различных участках дороги. В зависимости от транспортного средства могут быть предусмотрены соответствующие ветви. К числу ветвей питания могут относиться ветвь переменного напряжения, ветвь постоянного напряжения со схемой согласования или без нее и ветвь генератора. Они описываются в последующих разделах.

Ветвь переменного напряжения служит для питания промежуточной цепи из воздушной линии переменного тока (например, 15 кВ c f = 16 2/3 Гц). В качестве существенно важных элементов в ее состав входят один или несколько токоприемников, трансформатор, который преобразует напряжение воздушной линии электропередачи, и преобразователь электроэнергии или выпрямитель для создания постоянного напряжения в промежуточной цепи. Далее в случае необходимости предусмотрены цепь заряда для контролируемой зарядки промежуточной, а также фильтровальные схемы.

Ветвь постоянного напряжения со схемой согласования служит для питания промежуточной цепи из шинопровода или воздушной линии постоянного напряжения. В качестве существенно важных элементов в ее состав входят один или несколько токоприемников и схема согласования (например, с регулятором глубокой настройки, регулятором высокой настройки, двухквадрантным регулятором и др.) для согласования напряжения в шинопроводе с напряжением в промежуточной цепи. Схема согласования позволяет помимо всего прочего производить эксплуатацию в сетях с очень высоким постоянным напряжением. Ветвь постоянного напряжения без схемы согласования служит тоже для питания промежуточной цепи из шинопровода или воздушной линии постоянного напряжения со средним постоянным напряжением, например, порядка 750 В. Однако эта цепь не содержит схемы согласования, так что напряжение в промежуточной цепи и напряжение в шинопроводе соединены непосредственно. В качестве существенно важного элемента она содержит токоприемник и выключатель для отключения промежуточной цепи от шинопровода. Далее в случае необходимости она содержит цепь заряда и фильтровальные схемы.

Ветвь генератора служит для питания промежуточной цепи независимо от электрической сети из генератора, приводимого в действие двигателем внутреннего сгорания (например, дизелем). В качестве существенно важных элементов в ней предусмотрены двигатель внутреннего сгорания, генератор и выпрямитель для питания промежуточной цепи. Однако во многих случаях имеется также возможность комбинировать ветви питания путем двойного или многократного использования агрегатов. Тогда эти ветви нельзя разделить столь четко, вследствие чего возникают комбинационные ветви, как например, комбинированная ветвь постоянного и переменного напряжения. На практике имеется "бесконечное" разнообразие возможностей комбинирования каждый раз с разными предварительными или последующими элементами, вследствие чего вряд ли можно перечислить все возможности. Задача промежуточной цепи заключается в том, чтобы сгладить токи, поступающие в различных ветвях питания от выпрямителей, регуляторов постоянного напряжения и четырехквадрантных регуляторов и получить в промежуточной цепи постоянное напряжение. Она состоит в основном из одного или нескольких конденсаторов промежуточной цепи. В определенных случаях дополнительно требуется регулятор торможения, состоящий из тормозного сопротивления и переключательного элемента (транзистора, 1GBT, GTO и т.п. ).

Цепь осуществления вспомогательных функций служит для подготовки напряжений, необходимых для осуществления вспомогательных функций и электронной аппаратуры. В ее состав входит один или несколько преобразователей, питаемых из промежуточной цепи и создающих соответствующие напряжения. К числу вспомогательных функций относятся вентиляторы охлаждения, освещение, электронагрев, кондиционирование и т.п., а к электронной аппаратуре относится, например, аппаратура управления.

Питание тяговых двигателей служит для создания из напряжения промежуточной цепи системы напряжений, необходимой для тяговых двигателей. В его состав входит в основном один или несколько выпрямителей, которые питают один или несколько тяговых двигателей. В качестве тяговых двигателей могут быть применены двигатели переменного или постоянного тока. Соответственно в качестве выпрямителей применяются трехфазные инверторы для создания системы переменного тока или регуляторы постоянного тока для настройки необходимых постоянных напряжений. Эти и другие целесообразные исполнения и усовершенствования данного изобретения являются предметами дополнительных пунктов формулы изобретения.

При помощи изображенных на чертежах примеров исполнения ниже подробнее объясняются и описываются изобретения, предпочтительные исполнения, а также преимущества изобретения.

В частности, показаны:
на фиг. 1 - моноблочный моторный вагон согласно изобретению на боковом виде,
на фиг. 2 - кузов транспортного средства согласно фиг. 1 на боковом виде,
на фиг. 3 - вид снизу на головную часть моторного вагона,
на фиг. 4 - схема принципиальной структуры односистемного или многосистемного привода,
на фиг. 5 - блок-схема питания переменным напряжением моторного вагона согласно фиг. 1,
на фиг. 6 - блок-схема питания постоянным напряжением со схемой согласования и регулятором глубокой настройки для моторного вагона согласно фиг. 1,
на фиг. 7 - блок-схема питания постоянным напряжением со схемой согласования с регулятором высокой настройки для моторного вагона согласно фиг. 1,
на фиг. 8 - блок-схема питания постоянным напряжением без схемы согласования для моторного вагона согласно фиг. 1,
на фиг. 9 - блок-схема генератора, приводимого в действие двигателем внутреннего сгорания,
на фиг. 10 - промежуточная цепь с регулятором торможения,
на фиг. 11 - пример цепи осуществления вспомогательных функций,
на фиг. 12 - пример ветви для питания двух тяговых двигателей,
на фиг. 13 - пример блок-схемы приводного устройства для транспортного средства типа "дуо", обеспечивающего режим работы электроприводом переменного напряжения или дизель-электрическим приводом,
на фиг. 14 - схематический вид сбоку на транспортное средство согласно фиг. 10 из четырех частей.

На фиг. 1 изображен на виде сбоку моторный вагон 10 со средней частью 12, к концам которой примыкают головные части 14 и 15. Средняя часть имеет на своих концах входные участки 16 с дверями 18, к которым примыкают головные части моторного вагона 14. 15.

Моторный вагон 10 имеет две ходовые части 20, которые выполнены в виде так называемых приводных поворотных тележек и изображены в увеличенном виде снизу на фиг. 3. Ходовые части 20 размещены под головными частями моторного вагона 14, 15, уровень которых приподнят по отношению к средней части 12, благодаря чему создается место для редукторов, принадлежащих ходовым частям 20, а также для приводного устройства. В отличие от этого средняя часть 20, как видно из фиг. 2, опущена по типу низкорамной конструкции, благодаря чему входные участки 16 располагаются возможно ближе к уровню земли, облегчая и ускоряя вход и выход пассажиров.

Для создания более привлекательного внешнего вида головные части 14, 15 на участке ходовых частей снабжены облицовкой, прикрывающей ходовые части и приводные устройства, что создает впечатление глубоко опущенного транспортного средства.

На фиг. 2 изображен кузов 22 представленного на фиг. 1 моторного вагона 10, имеющий длинную среднюю часть 24 в соответствии со средней частью 12 на фиг. 1, к которой с обоих концов примыкают головные секции 26, приподнятые по отношению к уровню пола средней части 24. Головные секции 26 соответствуют головным частям 14, 15 моторного вагона и предусмотрены для размещения в них кабин управления. Причина ступенчатого сдвига головных секций 26 заключается в том, что здесь при необходимости размещают изображенное на фиг. 3 на виде снизу приводное устройство 28 с поворотными тележками 20, и в частности требуется минимальное расстояние для размещения колеса необходимого диаметра.

На фиг. 3 показана снизу головная часть 15 моторного вагона с односистемным приводом 10, причем, как видно также из фиг. 1, вблизи входного участка 16 размещена ходовая часть 20, а приводное устройство, связанное с ходовой частью 20, расположено в зоне между ходовой частью и концом вагона. Показанное здесь приводное устройство состоит из охлаждаемого водой дизельного двигателя 30, который соединен с ходовой частью редуктором 32, выполненным предпочтительно в виде автоматической многоступенчатой зубчатой передачи, и карданным валом 34. При этом в зависимости от требований можно приводить в действие одну ось приводной поворотной тележки 20 или обе оси. Кузов опирается на поворотные тележки предпочтительно посредством пневматических рессор, которые смонтированы последовательно с неизнашиваемыми резиновыми пружинными элементами, предназначенными служить в качестве запасных пружин в случае повреждения пневматических рессор.

Ниже даются некоторые разъяснения по конструкции узлов приводного устройства рельсового транспортного средства согласно данному изобретению, в частности по конструкции редуктора с гидравлическим преобразователем крутящего момента. Для обеспечения возможно более комфортабельной и в то же время экономически приемлемой и не вызывающей вредного воздействия на окружающую среду работы предусмотрена комбинированная механическая и гидравлическая передачи мощности привода. В предназначенных для этого узлах используется принцип разделения мощности, который достигается при помощи так называемого дифференциального преобразователя. В нем сочетаются преимущества двух различных систем передачи мощности, а именно - гидродинамической и механической. В то время как преимущества гидродинамики можно видеть в плавном и поэтому в значительной мере свободном от износа пуске с высокой силой тяги, в постепенном пусковом ускорении без переключений, а также в происходящем практически без износа торможении, механический привод обладает преимуществом передачи мощности с малыми потерями при одновременно высоком коэффициенте полезного действия. Согласно изобретению предусматривается использовать эти известные сами по себе преимущества для создаваемого впервые рельсового транспортного средства, причем всегда в тех случаях, когда они проявляются наиболее эффективно и экономически выгодно.

Гидродинамика проявляется при разгоне. Предлагаемое рельсовое транспортное средство разгоняется плавно с большим пусковым усилием и с постепенным ускорением без переключений. Гидродинамика проявляется при торможении (около 80% всех видов торможения) с любой скорости почти до нулевой. Рельсовое транспортное средство тормозится плавно, но очень эффективно, без тормозного износа и без опасности так называемого "фединга", т.е. угасания тормозного эффекта.

Механика уже во время разгона принимает все возрастающее участие в передаче мощности. Как только дифференциальный преобразователь достигает своего оптимального коэффициента полезного действия, его задача полностью осуществляется механикой. Гидравлический преобразователь крутящего момента действует в качестве гидродинамического тормоза - замедлителя и расположен перед механическим рабочим тормозом. Он функционирует независимо от включенной ступени передачи во всем диапазоне движения. Кинетическая энергия транспортного средства превращается в преобразователе в теплоту и отводится через теплообменник. Результатом является пониженный износ и более длительная сохранность тормозных фрикционных накладок, уменьшение тормозного шума и полное отсутствие шума в тормозах со свободным выпуском.

Дифференциальный преобразователь крутящего момента, предусмотренный в предлагаемом рельсовом транспортном средстве, относится к типу таких преобразователей с расположенным на входе и действующим в качестве дифференциала планетарным редуктором, который для разделения потока мощности сочетает гидродинамический и чисто механический компонент. При этом только в точке разгона на 1-й ступени передачи предусмотрена чисто гидравлическая передача мощности. С увеличением скорости движения все возрастающая доля мощности передается механически (внешнее разделение мощности). Распределение долей мощности пополам происходит при переключении на 2-ю передачу. Все остальные передачи являются чисто механическими.

Конструкция блока дифференциального преобразователя и редуктора, применяемого в рассматриваемом рельсовом транспортном средстве, сама по себе известна. Такие узлы поставляются в качестве готовых изделий и монтируются в рельсовое транспортное средство. Имеются в виду полностью автоматизированные гидромеханические передачи, предназначенные для разгона и торможения. Гидродинамический преобразователь выполнен в виде трансформатора обратного хода. Перед ним расположены тормоз насоса преобразователя, разделительное сцепление, дифференциальная передача для разветвления потока мощности и входная муфта. За преобразователем планетарная передача соединяет гидродинамические и механические силы.

Третьей планетарной передачей включается задний ход и при торможении в преобразователь вводится энергия. Пружинная муфта на входе в редуктор глушит вибрации двигателя. Передача включается гидравликой; управляющие команды поступают из электронной системы. Теплообменник встроен в охладительную цепь приводного двигателя. Двигатель связан через крутильный демпфер с приводным валом и вращающимся носителем пластин и поршней. При выключенной входной муфте приводится в действие только зубчатый насос, который питает необходимым маслом под давлением систему управления и смазки.

При включенной входной муфте мощность двигателя передается на наружный венец дифференциала. При разгоне приводной вал и соединенный с ним носитель сателлитов остается неподвижным. Солнечное колесо и насосное колесо приводятся сателлитами во вращение в противоположные стороны. В преобразователе масло, разгоняемое насосным колесом, протекает по замкнутому контуру через реактор и турбинное колесо. Отдаваемый турбинным колесом преобразованный, т. е. повышенный, крутящий момент передается на приводной вал через сателлиты и носитель сателлитов турбинной передачи, дисковый тормоз которой замкнут.

Переключение на 2-ю передачу с чисто механическим переносом мощности происходит автоматически в зависимости от скорости движения и наполнения двигателя. Дисковый тормоз замыкается, в результате чего насосное колесо останавливается и выключается гидродинамическая передача мощности. Одновременно турбинное колесо отключается через размыкающийся дисковый тормоз планетарной передачи. Передаточное отношение 2-й передачи соответствует передаточному отношению дифференциала.

При скорости около 70% от максимального значения автоматически размыкается входная муфта, а так называемое разделительное сцепление замыкается. В результате приводной вал соединяется прямо с ведомым валом и передаточное отношение становится 1:1.

Согласно альтернативному исполнению уже при скорости порядка 50% от максимального значения автоматически размыкается входная муфта, а разделительное сцепление замыкается, в результате чего ведущий вал соединяется непосредственно с ведомым и передаточное отношение тоже становится 1:1. В этом исполнении при скорости порядка 70% от максимального значения происходит автоматическое переключение с 3-й передачи на 4-ю. При этом замыкается муфта, а разделительное сцепление размыкается. Эта передача позволяет с учетом конкретной расчетной скорости применять одинаковое передаточное отношение между осями независимо от конкретной цели применения. Если предусмотрены другие передачи (ступени переключения), например 6 передач для того, чтобы достигнуть улучшенных условий разгона, требуется соответствующая дальнейшая дифференциация точек переключения.

В тормозном режиме турбинное колесо приводится в действие планетарной передачей поперечно передвигающегося транспортного средства. При этом дисковый тормоз планетарной передачи замкнут. Турбинное колесо приводится во вращение в обратную сторону по сравнению с тем направлением, которое оно имело при движении с 1-й передачей, и действует как осевой насос, который нагнетает масло против жестко заторможенного насосного колеса и реактора. Превращаемая при этом в тепло кинетическая энергия отводится через теплообменник.

Разделение силового потока между двигателем и редуктором может в определенных условиях происходить путем размыкания входной редукторной муфты. Этот процесс вводится автоматически и может в зависимости от числа остановок и условий транспортировки приводить к экономии затрачиваемой энергии. Описанный выше блок преобразователя в порядке усовершенствования превращается в приводной блок в комбинации со всеми известными в этой области дизельными двигателями с водяным или воздушным охлаждением и с регулированием наполнения или частоты вращения. Путем применения различных передаточных отношений дифференциальной передачи и различных насосных колес с разной принимаемой мощностью, можно оптимальным образом согласовать друг с другом двигатель и редуктор, благодаря чему для каждого конкретного применения можно в отношении приводных узлов создать наиболее подходящее транспортное средство. Ниже подробнее рассматривается оснастка, предусматриваемая для электропривода на базе переменного напряжения, постоянного напряжения и дизель-электрического привода, а также многосистемного режима работы, в частности с применением электрических агрегатов, показанных на блок-схеме, представленной на фиг. 4. При этом следует отметить, что хотя отдельные применяемые агрегаты и предусмотренные схемы включения в принципе известны, они в сочетании с моторным вагоном согласно изобретению до сих пор не применялись.

Как уже указывалось, ветвь переменного напряжения служит для подготовки энергии промежуточной цепи из сети воздушной линии переменного тока (например, 15 кВ, 16/3 Гц). Как видно из фиг. 5, в ее состав входит токоприемник (SA), силовой переключатель (LS), фильтровальная схема (L_f, C_f), трансформатор (TR), цепь заряда (R_L, LD), главный контактор (HS) и четырехквадрантный регулятор (4QS).

Для согласования токоприемников (SA) и приводных устройств имеется большое число альтернативных возможностей. Так, каждое приводное устройство можно питать от собственного пантографа, можно один пантограф данного транспортного средства использовать для питания всех приводных устройств или же можно несколько взаимно связанных и по-разному применяемых пантографов использовать для совместного питания всех приводных устройств данного транспортного средства. На фиг. 4 показано исполнение с одним пантографом на каждое приводное устройство. Силовой выключатель (LS) служит для полного отключения ветви переменного напряжения от сети.

Для подавления высших гармоник целесообразно предусмотреть фитровальную схему, состоящую из фильтровальной индуктивности (L_f) и фильтровального конденсатора (C_f), которые включены в сеть перед трансформатором (TR). Трансформатор (TR) преобразует напряжение воздушной линии электропередачи в более низкие значения, причем передаточное отношение выбирается так, чтобы напряжение трансформатора было ниже минимально допустимого напряжения промежуточной цепи под нагрузкой, благодаря чему последующий четырехквадрантный регулятор можно всегда применять в качестве регулятора высокой настройки. Для того, чтобы четырехквадрантному регулятору придать определенную входную индуктивность, можно выполнить трансформатор (TR) с повышенным индуктивным сопротивлением рассеяния. Такой трансформатор (TR) выполняет помимо трансформаторной функции также функцию последовательной индуктивности в сети. Можно также ввести не показанную здесь дискретную индуктивность последовательно с трансформатором и четырехквадрантным регулятором. Четырехквадрантный регулятор (4QS) работает как регулятор высокой настройки. Он вместе с конденсатором промежуточной цепи и дискретным или выполненными в виде индуктивностей рассеяния последовательными индуктивностями преобразует приложенное к его входу переменное напряжение в более высокое постоянное напряжение. При этом им можно управлять так, что он забирает из сети только синусоидальные токи, свободные от реактивной мощности. Кроме того, он позволяет при торможении возвращать обратно в сеть энергию торможения.

Цепь заряда служит для заряжания промежуточной цепи из сети. Она требуется при применяемых обычно регуляторах 4QS для того, чтобы при заряженной промежуточной цепи сделать возможным контролируемое заряжание. Цепь заряда состоит из зарядного контактора (LD) и зарядного сопротивления (R_L). Главный контактор (HS) служит для перекрытия цепи заряда. Во время эксплуатации главный контактор (HS) замкнут и цепь заряда остается без действия.

Ветвь постоянного напряжения служит для питания промежуточной цепи из сети постоянного напряжения (например, 750 В=). В ее состав входит токоприемник (SA), регулятор постоянного тока для согласования шинного напряжения с напряжением промежуточной цепи (T_T, D_T, L_T или L_H, T_H, D_H), главный контактор (HS), цепь заряда (LD, R_L) и фильтровальная схема (L_f, C_f). Регулятор постоянного напряжения должен разъединить напряжение промежуточной цепи от напряжения шинопровода. В дальнейшем описываются исполнения с регулятором высокой настройки и регулятором глубокой настройки. Возможно и другие исполнения, с другими преобразователями-регуляторами постоянного тока, например, с двухквадрантным регулятором, который дал бы возможность возврата энергии. На фиг. 5 показана блок-схема этой ветви с регулятором глубокой настройки, на фиг. 6 - с регулятором высокой настройки.

В зависимости от ситуации применяются токоприемники для воздушной линии или для третьей шины. Здесь тоже имеется возможность предусмотреть на каждое приводное устройство собственный токоприемник или один или несколько токоприемников для всех приводных устройств совместно. Цепь заряда служит, аналогично ветви переменного напряжения, для заряжания промежуточной цепи из сети. Она состоит из зарядного контактора (LD) и зарядного сопротивления (R_L). Главный контактор служит для перекрытия цепи заряда. Во время эксплуатации он замкнут и цепь заряда остается без действия.

Для подавления создаваемых регулятором постоянного тока высших гармоник может оказаться необходимой фильтровальная схема, состоящая из фильтровальной индуктивности (L_f) и фильтровального конденсатора (C_f). Возможны также другие фильтровальные схемы.

Если напряжение промежуточной цепи выше напряжения в шинопроводе, то в качестве преобразователя-регулятора постоянного напряжения может быть применен регулятор высокой настройки. Он состоит из индуктивности (L_H), переключательного элемента (транзистор, 1GBT, GTO; T_H) и диода (D_H). Вместе с емкостью промежуточной цепи этот регулятор создает из напряжения шинопровода более высокое напряжение промежуточной цепи. Он забирает из сети в значительной мере постоянный ток, значение которого зависит от передаваемой мощности. Можно считать, что при применении регулятора высокой настройки можно отказаться от фильтровальной схемы, или что она может быть сделана соответственно меньшей. Регулятор высокой настройки не позволяет производить возврат энергии в сеть, вследствие чего на всякий случай необходим тормозной регулятор в промежуточной цепи, если желательно иметь электрический тормоз. В случае, если напряжение в промежуточной цепи меньше напряжения в шинопроводе, можно в качестве регулятора постоянного напряжения применить регулятор глубокой настройки. Он тоже состоит из индуктивности (L_T), переключательного элемента (T_T) и диода (D_T). Вместе с емкостью промежуточной цепи он создает из напряжения шинопровода более низкое напряжение промежуточной цепи, что делает его пригодным для сетей с очень высокими напряжениями постоянного тока. Он забирает из сети пульсирующий ток, вследствие чего на всякий случай требуется фильтровальная схема. Регулятор глубокой настройки не позволяет производить возврат энергии в сеть, в связи с чем тоже требуется тормозной регулятор в промежуточной цепи, если желательно иметь электрический тормоз.

Можно представить себе еще целый ряд других вариантов преобразователей-регуляторов постоянного тока с различными свойствами, как например, двухквадрантный регулятор, проходной преобразователь и др.

На фиг. 8 показана блок-схема ветви постоянного напряжения без схемы согласования. Такая ветвь служит для питания промежуточной цепи прямо из сети постоянного напряжения (например, 750 В=). Она состоит в основном из токоприемника (SA), главного контактора (НS), цепи заряда (LD, R_L) и фильтровальной схемы (L_f+ конденсатор промежуточной цепи).

К токоприемнику (SA) относится сказанное выше: в зависимости от конкретных условий применяются токоприемники для воздушной линии электропередачи или для третьей шины. Здесь тоже имеется возможность предусмотреть на каждое приводное устройство собственный токоприемник или применить один или несколько токоприемников для всех приводных устройств совместно. Цепь зарядки, аналогично ранее описанным ветвям, служит для заряжания промежуточной цепи из сети. Она состоит из зарядного контактора (LD) и зарядного сопротивления (R_L). Главный контактор (HS) служит для перекрытия цепи зарядки. Во время эксплуатации он замкнут и цепь зарядки остается без действия.

Для подавления возникающих иногда высших гармоник может потребоваться фильтровальная схема, которая в этой ветви состоит только из фильтровальной индуктивности (L_f). Емкость промежуточной цепи выполняет роль фильтровального конденсатора. Возможны и другие фильтровальные схемы.

Изображенная на фиг. 9 ветвь генератора служит для питания промежуточной цепи из генератора, который приводится в действие двигателем внутреннего сгорания, предпочтительно дизелем. Она состоит из приводного двигателя внутреннего сгорания (D), в случае необходимости отклоняющего редуктора (VG), трехфазного генератора (G) и трехфазного выпрямителя (GR). В качестве двигателя внутреннего сгорания можно применять, например, дизель. Двигатель внутреннего сгорания (D) создает необходимую для движения энергию. Его можно постоянно использовать в оптимальной точке, поскольку скорость движения и частота вращения двигателя внутреннего сгорания разъединены. Предпочтительно здесь следует применять дизельный двигатель. В зависимости от условий монтажа может понадобиться отклоняющий редуктор (VG). Он может быть одновременно использован для того, чтобы согласовать различные оптимальные частоты вращения двигателя внутреннего сгорания и генератора. В качестве генератора (G) применен трехфазный генератор. Он превращает создаваемую двигателем внутреннего сгорания энергию вращения в электроэнергию. Создаваемое напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы при помощи простого выпрямления можно было получить нужное напряжение в промежуточной цепи, поддерживая его в допустимых пределах и под нагрузкой.

В качестве выпрямителя (GR) применяется простой трехфазный неуправляемый полупроводниковый выпрямитель Брюккена. Изображенная на фиг. 10 промежуточная цепь с тормозным регулятором служит для того, чтобы сглаживать токи, создаваемые выпрямителями, регуляторами постоянного напряжения и четырехквадрантными регуляторами ветви питания и обеспечивать постоянное напряжение в промежуточной цепи. В ее состав входит конденсатор промежуточной цепи (C_zk), в случае необходимости опорный колебательный контур (L_s, C_S) и тормозной регулятор, состоящий из тормозного сопротивления (R_BS) и переключательного элемента (транзистор, 1GBT, GTO; T_BS). Не показано необходимое при отсутствии тормозного регулятора разгрузочное сопротивление, которое дает возможность производить определенную разгрузку промежуточной цепи. В качестве конденсатора промежуточной цепи (C_zk) применяется конденсаторная батарея соответствующей величины и электрической прочности.

При наличии питания переменным напряжением можно для дополнительной поддержки напряжения в промежуточной цепи применить опорный колебательный контур, согласованный с частотой питающих токов. Этот опорный колебательный контур состоит из последовательно включенных индуктивности (L_S) и емкости (C_S). Тормозной регулятор состоит из сопротивления (R_BS), подключаемого через переключательный элемент (транзистор, 1GBT или GTO; T_BS). Его задача заключается в том, чтобы расходовать принимаемую при электрическом торможении энергию торможения в случае, если невозможен возврат энергии в сеть. Тормозной регулятор требуется, в частности, тогда, когда нужен электрический тормоз и одновременно применяется ветвь генератора или ветвь постоянного напряжения со схемой согласования, не пригодной для возврата энергии (регулятор высокой настройки, регулятор глубокой настройки, регулятор высоко-глубокой настройки) или если при потребности в электрическом тормозе в электрическом режиме работы приходится учитывать возможность наличия сети, не способной к принятию. В принципе следует отдавать предпочтение возможному возврату энергии в сеть по сравнению с применением тормозного регулятора.

Если принято решение обойтись без тормозного регулятора, то необходимо установить переключаемое посредством контактора или полупроводникового выключателя разгрузочное сопротивление (на чертеже не показано), чтобы можно было разгрузить промежуточную цепь при остановленном транспортном средстве. Это разгрузочное сопротивление может иметь гораздо меньшие размеры, чем тормозное сопротивление, потому что оно должно превращать весьма малое количество энергии.

Цепь обеспечения вспомогательных функций служит для подготовки напряжений, используемых для осуществления вспомогательных функций (например, 3х400 В) и для питания электронной аппаратуры (например, 24 В). Она состоит в основном из одного или нескольких преобразователей, питаемых из промежуточной цепи и генерирующих соответствующие напряжения.

Эти преобразователи имеют в принципе такую же конструкцию, как тяговые преобразователи для трехфазных двигателей. Часто из напряжений, созданных преобразователями для вспомогательных функций, генерируются другие напряжения, например, напряжения для управления электронной аппаратурой транспортного средства. Часто применяемая система обеспечения вспомогательных функций изображена на фиг. 11. Эта система состоит из преобразователя для осуществления вспомогательных функций с подключенной к нему цепью управляющего напряжения. Вся система обычно рассматривается и применяется в виде единого целого. В случае необходимости возможны различные модификации. Здесь преобразователь для осуществления вспомогательных функций представляет собой трехфазный инвертор. Он создает из напряжения промежуточной цепи необходимое для вспомогательных функций напряжение (например, трехфазный ток 3х400 В). Цепь управляющего напряжения создает из напряжения для осуществления вспомогательных функций управляющее напряжение, которое служит для питания электронной аппаратуры транспортного средства. Для этой цели можно применить, например, трансформатор с установленным после него выпрямителем. Часто управляющее напряжение дополняется буфером в виде батареи. Цепь питания тяговых двигателей служит для создания из напряжения промежуточной цепи системы напряжений, необходимых для тяговых двигателей. Она состоит из одного или нескольких преобразователей (SR), которые питают один или несколько тяговых двигателей (M). На фиг. 10 в качестве примера показана одна ветвь питания тягового двигателя с трехфазным инвертором для питания двух тяговых двигателей трехфазного тока. Такая ветвь может быть применена многократно. Возможное также применение двигателей постоянного тока через регулятор постоянного напряжения здесь подробнее не показано.

Преобразователи (SR) создают из напряжения промежуточной цепи необходимое для движения вращающееся поле для подключенных к ним двигателей (M). В зависимости от требуемой мощности могут быть применены преобразователи 1GBT, транзистор или GTO. В качестве примера возможного исполнения преобразователя можно сослаться на статью "Приводной преобразователь для низкорамных вагонов городского транспорта" в журнале "Местный транспорт", N 4, 1991 г., издательство "Алба Фахферлаг", г. Дюссельдорф.

В качестве тяговых двигателей применяются обычные применяемые на железнодорожном транспорте асинхронные машины. Примером возможного применения транспортного средства типа "дуо" с комбинированным приводом для электрического режима с питанием переменным напряжением и дизель-электрического режима может служить транспортное средство из четырех частей с двумя приводными устройствами и шестью ведомыми осями. Такое транспортное средство типа "дуо" рассчитано на использование переменного напряжения из воздушной сети и на независимый от сети дизель-электрический режим работы. На фиг. 13 показана блок-схема приводного устройства такого транспортного средства, изображенного схематически на фиг. 14. Представленное приводное устройство применено в этом транспортном средстве дважды. Переключение режима работы происходит путем отключения одного режима работы и подключения нового режима работы. При этом промежуточную цепь не надо разгружать, благодаря чему процесс переключения ускоряется. Важно только, что транспортное средство оснащено для обоих режимов работы и что во время процесса переключения имеются предпосылки для обоих режимов работы. Процесс переключения может происходить при остановленном транспортном средстве, а при соответствующей координации и в движущемся транспортном средстве. Правда, на всякий случай надо во время процесса переключения отключить привод и питание вспомогательных функций, так что транспортное средство во время переключения может катиться.

Другие подробности моторного вагона согласно изобретению описаны в дополнительных пунктах формулы изобретения. Они относятся, в частности, к целесообразному применению приводного устройства 28 и к его разным исполнениям.

Изобретение относится к рельсовым пассажирским транспортным средствам. В низкорамной конструкции средняя часть кузова опущена по отношению к концевым частям. По меньшей мере одна концевая часть выполнена в виде головной части моторного вагона. В качестве приводного устройства использован по меньшей мере один дизель-механический, или дизель-электрический, или чисто электрический привод. Может быть предусмотрен многосистемный привод, скомбинированный из двух различных электрических модификаций привода или многосистемный привод, скомбинированный из дизель-электрических двух различных электрических модификаций привода с по меньшей мере одним тяговым электродвигателем, воздействующим на ось ходовой части. Предложенное транспортное средство может быть применено на любых маршрутах с короткими расстояниями между остановками и обеспечивает возможность совершать поездки без перерывов. Кроме того, оно характеризуется повышенным удобством, позволяя пользоваться одноступенчатым или бесступенчатым входом в салон. Необходимые мощность и вид привода могут быть приспособлены к конкретным потребностям. 25 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Рельсовое транспортное средство (10) для перевозки пассажиров с одним вагоном, состоящим, по меньшей мере, из одного кузова (22) с, по меньшей мере, одним салоном для пассажиров и с одной кабиной управления, по меньшей мере, с одной торцевой стороны, а также из ходовых механизмов (20), образованных колесными парами, и с, по меньшей мере, одним приводным устройством (28), отличающееся тем, что оно выполнено в виде низкорамного транспортного средства, в котором средняя часть (12) кузова (22) опущена по отношению к его концевым частям, по меньшей мере, одна концевая часть выполнена в виде головной части (14, 15) моторного вагона, а в качестве приводного устройства (28) применен, по меньшей мере, один дизель-механический привод (30) или дизель-электрический привод, или чисто электрический привод, или многосистемный привод, скомбинированный из дизель-электрического и чисто электрического привода, или многосистемный привод, скомбинированный из двух различных электрических вариантов привода, или многосистемный привод, скомбинированный из дизель-электрического и двух разных электрических вариантов привода, с редуктором (32) и, по меньшей мере, одним тяговым электродвигателем, воздействующим, по меньшей мере, на одну ось ходовой части, причем привод (30) и редуктор (32) расположены под головной частью (14, 15) моторного вагона между торцевыми концами головной части (14, 15) кузова (22) моторного вагона и соответствующей ходовой частью. 2. Рельсовое транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что дизель-электрический привод (30) образован дизелем, имеющим систему циркуляции охлаждающей жидкости и размещенным под головной частью моторного вагона (14, 15) кузова (22) с возможностью взаимодействия с редуктором (32). 3. Рельсовое транспортное средство по п.2, отличающееся тем, что дизель соединен зубчатыми колесами с редуктором (32) с возможностью взаимодействия через карданный вал (34) с ходовой частью (20). 4. Рельсовое транспортное средство по п.2 или 3, отличающееся тем, что дизель (30) и редуктор (32) расположены параллельно друг другу. 5. Рельсовое транспортное средство по одному из пп.1 - 4, отличающееся тем, что дизель-механический привод (30) снабжен автоматической многоступенчатой передачей, установленной с возможностью взаимодействия с дизелем (30) посредством крутильно-упругой муфты. 6. Рельсовое транспортное средство по одному из пп.1 - 5, отличающееся тем, что редуктор (32) выполнен в виде планетарной передачи. 7. Рельсовое транспортное средство по одному из пп.1 - 6, отличающееся тем, что редуктор (32) имеет пусковой преобразователь крутящего момента. 8. Рельсовое транспортное средство по п.7, отличающееся тем, что пусковой преобразователь крутящего момента выполнен в виде гидродинамического преобразователя. 9. Рельсовое транспортное средство по п.7 или 8, отличающееся тем, что пусковой преобразователь установлен с возможностью перекрытия в стационарном режиме. 10. Рельсовое транспортное средство по одному из пп.1 - 9, отличающееся тем, что между пусковым преобразователем и редуктором расположен гидродинамический тормоз-замедлитель с возможностью беспрерывного отвода на всех ступенях передач возникающей мощности торможения. 11. Рельсовое транспортное средство по одному из пп.1 - 10, отличающееся тем, что для отвода тепловых потерь от редуктора и тормоза-замедлителя введен теплообменник, установленный с возможностью взаимодействия с системой циркуляции охлаждающей жидкости в дизеле. 12. Рельсовое транспортное средство по п.2 или 11, отличающееся тем, что система циркуляции охлаждающей жидкости снабжена охлаждающим устройством, которое имеет приводимый в действие гидростатически-гидравлический вентилятор, просасывающий охлаждающий воздух через приводное устройство поперек направления движения. 13. Рельсовое транспортное устройство по одному из пп.1 - 12, отличающееся тем, что для управления функциями дизеля и редуктора введена автоматика управления. 14. Рельсовое транспортное устройство по п.13, отличающееся тем, что автоматика управления выполнена с возможностью диагностики. 15. Рельсовое транспортное средство по одному из пп.1 - 14, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно приводное устройство выполнено с возможностью дистанционного обслуживания при помощи дистанционной автоматики управления, например, из кабины управления. 16. Рельсовое транспортное средство по одному из пп.1 - 15, отличающееся тем, что введен теплообменник потерь, установленный с возможностью восприятия тепловых потерь, возникающих в режиме эксплуатации и торможения, и использования их для нагрева вагона. 17. Рельсовое транспортное средство по п.16, отличающееся тем, что теплообменник потерь включен параллельно системе циркуляции охлаждающей жидкости. 18. Рельсовое транспортное средство по одному из пп.1 - 17, отличающееся тем, что для предварительного прогрева дизеля дополнительно введено нагреваемое водогрейное устройство. 19. Рельсовое транспортное средство по одному из пп.1 - 18, отличающееся тем, что рядом с первым ведущим мостом, соединенным с приводом, установлен второй ведущий мост, который имеет мостовую реверсивную передачу, соединенную с редуктором привода посредством карданного вала. 20. Рельсовое транспортное средство по одному из пп.1 - 19, отличающееся тем, что ходовые механизмы выполнены в виде поворотных тележек, а их ведомые мосты соединены с неподвижно установленным приводным устройством посредством карданного вала. 21. Рельсовое транспортное средство по одному из п.1 - 20, отличающееся тем, что в качестве приводного устройства (28) применен дизель-электрический привод с дизелем, приводящим в действие генератор, который включен с возможностью питания через преобразователь (SR), по меньшей мере, одного тягового электродвигателя (М), воздействующего, по меньшей мере, на один ходовой механизм (20). 22. Рельсовое транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что в качестве приводного устройства (28) применена система питания переменным током, в состав которой входят, по меньшей мере, один токоприемник (SA), трансформатор (TR), преобразователь (SR) и, по меньшей мере, один тяговый двигатель (М), воздействующий на, по меньшей мере, один ходовой механизм (20). 23. Рельсовое транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что в качестве приводного устройства (28) применена система питания постоянным током, в состав которой входят, по меньшей мере, один токоприемник (SA), преобразователь (SR) и, по меньшей мере, один тяговый двигатель (М), воздействующий на, по меньшей мере, один ходовой механизм (20). 24. Рельсовое транспортное средством по п.1, отличающееся тем, что в качестве приводного устройства (28) применена комбинация из приводных устройств, описанных в пп.21, 22 и 23, с совместным применением преобразователей (SR) и тяговых двигателей (М). 25. Рельсовое транспортное средство по п.19, отличающееся тем, что каждый кузов (22) на своем конце, обращенном к соседнему кузову (22), опирается на ходовой механизм. 26. Рельсовое транспортное средство по одному из пп.1 - 25, отличающееся тем, что оба его конца выполнены в виде головных частей моторного вагона (14, 15) с возможностью применения в челночном режиме.