СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ПОЛОТНОМ ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ КОНДИЦИЙ ОПРЕДЕЛЕННОЙ(-ЫХ) ОСИ(-ЕЙ) Российский патент 2020 года по МПК B60T8/17 

Для ускорения или торможения рельсового транспортного средства необходима передача сил ускорения (тяги) или торможения в точке контакта между колесом и рельсом. Максимальная сила, передаваемая в этой точке контакта между колесом и рельсом, зависит главным образом от характера трения между колесом и рельсом. На сухом рельсе возможна передача более высоких сил, чем на мокром или на покрытом маслом рельсе. Если при торможении рельсового транспорта необходимо приложение более высокого тормозного усилия, чем передаваемого с учетом характеристик трения между колесом и рельсом, возможны блокировка, по меньшей мере, одного из колес и его скольжение по рельсу. Это состояние называют боксованием. Если же в отличие от этого при ускорении рельсового транспорта необходимо приложение более высокого усилия ускорения (силы тяги), чем передаваемого с учетом характеристик трения между колесом и рельсом, возможно проворачивание, по меньшей мере, одного из колес. Это состояние называют буксованием. Другими словами, буксование - это состояние, при котором скорость окружности колеса больше скорости движения. Аналогично этому боксование - это состояние, при котором скорость окружности колеса меньше скорости движения. Состояние, при котором скорость окружности колеса и скорость движения равны, называют накатом.

Как правило, возникновение относительного движения между окружностью колеса и рельсом называют боксованием. Таким образом, если скорость окружности колеса не равна скорости движения, то соответственно имеет место боксование. Боксование также необходимо для возможности передачи тягового или тормозного усилия между рельсом и колесом. Нулевое боксование колеса означает свободный накат колеса, т.е. без вращательных моментов на колесе. Без боксования невозможна передача мощности, т.е. передача тягового или тормозного усилия между колесом и рельсом. При очень высоком боксовании, например, при юзе или пробуксовке, в отдельных случаях отсутствует возможность передачи больших усилий между колесом и рельсом. Следовательно, оптимальное боксование необходимо для передачи максимального тягового или тормозного усилия от нуля (состояние наката) до очень высокого значения, например 100% (состояние боксования или буксования).

Оптимальное боксование зависит от характеристик трения или состояния трения между колесом и рельсом. Таким образом, боксование на мокром рельсе отличается от боксования на сухом рельсе. Различия характеристик трения между колесом и рельсом называют, таким образом, типом силового замыкания.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг. 1 - примеры различных типов силового замыкания;

фиг. 2 - боковая проекция рельсового транспортного средства с тремя вагонами, схематично.

На фиг.1 показаны две диаграммы (силовое замыкание или сцепление посредством боксования) с разными типами силового замыкания. Диаграмма в левой части показывает тип силового замыкания, известный специалистам как nH (niedriger Haftwert=низкое значение сцепления), причем тип силового замыкания в правой части известен как xnH (extrem niedriger Haftwert=экстремально низкое значение сцепления). По (горизонтальной) Х-оси диаграммы соответственно показано боксование, а по (вертикальной) Y-оси показано сцепление или пропорционально передаваемая между колесом и рельсом сила трения или ее значение. На диаграммах показано также значение μ0, обозначающее точку перехода микробоксования в макробоксование. Часть графика слева от μ0 отображает соответственно область микробоксования, а часть графика справа от μ0 отображает соответственно область макробоксования. Кроме этого значение μ0 принципиально определено максимальным значением трения в области микробоксования (левая часть графика).

В показанном слева типе силового замыкания nH максимальные усилия передаются в области макробоксования, причем в показанном справа типе силового замыкания xnH максимальные усилия передаются в области μ0. При наличии, например, условий nH силового замыкания (левая диаграмма на фиг.1) существует, исходя из μ0, возможность приложения дополнительного тормозного усилия, преобразуемого в область макробоксования, так как график, исходя из μ0, продолжает расти. Такое явление называют "Self-Improvement" (“самоулучшение”). При наличии в отличие от этого условий xnH силового замыкания в области от 0 до μ0 тормозное усилие можно увеличивать только до максимально задаваемой доли μ0, чтобы избежать перехода в область макробоксования (так как в этом случае график, исходя из μ0, снова падает и наступает "Self-Improvement". Эта максимально задаваемая доля μ0 обозначена на диаграммах как Kμ0 и соотнесена с μ0. Значение Kμ0 является, следовательно, фактором указанного μ0 и указывает на процентную долю μ0, используемую для передачи усилий без опасности перехода в область макробоксования при условии силового замыкания xnH. В случае типа силового замыкания nH (левая диаграмма на фиг.1) имеет место Kμ0>1, а для типа силового замыкания xnH (правая диаграмма на фиг.1), в отличие от этого, имеет место Kμ0<1. Например, если при типе силового замыкания xnH при торможении необходимо применить 80% (=0,8) от μ0, чтобы обеспечить 20% “безопасного промежутка” относительно макробоксования, Kμ0 составляет 0,8.

Из уровня техники известны способ и устройство, регулирующие посредством противоюзного устройства процесс торможения рельсового транспорта. Из публикации “Информационный бюллетень 541-05 Международного союза железных дорог (МСЖД), Тормоза – Инструкция по изготовлению различных деталей тормоза - Противоюзное устройство, МСКН 2-7461-0968-9” известно регулировочное противоюзное устройство согласно уровню техники. Регулировочное противоюзное устройство согласно уровню техники на основе количества оборотов задает значение боксования, обеспечивающее возможность передачи максимальных между колесом и рельсом сил трения, оттормаживающих рельсовый транспорт. На влажных рельсах такое значение боксования составляет 20%. При таком сценарии регулировочное противоюзное устройство в случае полного торможения задает для каждого оттормаживаемого колеса боксование в 20%. Боксование в 20% соответствует при этом параметру регулировки, управляющему силой затягивания тормозов для выдерживания заданного значения боксования. Силой затягивания тормозом обозначают при этом воздействие тормозной системы на отдельное колесо, т.е., например, силу воздействия тормозного цилиндра на колесо. Например, если при полном торможении в качестве регулировочного параметра задано боксование 20%, но на одной из осей боксование составляет фактически только 15%, сила затягивания (регулировочный параметр) тормозного устройства на этой оси повышают для более эффективного торможения и обеспечения за счет этого заданного состояния боксования. Это повышает боксование с 15% до 20% передаваемая сила трения между рельсом и колесами (общая сила торможения или сумма тормозных усилий) возрастает.

В основу данного изобретения положена задача, создать способ повышения сцепления рельсового транспорта с полотном путем кондиционирования определенной(-ых) оси(-ей), устройство, а также его применение для оттормаживания рельсового транспорта с заданным отрицательным ускорением.

Предпочтительные варианты усовершенствования изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.

Ниже использовано понятие узлов. Под узлом следует понимать колесо, ось, несколько осей, поворотную тележку, вагон или несколько вагонов, сведенные в один узел. Тормозное усилие регулируют соответственно для узла. Боксование мониторят также соответственно на узле.

Определяющим для тормозной способности рельсового транспорта является суммарное тормозное усилие. Суммарное тормозное усилие вытекает из суммы тормозных усилий (сил трения между колесом и рельсом) всех узлов.

Согласно изобретению в примере его осуществления мониторят все узлы и определяют возможность улучшения условий трения в последующем узле за счет изменения боксования предыдущего узла, обеспечивающего возможность передачи более высоких тормозных усилий (сила трения между колесом и рельсом) на последующие узлы, что обеспечивает возможность реализации увеличенного суммарного тормозного усилия.

Согласно изобретению в примере его осуществления увеличивают боксование (регулировочный параметр) переднего (относительно направления движения рельсового транспорта) узла (альтернативно снижают его) путем регулирования силы затягивания тормозов в этом переднем узле. На основе изменения боксования на переднем узле меняют условия трения в точке контакта колесо-рельс последующего узла. Это повышает значения μ0 и, следовательно, значения Kμ0 последующих узлов. Следовательно, тормозное усилие можно повысить посредством регулировочного противоюзного устройства путем повышения сила затягивания тормозов в последующих узлах при неизменном боксовании колес или для сохранении предыдущего значения боксования колес, или для его регулирования в сторону улучшения суммарного тормозного усилия всего транспортного средства при снижении тормозного усилия (силы трения между колесом и рельсом) на переднем узле путем увеличения боксования.

Для пояснения идеи изобрет6ения в указанном примере боксование 20% принято за регулируемую величину. Имеется сценарий, по которому максимальные силы трения между колесом и рельсом могут передаваться при 20% боксования. Согласно изобретению боксование колеса (регулирующая переменная), например, передней оси (узла) будет увеличено, например, до 40% путем увеличения силы затягивания (регулируемая величина) тормозов на этой оси. Это снижает тормозное усилие, т.е. силу трения между колесом и рельсом на этой самой передней оси. Однако это изменяет характер трения на последующих осях в плане того, что при неизменном боксовании 20% существует возможность передачи более высоких сил трения между колесом и рельсом. Силу стягивания (регулируемая величина) в этих узлах соответственно повышают при неизменной регулирующей переменной 20% боксования на этих узлах. Суммарное тормозное усилие (сила трения между всеми оттормаживаемыми колесами и рельсами) рельсового транспорта за счет этого растет, хотя тормозное усилие на первом узле было снижено. Такой эффект можно объяснить, например, тем, что на первом узле измененное боксование лучше отводит влажность и грязь с рельса, что улучшает характер трения на последующих узлах.

Кроме этого возможен сценарий, при котором сила трения на одном из передних узлов растет за счет изменения боксования, а силы трения на последующих узлах также растут.

Согласно изобретению в одном из примеров его осуществления условия сцепления всех узлов мониторят и определяют возможность улучшить путем локальных изменений на одном узле характер трения на остальных узлах, что обеспечит на остальных узлах возможность передачи более высоких тормозных усилий, реализующих повышение суммарного тормозного усилия. Эти локальные меры улучшения длительного характера сцепления или длительного характера трения между колесом и рельсом могут в отдельных случаях ухудшить характер трения между колесом и рельсом на отдельных узлах, но, не смотря на это, улучшить длительный характер сцепления. Согласно изобретению в качестве локальных мер, в том числе предложены: максимальное усиление боксования, посыпка песком, посыпка песком в сочетании с максимальным усилением боксования, магнитный рельсовый тормоз, магнитный рельсовый тормоз в сочетании с максимальным усилением боксования, магнитный рельсовый тормоз в сочетании с посыпкой песком.

Узлы, расположенные в направлении движения рельсового транспорта после (переднего) узла, на котором осуществляют меры улучшения сцепления (т.е. изменение боксования и/или, по меньшей мере, одну из указанных локальных мер), способны передавать повышенное тормозное усилие. Ожидаемое длительное повышение сцепления, с одной стороны, и учитываемое при этом в отдельных случаях локальной снижение тормозного усилия принимают во внимание и регулируют согласно изобретению при применении локальных мер.

Предпочтительно первый узел рельсового транспорта регулируют, как описано выше (т.е. изменяют боксование и/или, по меньшей мере, осуществляют одну из указанных локальных мер), чтобы обеспечить возможность использования предпочтительного характера трения в точке контакта колесо/рельс у максимально возможного количества последующих узлов.

На фиг.2 в верхней ее части схематично показана боковая проекция рельсового транспортного средства с тремя вагонами, в частности с одним вагоном слева, одним вагоном в центре и одним вагоном справа. В этом примере осуществления направление движения принято влево. В этом примере осуществления каждый вагон представляет собой узел. Следовательно, левый вагон - узел I, средний вагон - узел II, правый вагон - узел III. Под вагонами или узлами I, II, III для каждого узла I, II, III показана диаграмма силового замыкания при боксовании. При этом речь идет о диаграмме типа силового замыкания xnH аналогично фиг.1. Далее описаны диаграммы состояния А (область над штрихпунктирными линиями).

Для каждого узла I, II, III показано фактическое тормозное усилие (сила трения между колесом и рельсом) Fbr_I, Fbr_II, Fbr_III, соответствующее значению Kμ0. Это тормозное усилие или сила трения обеспечено боксованием колеса slp1 в качестве регулирующей величины на всех узлах I, II, III, а силы затягивании на всех узлах I, II, III в качестве регулируемой величины устанавливают по регулирующей величине. Следовательно, на каждом узле I, II, III выбирают максимально возможное тормозное усилие Kμ0. Повышение тормозных усилий Fbr_I, Fbr_II, Fbr_III путем изменения боксования на узлах I, II, III, следовательно, невозможно ни на одном из узлов I, II, III, как показано в пояснениях к фиг.1.

Если при осуществлении способа по данному изобретению приходят к выводу, что изменение регулирующей величины боксования на узде I с slp1 на форсированное боксование колеса slpFcd способно обеспечить более высокое суммарное тормозное усилие F_Sum_B, осуществляют переход к состоянию В.

Далее описаны диаграммы состояния В (область под штрихпунктирными линиями.

В состоянии В боксование на узле I было переведено с первичного боксования slp1 на (более высокое) форсированное боксование slpFcd. Сила затягивания (регулирующая величина) на узле I возрастает за счет этой операции регулирования. Тормозное усилие Fbr_I* в состоянии В при этом меньше тормозного усилия Fbr_I в состоянии А. Торможение идущего впереди узла I в диапазоне макробоксования slpFcd кондиционирует рельсы таким образом, что величины μ0 и, следовательно, также Kμ0 у идущих сзади узлов II и III возрастают и, тем самым, боксования у этих узлов падает до начала действия регулятора (=состояние перехода из состояния А в состояние В, не показано). Однако регулирующая величина – боксование - остается у узлов II и III неизменно slp1. Следовательно, регулируемая величина - сила затягивания - растет за счет регулирования, чтобы вернуть боксование колеса на узлах II и III снова к регулирующей величине (=состояние В). Следовательно, в состоянии В на узле II возможна передача оптимизированного тормозного усилия Fbr_II*, а на узле III – оптимизированного тормозного усилия Fbr_III*.

Суммарное тормозное усилие на всех узлах I, II, III в состоянии А составляет:

F_Sum_A = Fbr_l + Fbr_II + Fbr_III

Суммарное тормозное усилие на всех узлах I, II, III в состоянии В составляет:

F_Sum_B = Fbr_l* + Fbr_II* + Fbr_III*

Далее следует: F_Sum_B > F_Sum_A

Для состояния А также обозначено необходимое общее тормозное усилие (необходимое тормозное усилие ВА). Оно больше суммарного тормозного усилия F_Sum_A.

В состоянии В увеличенное суммарное тормозное усилие F_Sum_B обеспечивает возможность реализации большей части необходимого тормозного усилия ВА.

Способы согласно изобретению обозначены на фиг.2 как ADIM, это обозначение расшифровывается как “ Adhesion Improver” (повышение сцепления). При осуществлении способов в этом примере осуществления изобретения учитывают внешние факторы влияния, например положение и массу рельсового транспортного средства, погодные условия, влажность, температуру, скорость или направление движения рельсового транспорта. Однако это не обязательное условие. В другом (не показанном) примере осуществления эти факторы не учитывают.

Настоящее изобретение относится к способу повышения сцепления рельсового транспортного средства с полотном путем изменений кондиций определенной(-ых) оси(-ей), включающий следующие этапы: - выявление возможности обеспечить путем изменения регулирующей величины боксования колеса, по меньшей мере, узла (I) с фактического исходного боксования колеса (slp1) на форсированное боксование колеса (slpFcd) увеличение суммарного тормозного усилия (F_Sum_B) (состояние А), а при выявлении этой возможности: - изменение боксования колеса, по меньшей мере, на узле (I) с фактического исходного боксования (slp1) на форсированное боксование (slpFcd) путем регулирования регулируемой величины силы затягивания на этом узле (I), что изменяет характер трения между колесом и рельсом в последующих узлах (II, III), - регулирование регулируемой величины силы затягивания на последующих узлах (II, III), чтобы установить боксование колеса в этих узлах (II, III), также изменившееся за счет изменения характера трения, снова на неизменную регулирующую величину исходного боксования (slp1), причем это обеспечивает в узлах (I, II, III) оптимизированные тормозные усилия (Fbr_I*, Fbr_II*, Fbr_III*), причем - сумма (F_Sum_B) оптимизированных тормозных усилий (Fbr_I*, Fbr_II*, Fbr_III*) в узлах (I, II, III) после предшествовавших этапов способа (состояние В) больше суммы (F_Sum_A) предшествовавших тормозных усилий (Fbr_I, Fbr_II, Fbr_III). 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ повышения сцепления рельсового транспортного средства с полотном путем изменений кондиций определенной(-ых) оси(-ей), включающий следующие этапы:

- выявление возможности обеспечить путем изменения регулирующей величины боксования колеса, по меньшей мере, узла (I) с фактического исходного боксования колеса (slp1) на форсированное боксование колеса (slpFcd) увеличение суммарного тормозного усилия (F_Sum_B) (состояние А),

а при выявлении этой возможности:

- изменение боксования колеса, по меньшей мере, на узле (I) с фактического исходного боксования (slp1) на форсированное боксование (slpFcd) путем регулирования регулируемой величины силы затягивания на этом узле (I), что изменяет характер трения между колесом и рельсом в последующих узлах (II, III),

- регулирование регулируемой величины силы затягивания на последующих узлах (II, III), чтобы установить боксование колеса в этих узлах (II, III), также изменившееся за счет изменения характера трения, снова на неизменную регулирующую величину исходного боксования (slp1), причем это обеспечивает в узлах (I, II, III) оптимизированные усилия (Fbr_I*, Fbr_II*, Fbr_III*), причем

- сумма (F_Sum_B) оптимизированных тормозных усилий (Fbr_I*, Fbr_II*, Fbr_III*) в узлах (I, II, III) после предшествовавших этапов способа (состояние В) больше суммы (F_Sum_A) предшествовавших тормозных усилий (Fbr_I, Fbr_II, Fbr_III).

2. Способ по п. 1, при котором

форсированное боксование колеса (slpFcd), по меньшей мере, узла (I) устанавливают больше исходного боксования (slp1), что повышает регулируемую величину силы затягивания в этом узле (I), при этом оптимизированное тормозное усилие (Fbr_I*) в этом узле (I) становится меньше предшествовавшего тормозного усилия (Fbr_I), по меньшей мере, в узле (I).

3. Способ по п. 1, при котором

форсированное боксование колеса (slpFcd), по меньшей мере, узла (I) устанавливают меньше исходного боксования (slp1), при этом снижается регулируемая величина силы затягивания в этом узле (I) и оптимизированное тормозное усилие (Fbr_I*) в этом узле (I) становится больше предшествовавшего тормозного усилия (Fbr_I), по меньшей мере, в узле (I).

4. Способ по любому из пп. 1-3, при котором

по меньшей мере, узел (I) в направлении движения рельсового транспортного средства является относительно всех узлов (I, II, III) не последним узлом (III), предпочтительно передним узлом (I).

5. Способ повышения сцепления рельсового транспортного средства с полотном путем изменений кондиций определенной(-ых) оси(-ей), включающий следующие этапы:

- выявление возможности обеспечения, по меньшей мере, на узле (I) более высокого суммарного тормозного усилия мерами повышения сцепления (F_Sum_B);

а при выявлении этой возможности:

- выполнение мер повышения сцепления, по меньшей мере, на узле (I);

- регулирование величины силы затягивания на последующих узлах (II, III), чтобы отрегулировать боксование колеса в этих узлах (II, III), изменившееся за счет мер повышения сцепления, на оптимизированное для замедления боксования (slp1), причем с обеспечением в узлах (I, II, III) оптимизированных тормозных усилий (Fbr_I*, Fbr_II*, Fbr_III*), причем

- сумма (F_Sum_B) оптимизированных тормозных усилий (Fbr_I*, Fbr_II*, Fbr_III*) в узлах (I, II, III) после предшествовавших этапов способа (состояние В) больше суммы (F_Sum_А) предшествовавших тормозных усилий (Fbr_I, Fbr_II, Fbr_III).

6. Способ по п. 5, при котором

оптимизированное тормозное усилие (Fbr_I*) в узле (I), на котором были проведены меры повышения сцепления, меньше предшествовавшего тормозного усилия (Fbr_I).

7. Способ по п. 6, при котором

по меньшей мере, один узел (I) в направлении движения рельсового транспортного средства является относительно всех узлов (I, II, III) не задним узлом (III), а предпочтительно одним из передних или первым узлом (I).

8. Способ по п. 5 или 6, при котором меры по повышению сцепления включают:

- посыпку рельс песком, или

- применение рельсового электромагнитного тормоза, или

- применение рельсового электромагнитного тормоза и посыпку рельс песком.