Способ повышения тягового усилия локомотива Российский патент 2024 года по МПК B61C15/08 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способам повышения тягового усилия локомотива при движении поезда по рельсовому пути в реальных условиях эксплуатации.

На железных дорогах Северного региона и Сибири в зимних условиях на рельсах появляется ледяная корка в виде так называемого «черного налета», толщина которого может доходить до 1 мм. Название ледяной корки обусловлено наличием в ее структуре мелкодисперсных продуктов износа колес, рельсов, тормозных колодок подвижного состава и частиц смазки (Косиков С.И. Фрикционные свойства железнодорожных рельсов. М., Наука. 1967. - 111 с).

В процессе движении подвижного состава колесные пары локомотива при наличии на рельсах ледяной корки могут двигаться с пробуксовкой, что приведет к снижению коэффициента сцепления и, следовательно, к уменьшению тягового усилия локомотива.

Известен способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом, заключающийся в подаче сухого песка к точкам контакта колес с рельсами (Филонов С.П., Гибалов А.И. и др. Тепловоз 2ТЭ116. Песочная система. М, Транспорт, 1985). Данный способ для применения в зимних условиях не пригоден, так как непрерывно подаваемое при этом в зону контакта количество песка значительно превышает требуемое количество и его избыток засоряет рельсовый путь. Кроме того следует учесть условия зимнего климата, длящегося в России несколько месяцев, при температуре -25° … -40°С.

Известен способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом, заключающийся в применении регулируемой импульсной подачи песка в зону контакта колеса и рельса (SU 935356 А, опублик. 15.06.1982 г.). В данном способе за счет регулирования количества подачи песка несколько уменьшен его расход, однако он также не обеспечивает увеличение коэффициента сцепления колес с рельсами в зимних условиях и существенное снижение расхода песка.

Следует отметить, что при наличии на рельсах в зоне их контакта с колесами значительного слоя песка, их взаимодействие осуществляется не непосредственно по схеме «металл-металл», а при участии многослойной прослойки песка. При этом передача нагрузки от колеса к рельсу происходит при взаимодействии частиц песка друг с другом и поверхностью ледяной корки, что приводит к снижению тяговых характеристик локомотива.

Наиболее близким является способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом (RU 2504492 С1, опублик. 20.01.2014 г.), заключающийся в том, что с целью обеспечения функционирования пары колесо-рельс в зимний период песок подают в зону контакта предварительно подогретым, например, при помощи индукционного нагревателя. При этом величину нагрева песка определяют с учетом температуры окружающей среды (рельса) и тепловых потерь системы нагреватель - транспортирующая пескопроводная система.

Недостатком прототипа при реализации данного способа является повышенный расход энергии для обогрева всего объема бункера песка локомотива и неизбежные тепловые потери при транспортировании нагретого песка в зону сцепления колеса с рельсом в зимних условиях.

Техническим результатом изобретения является увеличение сцепления колеса с рельсом и повышение тягового усилия локомотива в зимних условиях путем подачи нагретого косвенным способом воздуха в зону контакта колеса локомотива с рельсом, покрытого ледяной коркой. При этом, подача воздуха реализуется без применения кварцевого песка, что в конечном итоге способствует исключению прямых энергозатрат для нагрева песка и способствует улучшению экологической обстановки за счет уменьшения уровня загрязнения («запесочивания») балластной призмы рельсового пути.

Технический результат достигается следующим образом.

Способ увеличения сцепления колеса с рельсом заключается в том, что с целью обеспечения функционирования пары колесо-рельс в условиях обледенения рабочих поверхностей рельсов в зону контакта колеса с рельсом подают нагретый до требуемой температуры газ-теплоноситель, причем газ-теплоноситель представляет собой воздух и проходит через многоканальную керамическую обойму, заключенную в стальную гильзу, через трубку подвода сжатого воздуха под давлением 1-1,5 атм, получает тепло от нагревательного элемента, заключенного в керамическую обойму.

Кроме того горячий воздух, омывая нагревательный элемент, нагретый до требуемой, рассчитанной по соответствующей формуле температуры, через конфузор подается на прогреваемый участок рельсового пути, расположенный по ходу движения локомотива перед зоной контакта колеса с рельсом.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена схема реализации способа увеличения сцепления колеса с рельсом в зимних условиях.

Способ увеличения сцепления колеса с рельсом и повышения тягового усилия локомотива в зимних условиях заключается в следующем.

В многоканальную керамическую обойму 1, заключенную в стальную гильзу 2, подается сжатый воздух через трубку 3 под давлением 1-1,5 атм (Ручная сварочная горелка ГЭП-1А-67 // Правила эксплуатаци. НИИМосстрой. / ВСН 240-88. Инструкция по технологии гидроизоляции полиэтиленовыми листами монолитных подземных сооружений типа "А"). При движении по каналам обоймы газ-теплоноситель (например - воздух) омывает нагревательный элемент 4 и, нагреваясь до требуемой температуры, выходит через наконечник 5 и сменное сопло 6.

Далее, нагретый воздух через сопло 6 подается в конфузор 7 и распределяется по длине участка L, расположенного перед зоной контакта 8 тягового колеса 9 локомотива. Нагретый воздух, попав в зону L на ледяную корку перед колесом 8 на поверхности рельса 10, интенсивно растапливает ее и создает условия для обеспечения нормальных условий взаимодействия тягового колеса 9 с рабочей поверхностью рельса 10.

Регулировка температуры газа-теплоносителя производится в зависимости от расхода подаваемого газа с помощью реостата (на схеме не показан). Длина прогреваемого участка L регулируется изменением высоты h конфузора 7 над рабочей поверхностью рельса.

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить повышение коэффициента сцепления и, следовательно, увеличение тягового усилия локомотива при уменьшении энергозатрат для нагрева газа-теплоносителя, за счет реализации способа косвенного нагрева подаваемого в зону контакта колеса с рельсом воздуха и уменьшения тепловых потерь за счет сокращения расстояния его транспортирования от точки нагрева до зоны контакта колеса с рельсом.

В связи с универсальностью, этот способ может быть применен для всех видов железнодорожных транспортных средств независимо от типа приводного механизма колесных пар: локомотивов с электрической и тепловой тягой, различных путевых машин, используемых на железнодорожном транспорте, а также для тяговых агрегатов, применяемых в горной промышленности.

Изобретение относится к устройствам для предотвращения буксования колес локомотива. Способ увеличения сцепления колеса с рельсом заключается в том, что в зону контакта колеса с рельсом подают нагретый газ-теплоноситель. При этом газ-теплоноситель, представляющий собой воздух, проходит через многоканальную керамическую обойму, заключенную в стальную гильзу, через трубку подвода сжатого воздуха под давлением 1-1,5 атм, получает тепло от нагревательного элемента, заключенного в керамическую обойму. Горячий воздух подается на прогреваемый участок рельсового пути через конфузор. Технический результат изобретения заключается в увеличении сцепления колеса с рельсом и повышении тягового усилия локомотива в зимних условиях. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ увеличения сцепления колеса с рельсом, заключающийся в том, что с целью обеспечения функционирования пары колесо-рельс в условиях обледенения рабочих поверхностей рельсов в зону контакта колеса с рельсом подают нагретый до требуемой температуры газ-теплоноситель, отличающийся тем, что газ-теплоноситель, представляющий собой воздух, проходит через многоканальную керамическую обойму, заключенную в стальную гильзу, через трубку подвода сжатого воздуха под давлением 1-1,5 атм, получает тепло от нагревательного элемента, заключенного в керамическую обойму.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горячий воздух, омывая нагревательный элемент, нагретый до требуемой рассчитанной по соответствующей формуле температуры, через конфузор подается на прогреваемый участок рельсового пути, расположенный по ходу движения локомотива перед зоной контакта колеса с рельсом.