ЗАМЕДЛИТЕЛЬ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ Российский патент 2006 года по МПК B61K7/12 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для регулирования скорости движения железнодорожных вагонов на спускной части сортировочных горок, на парковых тормозных позициях горок малой мощности, а также в системах автоматического регулирования скорости движения скатывающихся с горки вагонов.

Известен замедлитель железнодорожных вагонов электромагнитный [1], в котором торможение осуществляется за счет электродинамических сил взаимодействия между электромагнитными полями катушек индуктивности проложенных вдоль рельсов и наведенными токами в элементах конструкции и колесах движущегося вагона. При прохождении тока по обмотке замедлителя в металлическом корпусе вагона наводятся вихревые токи, которые замыкаются через колеса движущегося вагона. Магнитное поле вихревых токов, наведенных в колесах движущегося вагона, взаимодействуя с полем, наведенным в магнитной системе замедлителя, заставляет тормозные балки, охватывающие колеса вагона, сжиматься. При этом возникают тормозящие усилия, приводящие к снижению скорости вагона. Сила торможения зависит от скорости вагона и, по мере его замедления, уменьшается. Кроме того, силу торможения можно регулировать изменением магнитного поля, зависящего от силы тока в катушке замедлителя.

Недостатками такого замедлителя являются неустойчивость его тормозного усилия из-за большого сопротивления магнитному потоку, влияния сжимающих усилий от скорости вагона, возможного негативного влияния потоков рассеяния магнитного поля на перевозимый груз вагона. На момент разработки такого электромагнитного замедлителя железнодорожных вагонов были недостаточно решены вопросы влияния влаги, загрязнения окружающей среды, динамической стойкости обмоток, вибрации, что послужило основанием для дальнейшего их совершенствования.

Известен также электромагнитный замедлитель железнодорожных вагонов, взятый нами за прототип [2], который выполнен из идентичных звеньев, каждое из которых содержит U-образный магнитопровод из ферромагнитного материала с насаженными на его стержни и закрепленными на них катушками из проводникового материала, размещенными в верхней части стержней подвижными ярмовыми балками в направляющих, прикрепленными с внутренних сторон балок тормозными шинами, кронштейны с амортизаторами.

В этом электромагнитном замедлителе железнодорожных вагонов применена электроизоляция типа "Монолит", что позволило практически исключить влияние на работу замедлителя влажности, резких перепадов температуры, повысить устойчивость обмотки (катушек) к коротким замыканием, вибрации, существенно снизить влияние загрязнения окружающей среды.

В замедлителе железнодорожных вагонов, взятом нами за прототип, тормозные усилия создаются за счет электромагнитного взаимодействия ярмовых балок с тормозными шинами, прикрепленными к их внутренним сопряженным сторонам. Тормозные шины при этом прижимаются к внутренним и внешним сторонам колеса вагона и создают тормозящее усилие.

При прохождении вагона в зоне установки замедлителя цепь магнитного потока, образуемого током катушек, насаженных на стержни U-образного магнитопровода, замыкается через магнитопровод, балки, тормозные шины и колеса вагона. Тормозной эффект при этом достигается за счет электродинамических сил и механического воздействия тормозных балок с тормозными шинами на колеса вагона. Электродинамические силы возникают за счет перемещения колеса в магнитном поле в результате его изменения, при этом в самой массе колеса возникают вихревые потоки, которые в магнитном поле оказывают тормозящее усилие. Механическая составляющая представляет собой усилия, возникающие за счет сил трения колеса о тормозные шины, прикрепленные к балкам замедлителя.

Одним из серьезных недостатков, влияющих на обеспечение стабильности работы замедлителя железнодорожных вагонов электромагнитного, является отклонение диаметра и ширины колес железнодорожных вагонов, что затрудняет получение сбалансированных усилий, прикладываемых к тормозным шинам тормозных балок.

Расстояние между тормозными шинами замедлителя железнодорожных вагонов представляет собой сумму ширины обода колеса вагона и зазоров между тормозными шинами балок, размещенных с внутренней и внешней сторон колеса. Это суммарное расстояние сравнительно велико и является причиной ослабления магнитного поля в зазоре между шинами тормозных балок.

В результате этого силы трения, воздействующие на колесо вагона, будут также ослабленными. Работа замедлителя при этом приобретает неустойчивый характер: вагон проходит в зоне замедлителя рывками и тогда, при его остановке, электромагнитная составляющая практически равна нулю, а механическая, пропорциональная электромагнитной, также не воздействует на колесо вагона.

Вагон при этом приобретает ускорение и процесс повторяется. Замедлитель железнодорожных вагонов из-за большого расстояния между ярмовыми балками работает нестабильно. Затраты электроэнергии на образование электромагнитного поля вследствие большого расстояния между ярмовыми балками также увеличены. При удалении ярмовых балок друг от друга увеличивается объем магнитного поля, при этом возрастают затраты энергии за счет работы, выполняемой при перемещении ярмовых балок.

От источника питания дополнительная энергия магнитного поля не поступает, так как потокосцепление принимается неизменным, и тогда усилие, воздействующее на колесо вагона, уменьшается. При этом для увеличения воздействующего усилия необходимо увеличивать ток намагничивания в обмотке магнитопровода. Большая величина рабочего воздушного зазора приводит к тому, что одновременно с рабочим электромагнитным потоком, протекающим через магнитопровод и воздушный зазор, возникают потоки рассеяния, которые замыкаются через отдельные участки магнитопровода помимо рабочего зазора. Известно, что величина магнитного потока в большой степени зависит от рабочего воздушного зазора и при его увеличении увеличиваются соответственно потоки рассеяния, которые по величине могут превосходить основной рабочий поток. Потоки же рассеяния, в свою очередь, протекая по отдельным участкам магнитопровода магнитной цепи, увеличивают насыщение данных участков, что, в конечном счете, приводит к возрастанию магнитного сопротивления участков и, как следствие, к ослаблению электромагнитного поля между торцами, повернутыми друг к другу ярмовых балок.

Колесо вагона при этом проходит фактически в ослабленном магнитном поле, что делает воздействие электромагнитного поля малоэффективным, так как сила прижатия тормозных шин в большей степени зависит от расстояния между ними.

Эффект торможения существенно снижается также вследствие того, что между ярмовыми балками находится только часть колеса вагона, и взаимодействие магнитного поля между колесами и вихревыми токами осуществляется только в той части колеса, которая находится в зоне торможения за некоторым незначительным отклонением, которым практически можно пренебречь.

В основу изобретения поставлена задача создать замедлитель железнодорожных вагонов электромагнитный, который бы позволил повысить стабильность его работы с одновременным снижением затрат электроэнергии в процессе торможения и уменьшением массы проводникового материала.

Решение поставленной задачи достигнуто тем, что в замедлителе железнодорожных вагонов электромагнитном, выполненном из идентичных звеньев, каждое из которых содержит U-образный магнитопровод из ферромагнитного материала с насаженными на его стержни и закрепленными на них катушками из проводникового материала, размещенными в верхней части стержней передвижными ярмовыми балками с прикрепленными с их внутренних сторон, обращенных друг к другу, тормозными шинами, кронштейны с амортизаторами, ярмовые балки выполнены каждая из двух составляющих, размещенных друг над другом, причем верхние составляющие ярмовых балок с прикрепленными на них шинами первыми полками соответственно размещены на нижних составляющих ярмовых балок с возможностью возвратно-поступательного их перемещения и фиксации на нижних составляющих ярмовых балок, вторые полки которых с закрепленными на них упомянутыми тормозными шинами повернуты соответственно друг к другу, причем упомянутые кронштейны с амортизаторами закреплены в верхней части стержней магнитопровода с возможностью воздействия на нижние составляющие ярмовых балок.

Предусматривается выполнение верхних составляющих ярмовых балок L-образного сечения, а также из немагнитного материала. Верхние составляющие ярмовых балок замедлителя выступают по длине за пределы нижних составляющих и выполнены на концах со скосами в противоположные стороны друг относительно друга.

Между совокупностью существенных признаков - выполнением каждой из ярмовых балок из двух составляющих, размещенных друг над другом, верхние составляющие которых первыми полками размещенных на нижних составляющих ярмовых балок с возможностью их возвратно-поступательного перемещения и фиксации верхних составляющих на нижних составляющих ярмовых балок и вторыми полками с закрепленными на них тормозными шинами, повернутых соответственно друг к другу, существует причинно-следственная связь, заключающаяся в том, что при таком выполнении замедлителя железнодорожных вагонов электромагнитного повышается стабильность его работы с одновременным снижением затрат электроэнергии в процессе торможения и уменьшением массы проводникового материала.

Предложенное изобретение отвечает требованиям изобретательского уровня, так как существенные признаки замедлителя железнодорожных вагонов электромагнитного, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, в известных устройствах не обнаружены.

Предложенный замедлитель железнодорожных вагонов электромагнитный позволяет достигнуть следующих преимуществ по сравнению с известной конструкцией:

повысить стабильность работы замедлителя в процессе торможения за счет существенного сближения нижних составляющих частей пар ярмовых балок и перенесения непосредственной функции торможения на верхние их составляющие с прикрепленными на их внутренних частях, повернутых друг к другу, тормозными шинами;

уменьшить затраты электроэнергии за счет снижения тока намагничивания в процессе торможения в результате сближения нижних составляющих ярмовых балок и уменьшения сопротивления магнитному потоку;

как следствие, за счет снижения сопротивления магнитному потоку достигнуто уменьшение массы проводникового материала.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1. изображено звено замедлителя железнодорожных вагонов электромагнитного, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - пример установки замедлителя на рельсах железнодорожного пути.

Предложенный замедлитель состоит из набора идентичных звеньев (фиг.1, 2 и 3), устанавливаемых на обоих рельсах железнодорожной колеи.

Каждое из звеньев замедлителя железнодорожных вагонов электромагнитного содержит U-образный магнитопровод 1 (фиг.1 и 2), изготовленный из ферромагнитного материала, на стержнях 2 которого насажены и закреплены катушки 3 из проводникового материала.

В верхней части стержней 2 размещены ярмовые балки, содержащие нижние 4 и верхние 5 их составляющие. Нижние составляющие 4 ярмовых балок выполнены из ферромагнитного материала и являются исполнительным органом, обеспечивающим тормозящее усилие, воздействующее на колесо вагона.

Верхние составляющие 5 ярмовых балок выполняются, например, из элементов L-образного сечения и первыми полками 6, например, при помощи болтовых соединений 7 прикрепляются к нижним составляющим ярмовых балок с возможностью их перемещения относительно нижних составляющих 4. К вторым полкам 8 верхних составляющих 5 ярмовых балок, с внутренних сторон обращенных друг к другу, прикреплены тормозные шины 9, предназначенные для непосредственного торможения путем механического воздействия на колесо движущегося железнодорожного вагона (фиг.3).

L-образное сечение верхних составляющих ярмовых балок предложено как рациональное и может быть выполнено, например, Z-образным или любой другой приемлемой конфигурации.

Направляющие ярмовых балок (не показаны) прикреплены к верхней части стержней 2 и предназначены для возвратно-поступательного перемещения ярмовых балок.

Амортизаторы 10 размещены также в верхней части стержней 2 магнитопровода 1 и предназначены для удержания и возврата ярмовых балок после окончания торможения в исходное положение. Направляющие ярмовых балок и амортизаторы 10 выполняются и закрепляются на стержнях магнитопровода известным способом.

Замедлитель железнодорожных вагонов электромагнитный набирается из отдельных идентичных звеньев (фиг.1 и 2), устанавливаемых на двух рельсах (фиг.3) в количестве, достаточном для образования зоны торможения вагона. Для обеспечения эффективного торможения вагонов количество звеньев на каждом рельсе железнодорожной колеи может достигать до двух-четырех и более, в зависимости от условий и требований, предъявляемых к процессу торможения.

Установка каждого из звеньев осуществляется под рельсами 11 (фиг.1 и 2) железнодорожной колеи так, чтобы была возможность максимально сблизить нижние составляющие ярмовых балок друг относительно друга. Верхние их составляющие 5, с первыми полками 6, размещены на нижних составляющих 4 ярмовых балок, например, при помощи болтовых соединений 7 либо жестко, с возможностью их перемещения относительно нижних составляющих ярмовых балок и регулировки расстояния между тормозными шинами 9. Регулирование расстояния между тормозными шинами осуществляется для обеспечения рационального зазора (фиг.1 и 2) между шинами 9 и ободом колеса 12 (фиг.1) вагона, меняющегося по мере их работы в результате истирания и изменения статической ширины ободов колес вагонов.

Замедлитель устанавливается таким образом, чтобы нижние составляющие 4 ярмовых балок проходили под рельсами 11 железнодорожного пути, и тогда расстояние между их торцевыми поверхностями, повернутыми друг к другу, может быть установлено равными 2d - сумме зазоров между тормозными шинами 4 и ободом колеса 12 с внутренней и внешней стороны, что позволяет в десятки раз уменьшить расстояние между торцевыми поверхностями нижних составляющих 4 ярмовых балок замедлителя и таким образом существенно увеличить намагничивающую силу электромагнитного поля между полюсами ярмовых балок для образования тормозящего воздействия на колесо вагона тормозных шин 9.

В результате значительного сближения торцевых поверхностей нижних составляющих ярмовых балок уменьшается сопротивление воздушного зазора магнитному потоку, т.е. уменьшается его паразитная составляющая, обеспечивая тем самым стабильность работы замедлителя. При этом торможение осуществляется за счет стабилизации механической составляющей, обеспечиваемой силой прижатия тормозных балок и сил трения между тормозными шинами 9 и ободом колеса вагона. Максимальное усилие, воздействующее на обод колеса, достигается в конце процесса торможения при максимальном сближении торцевых поверхностей нижних составляющих 4 ярмовых балок и уменьшении выпучивания магнитного потока с боковых сторон ярмовых балок, также уменьшении потоков рассеяния, замыкающихся через отдельные участки магнитопровода.

При уменьшении зазора между торцевыми поверхностями нижних составляющих 4 ярмовых балок снижается сила тока в катушках замедлителя, необходимая для обеспечения заданного усилия воздействия на колесо вагона, что позволяет уменьшить сечение провода и соответственно снизить расход проводникового материала.

Выполнение каждой из ярмовых балок в виде двух составляющих - верхней и нижней - позволяет разделить их функциональное значение. Нижние составляющие ярмовых балок обеспечивают необходимое усилие, а верхние, прикрепленные к нижним составляющим, осуществляют непосредственно процесс торможения. При таком выполнении ярмовых балок верхние их составляющие могут быть выполнены из немагнитной стали. В этом случае будет практически исключено воздействие электромагнитного поля на вагон и на его содержимое.

Для обеспечения беспрепятственного захода колеса вагона в зону действия замедлителя верхние составляющие ярмовых балок выступают за пределы нижних составляющих и имеют скосы, образующие необходимое расширение.

Замедлитель железнодорожных вагонов электромагнитный работает следующим образом. При прохождении колеса вагона в зоне замедлителя между ярмовыми балками с тормозными шинами подается напряжение на катушки, насаженные на стержни магнитопровода, в катушках протекает ток, образующий магнитный поток, при этом ярмовые балки притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной энергии электромагнитного поля.

Торможение осуществляется при помощи верхних составляющих ярмовых балок, жестко соединенных с нижними составляющими и содержащих тормозные шины, непосредственно воздействующие на обод колеса вагона.

Регулирование тормозного усилия обеспечивается изменением силы тока в катушках замедлителя. Возвратно-поступательное движение ярмовых балок осуществляется в направляющих, которые выполняются известным способом. Амортизаторы 10 служат для удержания ярмовых балок в заданном исходном положении перед торможением и возвращении в исходное положение после окончания процесса торможения при отключении тока в катушках.

Предложенный замедлитель железнодорожных вагонов электромагнитный позволяет обеспечить стабильность торможения за счет существенного (в десятки раз) уменьшения расстояния между торцами нижних частей ярмовых балок, в результате чего стабилизируется усилие взаимодействия между полюсами ярмовых балок.

Заданное усилие торможения может быть достигнуто при уменьшении тока в катушках магнитопровода, следовательно, может быть уменьшен расход проводниковых и изоляционных материалов.

Так как основной магнитный поток проходит между нижними составляющими ярмовых балок, которые размещены под рельсами, влияние магнитного потока на железнодорожный вагон существенно уменьшается по сравнению с прототипом, а при выполнении верхних их составляющих из немагнитной стали практически исключается. Вагоны с грузами, не допускающими воздействие электромагнитного поля, могут проходить беспрепятственно.

Работа предложенного замедлителя железнодорожных вагонов электромагнитного может быть сравнительно легко автоматизирована. Регулировка замедлителя не требует высокой квалификации обслуживающего персонала и больших затрат на его содержание.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Замедлитель железнодорожных вагонов электромагнитный выполнен из идентичных звеньев, каждое из которых содержит U-образный магнитопровод из ферромагнитного материала с насаженными на его стержни и закрепленными на них катушками из проводникового материала, размещенными в верхней части стержней подвижными ярмовыми балками в направляющих, прикрепленными с их внутренних сторон, обращенных друг к другу тормозными шинами, кронштейны с амортизаторами. Ярмовые балки выполнены каждая из двух составляющих, размещены друг над другом. Верхние составляющие ярмовых балок с прикрепленными на них шинами первыми полками соответственно размещены на нижних составляющих ярмовых балок с возможностью возвратно-поступательного их перемещения и фиксации на нижних составляющих ярмовых балок, вторые их полки с закрепленными на них упомянутыми тормозными шинами повернуты соответственно друг к другу. Упомянутые кронштейны с амортизаторами закреплены в верхней части стержней магнитопровода с возможностью воздействия на нижние составляющие ярмовых балок. В результате повышается стабильность работы замедлителя с одновременным снижением затрат электроэнергии в процессе торможения и уменьшением массы проводникового материала. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Замедлитель железнодорожных вагонов электромагнитный, выполненный из идентичных звеньев, каждое из которых содержит U-образный магнитопровод из ферромагнитного материала с насаженными на его стержни и закрепленными на них катушками из проводникового материала, размещенными в верхней части стержней подвижными ярмовыми балками в направляющих, прикрепленными с их внутренних сторон, обращенных друг к другу тормозными шинами, кронштейны с амортизаторами, отличающийся тем, что ярмовые балки выполнены каждая из двух составляющих, размещены друг над другом, причем верхние составляющие ярмовых балок с прикрепленными на них шинами первыми полками соответственно размещены на нижних составляющих ярмовых балок с возможностью возвратно-поступательного их перемещения и фиксации на нижних составляющих ярмовых балок, вторые их полки с закрепленными на них упомянутыми тормозными шинами повернуты соответственно друг к другу, причем упомянутые кронштейны с амортизаторами закреплены в верхней части стержней магнитопровода с возможностью воздействия на нижние составляющие ярмовых балок.2. Замедлитель по п.1, отличающийся тем, что верхние составляющие ярмовых балок имеют L-образное сечение.3. Замедлитель по п.1, отличающийся тем, что верхние составляющие ярмовых балок выполнены из немагнитной стали.4. Замедлитель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что верхние составляющие ярмовых балок выступают по длине за пределы нижних составляющих ярмовых балок и выполнены на концах со скосами в противоположные стороны относительно друг друга.