УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕЖКАМИ В КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ Российский патент 2001 года по МПК B61F5/38 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к устройствам, обеспечивающим хордовую установку локомотивных тележек в кривых участках пути.

Известно, что при вписывании локомотива в кривые участки пути, тележки находятся в перекошенном положении. Гребень колеса первой по ходу колесной пары каждой тележки с большим усилием воздействует на наружный рельс. В результате возникает интенсивный боковой износ головки рельса и гребня набегающего колеса на рельс. Интенсивность износа пропорциональна силе давления гребня на рельс. Сила давления гребня на рельс наименьшая, если тележка занимает в рельсовой колее хордовое положение, то есть положение, при котором продольная ось тележки параллельна касательной к оси рельсовой колеи, проведенной через центр тяжести тележки.

Для снижения интенсивности износа, установку тележки из перекошенного положения в хордовое осуществляют принудительным поворотом, с помощью специальных устройств.

Известно устройство для уменьшения направляющих усилий набегающих колес тележек локомотива [1] , состоящее из исполнительного механизма и системы управления. Исполнительный механизм представляет собой силовой цилиндр, корпус которого установлен на раме кузова, а шток связан с рамой тележки. Система управления содержит распределитель, два датчика измерения перемещений тележки, блок управления. Распределитель соединен трубопроводами с полостями силового цилиндра. Блок управления связан электрически с распределителем. Каждый датчик измерения перемещения тележки представляет собой регистратор поперечных перемещений тележки относительно соответствующего рельса. Датчики измерения перемещений тележки установлены на тележке над головками рельсов и связаны с блоком управления.

При вхождении локомотива на кривой участок пути, датчик регистрирует начало вхождения в кривую и подает сигнал в блок управления, который выдает команду на срабатывания распределителя. Силовой цилиндр создает силу, действующую на тележку. Эта сила способствует установке тележки в хордовое положение. В этом случае давление гребня набегающего колеса на наружный рельс уменьшается, следовательно, снижается интенсивность износа колес и рельсов.

Недостатком устройства является отсутствие своевременной установки тележки в хордовое положение в заданной точке рельсовой колеи.

Это обусловлено продолжающимся движением тележки между точкой рельсовой колеи, в которой датчик регистрирует вхождение в кривую, и точкой, в которой шток силового цилиндра начнет поворачивать тележку в хордовое положение.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для управления вписыванием двухтележечного экипажа локомотива в кривые участки пути [2].

Устройство состоит из исполнительного механизма и системы управления. Исполнительный механизм представляет собой силовой цилиндр, корпус которого установлен на раме тележки, а шток силового цилиндра связан с рамой кузова локомотива. Система управления включает распределитель, датчик измерения перемещений тележки и блок управления. Распределитель соединен трубопроводами с полостями силового цилиндра. Блок управления соединен с распределителем. Датчик измерения перемещений тележки связан с блоком управления. Датчик измерения перемещений тележки представляет собой регистратор угла поворота тележки относительно кузова локомотива, выполненный в виде концевого выключателя. Концевой выключатель состоит из контакта, установленного на раме тележки, и двух ограничительных контактов, установленных на раме кузова. Расстояние между ограничительными контактами фиксированное и соответствует предельно допустимому углу между продольными осями кузова и тележки.

При входе локомотива в кривую его тележки поворачиваются относительно кузова. При незначительном угле между продольными осями кузова и тележкой, замыкания контактов концевого выключателя не происходит. Как только угол станет предельно допустимым, произойдет замыкание контактов концевого выключателя. При замыкании контактов поступает сигнал в блок управления, который подает команду на срабатывание распределителя. Силовой цилиндр создает силу, действующую на тележку, вызывая ее поворот в хордовое положение. Сила давления гребня на наружный рельс уменьшается.

Преимуществом перед вышеописанным устройством является то, что при определенных радиусах кривых участков пути возможна установка тележки в положение, близкое к хордовому. Для этого необходимо надлежащим образом выбрать предельное значение угла между продольными осями кузова и тележкой для криволинейного участка пути. При соответствии этого угла радиусу кривой тележка установится в положение, близкое к хордовому.

Недостатком известного устройства является то, что установка тележки в хордовое положение, соответствующее заданной точке рельсовой колеи, происходит с опозданием.

Это обусловлено тем, что за время срабатывания системы управления и создания необходимой силы штока силового цилиндра тележка продолжает движение и поворот тележки в хордовое положение в точке рельсовой колеи, в которой датчик регистрирует предельный угол, будет отсутствовать.

К тому же, установка тележки в положение, близкое к хордовому, невозможна в кривых, радиус которых больше радиуса, соответствующего предельно допустимому углу между продольными осями кузова и тележки. Это связано с тем, что расстояние между ограничительными контактами строго фиксированное, и замыкание контактов происходит всегда при одном и том же значении угла между продольными осями кузова и тележки, то есть при вполне определенном значении радиуса кривой. В кривых с радиусом больше этого значения замыкание контактов и срабатывание системы управления будет отсутствовать. Хордовой установки тележки не произойдет.

В основу изобретения положена задача создания устройства для автоматического управления тележками в кривых участках пути, которое осуществляет своевременную установку тележек в хордовое положение в кривых различного радиуса за счет того, что действующая на тележку сила обеспечивает для каждой точки кривой необходимый разворот тележки.

Для решения поставленной задачи известное устройство для автоматического управления тележками в кривых участках пути, содержащее исполнительный механизм в виде силового цилиндра, корпус которого связан шарнирно с рамой тележки, а шток - с рамой кузова, и систему управления, включающую распределитель, блок управления, датчик измерения перемещений, установленный на раме кузова, при этом блок управления связан с датчиком измерения перемещений и распределителем, соединенным с силовым цилиндром, дополнительно снабжено датчиком перемещения штока силового цилиндра, соединенным со штоком, жестко закрепленным на корпусе силового цилиндра и электрически связанным с блоком управления, упомянутый блок управления содержит план эксплуатируемого участка железнодорожного пути, упомянутый датчик измерения перемещений выполнен в виде регистратора пройденного локомотивом пути, а нормативное расстояние между шарниром корпуса силового цилиндра и шарниром штока при хордовой установке тележки определено из соотношения:

где S - нормативное расстояние между шарниром корпуса силового цилиндра и шарниром штока при хордовой установке тележки;
l - расстояние от центра масс тележки до центра шарнира корпуса силового цилиндра;
k - расстояние от центра масс тележки до центра шарнира штока силового цилиндра;
α- угол между продольной осью кузова и линией, проведенной через центр масс тележки и центр шарнира штока силового цилиндра;
μ- угол между продольной осью тележки и продольной осью кузова, соответствующий хордовой установке тележки, в прямом участке пути μ = 0, в круговой кривой
(2)
где В - половина базы кузова локомотива;
R - радиус кривой;
в переходной кривой
(3)
где L_ПК - длина переходной кривой;
B - половина базы кузова локомотива;
R - радиус кривой;
σ_i- дуговая координата центра тяжести тележки от начала переходной кривой;
i - индекс тележки в секции локомотива (i = 1 - для передней, i = 2 - для задней); в действиях типа ∓ верхний знак необходимо принимать для передней по ходу движения тележки, а нижний - для задней.

За счет выполнения датчика измерения перемещений в виде регистратора пройденного локомотивом пути и введения в блок управления плана эксплуатируемого участка пути реализуется возможность фиксации блоком управления положения локомотивных тележек на плане пути в каждый момент времени.

Фиксация положения тележки на плане пути в сочетании с тем, что принятое размещение шарниров на корпусе и на штоке силового цилиндра позволяет определить аналитическую зависимость между хордовым положением тележки в заданной точке рельсовой колеи и величиной расстояния между шарнирами на корпусе и штоке силового цилиндра, делает возможным поставить в соответствие каждой точке плана пути величину нормативного расстояния между шарнирами на корпусе и на штоке силового цилиндра, при котором тележка занимает хордовое положение. Это означает, что каждой точке плана пути соответствует определенное значение величины нормативного расстояния между указанными шарнирами для хордового положения тележки в рельсовой колее. Соответствие каждой точке плана пути определенного значения величины нормативного расстояния между шарнирами для хордового положения тележки объясняется следующим. Величина нормативного расстояния S, согласно формуле (1), зависит от угла μ: при движении тележки по прямому участку пути μ = 0 и S = const; при движении по круговой кривой угол μ определяется формулой (2), в каждой точке круговой кривой μ = const и S = const; при движении по переходной кривой угол μ определяется формулой (3), в каждой точке переходной кривой соответствует определенное значение дуговой координаты σ, угла μ и нормативного расстояния S.

Обеспечение этого соответствия в сочетании с введением дополнительного датчика перемещений штока силового цилиндра, передающего в блок управления данные о фактическом расстоянии между шарнирами на штоке и на корпусе силового цилиндра, позволяет блоку управления сравнивать фактическое расстояние между шарнирами с его нормативным значением в каждой точке плана пути и устанавливать наличие отклонения фактического расстояния от нормативного, то есть устанавливать наличие отклонения тележки от хордового положения в каждой точке рельсовой колеи.

Как только отклонение фиксируется, блок управления подает команду в распределитель на создание силовым цилиндром необходимой силы, способной сделать расстояние между шарнирами на штоке и на корпусе силового цилиндра равным его нормативному значению. Тем самым обеспечивается установка тележки в хордовое положение в любом месте рельсовой колеи.

Таким образом, выполнение датчика измерения перемещений в виде регистратора пройденного локомотивом пути, установка дополнительного датчика перемещений штока силового цилиндра, с выполнением условия, что расстояние между шарнирами на корпусе и на штоке силового цилиндра однозначно соответствует хордовому положению тележки в рельсовой колее, введение в блок управления плана эксплуатируемого участка железнодорожного пути позволяет блоку управления выработать команду для распределителя и силового цилиндра, обеспечивающую удержание локомотивной тележки в хордовом положении в каждой точке эксплуатируемого участка пути.

На чертеже представлена схема расположения устройства на одной тележке локомотива.

Устройство для автоматического управления тележками в кривых участках пути установлено на двухтележечном локомотиве, например ВЛ 80. Оно состоит из исполнительного механизма в виде силового цилиндра 1 и системы управления 2. Система управления 2 включает распределитель 3, датчик измерения перемещений 4, датчик перемещений штока силового цилиндра 5 и блок управления 6.

Корпус силового цилиндра 1 закреплен шарнирно на передней балке рамы тележки 7, а шток 8 - шарнирно на раме кузова 9. Распределитель 3 соединен трубопроводами 10 с поршневой 11 и штоковой полостью 12 силового цилиндра 1. Блок управления 6 связан электрическими проводами 13 с распределителем 3. Датчик измерения перемещений 4 установлен на раме кузова 9 над головкой рельса и соединен с блоком управления 6. Датчик измерения перемещений штока 5 закреплен на корпусе силового цилиндра 1, связан со штоком 8 и соединен с блоком управления 6. Блок управления 6 содержит план пути эксплуатируемого участка. Нормативное расстояние между шарниром корпуса силового цилиндра 1 и шарниром штока 8 определено из соотношения:

где S - нормативное расстояние между шарниром корпуса силового цилиндра и шарниром штока при хордовой установке тележки; l - расстояние от центра масс тележки до центра шарнира корпуса силового цилиндра; k - расстояние от центра масс тележки до центра шарнира штока силового цилиндра; α- угол между продольной осью кузова и линией, проведенной через центр масс тележки и центр шарнира штока силового цилиндра; μ- угол между продольной осью тележки и продольной осью кузова, соответствующий хордовой установке тележки, в прямом участке пути μ = 0, в круговой кривой где B - половина базы кузова локомотива; R - радиус кривой; в переходной кривой где L_ПК - длина переходной кривой; B - половина базы кузова локомотива; R - радиус кривой; σ_i- - дуговая координата центра тяжести тележки от начала переходной кривой; i - индекс тележки в секции локомотива (i = 1 - для передней, i = 2 - для задней); в действиях типа ∓ верхний знак необходимо принимать для передней по ходу движения тележки, а нижний - для задней.

Силовой цилиндр 1 выполнен в виде гидравлического цилиндра двухстороннего действия. Распределитель 3 представляет собой электрогидравлический усилитель типа УГ 176-02. Датчик измерения перемещений 4 представляет собой регистратор пройденного локомотивом пути и может быть выполнен в виде приемной катушки частотных сигналов, проходящих по рельсам. Датчик перемещения штока 5 представляет собой высокочастотный индуктивный датчик линейных перемещений. Блок управления 6 выполнен в виде цифроаналогового преобразователя, который преобразует введенные в него данные в сигнал для распределителя 3. А также он является элементом сравнения нормативного и фактического расстояния между шарнирами штока 8 и корпуса силового цилиндра 1.

Устройство работает следующим образом.

При входе в правую кривую (по стрелке на чертеже), параметры которой заранее введены в блок управления 6, от датчика измерения перемещений 4 поступает сигнал в блок управления 6 о месте расположения локомотива на кривой. Блок управления 6 фиксирует положение локомотива на кривой и определяет нормативное расстояние между шарниром корпуса силового цилиндра 1 и шарниром штока 8 для этого положения согласно формуле (1). Величина нормативного расстояния S между шарниром корпуса силового цилиндра 1 и шарниром штока 8, согласно формуле (1), зависит от угла μ: при движении по круговой кривой угол μ определяется формулой (2), в каждой точке круговой кривой μ = const и S = const; при движении по переходной кривой угол μ определяется формулой (3), в каждой точке переходной кривой соответствует определенное значение дуговой координаты δ, угла μ и нормативного расстояния S. Указанное расстояние соответствует хордовой установке тележки 7 для данной точки кривой. Блок управления 6 подает команду на распределитель 3. Распределитель 3 направляет рабочее тело в штоковую полость 12 силового цилиндра 1. Шток 8 силового цилиндра 1 втягивается, создается сила, способствующая установке тележки 7 в хордовое положение.

Датчик перемещения штока 5 фиксирует фактическое расстояние между шарнирами корпуса силового цилиндра 1 и штока 8. От датчика перемещения штока 5 поступает сигнал в блок управления 6, пропорциональный фактическому расстоянию между указанными шарнирами. Этот сигнал в блоке управления 6 сравнивается с сигналом, пропорциональным нормативному расстоянию между шарниром корпуса силового цилиндра 1 и шарниром штока 8. Если имеется рассогласование между указанными сигналами, то блок управления 6 продолжает подавать сигналы на распределитель 3. Распределитель 3 продолжает направлять рабочее тело в штоковую полость 12 силового цилиндра 1. Шток 8 силового цилиндра 1 втягивается до тех пор, пока расстояние между шарниром корпуса силового цилиндра 1 и штоком 8 станет нормативным, то есть пока не реализуется угол между продольной осью тележки и продольной осью кузова, соответствующий хордовой установке тележки 7 в данной точке кривой.

Шток 8 силового цилиндра 1 прекращает движение, если рассогласование между фактическим сигналом от датчика перемещения штока 5 и нормативным сигналом от блока управления 6 равно нулю.

Распределитель 3 подает рабочее тело вновь в штоковую полость 12 силового цилиндра 1, если в блоке управления 6 появилось рассогласование.

При движении локомотива в левой кривой, распределитель 3 по команде от блока управления 6 подает рабочее тело в поршневую полость 11 силового цилиндра 1. Шток 8 силового цилиндра 1 выдвигается, создается сила, способствующая установке тележки 7 в хордовое положение в левой кривой.

Установка второй тележки двухтележечного локомотива в хордовое положение осуществляется аналогично описанному для первой тележки.

Применение устройства для автоматического управления тележками в кривых участках пути на локомотивах позволяет своевременно устанавливать тележки локомотива в хордовое положение в кривых различного радиуса, что в конечном итоге благоприятно сказывается на уменьшении бокового износа колес и рельсов.

Источники информации
1. А.с. N 799995, МПК В 61 F 5/38. Устройство для уменьшения направляющих усилий набегающих колес тележек локомотива / Л.В. Чудновец, Т.Л. Павленко; Л.В. Чудновец, Т.Л. Павленко. - N 2751528/27-11; заявл. 12.04.79; опубл. 30.01.81, Бюл. N 4.

2. А. с. N 1507626, МПК В 61 F 5/38. Устройство для управления вписыванием двухтележечного экипажа локомотива в кривые участки пути/ И.А. Балесков, В. М. Шутов, Г.Н. Гринюк, Г.С. Меликджанов, В.М. Моисеева; Людиновский тепловозостроительный завод. - N 4343771/27-11; заявл. 08.10.87; опубл. 15.09.89, Бюл. N 34.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к устройствам, обеспечивающим хордовую установку локомотивных тележек в кривых участках пути. Устройство содержит исполнительный механизм в виде силового цилиндра, шарнирно связанного с рамой тележки и рамой кузова, и системы управления. Система управления включает в себя распределитель, блок управления, датчик измерения перемещений, установленный на раме кузова, и датчик перемещений штока силового цилиндра. Блок управления, содержащий план эксплуатируемого участка пути, связан с датчиком измерения перемещений и распределителем, соединенным с силовым цилиндром. Датчик измерения перемещений выполнен в виде регистратора пройденного локомотивом пути. Датчик перемещений штока силового цилиндра соединен со штоком и жестко закреплен на корпусе силового цилиндра, а также электрически связан с блоком управления. Применение устройства позволяет своевременно устанавливать тележки локомотива в хордовое положение в кривых различного радиуса, что благоприятно сказывается на уменьшении бокового износа колес и рельсов. 1 ил.

Устройство для автоматического управления тележками в кривых участках пути, содержащее исполнительный механизм в виде силового цилиндра, корпус которого связан шарнирно с рамой тележки, а шток связан шарнирно с рамой кузова, и систему управления, включающую распределитель, блок управления, датчик измерения перемещений, установленный на раме кузова, при этом блок управления связан с датчиком измерения перемещений и распределителем, соединенным с силовым цилиндром, отличающееся тем, что в него дополнительно введен датчик перемещений штока силового цилиндра, соединенный со штоком, жестко закрепленный на корпусе силового цилиндра и электрически связанный с блоком управления, упомянутый блок управления содержит план эксплуатируемого участка железнодорожного пути, упомянутый датчик измерения перемещений выполнен в виде регистратора пройденного локомотивом пути, а нормативное расстояние между шарнирами корпуса силового цилиндра и штока определено из соотношения

где S - нормативное расстояние между шарниром корпуса силового цилиндра и шарниром штока при хордовой установке тележки;
l - расстояние от центра масс тележки до центра шарнира корпуса силового цилиндра;
k - расстояние от центра масс тележки до центра шарнира штока силового цилиндра;
α- угол между продольной осью кузова и линией, проведенной через центр масс тележки и центр шарнира штока силового цилиндра;
μ- угол между продольной осью тележки и продольной осью кузова, соответствующий хордовой установке тележки, в прямом участке пути μ = 0, в круговой кривой μ = B/R, где В - половина базы кузова локомотива; R - радиус кривой; в переходной кривой

где L_пк - длина переходной кривой;
В - половина базы кузова локомотива;
σ_i- дуговая координата центра тяжести тележки от начала переходной кривой;
i - индекс тележки в секции локомотива (i=1 - для передней, i=2 - для задней); в действиях типа ± верхний знак необходимо принимать для передней по ходу движения тележки, а нижний - для задней.