Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к конструкции локомотивных тележек, и предназначено для обеспечения оптимальной установки осей колесных пар локомотивных тележек при движении по криволинейному участку железнодорожного пути.
Проблемой для известных локомотивных тележек является интенсивный боковой износ гребней колес и головок рельсов при движении локомотива в кривых участках пути с радиусом менее 2500 м. Причиной износа является значительное давление на наружный рельс гребней набегающих колес. Снижение износа осуществляется различными способами. Один из способов заключается в управлении расположением колесных пар локомотивной тележки при прохождении кривых участков пути.
Установлено, что при входе локомотива в криволинейный участок пути продольные оси его тележек отклоняются от направления касательной к осевой линии колеи, образуя с касательной углы перекоса. Одновременно с этим в каждой тележке поворачиваются оси крайних колесных пар, образуя с поперечной осью тележки углы разворота. Перекашивание тележки и разворот осей колесных пар в крутых кривых происходит в направлении, противоположном вращению центра масс тележки вокруг центра кривизны рельсовой колеи.
Этот процесс заканчивается на первых метрах движения по криволинейному участку пути. Дальнейшее установившееся движение локомотива в кривой происходит с фиксированными значениями углов перекоса тележек и углов разворота осей колесных пар. При этом гребень колеса передней 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.
Интенсивность бокового износа пропорциональна силе давления гребня на рельс.
Известно, что при установившемся движении локомотива в кривой радиусом менее 2500 м сила давления (Н) на рельс гребня набегающего колеса каждой тележки пропорциональна алгебраической сумме угла перекоса (λ) тележки и половинных значений углов разворота (δ1) и (δ2) ee передней и задней колесных пар: 
где k - коэффициент пропорциональности.
Для снижения бокового износа гребней колес и головок рельсов необходимо при установившемся движении каждой тележки в кривых участках пути обеспечивать минимальную величину алгебраической суммы 
угла перекоса тележек и половинных значений углов разворота ее крайних колесных пар.
Известно устройство для установки колесных пар локомотивной тележки в кривой, в котором уменьшение алгебраической суммы 
угла перекоса тележек и половинных значений углов разворота ее колесных пар достигается за счет частичной взаимной компенсации значений углов разворота δ1 и δ2 крайних колесных пар благодаря установке их в положения, близкие к радиальным [1].
Устройство установлено на 2-осной локомотивной тележке и представляет собой поперечный шарнирный стержень. Стержень расположен вдоль поперечной оси тележки. Один шарнир поперечного стержня связан с передней колесной парой, а второй шарнир - с задней колесной парой тележки. Концевые шарниры стержня связаны с осями колесных пар посредством плеч, каждое из которых перпендикулярно соответствующей оси. Основания плеч на осях колесных пар разнесены относительно друг друга с образованием антипараллелограмма из плеч и поперечного шарнирного стержня.
Устройство работает следующим образом.
При вхождении локомотивной тележки в криволинейный участок пути ось задней колесной пары разворачивается относительно рамы тележки на угол δ2 в направлении, противоположном вращению ее центра масс вокруг центра кривизны кривой, вызывая движение соответствующего плеча колесной пары. Это движение передается на поперечный шарнирный стержень, перемещая его вдоль поперечной оси тележки, что в свою очередь по свойствам антипараллелограмма вызывает разворот плеча и оси передней колесной пары на угол δ1 в направлении, совпадающем с вращением ее центра масс вокруг центра кривизны кривой. В результате оси колесных пар тележки устанавливаются в положениях, близких к радиальным.
Углы разворота осей передней δ1 и задней δ2 колесных пар тележки близки по модулю и противоположны по направлению, и в алгебраической сумме углов они частично компенсируют друг друга.
Величины углов разворотов δ1 и δ2 осей колесных пар зависят от условий вписывания локомотива в кривую и являются величинами, близкими к нулю. Малое значение угла разворота δ2 оси задней колесной пары приводит в соответствии с закономерностями вписывания локомотива в кривые к увеличению угла перекоса λ тележки. От величины этого угла в основном и зависит давление на рельс гребня набегающего колеса тележки.
Достоинством известного устройства является уменьшение силы давления Н на рельс гребня набегающего колеса локомотивной тележки за счет установки оси каждой колесной пары в положение, близкое к радиальному, что обеспечивает частичное исключение из алгебраической суммы угла перекоса тележки и половинных значений углов разворота осей ее колесных пар двух последних слагаемых.
Недостатком устройства является сохранение достаточно большой силы давления Н на рельс гребня набегающего колеса, обусловленное увеличенным значением угла перекоса λ тележки, возникающим в соответствии с закономерностями вписывания тележки в кривые при малом угле разворота δ2 оси задней колесной пары, и неполной взаимной компенсацией углов разворота δ1 и δ2 осей колесных пар.
Наиболее близким к заявляемому решению по максимальному количеству сходных признаков и достигаемому результату является устройство для радиальной установки колесных пар локомотивной тележки, в котором уменьшение алгебраической суммы угла перекоса тележки и половинных значений углов разворота осей ее колесных пар достигается за счет полной взаимной компенсации значений углов разворота δ1 и δ2 крайних колесных пар благодаря радиальной установке осей этих колесных пар [2].
Устройство для установки колесных пар локомотивной тележки в кривой состоит из двух аналогичных шарнирно-рычажных механизмов, каждый из которых установлен на передней и задней колесных парах 2-осной локомотивной тележки, и двух синхронизирующих механизмов.
Каждый шарнирно-рычажный механизм содержит две вертикальные стойки, поперечную тягу и две упругие продольные тяги (упругие буксовые поводки). Каждая вертикальная стойка установлена на раме тележки с возможностью поворота вокруг своей оси и выполнена с двумя плечами. При этом плечи каждой стойки расположены под углом друг к другу. Первые плечи стоек имеют равную длину, а вторые плечи - по крайней мере, такую же длину, как и первые плечи.
Поперечная тяга выполнена в виде двухшарнирного стержня. Каждый конец поперечной тяги шарнирно связан с первым плечом соответствующей вертикальной стойки. Оси вращения шарниров поперечной тяги взаимно параллельны между собой и оси вращения вертикальной стойки.
Каждая упругая продольная тяга одним концом шарнирно соединена с соответствующей буксой колесной пары тележки, другим концом - со вторым плечом соответствующей вертикальной стойки. Оси вращения концевых шарниров каждой продольной тяги перпендикулярны самой тяге и расположены под прямым углом друг к другу.
Каждый синхронизирующий механизм установлен с каждой стороны тележки и соединен с соответствующими буксами колесных пар с возможностью разворота осей колесных пар тележки в противоположных направлениях.
Устройство работает следующим образом.
При вхождении локомотивной тележки в криволинейный участок пути ось задней колесной пары разворачивается на угол δ2 относительно рамы тележки в направлении, противоположном вращению ее центра масс вокруг центра кривизны кривой, вызывая движение синхронизирующих механизмов, упругих продольных, поперечных тяг и поворот вертикальных стоек.
Синхронизирующие механизмы воздействуют на буксы передней колесной пары, вызывая разворот ее оси на угол δ1 в направлении, совпадающем с вращением ее центра масс вокруг центра кривизны кривой. В результате возникает радиальная установка осей колесных пар тележки.
При этом, во-первых, углы разворота δ1 и δ2 осей передней и задней колесных пар тележки равны по модулю и противоположны по направлению, и в алгебраической сумме углов они компенсируют друг друга. Во-вторых, величина равных углов разворота δ1 и δ2 осей колесных пар зависит от условий вписывания локомотива в кривую и является величиной, близкой к нулю. Малое значение угла разворота δ2 оси задней колесной пары приводит в соответствии с закономерностями вписывания локомотива в кривые к увеличению угла перекоса λ тележки. От величины этого угла зависит сила давления Н на рельс гребня набегающего колеса тележки.
Достоинством известного устройства является уменьшение силы давления Н на рельс гребня набегающего колеса локомотивной тележки за счет радиальной установки осей крайних колесных пар, обеспечивающей исключение из алгебраической суммы угла перекоса тележки и половинных значений углов разворота осей ее крайних колесных пар двух последних слагаемых.
Недостатком устройства является сохранение силы давления Н на рельс гребня набегающего колеса, обусловленное увеличенным значением угла перекоса λ тележки, возникающим в соответствии с закономерностями вписывания тележки в кривые при малом угле разворота δ2 оси задней колесной пары.
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке устройства для установки колесных пар локомотивной тележки в кривой, которое при установившемся движении локомотива в круговой кривой исключает силу давления Н на рельс гребня набегающего колеса тележки за счет обеспечения минимального значения алгебраической суммы угла перекоса тележки и половинных значений углов разворота осей ее колесных пар .
Для решения поставленной задачи известное устройство для установки колесных пар локомотивной тележки в кривой, установленное на локомотивной тележке, содержащее две вертикальные стойки, поперечную тягу и два упругих буксовых поводка и в котором каждая вертикальная стойка установлена на раме тележки с возможностью поворота вокруг своей оси и выполнена с двумя плечами, при этом плечи каждой стойки расположены под углом друг к другу, первые плечи стоек имеют равную длину, а вторые плечи имеют, по крайней мере, такую же длину, каждый конец поперечной тяги шарнирно связан с первым плечом соответствующей вертикальной стойки, каждый буксовый поводок одним концом соединен с соответствующей буксой колесной пары тележки, другим концом - со вторым плечом соответствующей вертикальной стойки, при этом оси вращения концевых шарниров каждого поводка перпендикулярны поводку и расположены под прямым углом друг к другу, оно дополнительно снабжено блоком управления с планом эксплуатируемого участка пути и датчиком перемещения локомотива, поперечная тяга выполнена из трех шарнирно связанных звеньев, оси вращения концевых и внутренних шарниров которой взаимно параллельны между собой и оси вращения вертикальной стойки, среднее звено поперечной тяги выполнено с самотормозящим реверсивным приводом, установленным на раме тележки и выполненным с возможностью поступательного перемещения в переходной кривой среднего звена поперечной тяги вдоль его продольной оси и обеспечения движущей силы в зависимости от радиуса кривизны переходной кривой, равной
где β - коэффициент упругого проскальзывания колеса по рельсу при единичной вертикальной нагрузке на колесо,
N - вертикальная нагрузка на каждое колесо тележки,
l - половина расстояния между контактными точками колес при среднем положении колесной пары в рельсовой колее,
l0 - половина расстояния между центрами букс одной колесной пары,
r1 и r2 - длины первого и второго плеч вертикальной стойки,
а1,a2...a6 - коэффициенты дифференциальных уравнений, характеризующих установившееся движение локомотивной тележки по криволинейному участку пути, определяемые из соотношений
где ϕ - коничность средней части поверхности катания обода колеса,
b - номинальный радиус окружности катания колеса,
L - половина базы тележки,
u - половина колейного зазора,
с - коэффициент жесткости буксового узла в продольном направлении,
ρ - радиус кривизны осевой линии рельсовой колеи,
ρ0 - радиус кривизны осевой линии рельсовой колеи при F(ρ)=0,
при этом блок управления электрически связан с приводом и датчиком перемещения локомотива.
Введение новых элементов в устройство для установки колесных пар локомотивной тележки в кривой и обусловленная этим новая взаимосвязь и новое взаимное расположение элементов устройства свидетельствуют о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».
Благодаря введению блока управления с планом эксплуатируемого участка пути, датчика перемещения локомотива и выполнению поперечной тяги из трех шарнирно связанных звеньев с самотормозящим реверсивным приводом на среднем звене, установленным на раме тележки и обеспечивающим в переходной кривой поступательное перемещение среднего звена вдоль его продольной оси и движущую силу F(ρ) в зависимости от радиуса кривизны переходной кривой, полностью исключается сила давления Н на рельс гребня набегающего колеса тележки при установившемся движении локомотива в круговой кривой.
Это обусловлено тем, что значение алгебраической суммы угла перекоса тележки и половинных значений углов разворота осей ее колесных пар , от которой зависит сила давления H гребня на рельс, становится равной нулю. Равенство нулю алгебраической суммы обеспечивается за счет компенсации угла перекоса λ и половинного значения угла разворота δ2 оси задней колесной пары только одним слагаемым этой суммы, а именно половинным значением угла разворота δ1 оси передней колесной пары. Необходимое для компенсации значение угла δ1 достигается действием на переднюю колесную пару дополнительного разворачивающего момента, создаваемого устройством, который влияет на угол разворота δ1 оси передней колесной пары, но не изменяет угол перекоса λ и угол разворота оси задней колесной пары δ2.
В известном уровне техники известны устройства для установки колесных пар локомотивной тележки в кривых [1, 2, 3], в которых алгебраическая сумма , влияющая на силу давления H колеса на рельс, уменьшается незначительно. Это обусловлено тем, что изменение алгебраической суммы известных решениях достигается за счет уменьшения либо угла перекоса λ тележки, либо полусуммы углов разворота осей ее колесных пар δ1 и δ2. Однако уменьшение угла перекоса тележки λ в соответствии с закономерностями вписывания локомотивов в кривые приводит к возрастанию полусуммы углов разворота осей ее колесных пар δ1 и δ2, а уменьшение полусуммы углов разворота δ1 и δ2 - к увеличению угла перекоса λ. В итоге в обоих случаях алгебраическая сумма уменьшается незначительно, что существенно не сказывается на уменьшении силы давления H гребней колес на рельсы и на снижении бокового износа.
Таким образом, известный уровень техники не содержит решений, которые при движении локомотивных тележек в кривых обеспечивают равенство нулю алгебраической суммы и исключение силы давления H гребня набегающего колеса на рельс. Наличие нового технического результата, не вытекающего из известного уровня техники, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
На чертеже представлено в плане устройство для установки колесных пар локомотивной тележки в кривой.
Устройство для установки колесных пар локомотивной тележки в кривой установлено на передней по ходу колесной паре 1 двуосной локомотивной тележки для обеспечения разворота ее оси при движении локомотива. Оно содержит две вертикальные стойки 2, поперечную тягу 3 и два упругих буксовых поводка 4 и самотормозящий реверсивный привод 5, блок управления 6 с планом эксплуатируемого участка пути и датчик перемещения локомотива 7.
Каждая вертикальная стойка 2 установлена на раме тележки 8 с возможностью поворота вокруг своей оси. При этом каждая вертикальная стойка 2 выполнена с двумя плечами 9 и 10. Плечи 9 и 10 каждой стойки 2 расположены под углом друг к другу на одной или на разной высоте. Первые плечи 9 вертикальных стоек 2 имеют равную длину, вторые плечи 10 имеют либо такую же длину, либо другую, удовлетворяющую габаритным ограничениям.
Поперечная тяга 3 выполнена из трех шарнирно связанных звеньев 11, 12 и 13. Оси вращения концевых и внутренних шарниров поперечной тяги 3 взаимно параллельны между собой и оси вращения вертикальной стойки 2.
Среднее звено 12 поперечной тяги 3 выполнено с возможностью его поступательного перемещения в переходной кривой вдоль своей продольной оси относительно рамы тележки 8.
Среднее звено 12 соединено с самотормозящим реверсивным приводом 5, установленным на раме тележки 8 и создающим на среднем звене движущую силу, заданную в зависимости от радиуса кривизны переходной кривой, равную
где β - коэффициент упругого проскальзывания колеса по рельсу при единичной вертикальной нагрузке на колесо,
N - вертикальная нагрузка на каждое колесо тележки,
l - половина расстояния между контактными точками колес при среднем положении колесной пары в рельсовой колее,
l0 - половина расстояния между центрами букс одной колесной пары,
r1 и r2 - длины первого и второго плеч вертикальной стойки,
a1,a2...a6 - коэффициенты дифференциальных уравнений, характеризующих установившееся движение локомотивной тележки по криволинейному участку пути, определяемые из соотношений
где ϕ - коничность средней части поверхности катания обода колеса,
b - номинальный радиус окружности катания колеса,
L - половина базы тележки,
u - половина колейного зазора,
с - коэффициент жесткости буксового узла в продольном направлении,
ρ - радиус кривизны осевой линии рельсовой колеи,
ρ0 - радиус кривизны осевой линии рельсовой колеи при F(ρ)=0.
Параметры l0, ϕ, b, L, с для каждого типа локомотивной тележки имеют конкретные значения, параметры l, u, ρ для каждого участка кривой - заданные значения. Параметры r1 и r2 назначаются из конструктивных соображений. Коэффициент β устанавливается в соответствии с принятой в расчетах методикой учета сил упругого проскальзывания [4]. Вертикальная нагрузка N на каждое колесо тележки определяется расчетным путем в зависимости от условий работы локомотива [5].
Самотормозящий реверсивный привод 5 выполнен известным образом в виде либо винтового механизма, либо клинового механизма.
Каждое крайнее звено 11 и 13 поперечной тяги 3 шарнирно связано с первым плечом 9 соответствующей вертикальной стойки 2.
Упругость буксовых поводков 4 обеспечена выполнением его шарниров с резинометаллическими втулками.
Каждый упругий буксовый поводок 4 одним концом соединен с соответствующей буксой 14 колесной пары 1 тележки, другим концом - со вторым плечом 10 соответствующей вертикальной стойки 2. Оси вращения концевых шарниров каждого поводка 4 перпендикулярны самому поводку и расположены под прямым углом друг к другу.
Блок управления 6 электрически связан с самотормозящим реверсивным приводом 5 и датчиком перемещения локомотива 7. Блок управления 6 и датчик перемещения локомотива 7 установлены на раме тележки 8.
Самотормозящий реверсивный привод обеспечивает движение среднего звена 12 поперечной тяги 3 только при наличии и в направлении движущей силы F(ρ).
При движении локомотива в прямом и обратном направлениях устройство для установки колесных пар устанавливается как на передней, так и на задней колесных парах, работающих самостоятельно в зависимости от направления хода локомотива.
Устройство работает следующим образом.
1. При движении локомотива по прямолинейному участку пути или в пологой кривой радиусом ρ≥ρ0 колесные пары 1 тележки движутся с кратковременным периодическим прижатием к рельсу гребней набегающих колес. Возникающие при этом силы давления H гребня на рельс имеют малую величину. Блок управления 6 отключен от привода 5, движущая сила F(ρ) равна нулю, а устройство для установки колесных пар локомотивной тележки в кривой находится в исходном положении. В этом положении благодаря принятым соотношениям геометрических параметров устройства звенья поперечной тяги 3 расположены на прямой, перпендикулярной продольной оси тележки, и ее центральная точка совпадает с этой осью. Первые плечи 9 вертикальных стоек 2 параллельны продольной оси тележки, вторые плечи перпендикулярны этой оси и направлены в противоположные стороны. Такое расположение вышеописанные элементы устройства занимают как в случае номинального расположения колесной пары 1 относительно рамы тележки 8, когда буксовые поводки 4 параллельны продольной оси тележки, так и в случае малых смещений колесной пары 1 из номинального положения, при которых возникающие деформации буксовых поводков 4 компенсируются на самих поводках 4 за счет их упругости.
2. При движении локомотива по входной переходной кривой датчик перемещения локомотива 7 передает его координаты в блок управления 6, который сопоставляет полученные координаты с планом эксплуатируемого участка пути и для каждого положения локомотива определяет радиус кривизны ρ рельсовой колеи. На начальном этапе движения при ρ≥ρ0 устройство для установки колесных пар локомотивной тележки в кривой находится в исходном положении и не работает, как и при движении локомотива по пологой кривой.
При ρ<ρ0 на колесные пары локомотивной тележки в соответствии с закономерностями вписывания в крутые кривые действуют моменты сил, вызывающие первичное перекашивание тележки в рельсовой колее на угол λ и первичные развороты осей передней колесной пары на угол δ1, а задней колесной пары на угол δ2. Перекашивание тележки и разворот осей происходит в направлении, противоположном вписыванию тележки в кривые.
Разворачивающий момент на каждой колесной паре создает равные по модулю и противоположные по направлению продольные силы в упругих буксовых поводках 4. Эти силы затем передаются через плечи 9, 10 вертикальных стоек 2 и крайние звенья 11, 13 на среднее звено 12 поперечной тяги 3. В результате вдоль оси звена 12 создается сила, направленная к внутреннему рельсу колеи, которая передается через опоры самотормозящего привода 5 на раму тележки 8. Величина силы на звене 12 не зависит от малых деформаций упругих поводков 4 и определяется только величиной разворачивающего момента на колесной паре.
Первичное перекашивание тележки и разворот осей ее колесных пар приводит к прижатию гребня набегающего колеса к рельсу, создавая боковое давление гребня на рельс.
При ρ=ρ0 блок управления 6 включает привод 5, создающий на среднем звене 12 поперечной тяги 3 движущую силу F(ρ), направленную к наружному рельсу кривой. Эта сила зависит от параметров тележки и радиуса кривизны, изменяющегося в интервале ρ0≤ρ<ρкр, где ρкр - радиус кривизны круговой кривой, и определяется по формуле
где β - коэффициент упругого проскальзывания колеса по рельсу при единичной вертикальной нагрузке на колесо,
N - вертикальная нагрузка на каждое колесо тележки,
l - половина расстояния между контактными точками колес при среднем положении колесной пары в рельсовой колее,
l0 - половина расстояния между центрами букс одной колесной пары,
r1 и r2 - длины первого и второго плеч вертикальной стойки,
а1,a2...a6 - коэффициенты дифференциальных уравнений, характеризующих установившееся движение локомотивной тележки по криволинейному участку пути, определяемые из соотношений
где ϕ - коничность средней части поверхности катания обода колеса,
b - номинальный радиус окружности катания колеса,
L - половина базы тележки,
u - половина колейного зазора,
с - коэффициент жесткости буксового узла в продольном направлении,
ρ - радиус кривизны осевой линии рельсовой колеи,
ρ0 - радиус кривизны осевой линии рельсовой колеи при F(ρ)=0.
Под действием силы F(ρ) среднее звено 12 перемещается поступательно в направлении его продольной оси и приводит в движение звенья 11, 13 поперечной 3, плечи 9, 10 вертикальной стойки, деформирует упругие поводки 4. При этом среднее звено 12 передает на крайние звенья 11, 13 силу, равную 0,5F(ρ), которая затем передается через плечи 9, 10 вертикальной стойки 2 и упругий поводок 4 на соответствующую буксу 14 колесной пары 1. Переданные на буксы 14 силы образуют на передней колесной паре 1 дополнительный разворачивающий момент, направленный противоположно моменту первичного разворота этой оси. При этом дополнительный разворачивающий момент не влияет на перекашивание тележки и разворот задней колесной пары.
Величина дополнительного разворачивающего момента не зависит от малых перемещений элементов устройства и деформаций упругих поводков 4. Разворачивающий момент в основном определяется величиной движущей силы F(ρ) и превышает значение первичного разворачивающего момента на колесной паре 1. Результирующее действие двух моментов вызывает разворот оси передней колесной пары в направлении вписывания тележки в кривую, а именно в направлении, противоположном перекашиванию тележки и развороту оси задней колесной пары. Возникающий при этом угол разворота δ1 1 передней колесной пары в каждом положении тележки близок по величине сумме удвоенного угла перекоса λ тележки и угла разворота δ2 оси задней колесной пары. В результате алгебраическая сумма угла перекоса тележки и половинных значений углов разворота осей ее колесных пар 
близка к нулю в переходной кривой и равна нулю - в конце переходной кривой.
Как следствие этого, сила давления Н на рельс гребня набегающего колеса в переходной кривой незначительна, а конце этой кривой равна нулю.
3. В начале круговой кривой при ρ=ρкр блок управления 6 отключает привод 5. Действие силы F(ρ) прекращается. При этом самотормозящий привод препятствует изменению положения среднего звена 12, которое оно занимало при действии силы F(ρ). Сохранение положения среднего звена 12 обеспечивает неизменность положения элементов устройства и сохранение угла перекоса λ тележки и углов разворота осей колесных пар δ1 1 и δ2 на протяжении всего движения тележки по круговой кривой. Сохраняется также равным нулю значение алгебраической суммы угла перекоса тележки и половинных значений углов разворота осей ее колесных пар 
что полностью исключает силу давления Н на рельс гребня набегающего колеса.
4. При движении по выходной переходной кривой условия вписывания локомотива аналогичны условиям вписывания его при движении по входной переходной кривой, при этом изменяется направление протекания процесса.
Вначале выходной переходной кривой блок управления 6 включает привод 5, который создает на среднем звене 12 поперечной тяги 3 движущую силу F(ρ), направленную к внутреннему рельсу колеи и изменяющуюся в соответствии с увеличением радиуса кривизны в интервале ρкр≥ρ≥ρ0. Под действием силы F(ρ) элементы устройства приходят в движение, возвращая устройство для установки колесных пар в исходное положение. При этом сила F(ρ) передается на обе буксы 14 передней колесной пары 1, создавая на ней дополнительный разворачивающий момент, который совпадает по направлению с моментом ее первичного разворота.
Результирующее действие первичного и дополнительного моментов вызывает уменьшение угла разворота оси передней колесной пары δ1 1 в направлении, противоположном вписыванию тележки в кривую. Угол перекоса λ тележки и угол разворота δ2 оси задней колесной пары имеют малые постепенно убывающие значения. В результате алгебраическая сумма угла перекоса тележки и половинных значений углов разворота осей ее колесных пар 
в интервале изменения радиуса кривизны ρкр≥ρ≥ρ0 остается близкой к нулю. Сила давления Н на рельс гребня набегающего колеса при этом незначительна.
При ρ=ρ0 устройство для установки колесных пар занимает исходное положение, блок управления 6 отключает привод 5. Движущая сила F(ρ) и создаваемый ею на передней колесной паре дополнительный разворачивающий момент равны нулю. Одновременно с этим при ρ=ρ0 первичные разворачивающие моменты на тележке и ее колесных парах становятся близкими к нулю.
В результате угол перекоса λ тележки и углы разворота осей ее колесных пар δ1 1 и δ2, а также их алгебраическая сумма 
принимают близкие к нулю значения. Близка к нулю и сила давления Н на рельс гребня набегающего колеса.
Эти условия вписывания сохраняются до выхода локомотива из переходной кривой на прямой участок пути.
Например, для электровоза ВЛ80 при движении по круговой кривой ρкр=300 м постоянные геометрические и силовые параметры имеют следующие известные значения [4, 5]: коэффициент упругого проскальзывания колеса по рельсу при единичной вертикальной нагрузке на колесо β=21; вертикальная нагрузка на каждое колесо тележки N=114,3 кН; половина расстояния между контактными точками колес при среднем положении колесной пары в рельсовой колее l=0,8028 м; половина расстояния между центрами букс одной колесной пары l0=1,1 м; коничность средней части поверхности катания обода колеса ϕ=0,05; номинальный радиус окружности катания колеса b=0,625 м; половина базы тележки L=1,5 м; половина колейного зазора u=0,017 м; коэффициент жесткости буксового узла в продольном направлении с=1680 кН/м.
Длины первого и второго плеч вертикальной стойки из конструктивных соображений приняты равными r1=r2=0,015 м. Расчетный радиус кривизны осевой линии рельсовой колеи при нулевом значении движущей силы ρ0=2500 м.
Значения параметров вписывания, характеризующих установившееся движение электровоза в круговой кривой ρ=300 м, приведены в таблице.
рад
Использование заявляемого решения позволяет при вписывании в кривые локомотива с тележками различного типа уменьшить в 2-3 раза силу давления Н на рельс гребня набегающего колеса в переходных кривых и полностью исключить ее в круговых кривых.
Источники информации
1. Механическая часть тягового подвижного состава / Под ред. И.В.Бюрикова. - М.: Транспорт, 1992. С.168.
2. Заявка №96114300 РФ, МПК 6 B 61 F 5/38. Двухосный экипаж с радиальной установкой колесных пар / В.В.Березин, А.И.Кокорев, В.В.Потехин и др.; НИИ тепловозов и путевых машин (РФ). - Заявлено 11.07.96; Опубл. 10.08.97.
3. Пат.№2176202 РФ, МПК 7 В 61 F 5/38. Устройство для автоматического управления тележками в кривых участках пути / Григоренко В.Г., Доронин В.И., Леонов Э.А. и др.; ДВГУПС (РФ). - Заявлено 30.11.2000; Опубл. 21.11.2001, Бюл. №33.
4. Доронин С. В. Определение параметров вписывания электровозов серии ВЛ80 в криволинейные участки пути: учебное пособие / С.В.Доронин, А.Е.Стецюк. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000. С.46.
5. Доронин В.И. Причины перекосной установки тележек в кривых / В.И.Доронин, С.В.Доронин // Повышение эффективности эксплуатации подвижного состава в ДВ регионе: Сб. научн. тр. ДВГУПС. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 1999, С.61.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ДВУХОСНАЯ ЛОКОМОТИВНАЯ ТЕЛЕЖКА С РАДИАЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ КОЛЕСНЫХ ПАР | 2005 |
|
RU2291079C1 |
| БУКСОВЫЙ УЗЕЛ ЛОКОМОТИВНОЙ ТЕЛЕЖКИ С РЕГУЛИРУЕМОЙ УСТАНОВКОЙ КОЛЕСНЫХ ПАР | 2007 |
|
RU2350499C1 |
| Устройство для управления угловым положением колесных пар челюстной тележки в железнодорожном пути в зависимости от направления движения | 2022 |
|
RU2783718C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕЖКАМИ В КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ | 2000 |
|
RU2176202C1 |
| СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ КОЛЕСО - РЕЛЬС, ПРИ ДВИЖЕНИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПО КРИВОЛИНЕЙНОМУ УЧАСТКУ ПУТИ | 1991 |
|
RU2061611C1 |
| СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ИЗНОСА СИСТЕМЫ КОЛЕСО-РЕЛЬС И КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2010 |
|
RU2449910C2 |
| Устройство для радиальной установки колесных пар железнодорожной тележки с поводковой связью её рамы с буксами с учетом направления движения (варианты) | 2023 |
|
RU2806919C1 |
| ТЕЛЕЖКА ГРУЗОВОГО ВАГОНА | 2005 |
|
RU2292282C1 |
| ЭКИПАЖНАЯ ЧАСТЬ ЛОКОМОТИВА | 2006 |
|
RU2320508C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ КОЛЕСНЫХ ПАР ЛОКОМОТИВА В КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ | 1994 |
|
RU2094272C1 |
Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и касается устройства для установки колесных пар 1 локомотивной тележки в кривой. Устройство содержит две вертикальные стойки 2 с двумя плечами, установленные с возможностью поворота на раме тележки, поперечную тягу 3 и два буксовых поводка 4, блок управления 6 с планом эксплуатируемого участка пути и датчик перемещения локомотива 7. Поперечная тяга выполнена из трех шарнирно связанных звеньев. Каждый конец поперечной тяги шарнирно связан с первым плечом 9 соответствующей вертикальной стойки. Среднее звено 12 поперечной тяги выполнено с самотормозящим реверсивным приводом 5, который установлен на раме тележки и выполнен с возможностью поступательного перемещения в переходной кривой среднего звена поперечной тяги вдоль его продольной оси и обеспечения движущей силы, определяемой из математической формулы, зависящей от параметров тележки и рельсовой колеи. Каждый буксовый поводок одним концом соединен с соответствующей буксой колесной пары тележки, другим концом - со вторым плечом 10 соответствующей вертикальной стойки. Блок управления электрически связан с приводом и датчиком перемещения локомотива. Технический результат - уменьшение силы давления на рельс гребня колеса в переходных кривых и исключение ее в круговых кривых. 1 ил., 1 табл.
Устройство для установки колесных пар локомотивной тележки в кривой, установленное на локомотивной тележке, содержащее две вертикальные стойки, поперечную тягу и два упругих буксовых поводка, и в котором каждая вертикальная стойка установлена на раме тележки с возможностью поворота вокруг своей оси и выполнена с двумя плечами, при этом плечи каждой стойки расположены под углом друг к другу, первые плечи стоек имеют равную длину, а вторые плечи имеют, по крайней мере, такую же длину, каждый конец поперечной тяги шарнирно связан с первым плечом соответствующей вертикальной стойки, каждый буксовый поводок одним концом соединен с соответствующей буксой крайней колесной пары тележки, другим концом - со вторым плечом соответствующей вертикальной стойки, при этом оси вращения концевых шарниров каждого поводка перпендикулярны поводку и расположены под прямым углом друг к другу, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено блоком управления с планом эксплуатируемого участка пути и датчиком перемещения локомотива, поперечная тяга выполнена из трех шарнирно связанных звеньев, оси вращения концевых и внутренних шарниров которой взаимно параллельны между собой и оси вращения вертикальной стойки, среднее звено поперечной тяги выполнено с приводом, установленным на раме тележки и выполненным с возможностью поступательного перемещения в переходной кривой среднего звена поперечной тяги вдоль его продольной оси и обеспечения движущей силы в зависимости от радиуса кривизны переходной кривой, равной
где β - коэффициент упругого проскальзывания колеса по рельсу при единичной вертикальной нагрузке на колесо;
N - вертикальная нагрузка на каждое колесо тележки;
l - половина расстояния между контактными точками колес при среднем положении колесной пары в рельсовой колее;
l0 - половина расстояния между центрами букс одной колесной пары;
r1 и r2 - длины первого и второго плеч вертикальной стойки;
a1,a2...a6 - коэффициенты дифференциальных уравнений,
характеризующих установившееся движение локомотивной тележки по криволинейному участку пути, определяемые из соотношений
где ϕ - коничность средней части поверхности катания обода колеса;
b - номинальный радиус окружности катания колеса;
L - половина базы тележки;
u - половина колейного зазора;
с - коэффициент жесткости буксового узла в продольном направлении;
ρ - радиус кривизны осевой линии рельсовой колеи;
ρ0 - радиус кривизны осевой линии рельсовой колеи при F(ρ)=0,
при этом блок управления электрически связан с приводом и датчиком перемещения локомотива.
| ДВУХОСНЫЙ ЭКИПАЖ С РАДИАЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ КОЛЕСНЫХ ПАР | 1996 |
|
RU2093396C1 |
| Устройство для уменьшения направляющих усилий набегающих колесных пар тележек локомотива | 1983 |
|
SU1119899A1 |
| Устройство для стабилизации движения транспортного средства в прямых участках пути | 1985 |
|
SU1260279A1 |
| Устройство для локального гальванопокрытия | 1985 |
|
SU1323610A1 |
| US 4793577 A1, 27.12.1988. | |||
