ПРИБОР ДЛЯ ВЫЧЕРЧИВАНИЯ ТЯГОВЫХ КРИВЫХ Советский патент 1928 года по МПК B43L11/00 

Предлагаемый прибор предназначается для вычерчивания по данному типу паровоза и данному составу поезда, в прямоугольной системе координат, кривых V=ƒ(S) и T=φ(S), где абсцисса S представляет пройденный поездом путь, V - соответствующую абсциссе скорость поезда, а Т - время прохождения пути S.

На фиг. 1 чертежа изображен вид сверху на главные части предлагаемого прибора, на фиг. 2 - разрез по ЖЗ фиг. 1, на фиг. 3 - разрез по ДЕ фиг. 1 и на фиг. 4 - тяговый интегратор.

Тележка 1 может передвигаться вдоль специальной чертежной доски 2 на двух осях 3, колеса 4 коих снабжены ребордами, обхватывающими утвержденный на особой деревянной рамке 5 рельс 6. Для удержания рамы тележки в горизонтальном положении она снабжена еще поддерживающими ее катками 7 и 8 (фиг. 2, 3), катящимися по продольным сторонам деревянной рамки 5.

К раме тележки 1, на центровой линии ОО′, прикреплены поперечные перпендикулярные к рельсу 6 направляющие линейки 9 и 10, по которым совершенно свободно движутся каретки 11 и 12. Каретка 11 направляется в вертикальной плоскости двумя роликами 13, двигающимися по бокам тележки 1, и скользящей по линейке 9 пластинкой 14. Каретка же 12 в вертикальной плоскости направляется тремя роликами 15, 16 и 17, двигающимися в прикрепленных к тележке 1 и линейке 10 кулисах 18, 19 и 20. В горизонтальной плоскости обе каретки 11 и 12 направляются горизонтальными роликами, двигающимися по ребрам линеек 9 и 10 и снабженными винтами, дозволяющими производить их сближение для уничтожения зазоров, могущих явиться вследствие выработки.

Обе каретки 11 и 12 снабжены длинными втулками 21 и 22, установленными перпендикулярно к чертежной доске и проходящими через прорезы в линейках 9 и 10.

Через втулки 21 и 22 проходят пришлифованные к ним оси 23 и 24 (фиг. 3), на нижних концах которых крепко насажены вилки 25 и 26 (фиг. 1), несущие на центрах осей фрезы (т.-е. роликов, снабженных острыми зубчиками) 27 и 28 (фиг. 1, 2, 3). Вилки 25 и 26 снабжены грузами 29 и 30, нажимающими фрезы 27 и 28 на чертежную доску. Эти грузы 29 и 30 с вилками и фрезами, помощью пластинок 31, 32, и вращением валиков 33 и 34 могут быть приподняты над доской, и тогда фрезы не будут касаться наложенной на доску бумаги, а тележка получит возможность свободно передвигаться вдоль рельса. Если же фрезы 27 и 28 опущены, то их зубчики врезываются в бумагу, и так как они могут катиться лишь в своих плоскостях, то, при передвижении тележки, каретки 11 и 12 будут двигаться вдоль своих направляющих 9 и 10, при чем фрезы будут описывать пунктирные кривые, вид которых будет зависеть от углов α и β, составляемых плоскостями фрез относительно рельса.

На верхнем конце оси 23 вилки 25 насажен перпендикулярно к плоскости фрезы 27, прямой рычаг 35. Если за ось абсцисс воспроизводимой фрезой 27 кривой принять линию OS и если средняя линия рычага 35 будет пересекать линию OS в некоторой точке а, отсекающей на линии OS отрезок х=Оа, то, называя абсциссы кривой, воспроизводимой фрезой 27, через s, а ординаты через у, уравнение этой кривой будет:

откуда:

где все величины взяты в миллиметрах.

Если величина у=скорости поезда V километров в час в масштабе m миллиметров в километре, то-есть y=mV, если величина S=пройденному пути S километров в масштабе m миллиметров в километре, то-есть s=nS и если величина х=движущей силе Ф килограммов на тонну веса поезда, считая в каждом килограмме по к миллиметров, т.-е. х=кФ, то после подстановки уравнение 1 дает следующую зависимость:

затем, выбрав масштабы так, чтобы

получают:

Если величина ξ представляет ускорение поезда (в км/час.) от действия на поезд силы в 1 килограмм на тонну, то уравнение 3 представит собой известное дифференциальное уравнение движения поезда. Отсюда получается, что фреза 27, при движении тележки, будет чертить кривую y=φ(S).

Для осуществления выраженного выше требования, чтобы отрезок Оа был равен кФ мм при каждом положении тележки, служат в приборе нижеследующие механизмы.

В тележке, на особых кронштейнах 36 и 37, прикрепленных к ее бокам, установлена стальная линейка 38, параллельно рельсу. По этой линейке ходит каретка 39 с длинным отростком 40, параллельным линии ОО′. Каретка 39 свободно лежит двумя роликами 41′ и 41 на линейке 38, а на внешнем конце отростка 40 имеется еще третий ролик 42, свободно катящийся в прорезе планки 43, установленной на кронштейнах 44 и 45 впереди тележки. Горизонтальное направление каретка 39 поддерживается четырьмя горизонтальными роликами 46, 47, 48 и 49, катающимися по ребрам линейки 38.

Два задних из означенных четырех роликов, а именно 48 и 49, особыми винтами могут перемещаться перпендикулярно к ребру линейки. Отросток 40 каретки 39 состоит из двух частей: задней прямой, в виде линейки, и передней в виде кулисы. Прямая часть отростка 40 проходит через каретку 50, двигающуюся вдоль продольного бруска каретки 11, которая в горизонтальном направлении ведется двумя парами горизонтальных роликов 51-52 и 53-54, обхватывающими означенный выше брусок каретки 11 с обоих сторон; вертикальное же направление каретка 50 получает, кроме двух вертикальных роликов 55 и 56, катящихся по верхней грани бруска, еще третьим роликом 57 (фиг. 2), установленным на конце длинного отростка 58 каретки 50, катающимся в прорезе передней части отростка 40, имеющей вид кулисы. Каретка 50 соприкасается с прямой частью отростка 40 двумя установленными в ней роликами 59-60 (фиг. 1), свободно катящимися (во время передвижения каретки 11) по боковым граням прямой части отростка 40.

На верхней грани каретки 50 установлен цилиндрический ролик 61, посаженный на оси, перпендикулярной к плоскости чертежной доски. Ролик 61 оказывается связанным с кареткой 39 таким образом, что оба этих органа могут получить перемещения параллельно рельсу лишь одинаковые между собой и направленные в одну и ту же сторону.

В каретке 39 просверлено, перпендикулярно к плоскости чертежной доски, отверстие, в которое вставлена снизу вилка 62 (фиг. 3), обхватывающая рычаг 35. Когда ось вилки будет совпадать с центровой линией ОО′, рычаг 35 будет перпендикулярен к рельсу, а фреза 27 будет стоять плоскостью параллельно рельсу и в опущенном на бумагу положении; при движении тележки, она будет чертить линию, параллельную рельсу. При этом отрезок х=кФ=0, т.-е. движущая сила Ф=0. Это положение фрезы 27 каретки 39 и ролика 61 при всех положениях каретки 11 будет соответствовать равновесному движению поезда, с постоянной скоростью, и поэтому все эти положения будут в дальнейшем описании называться равновесными. Из первого уравнения видно, что когда y=mV=0, tgα=∝. Поэтому нулевая скорость должна соответствовать положению рычага 35, параллельному рельсу, плоскости же фрезы 27 - перпендикулярному к нему. Так как при таком положении (близком ко всему положению фрезы 27) движение тележки в рабочем состоянии силой, приложенной к раме тележки, не может иметь места, то все передвижения прибора и его частей совершаются при посредстве поводка 63, присоединенного шарнирно к каретке 11.

С правой стороны прибора помещен масштаб скоростей, а к продольному бруску каретки 11 - указатель. Позади тележки имеется указатель 64, движущийся по приколотому к чертежной доске ленточному профилю пути.

Из фиг. 1 видно, что центр цилиндрического ролика 61, который будет называться ведущим центром, может принимать всевозможные положения в пределах прямоугольника А-Б-В-Г, при чем в каждом из них расстояние ведущего центра от линий АБ будет выражать в принятом масштабе скорость поезда, а расстояние его до линии ОО′ равное ±х=кФ, в принятом же масштабе, - движущую силу в килограммах на тонну веса поезда.

Надлежащее направление ролику 61 сообщается при помощи шаблонов (фиг. 4), которые должны удовлетворять требованию, чтобы при условии касания ролика 61 к шаблону расстояние его центра от линии ОО′ было равно кФ миллиметров. Но Ф=ƒ(V)±i, где ƒ(V)=Ф₀ представляет удельную (на тонну веса поезда) равнодействующую силу в килограммах, действующую на поезд на горизонтальном пути и притом положительную, направленную вперед, если поезд движется на парах, и отрицательную, если он идет с закрытым регулятором или еще тормозится. Эта величина ƒ(V) для данных паровозов, тормозных средств и состава поезда вычисляется заранее для различных скоростей и задается в виде таблиц или кривых линий. В этих таблицах величина ƒ(V), соответствующая каждой скорости V, должна быть выражена в килограммах на тонну веса поезда.

Величина движущей силы i, зависящая от величины фиктивных под′ема или уклона для каждого участка пути с неизменными действительным под′емом или уклоном и радиусом кривой, будет величиной постоянной, от скорости независящей. Поэтому, все изменения движущей силы Ф на переломах фиктивного профиля достигаются в приборе соответственным перемещением шаблонов, установленных для площадок, на каждом переломе, в ту или другую сторону, параллельно линии А, Б.

Тяговый интегратор (фиг. 4) снабжен тремя шаблонами: I - для движения с полным паром, II - для движения с закрытым регулятором и III - тождественным с шаблоном II, для движения с торможением. Шаблоны эти сконструированы так, что могут, после подлежащей установки, служить почти для всех встречающихся на практике типов паровозов и составов поездов. Шаблоны прикрепляются винтами 65, 66 и 67 к ползуну 68, направляемому линейкой 69, прикрепленной концами к кронштейнам 36 и 37, параллельно рельсу. Для передвижения по линейке 69 ползуна 68 с шаблонами служит трехниточный винт 70 с шагом прямоугольной нарезки в 10 миллиметров и направляющими, прикрепленными к кронштейнам 36 и 37; нарезка проходит через разрезную гайку, прикрепленную к ползуну 68. На левом конце винта 70 посажена делительная шайба 71, внешняя окружность которой разделена на 100 частей. У шайбы 71 имеется указатель 72. Если масштабом движущей силы принять K=5 мм, то 1 килограмму на тонну будет соответствовать оборота винта, и по окружности шайбы 71 можно будет отсчитывать пятидесятые части килограмма и учитывать изменения профиля на одну пятидесятитысячную. Приспособление шаблонов для данного типа паровоза и состава поезда производится при положении ползуна 68, соответствующего площадке, когда i=0, каковое положение отмечено на линейке 69 и шайбе 71 нулевыми чертами. Приспособление шаблонов производится следующим образом. Ползун 68 ставится в нулевое положение, а каретка 39 в равновесное положение, в котором она и закрепляется на линейке особым винтом 73. Так как каждой величине Ф₀ движущей силы соответствует эквивалентный, аннулирующий эту силу, под′ем и каждой силе сопротивления - соответственный уклон, то, устанавливая поводком 63 указатель скорости, последовательно, на деления V₀=0, V₁, V₂, V₃, V₄ и т.д., значущиеся в таблицах, а ползун 68 на соответственные величины под′емов или уклонов и т.д., каждый раз получают равновесное положение ролика 61; последний должен всякий раз касаться кривой рабочей полосы 74 или 75 (фиг. 4) устанавливаемого шаблона. Соприкасание это достигается надлежащим передвижением упругих лент шаблонов, при помощи имеющихся у них винтов и гаек.

Для достижения же во время работы прибора непрерывного соприкасания ролика 61 с рабочей полосой шаблона, каждый шаблон снабжен еще вспомогательными упругими полосами 78 и 79, нажимаемыми пружинами на вспомогательные полосы шаблонов.

Для черчения линии Т=φ(S) или для совершения одновременно с первым вторичного интегрирования уравнения движения поезда служит следующий механизм. На ось 24 вилки 26, несущей фрезу 28, насажен крепко рычажок 80, с правой же стороны тележки, в особом укрепленном к ней кронштейне 81 вращается параллельная оси 24 ось 82, на верхнем конце которой сидит рычажок 83, равный по длине рычажку 80. В стороне от рамы тележки имеется еще коленчатый рычаг 84, плечи которого равны по длине плечам рычажков 80 и 83. Оси вращения рычажков и концы их соединены между собой равными по длине тягами 85-86 и 87-88, так что этими тягами и плечами рычажков образуются два параллелограма. Таким образом, при передвижении каретки 12, несущей фрезу 28, все рычажки будут поворачиваться на одинаковые углы. На нижнем конце оси 82 укреплен прямой рычаг 89, продольная ось которого будет сохранять с плоскостью фрезы 28 постоянный угол. Система рычагов собирается так, что этот угол равен прямому. Продольный брусок каретки 11 на правом конце снабжен муфтой 90, в которой вращается параллельно оси 82 хвостовик вилки 91, свободно обхватывающий рычаг 89. Центр вилки 91, при движении каретки 11, будет описывать прямую линию ЛМ, параллельную оси ОО′ и отстоящую от оси 82 на а миллиметров. Муфта 90 установлена на каретке 11 так, что, когда последняя находится в крайнем заднем положении, соответствующем скорости V=0, рычаг 89 направлен параллельно рельсу, а плоскость фрезы 28 составляет с ним угол β=90°. По мере продвижения каретки 11 от крайнего ее положения вперед угол β будет уменьшаться и когда она продвинется на величину у=mV, будет иметь

При передвижении тележки, при опущенных обоих фрезах 27 и 28, фреза 28 воспроизведет кривую, вид которой будет зависеть от изменений угла β. Называя ординаты этой кривой через h и абсциссы через s=nS мм, уравнение этой кривой будет:

но

где Т - время в часах.

Поэтому:

откуда:

т.-е. учете времени от момента когда h=T=0 ордината h воспроизводимой фрезой 28 кривой в миллиметрах будет пропорциональна времени Т в часах при коэффициенте пропорциональности

Выражая же время в минутах, получают:

Делая предельный ход каретки 12 равным 50 мм и полагая соответствующее полному ходу каретки 12 время t₁=3 мин., находят

Если, согласно вычислениям профессора Ю.В. Ломоносова, принять для товарных поездов ускорение ξ=120, а масштабы (связанные между собой уравнением

Для соблюдения размера а муфта 90 сделана в приборе передвижною. Когда каретка 12 доходит до крайнего своего переднего положения, фреза 28 поднимается и каретка возвращается в начальное положение. Так как время перегона кратным 3 м обыкновенно не будет, то линейка 10 снабжена масштабом, а каретка 12 указателем, позволяющими отсчитывать часть ее хода в %.

Прибор для вычерчивания тяговых кривых, характеризующийся совокупным применением: а) тележки 1, несущей направляющие линейки 9 и 10 для кареток 11, 12, снабженной двумя осями 3, колеса 4 коих имеют реборды, охватывающие рельс 6, утвержденный на рамке 5, и катками 7, 8, катящимися по сторонам рамки 5, б) каретки 11, направляемой вертикально роликами 13 и скользящею пластинкою 14, снабженной длинного втулкою 21 для оси 23 с вычерчивающею кривую скоростей фрезою 27 и перпендикулярным ей рычагом 35, в) каретки 12, направляемой вертикально роликами 15, 16, 17, катающимися по кулисам 18, 19, 20, и снабженной втулкой 22 для оси 24 с вычерчивающей кривую времени фрезой 28 и рычажком 80, соединенным при посредстве коленчатого рычага 84 и тяг 85-88 с равным плечом 83 оси 82 тележки, несущей плечо 89, перпендикулярное фрезе 28 и охватываемое вилкой 91 муфты 90, установленной на каретке 11, г) каретки 39, несущей вилку 62, охватывающую рычаг 35, и направляемой по линейке 38 роликами 41, 46-49 и роликом 42 по прорезу 43, при чем каретка снабжена длинным отростком 40, проходящим прямою частью сквозь каретку 50 и соприкасающимся с ее роликами 59, 60, д) пластинок 31, 32 для под′ема фрез 27, 28 поворотом валиков 33, 34, е) каретки 50, несущей ролик 61 и направляемой по продольному бруску каретки 11 роликами 51-54 и 55, 56 и роликом 57, установленным на длинном отростке 58 каретки и катающемся в прорезе передней кулисной части отростка 40, ж) шаблонов I, II, III, прикрепляемых к ползуну 68, перемещаемому по линейке 69 многониточным винтом 70, и снабженных рабочими полосами 74 или 75, прилегающими к ролику 61 и вспомогательным к ним роликам, и з) рабочего поводка 63, соединенного шарнирно с кареткою 11 для передвижения как этой каретки, так и тележки 1.