Железнодорожное тяговое транспортное средство с автоматическим управлением положения тележек и колесных пар в кривой (его варианты)
Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и касается конструкции устройств, предназначенных для автоматического управления поворотом тележек и колесных пар при движении тягового транспортного средства (ТТС) по криволинейным участкам пути. ТТС с автоматическим управлением положения тележек и колесных пар в кривой содержит кузов или раму с автосцепками, тяговые тележки с колесными парами с буксами, буксовые поводки. Тележка снабжена двумя пневмоцилиндрами или гидроцилиндрами, расположенными по разные стороны управляющего кронштейна 6. Штоки 32 цилиндров шарнирно соединены с управляющим кронштейном. Корпуса цилиндров и управляющий кронштейн закреплены на тележке или кузове, или раме. Каждый шток снабжен управляющим ползуном 35 с пружиной 36, воздействующим на клапаны клапанной коробки 37, соединяющие штоковые полости 30 цилиндров с напорной магистралью 41 и атмосферой или сливной магистралью 42. Разноименные относительно штоков полости цилиндров соединены между собой перепускными трубопроводами 40. По второму варианту изобретения с управляющим кронштейном связан только один цилиндр. Технический результат - установка колесных пар в хордовое положение с одновременной радиальной установкой осей колесных пар. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к грузовым, пассажирским, маневровым и промышленным тепловозам и электровозам, и касается конструкции устройств, предназначенных для автоматического управления поворотом тележек и колесных пар при движении железнодорожного транспортного средства по криволинейным участкам пути.
Известно устройство для автоматического управления тележками в кривых участках пути, содержащее исполнительный механизм в виде силового цилиндра, корпус которого связан шарнирно с рамой тележки, а шток связан шарнирно с рамой кузова, и систему управления, включающую распределитель, блок управления, датчик измерения перемещений, установленный на раме кузова, при этом блок управления связан с датчиком измерения перемещений и распределителем, соединенным с силовым цилиндром, и, кроме того, в него дополнительно введен датчик перемещений штока силового цилиндра, соединенный со штоком, жестко закрепленный на корпусе силового цилиндра и электрически связанный с блоком управления, упомянутый блок управления содержит план эксплуатируемого участка железнодорожного пути, упомянутый датчик измерения перемещений выполнен в виде регистратора пройденного локомотивом пути (Патент №2176202, В 61 F 5/38, Россия).
Недостатками такой конструкции являются ее высокая сложность и высокая стоимость, низкая технологичность при изготовлении и низкая экономическая эффективность при эксплуатации из-за индивидуальной настройки системы управления этим устройством каждого тепловоза на каждый конкретный участок железнодорожного пути в прямом и обратном направлениях без сходов с маршрута. Кроме того, в устройстве применены гидравлический цилиндр и гидравлический распределитель, которые требуют для своего функционирования наличия на локомотиве дополнительной гидравлической системы, которая обычно на локомотивах отсутствует и потребует дополнительных затрат энергии и затрат на ее обслуживание. Устройство не использует для привода устройства существующие в локомотиве системы (например, тормозную).
Известно также устройство управления поворотом тележки локомотива, содержащее боковые опоры с возвращающими устройствами или вторую ступень рессорного подвешивания на раме тележки, колесные пары с буксами, первую ступень рессорного подвешивания, два пневмоцилиндра или два гидроцилиндра, установленные на раме тележки или кузове локомотива, при этом корпус каждого пневмоцилиндра или гидроцилиндра, снабженных плавающими поршнями одностороннего действия, соединен с корпусом толкателя, шток которого пропущен сквозь торцевую стенку корпуса и снабжен по концам упорными пятами, одна из которых расположена в корпусе цилиндра с зазором относительно его поршня, равным амплитуде поперечных или продольных колебаний кузова относительно рамы тележки, а между второй упорной пятой, расположенной на свободном конце штока, и корпусом толкателя установлена упорная пружина, при этом кузов локомотива или рама тележки снабжены кронштейном, установленным относительно упорных пят таким образом, что упорные пружины сжаты на половину рабочего хода штоков толкателей
(Патент №2143354, В 61 С 11/00, Россия).
Недостатком этой конструкции является отсутствие собственной автоматической системы управления таким устройством, что требует дополнительной системы управления, что усложняет конструкцию, или ручного управления, что приводит к дополнительным функциональным обязанностям экипаж локомотива и тем самым снижает эксплуатационные качества локомотива.
Техническим результатом изобретения является автоматическое управление положением тележек и колесных пар железнодорожного тягового транспортного средства при его движении в кривой с их установкой в наиболее выгодное хордовое положение вместо обычного положения максимального перекоса, с одновременной радиальной установкой осей колесных пар, снижение бокового давления гребней колес на рельс, боковых динамических нагрузок в системе колесо-рельс, снижение сопротивления движению локомотива в кривой, снижение износа колес и рельсов, увеличение пробегов локомотива между переточками гребней, межремонтных пробегов, снижение расхода топлива, снижение затрат на эксплуатацию и ремонт.
Технический результат достигается тем, что в железнодорожном тяговом транспортном средстве с автоматическим управлением положения тележек и колесных пар в кривой, содержащем кузов или раму с автосцепками, опирающиеся через пружины второй ступени рессорного подвешивания на две или четыре тяговых тележки с тяговыми двигателями и колесными парами с буксами, на которые через пружины буксовой ступени рессорного подвешивания опираются рамы тележек, буксовые поводки, устройства передачи тяги с тележек на кузов или раму, гасители колебаний, пневмоцилиндры или гидроцилиндры, управляющие кронштейны, каждая из двух внешних тележек или каждая тележка снабжена двумя пневмоцилиндрами или гидроцилиндрами, расположенными по разные стороны управляющего кронштейна, корпуса которых шарнирно соединены с рамой тележки или с кузовом, или с рамой с обеспечением возможности вращения относительно вертикальной и поперечной относительно цилиндров или трех осей, штоки цилиндров шарнирно относительно трех осей соединены с управляющим кронштейном, расположенным соответственно на кузове или раме тягового транспортного средства, или на раме тележки, при этом каждый шток снабжен управляющим ползуном с пружиной, воздействующим на клапаны клапанной коробки, которой снабжен штоковый фланец каждого цилиндра, содержащей один или два нормально закрытых впускных клапана и один или два нормально открытых выпускных клапана, соединяющих штоковые полости цилиндров соответственно с напорной магистралью и атмосферой или сливной магистралью, при этом разноименные относительно штоков полости цилиндров соединены между собой перепускными трубопроводами, такой же результат достигается, когда каждая из двух внешних тележек или каждая тележка снабжена пневмоцилиндром или гидроцилиндром, корпус которого шарнирно соединен с рамой тележки или с кузовом, или с рамой с обеспечением возможности вращения относительно вертикальной и поперечной относительно цилиндра или трех осей, шток цилиндра шарнирно относительно трех осей соединен с управляющим кронштейном, при этом шток снабжен управляющим ползуном с пружиной, воздействующим на клапаны клапанной коробки, которой снабжен штоковый фланец цилиндра, содержащей два нормально закрытых впускных клапана и два нормально открытых выпускных клапана, попарно соединяющих штоковую и безштоковую полости цилиндра соответственно с напорной магистралью и атмосферой или сливной магистралью, кроме того, каждая из двух крайних тележек или каждая тележка снабжена четырьмя навигаторами, шарнирно соединяющими кузов или раму с кронштейнами букс крайних колесных пар, при этом буксовые поводки, соединяющие кронштейны букс с рамой тележки для одной колесной пары, расположены выше ее оси, а для другой ниже ее оси, или на одном уровне.
Предлагаемое железнодорожное тяговое транспортное средство с автоматическим управлением положения тележек и колесных пар в кривой представлено на чертежах, где:
на фиг.1 изображено железнодорожное тяговое транспортное средство с автоматическим управлением положения тележек и колесных пар в кривой, общий вид;
на фиг.2 изображена трехосная тяговая тележка, снабженная одним или двумя пневмоцилиндрами или гидроцилиндрами, общий вид;
на фиг.3 изображен вид сверху на фиг.2;
на фиг.4 изображено сечение А-А на фиг.2, изображающее устройство с двумя пневмоцилиндрами;
на фиг.5 изображено сечение Б-Б на фиг.3, изображающее устройство с одним пневмоцилиндром;
на фиг.6 изображено сечение В-В на фиг.4;
на фиг.7 изображено сечение Г-Г на фиг.6;
на фиг.8 изображено сечение Д-Д на фиг.7.
Железнодорожное тяговое транспортное средство с автоматическим управлением положения тележек и колесных пар в кривой (фиг.1-фиг.8) состоит из кузова или рамы 1 с автосцепками 2, центральными кронштейнами 3, боковыми кронштейнами 4, кабины машиниста 5, управляющих кронштейнов 6, рессорного подвешивания второй ступени 7, передней тележки 8, задней тележки 9 с рамами 10, с боковинами 11, с поперечными балками 12, колесными парами 13, колесными парами 14, буксами 15 с кронштейнами 16, буксами 17 с кронштейнами 18, устройствами передачи тяги 19, поводками 20, тяговыми электродвигателями 21, тяговыми редукторами 22, буксовыми пружинами 23, вертикальных гасителей колебаний 24, поперечных гасителей колебаний 25, пневмоцилиндров или гидроцилиндров 26 с корпусами 27, с фланцами 28, с шарнирами 29, со штоковыми полостями 30 и безштоковыми полостями 31, со штоками 32 с поршнями 33, с шарнирами 34, ползунов 35, пружин 36, клапанных коробок 37, впускных клапанов 38, выпускных клапанов 39, перепускных трубопроводов 40, напорного трубопровода 41, сливного трубопровода 42, навигаторов 43 с шарнирами 44, двуплечих рычагов 45 с кронштейнами 46.
Железнодорожное тяговое транспортное средство с автоматическим управлением положения тележек и колесных пар в кривой работает следующим образом: машинист из кабины машиниста 5 производит пуск тягового транспортного средства и устанавливает необходимый режим его работы, при этом на тяговые электродвигатели 21 передней тележки 8 и задней тележки 9 подается напряжение, от которого они начинают вращаться и создавать крутящие моменты, которые тяговыми редукторами 22 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 силы тяги поводками 20 передаются на боковины 11 рам 10 тележек 8 и 9, а с них поперечинами 12 через устройства передачи тяги 19 на центральные кронштейны 3 тягового транспортного средства и далее на автосцепку 2. При этом железнодорожное тяговое транспортное средство вместе с прицепным составом приходит в движение.
При входе тягового транспортного средства в криволинейный участок пути на набегающее колесо его первой колесной пары 13 рельс начинает оказывать боковое давление на его гребень, которое через буксу 15, буксовые пружины 23 и поводок 20 передается на раму 10 передней тележки 8. При этом рама 10 и тележка 8 в целом начинают вращение относительно мгновенного центра поворота, расположенного вблизи центра жесткости второй ступени рессорного подвешивания 7. При этом пневмоцилиндры или гидроцилиндры 26 своими корпусами 27, закрепленные шарнирами 29 на поперечине 12 рамы 10, начинают перемещаться относительно управляющего кронштейна 6, установленного на кузове или раме 1. При этом шток 32 одного цилиндра 26 вдвигается внутрь, а шток второго цилиндра выдвигается наружу относительно своих корпусов 27. Шток, вдвигающийся внутрь корпуса, сжимает пружину 36, которая, в свою очередь, увеличивает давление на ползун 35. Когда это давление возрастет до величины, достаточной для преодоления сопротивления выпускного клапана 39 и впускного клапана 38, размещенных в клапанной коробке 37 на фланце 28 корпуса 27, первый из них с заданным опережением закроется, а второй откроется.
После открытия впускного клапана 38 по напорному трубопроводу 41 воздух или рабочая жидкость поступают в штоковую полость 30 этого цилиндра и по перепускному трубопроводу 40 в безштоковую полость 31 второго цилиндра. При этом клапаны 38 и 39 второго цилиндра остаются в исходном состоянии, так как шток второго цилиндра выдвигается наружу, и ползун 35 этого штока дополнительного давления на эти клапаны не оказывает. Под действием сжатого воздуха или рабочей жидкости на поршнях 33 штоков 32 возникают усилия, пропорциональные давлению рабочего тела и площади поршней. Эти усилия двух штоков воздействуют в одну сторону на направляющий кронштейн 6 и создают на раме тележки 8 разворачивающий момент, который разворачивает тележку в хордовое положение. При этом угол набегания и боковое давление на набегающее колесо значительно уменьшаются.
Таким же образом работает и задняя тележка 9, начиная с момента ее входа в криволинейный участок пути.
При установке на тележку одного цилиндра 26 по второму пункту формулы (по фиг.5) устройство работает в порядке, описанном выше, и отличается лишь тем, что при поворотах в одну, а затем в другую сторону (разноименные повороты: влево, вправо) поочередно работают штоковая полость 30 или безштоковая полость 31. При этом каждая полость работает через свою пару впускного 38 и выпускного 39 клапанов, размещенных в клапанной коробке 37 на фланце 28 корпуса 27 соответственно по фиг.5 и фиг.8. В отличие от схемы с двумя цилиндрами в схеме с одним цилиндром должен быть применен цилиндр с увеличенной вдвое площадью поршня или увеличено давление рабочего тела.
Шарниры 29 корпусов 27 цилиндров 26 и штоковые шарниры 34 обеспечивают необходимую кинематическую подвижность узлам устройства.
При перемещении тележек в хордовое положение в навигаторах 43 возникают парные растягивающие и сжимающие усилия, которые через шарниры 44 и двуплечие рычаги 45, закрепленные на кронштейнах 46, воздействуют на кронштейны 16 и 18 букс 15 и 17, создавая на колесных парах 13 и 14 разворачивающие моменты, устанавливающие их в радиальное положение при хордовом положении самой тележки.
При выходе тележки 8 из кривой возвращающий момент второй ступени рессорного подвешивания 7, навигаторов 43 и воздействие рельса, но уже в основном на внутреннее относительно кривой колесо первой колесной пары 13, возвращает тележку 8 и управляющий кронштейн 6 в первоначальное положение. При этом впускной клапан 38 закрывается, а выпускной клапан 39 открывается, и рабочее тело сбрасывается в сливной трубопровод 42. После чего тележка и ее колесные пары возвращаются в исходное положение.
Все это и приводит к автоматическому управлению положением тележек и колесных пар железнодорожного тягового транспортного средства при его движении в кривой с их установкой в наиболее выгодное хордовое положение вместо обычного положения максимального перекоса, с одновременной радиальной установкой осей колесных пар, снижению бокового давления гребней колес на рельс, боковых динамических нагрузок в системе колесо-рельс, снижению сопротивления движению локомотива в кривой, снижению износа колес и рельсов, увеличению пробегов локомотива между переточками гребней, межремонтных пробегов, снижению расхода топлива, снижению затрат на эксплуатацию и ремонт.
1. Железнодорожное тяговое транспортное средство с автоматическим управлением положения тележек и колесных пар в кривой, содержащее кузов или раму с автосцепками, опирающиеся через пружины второй ступени рессорного подвешивания на две или четыре тяговых тележки с тяговыми двигателями и колесными парами с буксами, на которые через пружины буксовой ступени рессорного подвешивания опираются рамы тележек, буксовые поводки, устройства передачи тяги с тележек на кузов или раму, гасители колебаний, пневмоцилиндры или гидроцилиндры, управляющие кронштейны, отличающееся тем, что каждая из двух внешних тележек или каждая тележка снабжена двумя пневмоцилиндрами или гидроцилиндрами, расположенными по разные стороны управляющего кронштейна, корпуса которых шарнирно соединены с рамой тележки или с кузовом, или с рамой с обеспечением возможности вращения относительно вертикальной и поперечной относительно цилиндров или трех осей, штоки цилиндров шарнирно относительно трех осей соединены с управляющим кронштейном, расположенным соответственно на кузове или раме тягового транспортного средства, или на раме тележки, при этом каждый шток снабжен управляющим ползуном с пружиной, воздействующим на клапаны клапанной коробки, которой снабжен штоковый фланец каждого цилиндра, содержащей один или два нормально закрытых впускных клапана и один или два нормально открытых выпускных клапана, соединяющих штоковые полости цилиндров соответственно с напорной магистралью и атмосферой или сливной магистралью, при этом разноименные относительно штоков полости цилиндров соединены между собой перепускными трубопроводами.
2. Железнодорожное тяговое транспортное средство с автоматическим управлением положения тележек и колесных пар в кривой по п.1, отличающееся тем, что каждая из двух крайних тележек или каждая тележка снабжена четырьмя навигаторами, шарнирно соединяющими кузов или раму с кронштейнами букс крайних колесных пар, при этом тяговые поводки, соединяющие кронштейны букс с рамой тележки для одной колесной пары, расположены выше ее оси, а для другой ниже ее оси, или на одном уровне.
3. Железнодорожное тяговое транспортное средство с автоматическим управлением положения тележек и колесных пар в кривой, содержащее кузов или раму с автосцепками, опирающиеся через пружины второй ступени рессорного подвешивания на две или четыре тяговых тележки с тяговыми двигателями и колесными парами с буксами, на которые через пружины буксовой ступени рессорного подвешивания опираются рамы тележек, буксовые поводки, устройства передачи тяги с тележек на кузов или раму, гасители колебаний, пневмоцилиндры или гидроцилиндры, управляющие кронштейны, отличающееся тем, что каждая из двух внешних тележек или каждая тележка снабжена пневмоцилиндром или гидроцилиндром, корпус которого шарнирно соединен с рамой тележки или с кузовом, или с рамой с обеспечением возможности вращения относительно вертикальной и поперечной относительно цилиндра или трех осей, шток цилиндра шарнирно относительно трех осей соединен с управляющим кронштейном, при этом шток снабжен управляющим ползуном с пружиной, воздействующим на клапаны клапанной коробки, которой снабжен штоковый фланец цилиндра, содержащей два нормально закрытых впускных клапана и два нормально открытых выпускных клапана, попарно соединяющих штоковую и безштоковую полости цилиндра соответственно с напорной магистралью и атмосферой или сливной магистралью.
4. Железнодорожное тяговое транспортное средство с автоматическим управлением положения тележек и колесных пар в кривой по п.3, отличающееся тем, что каждая из двух крайних тележек или каждая тележка снабжена четырьмя навигаторами, шарнирно соединяющими кузов или раму с кронштейнами букс крайних колесных пар, при этом тяговые поводки, соединяющие кронштейны букс с рамой тележки для одной колесной пары, расположены выше ее оси, а для другой ниже ее оси, или на одном уровне.
