ТЯГОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2004 года по МПК B61C11/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к грузовым, пассажирским, маневровым и промышленным тепловозам и электровозам, и касается конструкции устройств, предназначенных для передачи крутящих моментов тяговых двигателей тягового транспортного средства на его колеса и тяговой силы с колес на главную раму и сцепное устройство, а также для придания колесным парам радиальной установки при движении в кривых.

Известно 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, в котором максимальный для тягового транспортного средства коэффициент использования сцепного веса достигается 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 (Патент № 2143354, В 61 С 11/00, Россия).

Недостатками такой конструкции являются увеличенный за счет тяг габарит тележек, а следовательно, и тягового транспортного средства, особенно его консолей, что в свою очередь приводит к затрудненной сцепляемости с подвижным составом в кривых малого радиуса 60 и 40 метров, а также затрудненное прохождение таких кривых из-за больших углов поворота тяг относительно рам тележек, невозможность из-за большого габарита применения модульных двухосных тележек для многоосных тяговых транспортных средств.

Техническим результатом изобретения является снижение габарита тягового транспортного средства, особенно его консолей, снижение габарита двухосных тележек, обеспечение прохождения кривых малого радиуса 60 и 40 метров, создание четырехосных и многоосных тяговых транспортных средств на базе модульных двухосных тележек, что приводит к значительному снижению затрат на их изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Технический результат достигается тем, что в тяговом транспортном средстве, содержащем главную раму, оборудованную автосцепками, кузов, кабину, двухступенчатое рессорное подвешивание, две, три или четыре двухосные тележки, содержащие рамы, рессорное подвешивание, колесные пары с буксами, тяговые электродвигатели, тяговые редукторы, тяги, поводки, главная рама тягового транспортного средства снабжена центральными кронштейнами, расположенными по его продольной оси и пропущенными между осями каждой тяговой тележки, и шарнирно соединенными тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту в вертикальной срединной плоскости, с рамами этих тележек или с осями задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек, и четырьмя боковыми кронштейнами на каждую тележку, два из которых шарнирно соединены с кронштейнами букс передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и два других боковых кронштейна шарнирно соединены с кронштейнами букс задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными ниже их осей, кроме того, максимально возможный коэффициент использования сцепного веса

η_max=1-N·Ψ·H_a·L_н/(2·(L2н

где N - количество тяговых осей;

Ψ - коэффициент сцепления колес с рельсами;

Н_а - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;

L_н - расстояние между серединами передней и задней тележек;

L_в - расстояние между серединами средних тележек,

достигается тем, что параметры устройства, взятые один раз, определяются по соотношениям

F₁=0,5·(a·(b-a)(С_п-П)(Ψ·Q_сц·С_с/(С_с·С_п·(b-a)²+С_пб·(С_п·а²+С_с·b²)+П·Ц+А₁);

F₂=0,5·(с·(d+c)(С_п+П)(Ψ·Q_сц·С_с/(С_с·С_п·(d+c)²+С_пб·(С_п+С_с)·c·d+П·Ц+А₂);

или соответственно F₂=0,5·(Ψ·Q_сц+2·F₁)(c·d·C_c/(d²·C_c+П);

П=2·е²·С_пр; Ц=С_с+С_п+С_пб;

А₁=l₃·C_c·((b-a)(С_п+b·С_пб)·tgα; А₂=l₄·C_c·((d+c)·С_п+c·С_пб)·tgβ;

F₁·(b+r-h+l₁·tgα)F₂(d+r-h+l₂·tgβ)-(H_ф-h)·Ц₁·Ψ·Q_сц=Ψ·Q_сц·h;

Ц₁=С_ф·(С_т+С_к)/(С_т·С_к+С_ф·(С_т+С_к)),

где F₁ и F₂ - горизонтальные проекции усилий в связях, соединяющих боковые кронштейны главной рамы с кронштейнами букс соответственно передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек;

Q_сц - сцепной вес колесной пары;

а и с - вертикальные расстояния между осями букс соответствующих колесных пар и их поводками;

b и d - вертикальные расстояния между осями букс и шарнирами рычагов букс соответствующих колесных пар;

r - радиус колеса;

α и β - углы наклона к горизонту соответствующих связей;

l₁ и l₂ - горизонтальные продольные расстояния между шарнирами рычагов букс и шарнирами соответствующих центральных кронштейнов;

l₃ и l₄ - горизонтальные продольные расстояния между

шарнирами рычагов букс и соответствующими буксами;

e - горизонтальное расстояние между буксовой пружиной и осью буксы;

h - вертикальное расстояние между шарниром центрального кронштейна и уровнем верха головок рельс;

C_с и C_п продольная жесткость связи и поводка;

C_пб и C_пр - поперечная и продольная жесткость буксового узла;

Н_ф - высота второй ступени рессорного подвешивания над уровнем верха головок рельсов;

С_ф - половина поперечной жесткости второй ступени рессорного подвешивания;

С_т и С_к - половина горизонтальной жесткости тяги и центрального кронштейна;

- при соединении тяг с рамами тележек и при соединении тяг с осями колесных пар соответственно, и кронштейны букс пропущены сквозь боковины рам тележек.

Такое выполнение тягового транспортного средства и в частности снабжение главной рамы тягового транспортного средства центральными кронштейнами, расположенными по его продольной оси и пропущенными между осями каждой тяговой тележки, и шарнирно соединенными тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту в вертикальной срединной плоскости, с рамами этих тележек или с осями задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек, и четырьмя боковыми кронштейнами на каждую тележку, два из которых шарнирно соединены с кронштейнами букс передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и два других боковых кронштейна шарнирно соединены с кронштейнами букс задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными ниже их осей, и достижение максимально возможного коэффициента использования сцепного веса

η_max=1-N·Ψ·H_a·L_н/(2·(L2н

где N - количество тяговых осей;

Ψ - коэффициент сцепления колес с рельсами;

Н_а - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;

L_н - расстояние между серединами передней и задней тележек;

L_в - расстояние между серединами средних тележек,

тем, что параметры устройства, взятые один раз, определяются по соотношениям

F₁=0,5·(a·(b-a)·С_п-П)·Ψ·Q_сц·С_с/(С_с·С_п·(b-a)²+С_пб·(С_п·а²+С_с·b²)+П·Ц+А₁);

F₂=0,5·(с·(d+c)·С_п+П)·Ψ·Q_сц·С_с/(С_с·С_п·(d+c)²+С_пб·(С_п+С_с)·c·d+П·Ц+А₂);

или соответственно F₂=0,5·(Ψ·Q_сц+2·F₁)·c·d·C_c/(d²·C_c+П);

П=2·е²·С_пр; Ц=С_с+С_п+С_пб;

А₁=l₃·C_c·((b-a)(С_п+b·С_пб)·tgα; А₂=l₄·C_c·((d+c)·С_п+c·С_пб)·tgβ;

F₁·(b+r-h+l₁·tgα)F₂(d+r-h+l₂·tgβ)-(H_ф-h)·Ц₁·Ψ·Q_сц=Ψ·Q_сц·h;

Ц₁=С_ф·(С_т+С_к)/(С_т·С_к+С_ф·(С_т+С_к)),

где F₁ и F₂ - горизонтальные проекции усилий в связях, соединяющих боковые кронштейны главной рамы с кронштейнами букс соответственно передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек;

Q_сц - сцепной вес колесной пары;

а и с - вертикальные расстояния между осями букс соответствующих колесных пар и их поводками;

b и d - вертикальные расстояния между осями букс и шарнирами рычагов букс соответствующих колесных пар;

r - радиус колеса;

α и β - углы наклона к горизонту соответствующих связей;

l₁ и l₂ - горизонтальные продольные расстояния между шарнирами рычагов букс и шарнирами соответствующих центральных кронштейнов;

l₃ и l₄ - горизонтальные продольные расстояния между шарнирами рычагов букс и соответствующими буксами;

e - горизонтальное расстояние между буксовой пружиной и осью буксы;

h - вертикальное расстояние между шарниром центрального кронштейна и уровнем верха головок рельс;

С_с и С_п - продольная жесткость связи и поводка;

С_пб и С_пр - поперечная и продольная жесткость буксового узла;

H_ф - высота второй ступени рессорного подвешивания над уровнем верха головок рельсов;

С_ф - половина поперечной жесткости второй ступени рессорного подвешивания;

С_т и С_к - половина горизонтальной жесткости тяги и центрального кронштейна;

- при соединении тяг с рамами тележек и при соединении тяг с осями колесных пар соответственно,

и пропуск кронштейнов букс сквозь боковины рам тележек приводит к снижению габарита тягового транспортного средства, особенно его консолей, снижению габарита двухосных тележек, обеспечению прохождения кривых малого радиуса 60 и 40 метров, созданию четырехосных и многоосных тяговых транспортных средств на базе модульных двухосных тележек, что приводит к значительному снижению затрат на их изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Предлагаемое транспортное средство представлено на чертежах, где

на фиг.1 изображено 4-осное тяговое транспортное средство, общий вид;

на фиг.2 изображено 6-осное тяговое транспортное средство, общий вид;

на фиг.3 изображено 8-осное тяговое транспортное средство, общий вид;

на фиг.4 изображено сечение А-А на фиг.1;

на фиг.5 изображено сечение Б-Б на фиг.2;

на фиг.6 изображена схема тягового транспортного средства;

на фиг.7 изображено сечение В-В на фиг.3.

Тяговое транспортное средство (фиг.1-фиг.7) состоит из главной рамы 1 с автосцепками 2, центральными кронштейнами 3 и боковыми кронштейнами 4, кабины машиниста 5, кузова 6, рессорного подвешивания второй ступени 7, передних тележек 8, задних тележек 9, с рамами 10 с боковинами 11 и поперечинами 12, передними колесными парами 13, задними колесными парами 14, буксами 15 с кронштейнами 16, и буксами 17 с кронштейнами 18, тягами 19, связями 20, поводками 21, поводками 22, податливыми связями 23, тяговыми электродвигателями 24, тяговыми редукторами 25, буксовыми пружинами 26. Тяговое транспортное средство работает следующим образом: машинист из кабины машиниста 5 производит пуск тягового транспортного средства и устанавливает необходимый режим его работы, при этом на тяговые электродвигатели 24 передних тележек 8 и задних тележек 9 подается напряжение, от которого они начинают вращаться и создавать крутящие моменты, которые тяговыми редукторами 25 передаются на колесные пары 13 и 14, которые в свою очередь начинают вращаться, при этом в зонах контакта колес с рельсами возникают силы тяги. Силы тяги с колес передаются на оси колесных пар, а с них на буксы 15 и 17, с которых они поводками 21 и 22 передаются на рамы 10 тележек 8 и 9, при этом на кронштейнах букс 16 и 18 возникают реактивные усилия, создаваемые связями 20 или 23 с боковыми кронштейнами 4 главной рамы 1. Далее силы тяги в сумме с реактивными усилиями кронштейнов букс по боковинам 11 рам 10 тележек 8 и 9 передаются на их поперечины 12 или через поводки 22 и буксы 17 на колесные пары 13 или 14, с которых тягами 19 они передаются на центральные кронштейны 3, а с них на главную раму 1 тягового транспортного средства и далее на его автосцепку 2. Тяговые силы при передаче с обода колеса на центральный кронштейн создают на каждой тележке опрокидывающий момент

M_опр=2·Ψ·Q_сц·h,

а реактивные усилия, создаваемые связями на кронштейнах букс, создают восстанавливающий момент:

M_вoc=F₁·(b+r-h+l₁·tgα)F₂(d+r-h+l₂·tgβ)-(H_ф-h)·Ц₁·Ψ·Q_сц;

Выбор параметров устройства а, b, с, d, h, α, β, l₁, l₂, l₃, l₄, C_c, С_п, С_т, С_к, взятых один раз, по условию 2·М_вoc=М_опр приводит к ликвидации опрокидывающего момента и обеспечению тяговому транспортному средству наибольшего возможного коэффициента использования сцепного веса равного

η_max=1-N·Ψ·H_a·L_н/(2·(L2н

Например: восьмиосное тяговое транспортное средство при параметрах Q_сц=230 кН, N=8, Ψ=0,4, Н_а=1,06 м, L_н=16,8 м, L_в=11,8 м, a=0,48 м, b=0,92 м, с=0,08 м, d=0,92 м, С_с=1·10⁴ кН/м, C_п=2·10⁴кH/м, C_пб=0,2·10⁴кH/м, С_пр=0,18-10⁴ кН/м, r=0,525 м, α=β=12°, l₁=l,5 м, l₂=0,7 м, l₃=0,2 м, l₄=0,2 м, e=0,3 м, h=0,3 м, Н_ф=1,65 м, С_ф=0,04-10⁴ кН/м, С_т=15-10 кН/м, С_к=12·10⁴ кН/м, и при соединении центральных кронштейнов тягами с поперечинами рам тележек будет иметь усилия в связях F₁=22,5 кН, F₂=3,96 кН и условие равновесия 27,2≡27,5, что свидетельствует о том, что это тяговое транспортное средство имеет максимально возможный коэффициент использования сцепного веса, равный

η_mах=1-8·0,4·1,06·16,8/(2·(16,8²+11,8²))=0,932.

При движении тягового транспортного средства в кривых тележки 8 и 9 поворачиваются относительно главной рамы 1, при этом в левых и правых связях 20 или 23 происходит перераспределение реактивных усилий F₁ и F₂, что в свою очередь приводит к перераспределению продольных усилий на правых и левых буксах 15 и 17 и созданию на колесных парах 13 и 14 разворачивающих моментов, которые и устанавливают их в радиальное положение.

Все это и приводит к снижению габарита тягового транспортного средства, особенно его консолей, снижению габарита двухосных тележек, обеспечению прохождения кривых малого радиуса 60 и 40 метров, созданию четырехосных и многоосных тяговых транспортных средств на базе модульных двухосных тележек, что приводит к значительному снижению затрат на их изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к тепловозам и электровозам. Тяговое транспортное средство, содержащее главную раму, оборудованную автосцепками, кузов, кабину, двухступенчатое рессорное подвешивание, две, три или четыре двухосные тележки, содержащие рамы, рессорное подвешивание, колесные пары с буксами, тяговые электродвигатели, тяговые редуктора, тяги, поводки. Главная рама тягового транспортного средства снабжена центральными кронштейнами, шарнирно соединенными тягами с рамами этих тележек или с осями задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек. Два боковых кронштейна тележки шарнирно соединены с кронштейнами букс передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек связями, при этом их буксы соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей. Два других боковых кронштейна шарнирно соединены с кронштейнами букс задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек связями, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными ниже их осей. Кронштейны букс пропущены сквозь боковины рам тележек. Максимально возможный коэффициент использования сцепного веса определяется выражением. Техническим результатом изобретения является снижение габарита тягового транспортного средства, обеспечение прохождения и сцепляемости в кривых малого радиуса и радиальной установки колесных пар при их прохождении. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Тяговое транспортное средство, содержащее главную раму, оборудованную автосцепками, кузов, кабину, двухступенчатое рессорное подвешивание, две, три или четыре двухосные тележки, содержащие рамы, рессорное подвешивание, колесные пары с буксами, тяговые электродвигатели, тяговые редуктора, тяги, поводки, отличающееся тем, что главная рама тягового транспортного средства снабжена центральными кронштейнами, расположенными по его продольной оси и пропущенными между осями каждой тяговой тележки, и шарнирно соединенными тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту в вертикальной срединной плоскости, с рамами этих тележек или с осями задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек, и четырьмя боковыми кронштейнами на каждую тележку, два из которых шарнирно соединены с кронштейнами букс передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и два других боковых кронштейна шарнирно соединены с кронштейнами букс задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными ниже их осей.2. Тяговое транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что максимально возможный коэффициент использования сцепного веса

где N - количество тяговых осей;

Ψ - коэффициент сцепления колес с рельсами;

Н_а - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;

L_H - расстояние между серединами передней и задней тележек;

L_B - расстояние между серединами средних тележек,

достигается тем, что параметры устройства, взятые один раз, определяются по соотношениям

или соответственно

где F₁ и F₂ - горизонтальные проекции усилий в связях, соединяющих боковые кронштейны главной рамы с кронштейнами букс соответственно передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек;

Q_cц - сцепной вес колесной пары;

а и с - вертикальные расстояния между осями букс соответствующих колесных пар и их поводками;

b и d - вертикальные расстояния между осями букс и шарнирами рычагов букс соответствующих колесных пар;

r - радиус колеса;

α и β - углы наклона к горизонту соответствующих связей;

l₁ и l₂ - горизонтальные продольные расстояния между шарнирами рычагов букс и шарнирами соответствующих центральных кронштейнов;

l₃ и l₄ - горизонтальные продольные расстояния между шарнирами рычагов букс и соответствующими буксами;

е - горизонтальное расстояние между буксовой пружиной и осью буксы;

h - вертикальное расстояние между шарниром центрального кронштейна и уровнем верха головок рельс;

С_с и С_п - продольная жесткость связи и поводка;

С_пб и С_пр - поперечная и продольная жесткость буксового узла;

Н_ф - высота второй ступени рессорного подвешивания над уровнем верха головок рельсов;

С_ф - поперечная жесткость второй ступени рессорного подвешивания;

С_т и С_к - горизонтальная жесткость тяги и центрального кронштейна;

m - при соединении тяг с рамами тележек и осями колесных пар соответственно.