Электрическая передача тепловоза

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и непосредственно касается электрических передач тепловозов. Электрическая передача состоит из тягового генератора, получающего механическую энергию от дизеля и содержащего независимую обмотку возбуждения и якорь, системы возбуждения, которая подключена к независимой обмотке возбуждения и обеспечивает формирование внешней характеристики тягового генератора, тяговых электродвигателей, имеющих прямое электрическое соединение с якорем тягового генератора. Колесные пары механически связаны с тяговыми электродвигателями. Электрическая передача тепловоза содержит коммутирующее устройство, которое по сигналу управления, формируемому в зоне ограничения по сцеплению тепловоза и при срыве сцепления колесных пар с рельсами, обеспечивает отключение прямого электрического соединения тяговых электродвигателей с якорем тягового генератора и подключение к якорю последовательно с тяговыми электродвигателями колесных пар через скользящие контакты. При этом образуется цепь для прохождения тока генератора по колесным парам и рельсам, что позволяет воздействовать электрическим током на зоны контакта ведущих колесных пар и рельсов. Технический результат заключается в повышении коэффициента сцепления колес с рельсами и силы тяги тепловоза. 4 ил.

 

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и непосредственно касается электрических передач тепловозов.

Известна электрическая передача тепловоза [Подвижной состав и тяговое хозяйство железных дорог. Под ред. А.П.Третьякова. - М.: Транспорт, 1970. - 352 с., с.90-98], состоящая из тягового генератора, получающего механическую энергию от дизеля и содержащего независимую обмотку возбуждения и якорь, системы возбуждения, которая подключена к независимой обмотке возбуждения и обеспечивает формирование внешней характеристики тягового генератора, тяговых электродвигателей, имеющих прямое электрическое соединение с якорем тягового генератора, колесных пар, механически связанных с тяговыми электродвигателями и установленных на рельсах.

К недостаткам указанного технического решения относится невозможность существенного повышения силы тяги тепловоза из-за ограниченного значения коэффициента сцепления ведущих колесных пар с рельсами.

Техническим результатом изобретения является повышение силы тяги тепловоза путем увеличения коэффициента сцепления колесных пар тепловоза с рельсами внешним воздействием на зоны их контакта электрическим током.

Технический результат достигается тем, что в электрической передаче, состоящей из тягового генератора, получающего механическую энергию от дизеля и содержащего независимую обмотку возбуждения и якорь, системы возбуждения, подключенной к независимой обмотке возбуждения и обеспечивающей формирование внешней характеристики тягового генератора, тяговых электродвигателей, имеющих прямое электрическое соединение с якорем тягового генератора, колесных пар, механически связанных с тяговыми электродвигателями и установленных на рельсах, в цепи якоря тягового генератора установлено коммутирующее устройство, которое по сигналу управления, формируемому в зоне ограничения по сцеплению тепловоза и при срыве сцепления колесных пар с рельсами, обеспечивает отключение прямого электрического соединения тяговых электродвигателей с якорем тягового генератора и подключение к якорю последовательно с тяговыми электродвигателями колесных пар через скользящие контакты, что образует цепь для прохождения тока генератора по колесным парам и рельсам. При этом колесные пары и скользящие контакты снабжены электрической изоляцией от других элементов конструкции тепловоза.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Электрическая передача содержит (фиг.1) тяговый генератор 1 с независимой обмоткой возбуждения 2 и якорем 3, получающий механическую энергию от дизеля (не показан), систему возбуждения 4, подключенную к независимой обмотке возбуждения 2, тяговые электродвигатели 5, имеющие прямое электрическое соединение с якорем 3 тягового генератора 1, колесные пары 6, механически связанные с тяговыми электродвигателями 5 и установленные на рельсах 7.

Колесные пары 6 через скользящие контакты 8 подключаются коммутирующим устройством 9 к цепи якоря 3 тягового генератора 1 последовательно с тяговыми электродвигателями 5. Кроме того, коммутирующее устройство 9 содержит канал для отключения прямого электрического соединения тяговых электродвигателей 5 с якорем 3 тягового генератора 1.

Для упрощения на фиг.1 приведена схема электрической передачи тепловоза на постоянном токе с двумя ведущими колесными парами. В случае применения электрических передач на переменно-постоянном или переменном токе (фиг.2) колесные пары 6 аналогично включаются в цепь якоря 3 тягового генератора 1 на выходе выпрямительной установки 10. При большем числе ведущих колесных пар схема также не имеет принципиальных отличий.

В целях обеспечения необходимых защитных функций и прохождения полного тока тягового генератора через контакты колес с рельсами колесные пары 6 изолированы от других элементов конструкции локомотива, например (фиг.3), прокладками 1, установленными между буксами 2 и рамой тележки, прокладками 3 - между корпусом 4 тягового электродвигателя и рамой тележки, выполненными из электроизоляционного материала. В качестве скользящих контактов можно использовать (фиг.3) вкладыши 5 опорно-осевых подшипников, имеющих собственную электроизоляцию 6 от корпуса 4 тягового электродвигателя.

Электрическая передача работает следующим образом.

Тяговый генератор 1 (фиг.1) получает механическую энергию вращения от дизеля (не показано). При этом независимая обмотка возбуждения 2 генератора подключена к системе возбуждения 4, которая обеспечивает формирование внешней характеристики тягового генератора 1. От якоря 3 генератора поступает ток питания на тяговые электродвигатели 5, что создает вращающий момент электродвигателей, передаваемый далее через механическую связь (тяговый редуктор) колесным парам 6. Колесные пары 6 установлены на рельсах 7 и образуют с последними пары трения, формирующие силу тяги тепловоза, максимальное значение которой в зоне ограничения по сцеплению определяется по известному закону [Конструкция, расчет и проектирование локомотивов. / Под ред. А.А.Камаева. - М.: Машиностроение, 1981, 351 с., С.330]

F_сц=ψ_кП_∑,

где ψ_к - расчетный коэффициент сцепления колеса и рельса, достигающий максимальных значений 0,3...0,33; П_Σ - суммарная нагрузка от ведущих колесных пар на рельсы, Н. Поэтому для определенной конструкции тепловоза при существующем ограничении нагрузки от ведущей колесной пары на рельсы нельзя значительно повысить силу тяги тепловоза без внешнего воздействия на зоны контакта колес с рельсами, увеличивающего коэффициент сцепления ψ_к.

Известно [Ткаченко В.П. Кинематическое сопротивление движению рельсовых экипажей. / Монография. - Луганск: Издательство Восточно-украинского государственного университета, 1996. - 200 с., с.78-79], что коэффициент сцепления колеса и рельса зависит от плотности тока в пятне их контакта и может быть повышен до значений 0,5 и более. Для реализации указанного эффекта в цепи якоря тягового генератора установлено коммутирующее устройство 9, обеспечивающее отключение прямого электрического соединения тяговых электродвигателей 5 с якорем 3 и подключение к якорю 3 последовательно с тяговыми электродвигателями 5 колесных пар 6 через скользящие контакты 8. При этом образуется цепь для прохождения тока генератора I по колесным парам 6 и рельсам 7, т.е. через зоны их контакта. В зависимости от силы тока I и площади контакта, определяющих плотность тока в пятне контакта, обеспечивается соответствующее увеличение коэффициента сцепления колеса и рельса и, следовательно, силы тяги тепловоза.

С целью уменьшения потерь энергии, образуемых при прохождении тока через контактные соединения колесных пар 6 и рельсов 7, а также скользящие контакты 8, по сигналу ручного или автоматического управления коммутирующее устройство 9 производит рассмотренное выше переключение только в зоне ограничения по сцеплению и при срыве сцепления колесных пар с рельсами. Остальное время электрическая передача работает по обычной схеме с прямым соединением тяговых электродвигателей 5 с якорем 3 тягового генератора 1.

Технико-экономическая эффективность изобретения в сравнении с прототипом заключается в том, что электрическая передача тепловоза содержит коммутирующее устройство, которое по сигналу управления, формируемому в зоне ограничения по сцеплению тепловоза и при срыве сцепления колесных пар с рельсами, обеспечивает отключение прямого электрического соединения тяговых электродвигателей с якорем тягового генератора и подключение к якорю последовательно с тяговыми электродвигателями колесных пар через скользящие контакты. При этом образуется цепь для прохождения тока генератора по колесным парам и рельсам, что позволяет воздействовать электрическим током на зоны контакта ведущих колесных пар и рельсов и таким образом повысить их коэффициент сцепления и, следовательно, силу тяги тепловоза.

С целью определения влияния электрического тока на коэффициент сцепления колеса с рельсом были проведены исследования на специально разработанной экспериментальной установке, содержащей модели колеса и рельса, устройство для фиксации касательной силы тяги F_к и источник постоянного тока, подключенный электрическими проводами к моделям. На фиг.4 приведена характерная осциллограмма исследуемого процесса, где моменту включения тока соответствует точка В.

Результаты исследований показали, что для испытываемых моделей колеса и рельса при прохождении тока в зоне их контакта возможно повышение коэффициента сцепления и, соответственно, касательной силы тяги более чем в два раза.

Электрическая передача тепловоза, состоящая из тягового генератора, получающего механическую энергию от дизеля и содержащего независимую обмотку возбуждения и якорь, системы возбуждения, которая подключена к независимой обмотке возбуждения и обеспечивает формирование внешней характеристики тягового генератора, тяговых электродвигателей, имеющих прямое электрическое соединение с якорем тягового генератора, колесных пар, механически связанных с тяговыми электродвигателями и установленных на рельсах, отличающаяся тем, что в цепи якоря тягового генератора установлено коммутирующее устройство, которое по сигналу управления, формируемому в зоне ограничения по сцеплению тепловоза и при срыве сцепления колесных пар с рельсами, обеспечивает отключение прямого электрического соединения тяговых электродвигателей с якорем тягового генератора и подключение к якорю последовательно с тяговыми электродвигателями колесных пар через скользящие контакты, что образует цепь для прохождения тока генератора по колесным парам и рельсам, при этом колесные пары и скользящие контакты снабжены электрической изоляцией от других элементов конструкции тепловоза.