Тяговое транспортное средство

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к тяговым устройствам для локомотивов. Тяговое транспортное средство содержит главную раму, автосцепки, кузов, кабину, двухступенчатое рессорное подвешивание, две, три или четыре двухосные тележки с рамами, рессорное подвешивание, колесные пары с буксами, тяговые электродвигатели, тяговые редуктора, тяги и поводки. Главная рама снабжена центральными кронштейнами, пропущенными между осями каждой тяговой тележки, снабженными поперечными траверсами, соединенными с ними с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и своими концами шарнирно соединенными тягами с буксами колесных пар тележек. Также на раме закреплены боковые кронштейны, шарнирно соединенные с кронштейнами букс тележек, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками. Техническим результатом изобретения является снижение габарита локомотива, в частности его консолей и тележек, обеспечение прохождения им кривых малого радиуса, создание четырехосных и многоосных тяговых транспортных средств на базе модульных двухосных тележек. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к грузовым, пассажирским, маневровым и промышленным тепловозам и электровозам, и касается конструкции устройств, предназначенных для передачи крутящих моментов тяговых двигателей тягового транспортного средства на его колеса и тяговой силы с колес на главную раму и сцепное устройство, а также для придания колесным парам радиальной установки при движении в кривых.

Известно тяговое транспортное средство, содержащее главную раму, оборудованную автосцепками, на которой установлен дизель с генератором тока, кабину машиниста, систему охлаждения дизеля, пневмосистему, электрооборудование, систему управления, кузов, тележки, содержащие рамы, тяги, тормозные системы, рессорное подвешивание, колесные пары, тяговые электродвигатели, снабженные редукторами, в котором максимальный для тягового транспортного средства коэффициент использования сцепного веса достигается тем, что рама каждой тележки концами шарнирно соединяется с главной рамой или кузовом двумя тягами, одна из которых направлена вперед, а вторая назад, или одной тягой, направленной вперед, расположенными под углами к горизонту (Патент России №2143354, В 61 С 11/00).

Недостатками такой конструкции являются увеличенный за счет тяг габарит тележек, а следовательно, и тягового транспортного средства, особенно его консолей, что в свою очередь приводит к затрудненной сцепляемости с подвижным составом в кривых малого радиуса 60 и 40 метров, а также затрудненное прохождение таких кривых из-за больших углов поворота тяг относительно рам тележек, невозможность из-за большого габарита применения модульных двухосных тележек для многоосных тяговых транспортных средств.

Техническим результатом изобретения является снижение габарита тягового транспортного средства, особенно его консолей, снижение габарита двухосных тележек, обеспечение прохождения кривых малого радиуса 60 и 40 метров, создание четырехосных и многоосных тяговых транспортных средств на базе модульных двухосных тележек, что приводит к значительному снижению затрат на их изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Технический результат достигается тем, что в тяговом транспортном средстве, содержащем главную раму, оборудованную автосцепками, кузов, кабину, двухступенчатое рессорное подвешивание, две, три или четыре двухосные тележки, содержащие рамы, рессорное подвешивание, колесные пары с буксами, тяговые электродвигатели, тяговые редуктора, тяги, поводки, главная рама тягового транспортного средства снабжена центральными кронштейнами, расположенными на его продольной оси, пропущенными между осями каждой тяговой тележки и снабженными поперечными траверсами, соединенными с ними с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и своими концами шарнирно соединенными тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту, с буксами задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек, и двумя боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными горизонтально или под углом к горизонту, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и другими двумя боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными горизонтально или под углом к горизонту, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными ниже их осей, кроме того, его центральные кронштейны шарнирно соединены тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту в вертикальной срединной плоскости, с осями задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек, а максимально возможный коэффициент использования сцепного веса определяется по выражению

η _max=1-N· ψ · H_a·L_h/(2· (L

2

H

+L

2

B

)),

где N - количество тяговых осей;

ψ - коэффициент сцепления колес с рельсами;

Н_а - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;

L_н - расстояние между серединами передней и задней тележек;

L_в - расстояние между серединами средних тележек,

и достигается тем, что параметры устройства определяются по соотношениям

А=0,5· С_с(а· (b-а)· С_п-П); Б=С_с·C_П·(b-a)²+C_пб·(C_п·a²+C_c·b²); В=П· (С_с+Ц);

Г=l₃·C_c·((b-a)· C_п+b· C_пб)· tgα ; П=2· е²·С_пр; Ц=С_п+С_пб;

Д=с· d· С_п·С_с·(0,5· С_тк+С_пб)-П· Ц· С_с-d· (s+t· tgγ )· С_c·С_тк·Ц;

Е=Д+0,5· с· d· С_П·С_с·С_ТК; Ж=d· С_с·((d+l₄·tgβ )· С_ТК·Ц+с· С_пС_пб);

И=Ц· П· (С_с+С_ТК); С_тк=С_т·С_к/(С_Т+С_к);

F₁=А· ψ · Q_сц/(Б+В+Г); F₂=(D· ψ · Q_сц+Е· F₁)/(Ж+И);

F_ф=C_ф·(Ц+C_ТК)· (ψ · Q_сц+F₁+F₂)/(C_ф·(Ц-C_тк)+C_тк·Ц)

F₁·(b+r-h+l₁·tgα )+F₂·(d+r-h+l₂·tgβ )-(H_ф-h)· F_ф=ψ · Q_cц·h;

где F₁ и F₂ - горизонтальные проекции усилий в связях, соединяющих боковые кронштейны главной рамы с кронштейнами букс соответственно передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек;

F_ф - половина продольного поперечного усилия второй ступени рессорного подвешивания;

Q_сц - сцепной вес колесной пары;

а и с - вертикальные расстояния между осями букс соответствующих колесных пар и их поводками;

b и d - вертикальные расстояния между осями букс и шарнирами рычагов букс соответствующих колесных пар;

r - радиус колеса;

α , β , γ - углы наклона к горизонту соответствующих связей и тяг;

l₁ и l₂ - горизонтальные продольные расстояния между шарнирами рычагов букс и шарнирами соответствующих центральных кронштейнов;

l₃ и l₄ - горизонтальные продольные расстояния между шарнирами рычагов букс и соответствующими буксами;

е - горизонтальное расстояние между буксовой пружиной и осью буксы;

h - вертикальное расстояние между шарниром центрального кронштейна и уровнем верха головок рельс;

s и t - вертикальный и горизонтальный размеры между шарниром тяги на буксе и ее осью;

С_с и С_п - продольная жесткость связи и поводка;

С_пб и С_пр - поперечная и продольная жесткость буксового узла;

Н_ф - высота второй ступени рессорного подвешивания над уровнем верха головок рельсов;

С_ф - половина поперечной жесткости второй ступени рессорного подвешивания;

С_т и С_к - горизонтальная жесткость тяги с траверсой и половина горизонтальной жесткости центрального кронштейна, и кронштейны букс пропущены сквозь боковины рам тележек.

Такое выполнение тягового транспортного средства и, в частности, снабжение главной рамы тягового транспортного средства центральными кронштейнами, расположенными на его продольной оси, пропущенными между осями каждой тяговой тележки и снабженными поперечными траверсами, соединенными с ними с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и своими концами шарнирно соединенными тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту, с буксами задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек, и двумя боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными горизонтально или под углом к горизонту, и соединение букс этих колесных пар с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и другими двумя боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными горизонтально или под углом к горизонту, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными ниже их осей, и шарнирное соединение центральных кронштейнов тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту в вертикальной срединной плоскости, с осями задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек, обеспечивает достижение максимально возможного коэффициента использования сцепного веса, определяемого по выражению

η _max=l-N· ψ · Н_a·L_H/(2· (L

2

H

+L

2

B

)),

где N - количество тяговых осей;

ψ - коэффициент сцепления колес с рельсами;

Н_а - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;

L_н - расстояние между серединами передней и задней тележек;

L_в - расстояние между серединами средних тележек,

а параметры устройства определяются по соотношениям

А=0,5· С_с(а· (b-а)· С_п-П); Б=С_с·С_П·(b-a)²+С_пб·(С_п·а²+С_с·b²); В=П· (С_с+Ц);

Г=l₃·C_c·((b-a)· C_п+b· C_пб)· tgα ; П=2· е²·С_пр; Ц=С_п+С_пб;

Д=c· d· C_П·C_c·(0,5· C_ТК+C_Пб)-П· Ц· C_c-d· (s+t· tgγ )· С_с·C_ТК·Ц;

Е=Д+0,5· с· d· С_п·С_с·С_ТК; Ж=d· С_с·((d+l₄·tgβ )· С_ТК·Ц+с· С_пС_пб);

И=Ц· П· (С_с+С_тк); С_тк=С_т·С_к/(С_т+С_к);

F₁=А· ψ · Q_сц/(Б+В+Г); F₂=(D· ψ · Q_cц+E· F₁)/(Ж+И);

F_ф=С_ф·(Ц+С_тк)· (ψ · Q_сц+F₁+F₂)/(С_ф·(Ц+С_тк)+С_ТК·Ц);

F₁·(b+r-h+l₁·tgα )+F₂·(d+r-h+l₂·tgβ )-(H_ф-h)· F_ф=ψ · Q_сц·h;

где F₁ и F₂ - горизонтальные проекции усилий в связях, соединяющих боковые кронштейны главной рамы с кронштейнами букс соответственно передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек;

F_ф - половина продольного поперечного усилия второй ступени рессорного подвешивания;

Q_cц - сцепной вес колесной пары;

а и с - вертикальные расстояния между осями букс соответствующих колесных пар и их поводками;

b и d - вертикальные расстояния между осями букс и шарнирами рычагов букс соответствующих колесных пар;

r - радиус колеса;

α , β , γ - углы наклона к горизонту соответствующих связей и тяг;

l₁ и l₂ - горизонтальные продольные расстояния между шарнирами рычагов букс и шарнирами соответствующих центральных кронштейнов;

l₃ и l₄ - горизонтальные продольные расстояния между шарнирами рычагов букс и соответствующими буксами;

е - горизонтальное расстояние между буксовой пружиной и осью буксы;

h - вертикальное расстояние между шарниром центрального кронштейна и уровнем верха головок рельс;

s и t - вертикальный и горизонтальный размеры между шарниром тяги на буксе и ее осью;

С_с и С_п - продольная жесткость связи и поводка;

С_пб и С_пр - поперечная и продольная жесткость буксового узла;

Н_ф - высота второй ступени рессорного подвешивания над уровнем верха головок рельсов;

С_ф - половина поперечной жесткости второй ступени рессорного подвешивания;

С_т и С_к - горизонтальная жесткость тяги с траверсой и половина горизонтальной жесткости центрального кронштейна, и пропуск кронштейнов букс сквозь боковины рам тележек приводит к снижению габарита тягового транспортного средства, особенно его консолей, снижению габарита двухосных тележек, обеспечению прохождения кривых малого радиуса 60 и 40 метров, созданию четырехосных и многоосных тяговых транспортных средств на базе модульных двухосных тележек, что приводит к значительному снижению затрат на их изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Предлагаемое транспортное средство представлено на чертежах, где

на фиг.1 изображено 4-осное тяговое транспортное средство, общий вид;

на фиг.2 изображено 6-осное тяговое транспортное средство, общий вид;

на фиг.3 изображено 8-осное тяговое транспортное средство, общий вид;

на фиг.4 изображено сечение А-А на фиг.1;

на фиг.5 изображено сечение Б-Б на фиг.2;

на фиг.6 изображена схема тягового транспортного средства;

на фиг.7 изображено сечение В-В на фиг.3.

Тяговое транспортное средство (фиг.1-7) состоит из главной рамы 1 с автосцепками 2, центральными кронштейнами 3 и боковыми кронштейнами 4, кабины машиниста 5, кузова 6, рессорного подвешивания второй ступени 7, передних тележек 8, задних тележек 9 с рамами 10, с боковинами 11, траверсами 12, передними колесными парами 13, задними колесными парами 14, буксами 15 с кронштейнами 16 и буксами 17 с кронштейнами 18, тягами 19, связями 20, поводками 21, поводками 22, податливыми связями 23, тяговыми электродвигателями 24, тяговыми редукторами 25, буксовыми пружинами 26.

Тяговое транспортное средство работает следующим образом: машинист из кабины машиниста 5 производит пуск тягового транспортного средства и устанавливает необходимый режим его работы, при этом на тяговые электродвигатели 24 передних тележек 8 и задних тележек 9 подается напряжение, от которого они начинают вращаться и создавать крутящие моменты, которые тяговыми редукторами 25 передаются на колесные пары 13 и 14, которые в свою очередь начинают вращаться, при этом в зонах контакта колес с рельсами возникают силы тяги. Силы тяги с колес передаются на оси колесных пар, а с них на буксы 15 и 17. С букс 15 силы тяги поводками 21 передаются на боковины 11 рам 10 тележек 8 и 9, а с них поводками 22 на буксы 17. При передаче сил тяги с букс 15 на буксы 17 через боковины 11 рам 10 на кронштейнах букс 16 и 18 возникают реактивные усилия, создаваемые связями 20 или 23 с боковыми кронштейнами 4 главной рамы 1. Далее силы тяги в сумме с реактивными усилиями кронштейнов букс с букс 17 или с букс 17 и осей соответствующих колесных пар тягами 19 и траверсами 12 передаются на центральные кронштейны 3, а с них на главную раму 1 тягового транспортного средства и далее на его автосцепку 2. Тяговые силы при передаче с обода колеса на центральный кронштейн создают на каждой тележке опрокидывающий момент: М_опр=2· ψ · Q_cц·h, а реактивные усилия, создаваемые связями на кронштейнах букс, создают восстанавливающий момент:

M_вос=F₁·(b+r-h+l₁·tgα )+F₂(d+r-h+l₂·tgβ )-(H_ф-h)· Ц₁·ψ·Q_cц.

Выбор параметров устройства а, b, с, d, h, α , β , γ , l₁, l₂, l₃, l₄, s, t, С_с, С_п, С_T, С_K по условию 2· М_вос=М_oпр приводит к ликвидации опрокидывающего момента и обеспечению тяговому транспортному средству наибольшего возможного коэффициента использования сцепного веса, равного:

η _max=l-N· ψ · H_a·L_H/(2· (L

2

H

+L

2

B

)).

Например: восьмиосное тяговое транспортное средство при параметрах Q_СЦ=230 кН, N=8, ψ =0,4, Н_а=1,06 м, L_н=16,8 м, L_в=11,8 м, а=0,48 м, b=0,92 м, с=0,08 м, d=0,92 м, С_с=1· 10⁴ кН/м, С_п=2· 10⁴ кН/м, С_пб=0,2· 10⁴ кН/м, С_пр=0,18· 10⁴ кН/м, r=0,525 м, α =β =12°, l₁=0,7 м, l₂=1,5 м, l₃=0,2 м, l₄=0,2 м, е=0,3 м, h=0,3 м, s=t=0, Н_ф=1,65 м, С_ф=0,04· 10⁴ кН/м, C_т=15· 10⁴ кH/м, C_к=12· 10⁴кH/м, будет иметь усилия в связях F₁=20,67 кН, F₂=3,074 кН и условие равновесия 27,6 кНм ≡ 27,6 кНм, что свидетельствует о том, что это тяговое транспортное средство имеет максимально возможный коэффициент использования сцепного веса, равный

η _mах=1-8· 0,4· 1,06· 16,8/(2· (16,8²+11,8²))=0,932.

При движении тягового транспортного средства в кривых тележки 8 и 9 поворачиваются относительно главной рамы 1, при этом в левых и правых связях 20 или 23 происходит перераспределение реактивных усилий F₁ и F₂, что в свою очередь приводит к перераспределению продольных усилий на правых и левых буксах 15 и 17 и созданию на колесных парах 13 и 14 разворачивающих моментов, которые и устанавливают их в радиальное положение.

Все это и приводит к снижению габарита тягового транспортного средства, особенно его консолей, снижению габарита двухосных тележек, обеспечению прохождения кривых малого радиуса 60 и 40 метров, созданию четырехосных и многоосных тяговых транспортных средств на базе модульных двухосных тележек, что приводит к значительному снижению затрат на их изготовление, эксплуатацию и ремонт.

1. Тяговое транспортное средство, содержащее главную раму, оборудованную автосцепками, кузов, кабину, двухступенчатое рессорное подвешивание, две, три или четыре двухосные тележки, содержащие рамы, рессорное подвешивание, колесные пары с буксами, тяговые электродвигатели, тяговые редуктора, тяги, поводки, отличающееся тем, что главная рама тягового транспортного средства снабжена центральными кронштейнами, расположенными на его продольной оси, пропущенными между осями каждой тяговой тележки и снабженными поперечными траверсами, соединенными с ними с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и своими концами шарнирно соединенными тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту, с буксами задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек, и двумя боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными горизонтально или под углом к горизонту, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и другими двумя боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек связями, расположенными горизонтально или под углом к горизонту, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными ниже их осей.

2. Тяговое транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что его центральные кронштейны шарнирно соединены тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту в вертикальной срединной плоскости, с осями задних колесных пар одной или двух передних тележек и передних колесных пар одной или двух задних тележек

3. Тяговое транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что максимально возможный коэффициент использования сцепного веса определяется по выражению

,

где N - количество тяговых осей;

Ψ - коэффициент сцепления колес с рельсами;

Н_а - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;

L_н - расстояние между серединами передней и задней тележек;

L_в - расстояние между серединами средних тележек,

и достигается тем, что параметры устройства определяются по соотношениям

где F₁ и f₂ - горизонтальные проекции усилий в связях, соединяющих боковые кронштейны главной рамы с кронштейнами букс соответственно передних колесных пар одной или двух передних тележек и задних колесных пар одной или двух задних тележек;

F_ф - половина продольного поперечного усилия второй ступени рессорного подвешивания;

Q_сц - сцепной вес колесной пары;

а и с - вертикальные расстояния между осями букс соответствующих колесных пар и их поводками;

b и d - вертикальные расстояния между осями букс и шарнирами рычагов букс соответствующих колесных пар;

r - радиус колеса;

α, β, γ - углы наклона к горизонту соответствующих связей и тяг;

l₁ и l₂ - горизонтальные продольные расстояния между шарнирами рычагов букс и шарнирами соответствующих центральных кронштейнов;

l₃ и l₄ - горизонтальные продольные расстояния между шарнирами рычагов букс и соответствующими буксами;

е - горизонтальное расстояние между буксовой пружиной и осью буксы;

h - вертикальное расстояние между шарниром центрального кронштейна и уровнем верха головок рельсов;

s и t - вертикальный и горизонтальный размеры между шарниром тяги на буксе и ее осью;

С_с и С_п - продольная жесткость связи и поводка;

С_пб и С_пр - поперечная и продольная жесткость буксового узла;

Н_ф - высота второй ступени рессорного подвешивания над уровнем верха головок рельсов;

С_ф - половина поперечной жесткости второй ступени рессорного подвешивания;

С_т и С_к - горизонтальная жесткость тяги с траверсой и половина горизонтальной жесткости центрального кронштейна.

4. Тяговое транспортное средство по пп.1, 2, или 3, отличающееся тем, что кронштейны букс пропущены сквозь боковины рам тележек.