УСТРОЙСТВО РАЗГРУЗКИ ТРАНСПОРТНЫХ КОЛЕС С ГИБРИДНЫМИ МАГНИТАМИ Российский патент 2024 года по МПК B61B13/08 H02N15/00 B60L13/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к устройствам для снижения нагрузки на железнодорожные рельсы и колесные пары подвижного состава, используемого при транспортировке тяжелых и сверхтяжелых грузов, а также на участках, где необходимо снизить нагрузку на путевую структуру.

Уровень техники

На объектах тяжелого машиностроения, сталелитейных, добывающих предприятий и пр. часто возникает потребность в перемещении сверхтяжелых грузов. Для перемещения тяжелых и сверхтяжелых грузов внутри предприятий обычно используется специальная «усиленная» железнодорожная путевая структура, которая нуждается в дорогостоящем обслуживании и высокой периодичности капитального ремонта. Протяженность таких участков может составлять от нескольких сотен метров до километров. Таким образом, возникает необходимость в поиске технического решения, обеспечивающего снижение нагрузки на колеса и разгрузку путевой структуры.

Из патента RU2611858 известен комбинированный магнитный подвес поезда, имеющий колеса для стоянки вагонов и их перемещения без левитации на железнодорожных станциях, а также магнитную систему, состоящую из постоянных магнитов и электромагнитов, обеспечивающую левитацию вагона в движении на высокой скорости. Данный подвес может применяться для разгрузки железнодорожного рельсового пути при перемещении сверхтяжелых грузов на промышленных предприятиях, однако сама структура подвеса по патенту RU2611858 предполагает значительную переделку как рельсового пути, так и самих грузовых вагонов для их оснащения указанным подвесом.

В частности, железнодорожный путь потребуется оснастить ферромагнитным рельсом, располагаемым над рельсами и шпалами, а подвеску грузового вагона необходимо увеличить по высоте для того, чтобы разместить в ней постоянные магниты и электромагниты. Такое увеличение высоты подвески значительно повысит центр тяжести вагона, что создает серьезные риски раскачивания и переворачивания сверхтяжелого вагона с недопустимыми или трудно устранимыми последствиями опрокидывания, рассыпания или разлива перевозимого тяжелого груза.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является снижение нагрузки от грузового вагона на рельсовый путь без повышения центра тяжести грузового вагона и переделки рельсового пути.

Задача изобретения решается с помощью способа регулирования силы притяжения магнитов устройства для разгрузки транспортных колес железнодорожного вагона. Устройство для разгрузки имеет раму, которая может быть прикреплена к вагону, постоянный магнит и электромагнит, прикрепленные к раме и которые обеспечивают притяжение к ферромагнитной направляющей железнодорожного пути. Способ содержит следующие шаги: обеспечивают силу притяжения постоянного магнита к ферромагнитной направляющей менее силы тяжести пустого вагона; определяют вес груза, загруженного в вагон; устанавливают силу притяжения электромагнита к ферромагнитной направляющей менее силы тяжести, создаваемой грузом в вагоне и определенной на основе веса груза.

В предпочтительном варианте силу притяжения постоянного магнита к ферромагнитной направляющей может быть не более 90% силы тяжести пустого вагона. В преимущественном варианте сила притяжения электромагнита к ферромагнитной направляющей может быть не более силы тяжести груженого вагона за вычетом силы притяжения постоянных магнитов и несущей способности железнодорожного пути.

Задача изобретения также решается с помощью устройства для разгрузки транспортных колес железнодорожного вагона. Устройство содержит постоянный магнит и электромагнит, прикрепленные к раме, прикрепляемой к вагону и обеспечивающей расположение постоянного магнита и электромагнита под ферромагнитной направляющей прикреплении рамы к вагону. У постоянного магнита и электромагнита регулируется сила притяжения к ферромагнитной направляющей в соответствии со способом по любому из вышеописанных вариантов. В предпочтительном варианте устройства предназначены для попарного крепления на вагоне симметрично относительно продольной вертикальной плоскости симметрии вагона.

Рама крепления магнитного модуля может иметь элементы крепления к вагону или элементы, используемые для прикрепления к вагону. Рама может быть протяженной вдоль вагона и при этом может быть снабжена промежутками для обеспечения доступа к колесам, колесным тележкам и подвагонным системам. В другом варианте вагон может иметь несколько рам для крепления к вагону отдельных постоянных магнитов и/или электромагнитов (каждая рама для крепления своего магнита или нескольких магнитов). Постоянные магниты и электромагниты могут быть прикреплены к горизонтальной, вертикальной или наклонной составляющей рамы. Постоянные магниты и электромагниты могут прикрепляться к раме попарно. В частном варианте рамы устройств, располагаемых с двух сторон вагона, могут быть соединены между собой. Постоянные магниты и электромагниты могут образовывать гибридные магниты. Устройство может прикрепляться к вагону с боку или под вагоном. Рама предпочтительно обеспечивает расположение постоянных магнитов и электромагнитов над поверхностью шпал и/или основания при прикреплении рамы к вагону.

Задача изобретения также решается с помощью железнодорожного пути, содержащего шпалы и рельсы, образующие железнодорожное полотно, а также опоры с ферромагнитными направляющими, установленными с двух сторон вдоль железнодорожного полотна (рядом с ним) или в железнодорожном полотне (опоры между шпалами, а ферромагнитные направляющие над шпалами). Ферромагнитные направляющие расположены над поверхностью основания или над поверхностью шпал (предпочтительно на расстоянии, обеспечивающим размещение под ферромагнитными направляющими магнитных модулей устройства для разгрузки транспортных колес). В одном из вариантов ферромагнитные направляющие могут располагаться над поверхностью основания (земли) или шпал с двух сторон от своих опор. По высоте опора предпочтительно не превосходит колесо вагона и/или ось (вал) колеса (колесной пары), установленного на железнодорожное полотно.

Задача изобретения также решается с помощью транспортной системы, обеспечивающей разгрузку транспортных колес железнодорожного вагона. Система содержит железнодорожный вагон, снабженный устройством для разгрузки транспортных колес железнодорожного вагона по одному из вышеописанных вариантов, установленным с обеих боковых сторон вагона или под вагоном, и железнодорожный путь по одному из вышеописанных вариантов. Ферромагнитные направляющие расположены над поверхностью основания (земли) или шпал на расстоянии, обеспечивающим размещение под ферромагнитными направляющими магнитных модулей устройства для разгрузки транспортных колес.

Технический результат заключается в снижении нагрузки на транспортные колеса железнодорожного вагона без переделки вагона и железнодорожного пути наиболее простым, экономичным и безопасным способом. Как в вагоне, так и в железнодорожном пути не заменяются какие-либо элементы и даже не требуется их разборка. Как вагон, так и железнодорожный путь только дополняются устройствами разгрузки транспортных колес и опорами с ферромагнитными направляющими, соответственно, что позволяет использовать настоящее изобретение на любых существующих железных дорогах с любыми железнодорожными вагонами. При этом обеспечивается безопасность перевозки груза, поскольку обеспечивается устойчивость транспортного средства ввиду того, что сохраняется достаточная нагрузка на колеса и рельсы, предотвращающая крен и опрокидывание вагона, которые могли бы быть, если бы устройство разгрузки транспортных колес осуществляло избыточную компенсацию веса вагона с грузом.

Благодаря настоящему изобретению не требуется увеличивать габаритные размеры вагонов, и они по ширине по-прежнему соответствуют ширине железнодорожного полотна (ширина вагона обычно имеет величину 3-3,5 м, что соответствует или немного больше длины шпал до 3 м). Это достигается тем, что снижение нагрузки обеспечивается дополнительными устройствами, устанавливаемыми с боков от вагона, в то время как сами вагоны габаритные размеры не меняют.

Кроме того, благодаря настоящему изобретению не требуется изменять ширину колеи и длину шпал, и они по ширине по-прежнему соответствуют ширине вагона (ширина вагона обычно имеет величину 3-3,5 м, что соответствует или немного больше длины шпал до 3 м). При этом нагрузка на железнодорожный путь и шпалы снижается, поскольку опоры с ферромагнитными направляющими устанавливаются с двух сторон вдоль железнодорожного полотна – рядом со шпалами, а не на них. В том случае, когда устройство разгрузки устанавливается под вагоном (в т.ч. между рельсами), также не увеличиваются габариты транспортной системы в целом, включающей в себя железнодорожный путь с вагонами, поскольку устройства разгрузки и ферромагнитные направляющие устанавливаются между рельсами и вагоном – то есть, под вагоном, а не сбоку от него.

Благодаря настоящему изобретению не требуется увеличивать высоту вагонов, что сохраняет центр тяжести вагона на прежней высоте и снижает риски раскачивания и переворачивания вагона из-за наличия устройств снижения нагрузки в соответствии с изобретением, размещаемых с боков вагона и распределяющих вес вагона с грузом на более широкую полосу земли (основания).

Простота, экономичность и безопасность настоящего изобретения обеспечивается тем, что магнитные модули для разгрузки колес устанавливаются не выше уровня колес. Это упрощает изготовление опорных конструкций для ферромагнитных направляющих, поскольку ферромагнитные направляющие не требуется высоко поднимать – их можно установить даже на уровне земли или на уровне шпал в зависимости от того, где установлено устройство разгрузки транспортных колес. Это также снижает затраты на реализацию настоящего изобретения и делает его экономичным, поскольку опоры для ферромагнитных направляющих выполняются короткими с минимальными затратами материала.

Малая высота опор ферромагнитных направляющих также повышает их надежность, поскольку они имеют повышенную прочность по сравнению с длинными опорами. Кроме того, расположение магнитных модулей у земли дополнительно повышает надежность настоящего изобретения, поскольку в случае критической перегрузки и потери магнитного взаимодействия магнитных модулей и ферромагнитных направляющих рамы могут опереться на землю и предотвратить опрокидывание вагона и разрушение путевой структуры железнодорожного пути.

Все это обеспечивается только настоящим изобретением потому, что оно позволяет снизить нагрузку на транспортные колеса без переделки вагона и/или железнодорожного пути. Технические решения из уровня техники позволяют снизить нагрузку на транспортные колеса, но требуют либо переделки вагона, либо переделки железнодорожного пути, либо и то, и другое. В связи с этим технический результат настоящего изобретения включает в себя в качестве обязательного условия отсутствие переделки вагона и/или железнодорожного пути, которые, согласно изобретению, требуется только дополнить новыми элементами, оставляя вагон и железнодорожный путь без изменений в конструкции.

Дополнительным техническим результатом является то, что устройство для разгрузки транспортных колес железнодорожного вагона и железнодорожный путь в соответствии с изобретением обеспечивают свободный доступ для обслуживающего персона к колесам, тележкам, подвесу и другим подвагонным устройствам и системам вагона. Это обеспечивается либо промежутками в протяженной раме, либо креплением магнитных модулей отдельными рамами, либо установкой рам между колесами и колесными тележками. Кроме того, с этой же целью опоры ферромагнитных направляющих могут быть сделаны достаточно низкими, например, не превосходят по высоте колесо вагона, установленное на железнодорожное полотно.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 в поперечном разрезе показан общий вид транспортной системы, обеспечивающей разгрузку транспортных колес железнодорожного вагона, в первом варианте.

На фиг. 2 в поперечном разрезе показана часть транспортной системы, обеспечивающей разгрузку транспортных колес железнодорожного вагона, во втором варианте.

На фиг. 3 и 4 в поперечном разрезе показана часть транспортной системы, обеспечивающей разгрузку транспортных колес железнодорожного вагона, в дополнительных вариантах.

На фиг. 5 и 6 показан общий вид транспортной системы, обеспечивающей разгрузку транспортных колес железнодорожного вагона, в варианте установки устройства разгрузки транспортных колес под вагоном.

На фигурах обозначены:

1 – вагон;

2 – рама (силовой элемент крепления магнита);

3 – ферромагнитная направляющая;

4 – магнитный модуль;

5 – опора ферромагнитной направляющей.

Осуществление изобретения

Далее изобретение описано по отношению к фигурам, на которых представлены возможные варианты осуществления изобретения. Описываемые варианты, в т.ч. показанный на фигурах, не являются ограничивающими объем охраны изобретения и предназначены лишь для пояснения ее сущности. Объем охраны изобретения определяется последующей формулой изобретения.

Для удобства восприятия устройство разгрузки транспортных колес изображено и описывается в рабочем положении, то есть в прикрепленном к вагону состоянии. Магнитное поле магнитных модулей обеспечивает притяжение вверх к ферромагнитным направляющим, противодействуя силе тяжести. Этот вариант расположения, детально охарактеризованный в описании, не является ограничивающим, поскольку устройство разгрузки транспортных колес до эксплуатации (например, при хранении или транспортировке) может быть перевернуто, располагаться вертикально, горизонтально или под наклоном, вдали от вагонов и ферромагнитных направляющих, а перемещаться не магнитными силами, а другими силовыми воздействиями, например, человеком или механическим погрузчиком. Однако в целях упрощения устройство описывается в положении, показанном на фигурах. Таким образом, устройство разгрузки транспортных колес по настоящему изобретению в широком смысле не ограничивается положением, представленным в описании, и относится к самым разным ориентациям в пространстве, которые могут быть заданы любым образом и обладают всеми признаками, указанными в независимом пункте формулы изобретения.

На фиг. 1 в поперечном разрезе показан общий вид транспортной системы, обеспечивающей разгрузку транспортных колес железнодорожного вагона, в первом варианте. Система содержит железнодорожный вагон 1, снабженный двумя устройствами для разгрузки транспортных колес железнодорожного вагона, установленных с обеих боковых сторон вагона, и железнодорожный путь, снабженный ферромагнитной направляющей 3.

Устройства для разгрузки транспортных колес железнодорожного вагона содержат магнитные модули 4, прикрепленные к раме 2, которые в свою очередь прикреплены к вагону 1 и обеспечивают размещение магнитных модулей 4 под ферромагнитной направляющей 3 сбоку от вагона и не выше уровня колес.

Рама для крепления магнитного модуля предпочтительно выполнена с использованием металла и/или полимерных материалов, обеспечивающих прочность, достаточную для передачи весовой нагрузки вагона на магнитные модули и железнодорожный путь с ферромагнитной направляющей 3.

В одном из вариантов рама для крепления магнитного модуля может иметь элементы крепления к вагону или элементы, используемые для прикрепления к вагону. Элементы крепления к вагону могут включать в себя болты, штыри, выступы и т.п. Элементы, используемые для прикрепления к вагону, могут включать в себя отверстия, углубления, поверхности сочленения с вагоном и т.п. Крепление рамы к вагону может быть сварным, болтовым, с помощью заклепок, зажимным, прижимным или любым другим известным из уровня техники и обеспечивающим достаточную прочность крепления.

В другом варианте рамы устройств, располагаемых с двух сторон вагона, могут быть соединены между собой. Они могут проходить под вагоном и вагон может на них опираться, тем самым передавая часть весовой нагрузки на устройства разгрузки. Прикреплением рамы к вагону в таком варианте соединение рамы с вагоном, которое не может быть разорвано или смещено ввиду весовой нагрузки вагона на раму, из-за чего повышается сила трения для продольного или поперечного смещения рамы относительно вагона. Кроме того, рама может дополнительно удерживаться в заданном положении относительно вагона с помощью выступов, углубления, соединительных элементов и соединений по типу сварных и других известных из уровня техники. Магнитное поле, проходящее в раме из магнитных модулей, также может способствовать прижиму рамы к вагону.

Соединенные рамы могут, по меньшей мере, частично, проходит и над вагоном или его элементами, например, несущей рамой вагона. В этом случае рама может крепиться к вагону с помощью дополнительных элементов, таких как болты, клепки, охватывающие элементы, и соединений, таких как сварные, болтовые и т.п., которые будут передавать часть весовой нагрузки от вагона вверх к раме.

Рама может быть протяженной вдоль вагона для того, чтобы распределять весовую нагрузку вагона на ферромагнитную направляющую на протяжении всего вагона или его части. Магнитные модули также могут быть установлены на протяжении всей рамы или ее части для обеспечения распределения весовой нагрузки вагона.

Протяженная рама может быть снабжена промежутками для обеспечения доступа к колесам, колесным тележкам и подвагонным системам. Магнитные модули могут крепиться к раме как в промежутках, так и между ними, поскольку они располагаются не выше уровня колес и не препятствуют доступу к колесным тележкам и подвагонным системам. Однако в предпочтительном варианте для обеспечения доступа к колесам магнитные модули крепятся к раме между промежутками, обеспечивающими доступ.

В другом варианте выполнения вагон может быть снабжен несколькими рамами для крепления к вагону отдельных магнитным модулей – каждая рама для крепления своего модуля или нескольких модулей. В таком варианте доступ к колесам, колесным тележкам и подвагонным системам обеспечен в тех местах, где рам нет. В частности, отдельные рамы могут крепиться к вагону там, где в продольной проекции отсутствуют обслуживаемые или контролируемые элементы вагона или его подвески, такие как колеса, колесные тележки и подвагонные системы.

Рамы 2 могут иметь различную форму, обеспечивающую размещение магнитных модулей 4 сбоку от вагона 1 не выше уровня колес. Например, как показано на фиг. 1 и 3, рама 2 может быть прикреплена к вагону (на фигурах – сбоку вагона, но крепление может быть и снизу или комбинированным) и отступать от вагона в горизонтальном направлении и затем опускаться вниз, к земле. На фиг. 1 и 3 показано, что опускание рамы к земле выполнено с помощью наклонного и вертикального участков. В других вариантах спуск вниз может осуществляться с помощью только наклонного участка или только вертикальным участком.

В частных вариантах рама может не иметь горизонтального участка, а размещение магнитных модулей сбоку от вагона может обеспечиваться расположением сбоку от вагона рамы в целом или с помощью наклонных участков, которые помимо опускания рамы обеспечивают и ее отход от вагона в сторону. Например, на фиг. 2 показан вариант выполнения и прикрепления рамы 2, имеющей только вертикальный участок – то есть, рама 2 на всем своем протяжении опускается вниз и передает весовую нагрузку от вагона 1 к магнитным модулям 4 вниз.

Выше описание расположения участков рамы дано в динамическом описании – рама «отступает», «отходит», «опускается» и т.п. Такое описание сделано только в целях упрощения пояснения, в то время как рама имеет статичную структуру, обеспечивающую в том числе благодаря своей статичности прочность, достаточную для передачи части веса вагона на магнитные модули и ферромагнитную направляющую. Динамичность описания надо понимать как перемещение области анализа по статичной раме, и тогда область анализа в соответствии с пространственной структурой рамы будет «отступать», «отходить», «опускаться» и т.п., позволяя понять расположение и форму рамы, в то время как сама рама остается неизменной и ее элементы и участки не перемещаются друг относительно друга и вагона в прикрепленном к нему положении.

В предпочтительном варианте в целях устранения кренящих сил, устройства для разгрузки транспортных колес крепятся с двух боковых сторон железнодорожного вагона, для чего они могут быть выполнены симметричными попарно. Боковые стороны вагона являются продольными, т.е. проходящими вдоль направления движения (рельсов и железнодорожного полотна в целом). В некоторых вариантах, востребованных на путях со сложной структурой или для вагонов с несимметричным расположением элементов или нестандартным функционированием, симметрия устройств разгрузки может отсутствовать и устройства располагаться не друг напротив друга или иметь различную структуру, но это требует дополнительных расчетов формы рам и расположения магнитных модулей.

Магнитные модули крепится к раме с помощью сварных, болтовых, зажимных, прижимных и других способов крепления, известных из уровня техники. Магнитные модули 4 могут быть прикреплены к горизонтальной (фиг. 1 и 3), вертикальной (фиг. 2) или наклонной составляющей (участку, поверхности) рамы 2. На фиг. 1 и 3 показаны варианты рам, имеющие горизонтальные площадки для крепления магнитных модулей.

В вариантах, показанных на фиг. 5 и 6, устройства для разгрузки транспортных колес и опоры с ферромагнитными направляющими размещены между вертикальными проекциями рельсов железнодорожного пути (полотна). То есть, в поперечном сечении опоры 5 размещены между рельсами и шпалами, а ферромагнитные направляющие 3 размещены над шпалами между рельсами (их вертикальными проекциями), также как и устройства для разгрузки транспортных колес в соответствии с настоящим изобретением. Это позволяет более рационально использовать межрельсовое пространство железнодорожного пути, в котором обычно ничего не располагается, и земля (основание) под межрельсовым пространством несет незначительную нагрузку.

В одном из вариантов ферромагнитные направляющие 3 могут располагаться над поверхностью шпал с двух сторон от своих опор 5, как это показано на фиг. 5. В таком случае устройства для разгрузки транспортных колес могут быть размещены с двух сторон от продольной плоскости симметрии вагона, также как и ферромагнитные направляющие размещаются с двух сторон от опоры, расположенной по середине – в месте прохождения продольной вертикальной плоскости симметрии вагона. Рама 2 установлена посередине под вагоном 1 (в вертикальной продольной плоскости симметрии), а магнитные модули 4 размещены с двух сторон от рамы 2. Это позволит снизить затраты на установку опор, поскольку в таком случае для размещения двух ферромагнитных направляющих требуется одна протяженная опора или один набор локализованных опор.

В другом варианте ферромагнитные направляющие могут располагаться над поверхностью шпал с одной сторон от своих опор, как это показано на фиг. 6, но опор может быть две (или два набора) для того, чтобы ферромагнитные направляющие были установлены симметрично относительно продольной вертикальной плоскости симметрии вагона (которая также является продольной вертикальной плоскостью симметрии железнодорожного полотна). В таком случае рама 2 устройства для разгрузки транспортных колес, прикрепленная к вагону 1 снизу, может быть установлена в продольной вертикальной плоскости симметрии вагона, а магнитные модули 4 размещены с двух сторон от продольной вертикальной плоскости симметрии вагона. Это позволит снизить затраты на установку рам, поскольку в таком случае для размещения двух магнитных модулей (или их количества, кратного двум) требуется одна рама.

Как устройства для разгрузки транспортных колес (в частности, их рамы), так и опоры с ферромагнитными направляющими размещены в вертикальной проекции железнодорожного пути (полотна). В таком случае рамы с магнитными модулями располагаются под вагонами над шпалами, а опоры установлены между шпалами с обеспечением размещения ферромагнитных направляющих над шпалами.

Магнитные модули могут содержать постоянные магниты и/или электромагниты и/или гибридные магниты или любые их комбинации. В целом настоящее изобретение может быть реализовано с помощью одного постоянного магнита и одного электромагнита, однако в предпочтительных вариантах используются несколько постоянных магнитов и несколько электромагнитов, что входит в объем изобретения, поскольку они по-прежнему содержат один постоянный магнит и один электромагниты (а остальные – в дополнение). Магнитные модули предпочтительно располагаются симметрично относительно вертикальной продольной плоскости симметрии вагона, однако могут использоваться и несимметричные варианты или нечетные количества (в т.ч. по одному постоянному магниту и одному электромагниту).

В предпочтительном варианте постоянные магниты и электромагниты могут быть объединены в гибридные магниты. Применение гибридных магнитов позволяет снизить потери магнитного поля, направив его по большей части в сторону ферромагнитной направляющей, а также упростить алгоритмы управления токами, подаваемыми в электромагниты, благодаря унификации и единообразию постоянных магнитов и электромагнитов, используемых в гибридных магнитах, а также благодаря одинаковым свойствам гибридных магнитов, в которых поля постоянных магнитов и электромагнитов взаимодействуют и объединение этих магнитов в гибридный магнит позволяет унифицировать взаимодействие их полей в различных ситуациях и при различных токах, благодаря чему упрощается координирование компенсирующих магнитных полей для компенсации нагрузки груженого вагона на железнодорожный путь.

Таким образом, в преимущественном варианте устройство для разгрузки транспортных колес железнодорожного вагона, предназначенного для размещения и/или перемещения по железнодорожному пути с рельсами и ферромагнитными направляющими, включает в себя раму и гибридные магниты, включающие в себя постоянный магнит и электромагнит, прикрепленный к раме, причем рама выполнена с возможностью прикрепления к вагону и обеспечения расположения магнитного модуля под ферромагнитной направляющей при прикреплении рамы к вагону.

Величина подъемной силы зависит от нескольких параметров магнитной системы: от площади полюсов; величины зазора между полюсом магнита и ферромагнитной направляющей; от площади полюса магнита. Известно, что при площади полюса 1 м² и величине магнитной индукции в зазоре 1 Т, величина подъемной силы составляет 40 тонн. Таким образом, для увеличения грузоподъемности системы при фиксированном зазоре требуется увеличивать количество электромагнитов и/или площадь полюсов магнитной системы. Магнитные модули могут прикрепляться к раме попарно, с двух сторон от рамы, как показано на фиг. 3, для увеличения подъемной силы устройства для разгрузки транспортных колес – то есть, для повышенного снижения нагрузки на транспортные колеса.

Применение электромагнитов и/или гибридных магнитов (т.е. магнитных модулей, содержащих как постоянные магниты, так и электромагниты) обеспечивает возможность управлять подъемной силой в зависимости от нагрузки вагона на железнодорожный путь. Нагрузка вагона зависит от массы вагона и массы груза, который он перевозит. В одном из вариантов постоянными магнитами можно компенсировать массу вагона как частично, в том числе небольшие веса, так и полностью. В предпочтительных вариантах масса вагона компенсируется на 90% и более - чтобы исключить риск прилипания магнитов к ферромагнитной направляющей.

Постоянные магниты и электромагниты всегда притягиваются к ферромагнетикам, поэтому, чтобы вагон поднимался магнитным полем вверх, магнитные модули должны располагаться под ферромагнитной направляющей. Для обеспечения работоспособности настоящего изобретения магнитные модули предпочтительно прикреплены к рамам с обеспечением возможности расположения ферромагнитной направляющей над магнитным модулем при прикреплении рамы к вагону. Для повышения эффективности магнитные модули преимущественно формируют рабочее магнитное поле вверху, в рабочем зазоре между магнитным модулем и ферромагнитной направляющей, которая размещается над магнитным модулем в рабочем положении.

Для того, чтобы вагон оставался устойчивым, регулируют магнитное поле постоянных магнитов и электромагнитов. Силу притяжения постоянных магнитов вагона к ферромагнитной направляющей обеспечивают такую, чтобы она была менее силы тяжести пустого вагона. В предпочтительно варианте она составляет не более 90% силы тяжести пустого вагона.

После загрузки вагона определяют вес груза, загруженного в вагон. Это можно сделать прямым путем – измеряя вес загружаемого груза, или косвенным – через объем груза или взвешиванием вагона с грузом после загрузки (а также, если необходимо, взвешивая пустой вагон, до загрузки). Это позволяет установить силу притяжения электромагнитов к ферромагнитной направляющей менее силы тяжести, создаваемой грузом в вагоне и определенной на основе веса груза.

Таким образом можно скомпенсировать вес груза электромагнитами и вес вагона постоянным магнитами так, чтобы вагон оставался устойчивым благодаря нескомпенсированному весу, прижимающему вагон к железнодорожному пути. В предпочтительном варианте, дополнительно повышающим надежность способа регулирования нагрузки на железнодорожный путь, силу притяжения электромагнитов к ферромагнитной направляющей могут установить не более силы тяжести груженого вагона за вычетом силы притяжения постоянных магнитов и несущей способности железнодорожного пути.

Для применения устройства разгрузки транспортных колес в соответствии с настоящим изобретением, железнодорожный путь, содержащий шпалы, располагаемые поперечно, и рельсы, располагаемые продольно и вместе образующие железнодорожное полотно (рельсовый путь), должен быть снабжен ферромагнитными направляющими, установленными с двух сторон вдоль железнодорожного полотна для симметричной подъемной силы, что исключает кренящее воздействие на вагон. Кроме того, при использовании электромагнитов и/или гибридных магнитов возможно применение системы управления для коррекции крена.

Ферромагнитные направляющие должны быть расположены над поверхностью земли, предпочтительно на расстоянии, обеспечивающим размещение под ферромагнитными направляющими магнитных модулей устройства для разгрузки транспортных колес. Для того, чтобы ферромагнитные направляющие 3 находились над землей, они устанавливаются на опорах 5, которые передают весовую нагрузку вагона с ферромагнитных направляющих, получивших ее от устройства для разгрузки транспортных колес посредством магнитного поля, в основанием (землю).

Опоры должны быть прочными и могут быть выполнены, например, с использованием металлоконструкций, железобетонных блоков и элементов или других прочных материалов. Опоры закрепляются в основании и/или на основании (земле) так, чтобы весовая нагрузка могла переходить в основание (землю). Например, опоры могут закрепляться на шпалах, но предпочтительно опоры устанавливаются вдоль рельсового пути рядом со шпалами, а не на шпалы, поскольку задачей системы разгрузки транспортных колес может являться не только разгрузка колес, но и разгрузка железнодорожного полотна, в частности, шпал, входящих в состав полотна, которые испытывают перегрузки от сверхтяжелых вагонов. В том случае, когда опоры ферромагнитных направляющих установлены рядом со шпалами, весовая нагрузка переходит в основание (землю) помимо шпал и в результате нагрузка на них снижается по сравнению с вариантами, в которых система разгрузки транспортных колес в соответствии с настоящим изобретением отсутствует или ее опоры установлены на шпалах.

Под основанием в настоящем описании понимается земная поверхность, на которую опирается шпалы рельсового пути. Это может быть грунт, земля, гравий, песок, щебенка, насыпь или ровная поверхность земли. В других вариантах это могут быть любые внешние для рельсового пути конструкции, находящиеся под шпалами и выполняющие роль грунта или земли: полоса бетона, металлические, деревянные или железобетонные конструкции мостов, тоннелей или усиленных оснований, в том числе для перевозки тяжелых и сверхтяжелых грузов. Таким образом, в настоящем изобретении под основанием понимаются внешние для железнодорожного пути протяженные элементы, на которые он опирается.

По высоте опора предпочтительно не превосходит колесо вагона, установленное на железнодорожное полотно (рельсы). Это обеспечит доступ к колесам, колесным тележкам и подвагонным системам.

Ферромагнитная направляющая может иметь любую форму, но в одном из предпочтительных вариантов может представлять собой плоский лист, стальную полосу необходимой толщины, размеры которой определяются исходя из величины замыкаемого магнитного потока, или плоскую балку, горизонтально расположенную вдоль железнодорожного пути. Выполнение направляющей из ферромагнитного материала, например, стали, железа или других, обеспечивает снижение себестоимости ввиду широкой распространенности железа и низкой себестоимости производства и изготовления из него изделий в объемах, необходимых для изготовления ферромагнитных направляющих протяженностью в несколько километров или десятков или даже сотен километров.

Преимуществом применения ферромагнитных материалов является то, что взаимодействие магнитных модулей с ферромагнитной направляющей может осуществляться как в движении, так и без движения транспортного средства вдоль железнодорожного пути, например, на остановках. Ферромагнитные направляющие расположены над поверхностью основания на расстоянии, обеспечивающим размещение под ферромагнитными направляющими магнитных модулей устройства для разгрузки транспортных колес.

В одном из вариантов ферромагнитные направляющие могут располагаться над поверхностью основания (земли) с двух сторон от своих опор, как это показано на фиг. 3. В таком случае устройство для разгрузки транспортных колес может быть снабжено удвоенным количеством магнитных модулей, размещаемых с двух сторон от рамы, также как и ферромагнитные направляющие размещаются с двух сторон от опоры. Это позволит повысить грузоподъёмность устройства для разгрузки транспортных колес.

Снижение нагрузки на транспортные колеса железнодорожного вагона обеспечивается тем, что часть веса вагона 1 через рамы 2, прикрепленные к вагону 1, и магнитные модули 4, прикрепленные к рамам 2, посредством магнитного поля от магнитных модулей 4 передается на ферромагнитные направляющие 3, поскольку они притягиваются магнитным полем к магнитным модулям. Далее от ферромагнитной направляющей 4 весовая нагрузка через опоры 5 передается в основание (землю).

Описанное снижение нагрузки на транспортные колеса обеспечивается без переделки вагона и железнодорожного пути. Как в вагоне, так и в железнодорожном пути не заменяются какие-либо элементы и даже не требуется их разборка. Вагон только дополняется устройствами разгрузки транспортных колес, а железнодорожный путь только дополняется опорами с ферромагнитными направляющими. Это позволяет использовать настоящее изобретение на любых существующих железных дорогах с любыми железнодорожными вагонами.

Благодаря настоящему изобретению не требуется увеличивать габаритные размеры вагонов, и сами по себе они по ширине по-прежнему соответствуют ширине железнодорожного полотна (ширина вагона обычно имеет величину 3-3,5 м, что соответствует или немного больше длины шпал до 3 м). Это достигается тем, что снижение нагрузки обеспечивается дополнительными устройствами, устанавливаемыми с боков от вагона, в то время как сами вагоны габаритные размеры не меняют.

Кроме того, благодаря настоящему изобретению не требуется изменять ширину колеи и длину шпал, и они по ширине по-прежнему соответствуют ширине вагона (ширина вагона обычно имеет величину 3-3,5 м, что соответствует или немного больше длины шпал до 3 м). При этом нагрузка на железнодорожный путь и шпалы снижается, поскольку опоры с ферромагнитными направляющими устанавливаются с двух сторон вдоль железнодорожного полотна – рядом со шпалами, а не на них.

Благодаря настоящему изобретению не требуется увеличивать высоту вагонов, что сохраняет центр тяжести вагона на прежней высоте и снижает риски раскачивания и переворачивания вагона из-за наличия устройств снижения нагрузки в соответствии с изобретением, размещаемых с боков вагона и распределяющих вес вагона с грузом на более широкую полосу земли (основания).

Все это обеспечивается только настоящим изобретением потому, что оно позволяет снизить нагрузку на транспортные колеса без переделки вагона и/или железнодорожного пути. Технические решения из уровня техники позволяют снизить нагрузку на транспортные колеса, но требуют либо переделки вагона, либо переделки железнодорожного пути, либо и то, и другое. В связи с этим технический результат настоящего изобретения включает в себя в качестве обязательного условия отсутствие переделки вагона и/или железнодорожного пути, которые согласно изобретению требуется только дополнить новыми элементами, оставляя вагон и железнодорожный путь без изменений в конструкции.

Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что магнитные модули воздействуют на поверхность ферромагнитной направляющей равномерно своим магнитным полем, тогда как колеса давят только в точках касания рельсов. Поэтому при одной и той же нагрузке магнитный подвес не столь требователен к качеству ферромагнитной направляющей по сравнению с рельсами железнодорожного пути.

Группа изобретений относится к средствам и методам снижения нагрузки на железнодорожный путь и колеса вагона при перевозке тяжелых и сверхтяжелых грузов, посредством магнитных сил. Устройство содержит магнитный модуль, прикрепленный к раме, прикрепляемой к вагону и обеспечивающей размещение магнитного модуля у вагона не выше уровня колес, причем магнитный модуль прикреплен к раме с обеспечением возможности расположения ферромагнитной направляющей над магнитным модулем при прикреплении рамы к вагону. Шаги способа включат обеспечение силы притяжения постоянного магнита к ферромагнитной направляющей менее силы тяжести пустого вагона, определение веса груза, загруженного в вагон, установку силы притяжения электромагнита к ферромагнитной направляющей менее силы тяжести, создаваемой грузом в вагоне и определенной на основе веса груза. Достигается снижение нагрузки на колеса железнодорожного вагона. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ регулирования силы притяжения магнитов устройства для разгрузки транспортных колес железнодорожного вагона, включающего в себя раму, выполненную с возможностью прикрепления к вагону, постоянный магнит и электромагнит, прикрепленные к раме с обеспечением притяжения к ферромагнитной направляющей железнодорожного пути, способ включает в себя следующие шаги:

- обеспечивают силу притяжения постоянного магнита к ферромагнитной направляющей менее силы тяжести пустого вагона;

- определяют вес груза, загруженного в вагон;

- устанавливают силу притяжения электромагнита к ферромагнитной направляющей менее силы тяжести, создаваемой грузом в вагоне и определенной на основе веса груза.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают силу притяжения постоянного магнита к ферромагнитной направляющей не более 90% силы тяжести пустого вагона.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устанавливают силу притяжения электромагнита к ферромагнитной направляющей не более силы тяжести груженого вагона за вычетом силы притяжения постоянного магнита и несущей способности железнодорожного пути.

4. Устройство для разгрузки транспортных колес железнодорожного вагона, предназначенного для размещения и/или перемещения по железнодорожному пути с рельсами и ферромагнитными направляющими, устройство включает в себя раму и постоянный магнит и электромагнит, прикрепленные к раме, причем рама выполнена с возможностью прикрепления к вагону и обеспечения расположения магнитного модуля под ферромагнитной направляющей при прикреплении рамы к вагону, причем постоянный магнит и электромагнит выполнены с возможностью регулирования силы притяжения к ферромагнитной направляющей в соответствии со способом по любому из пп. 1-3.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что электромагнит выполнен с возможностью регулирования силы тока, проходящего через него, устройством управления.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что предназначено для попарного крепления на вагоне симметрично относительно продольной вертикальной плоскости симметрии вагона.

7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что рама имеет элементы крепления к вагону или элементы, используемые для прикрепления к вагону.

8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что рама является протяженной вдоль вагона.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что рама снабжена промежутками для обеспечения доступа к колесам, колесным тележкам и подвагонным системам.

10. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что включает в себя несколько рам, выполненных с возможностью установки между колесами и колесными тележками.

11. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что постоянные магниты и электромагниты прикреплены к раме попарно.

12. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что постоянный магнит и электромагнит образует гибридный магнит.

13. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что выполнено с возможностью прикрепления к вагону с боку или под вагоном.

14. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что рама выполнена с возможностью обеспечения расположения постоянного магнита и электромагнита над поверхностью шпал и/или основания при прикреплении рамы к вагону.