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 трехосные тележки с рамами, 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, обеспечение прохождения им кривых малого радиуса. 3 з.п. ф-лы, 3 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 № 2143354, В 61 С 11/00, Россия).

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, большие износы бандажей и высокое сопротивление движению в кривых из-за отсутствия радиальной установки колесных пар.

Техническим результатом изобретения является снижение габарита тягового транспортного средства, особенно его консолей, обеспечение прохождения кривых малого радиуса 60 и 40 метров, обеспечение сцепляемости тягового транспортного средства с подвижным составом в кривых малого радиуса и радиальной установки колесных пар при их прохождении, что приводит к снижению затрат на его изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Технический результат достигается тем, что в тяговом транспортном средстве, содержащем главную раму, оборудованную автосцепками, кузов, кабину, двухступенчатое рессорное подвешивание, две трехосные 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 средней и задней осями передней тележки, а также между передней и средней осями задней тележки, и снабженными поперечными траверсами, соединенными с ними с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и своими концами шарнирно соединенными тягами с буксами задней или средней колесной пары передней тележки и передней или средней колесной пары задней тележки, и двумя боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс передней колесной пары передней тележки и задней колесной пары задней тележки связями, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и двумя другими боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс задней колесной пары передней тележки и передней колесной пары задней тележки связями, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами тележек поводками, расположенными ниже их осей, кроме того, его центральные кронштейны шарнирно соединены тягами в вертикальной срединной плоскости с осями задней или средней колесной пары передней тележки и передней или средней колесной пары задней тележки, а максимально возможный коэффициент использования сцепного веса определяется по выражению

η _max=1-N· Ψ · H_a/(3· L),

где N - количество тяговых осей;

ψ - коэффициент сцепления колес с рельсами;

Н_а - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;

L - расстояние между серединами передней и задней тележек;

и достигается тем, что параметры устройства определяются по соотношениям:

A=0,5· C_C(a· (b-a)· C_П-П); Б=С_с·С_П·(b-а)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· e²·C_ПР; Ц=С_П+С_пб;

И=Ц· П· (С_С+С_ТК); С_ТК=С_т-С_к·(С_т+С_к);

У=Ц· d· С_C·С_ТК; T=c· d· C_С·C_П; Ж=Ц· П· С_С;

M=d+l₄·tgβ ; Щ=s+t· tgγ ;

Д=(Ψ · T· (C_тк-1,5· C_пб)-1,5· Ψ · Ж-1,5· Щ· У)/(Ψ · (M· У+Щ· У+И+T· C_пб));

Е=(Т· (С_тк-С_пб)-Ж-Щ· У)/(М· У+Щ· У+И+Т· С_пб);

F₁=А· Ψ · Q_сц/(Б+В+Г); F₂=Д· Ψ · Q_сц+Е· F₁;

F_ф=C_ф·(Ц+C_ТК)· (1,5· Ψ · Q_cц+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=1,5· Ψ · Q_CЦ·h;

где F₁ и F₂ - горизонтальные проекции усилий в связях, соединяющих боковые кронштейны главной рамы с кронштейнами букс передней колесной пары передней тележки и задней колесной пары задней тележки и соответственно задней колесной пары передней тележки и передней колесной пары задней тележки;

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 средней и задней осями передней тележки, а также между передней и средней осями задней тележки, и снабженными поперечными траверсами, соединенными с ними с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и своими концами шарнирно соединенными тягами с буксами задней или средней колесной пары передней тележки и передней или средней колесной пары задней тележки, и двумя боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс передней колесной пары передней тележки и задней колесной пары задней тележки связями, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и двумя другими боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс задней колесной пары передней тележки и передней колесной пары задней тележки связями, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами тележек поводками, расположенными ниже их осей, шарнирное соединение его центральных кронштейнов тягами в вертикальной срединной плоскости с осями задней или средней колесной пары передней тележки и передней или средней колесной пары задней тележки, достижение максимально возможного коэффициента использования сцепного веса определяемого по выражению

η _max=1-N· Ψ · H_a/(3· L),

где N - количество тяговых осей;

ψ - коэффициент сцепления колес с рельсами;

Н_а - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;

L - расстояние между серединами передней и задней тележек;

и достигается тем, что параметры устройства определяются по соотношениям:

A=0,5· C_C(a· (b-a)· C_П-П); Б=С_с·С_П·(b-а)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· e²·C_ПР; Ц=С_П+С_пб;

И=Ц· П· (С_С+С_ТК); С_ТК=С_т·С_к/(С_т+С_к);

У=Ц· d· С_C·С_ТК; T=c· d· C_С·C_П; Ж=Ц· П· С_С;

M=d+l₄·tgβ ; Щ=s+t· tgγ ;

Д=(Ψ · T· (C_тк-1,5· C_пб)-1,5· Ψ · Ж-1,5· Щ· У)/(Ψ · (M· У+Щ· У+И+T· C_пб));

Е=(Т· (С_тк-С_пб)-Ж-Щ· У)/(М· У+Щ· У+И+Т· С_пб);

F₁=А· Ψ · Q_сц/(Б+В+Г); F₂=Д· Ψ · Q_сц+Е· F₁;

F_ф=C_ф·(Ц+C_ТК)· (1,5· Ψ · Q_cц+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=1,5· Ψ · Q_CЦ·h;

где F₁ и F₂ - горизонтальные проекции усилий в связях, соединяющих боковые кронштейны главной рамы с кронштейнами букс передней колесной пары передней тележки и задней колесной пары задней тележки и соответственно задней колесной пары передней тележки и передней колесной пары задней тележки;

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 пропуск кронштейнов букс сквозь боковины рам тележек приводит к снижению габарита тягового транспортного средства, особенно его консолей, обеспечению прохождения кривых малого радиуса 60 и 40 метров, обеспечению сцепляемости тягового транспортного средства с подвижным составом в кривых малого радиуса и радиальной установки колесных пар при их прохождении, что приводит к снижению затрат на его изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Предлагаемое тяговое транспортное средство представлено на чертежах, где

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

на фиг.2 изображено сечение А-А на фиг.1;

на фиг.3 изображена схема тягового транспортного средства;

Тяговое транспортное средство (фиг.1-фиг.2) 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, передней тележки 8, задней тележки 9 с рамами 10, с боковинами 11, с поперечинами 12, траверсами 13, передними колесными парами 14, средними колесными парами 15, задними колесными парами 16, буксами 17, с кронштейнами 18, буксами 19, буксами 20, с кронштейнами 21, тягами 22, связями 23, поводками 24, тяговыми электродвигателями 25, тяговыми редукторами 26, буксовыми пружинами 27.

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 25 передней тележки 8 и задней тележки 9 подается напряжение, от которого они начинают вращаться и создавать крутящие моменты, которые тяговыми редукторами 26 передаются на колесные пары 14, 15 и 16, 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 17, 19 и 20. С букс 17 и 19 силы тяги поводками 24 передаются на боковины 11 рам 10 тележек 8 и 9, а с них поводками на буксы 20 задней колесной пары 16 передней тележки 8 и передней колесной пары 14 задней тележки 9. При передаче сил тяги с букс 17 и 19 на буксы 20 через боковины 11 рам 10 на кронштейнах 18 и 21 возникают реактивные усилия, создаваемые связями 23 с боковыми кронштейнами 4 главной рамы 1. Далее силы тяги в сумме с реактивными усилиями кронштейнов 18 и 21 с букс 20 соответствующих колесных пар тягами 22 и траверсами 13 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

M_опр=3· Ψ · Q_сц·h, а реактивные усилия, создаваемые связями на кронштейнах букс, создают восстанавливающий момент

M_вoc=F₁·(b+r-h+l₁·tgα )+F₂·(d+r-h+l₂·tgβ )-(H_ф-h)β · F_ф.

Выбор параметров устройства а, b, с, d, h, α , β , γ ; l₁, l₂, l₃, l₄, s, t, C_c, С_п, С_т, С_к по условию: 2· М_вос=М_опр приводит к ликвидации опрокидывающего момента, что и обеспечивает тяговому транспортному средству наибольший возможный коэффициент использования сцепного веса, равный:

η _max=1-N· Ψ · H_a/(3· L).

Например: тяговое транспортное средство при параметрах Q_сц=230 кН, N=6, Ψ =0,4, Н_а=1,06 м, L=16,8 м, а=0,48 м, b=0,92 м, с=0,2 м, d=0,92 м, С_с=1· 10⁴ кН/м, С_п=2· 10⁴ кН/м, С_пб=0,2· 10⁴Н/м, C_пp=0,18· 10⁴кH/м, r=0,525 м, α =β =12° , l₁=3 м, l₂=1,05 м, l₃=0,2 м, l₄=0,2 м, е=0,3 м, h=0,385 м, s=t=0 Н_ф=1,65 м, С_ф=0,04· 10⁴ кН/м, С_т=15· 10⁴Н/м, C_к=12· 10⁴кH/м, будет иметь усилия в связях F₁=20,67 кН, F₂=18.62 кН и условие равновесия что свидетельствует о том, что это тяговое транспортное средство имеет максимально возможный коэффициент использования сцепного веса, равный

η _mах=1-6· 0,4· 1,06/(3· 16,8)=0,95.

При движении тягового транспортного средства в кривых тележки 8 и 9 поворачиваются относительно главной рамы 1 при этом в левых и правых связях 23 происходит перераспределение реактивных усилий F₁ и F₂, что в свою очередь приводит к перераспределению продольных усилий на правых и левых буксах 17 и 20 и созданию на передних и задних колесных парах 14 и 16 передней 8 и задней 9 тележек разворачивающих моментов, которые и устанавливают их в радиальное положение.

Все это и приводит к снижению габарита тягового транспортного средства, особенно его консолей, обеспечению прохождения кривых малого радиуса 60 и 40 метров, обеспечению сцепляемости тягового транспортного средства с подвижным составом в кривых малого радиуса и радиальной установки колесных пар при их прохождении, что приводит к снижению затрат на его изготовление, эксплуатацию и ремонт.

1. Тяговое транспортное средство, содержащее главную раму, оборудованную автосцепками, кузов, кабину, двухступенчатое рессорное подвешивание, две трехосные тележки, содержащие рамы, рессорное подвешивание, колесные пары с буксами, тяговые электродвигатели, тяговые редукторы, тяги, поводки, отличающееся тем, что главная рама тягового транспортного средства снабжена центральными кронштейнами, расположенными на его продольной оси, пропущенными между средней и задней осями передней тележки, а также между передней и средней осями задней тележки, и снабженными поперечными траверсами, соединенными с ними с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и своими концами шарнирно соединенными тягами с буксами задней или средней колесной пары передней тележки и передней или средней колесной пары задней тележки, и двумя боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс передней колесной пары передней тележки и задней колесной пары задней тележки связями, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и двумя другими боковыми кронштейнами на каждую тележку, шарнирно соединенными с кронштейнами букс задней колесной пары передней тележки и передней колесной пары задней тележки связями, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами тележек поводками, расположенными ниже их осей.

2. Тяговое транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что его центральные кронштейны шарнирно соединены тягами в вертикальной срединной плоскости с осями задней или средней колесной пары передней тележки и передней или средней колесной пары задней тележки.

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

η _max=1-N· Ψ · H_a/(3· L),

где N - количество тяговых осей;

Ψ - коэффициент сцепления колес с рельсами;

Н_а - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;

L - расстояние между серединами передней и задней тележек,

достигается тем, что параметры устройства определяются по соотношениям:

A=0,5· C_C(a· (b-a)· C_П-П);

Б=С_с·С_П·(b-а)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· e²·C_ПР; Ц=С_П+С_пб;

И=Ц· П· (С_С+С_ТК); С_ТК=С_т·С_к/(С_т+С_к);

У=Ц· d· С_C·С_ТК; T=c· d· C_С·C_П; Ж=Ц· П· С_С;

M=d+l₄·tgβ ; Щ=s+t· tgγ ;

Д=(Ψ · T· (C_тк-1,5· C_пб)-1,5· Ψ · Ж-1,5· Щ· У)/(Ψ · (M· У+Щ· У+И+T· C_пб));

Е=(Т· (С_тк-С_пб)-Ж-Щ· У)/(М· У+Щ· У+И+Т· С_пб);

F₁=А· Ψ · Q_сц/(Б+В+Г); F₂=Д· Ψ · Q_сц+Е· F₁;

F_ф=C_ф·(Ц+C_ТК)· (1,5· Ψ · Q_cц+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=1,5· Ψ · Q_CЦ·h;

где: F₁ и F₂ - горизонтальные проекции усилий в связях, соединяющих боковые кронштейны главной рамы с кронштейнами букс передней колесной пары передней тележки и задней колесной пары задней тележки и соответственно задней колесной пары передней тележки и передней колесной пары задней тележки;

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 верхаголовок 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 п.1 или п.2, или п.3, отличающееся тем, что кронштейны букс пропущены сквозь боковины рам тележек.