устройство для увеличения сцепления колесной пары электровоза с рельсами

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ЭЛЕКТРОВОЗА С РЕЛЬСАМИ, содержащее колесную пару, намагничивающую обмотку в виде катушки, обеспечивающую электромагнитное сцепление колес с рельсами, выполненную из изолированного провода, установленную на оси колесной пары и подключенную к источнику питания с помощью проводов, отличающееся тем, что намагничивающая катушка установлена на каркасе, который неподвижно закреплен на тележке электровоза и расположен соосно с осью колесной пары с зазором, в котором установлены подшипники качения, размещенные по торцам каркаса катушки с возможностью вращения оси колесной пары внутри него, при этом токопроводящие провода размещены внутри тележки электровоза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к деталям железнодорожного транспорта, а именно к электровозам, работающим на постоянном и переменном токах, предназначенных для тяги тяжеловесных составов и для тяги составов на железнодорожных участках, имеющих большой уклон пути относительно горизонтальной линии.

Известные электровозы, как и все локомотивы железнодорожного транспорта, двигаются по железнодорожному пути благодаря сцеплению колесных пар о рельсы.

Сцепление колес о рельсы зависит от веса электровоза и оно возрастает с увеличением веса самого электровоза. Однако увеличение веса с одной стороны вызывает завышенную осевую нагрузку сверх допустимой нормы, а с другой стороны для сохранения нагрузки на оси в пределах нормы, при увеличении веса электровоза необходимо введение в него дополнительной колесной пары, т.е. изменение его осевой формулы, которое не всегда целесообразно и выгодно, так как это вызывает увеличение размера электровоза по его длине. Такой электровоз плохо вписывается на крутых поворотах пути, имеющих большую кривизну.

Известный электровоз серии ВЛ 80 имеет сцепной вес 184 т, от которого на каждую из восьми колесных пар, входящих в электровоз, приходится осевая нагрузка 23 т. Такая нагрузка недостаточна для тяги электровозом тяжеловесных составов и для тяги составов на путях, имеющих большой уклон пути.

При тяге в этих условиях начинается боксование колес электровоза с рельсами и у электровоза от этого падает мощность. Во избежание этих последствий применяют для тяги дополнительные электровозы, т.е. двойную тягу.

Для уменьшения боксования колес электровоза о рельсы стали применять электромагниты, как, например, в известном электровозе.

В этом электровозе для увеличения сцепления колес о рельсы и одновременно уменьшения боксования колес применяются электромагниты, крепящиеся на раме самого электровоза с некоторым зазором над головкой рельса.

Электровоз с таким устройством рассчитан только для движения на узкоколейных железных дорогах (600, 900 мм) со скоростью 10-12 км/ч и предназначен для работы на рудничных и угольных разpаботках. Поэтому при такой скорости движения нет опасности для электровоза попасть под серьезную аварию в случае отрыва электромагнита от рамы и последующем попадании его между рельсом и набегающем на него колесом.

Известен электровоз точно такого же типа [1] у которого электромагниты включаются только на крутых поворотах пути о избежание опрокидывания его по инерции при превышении скорости электровоза.

Недостаток устройств таких электромагнитов заключается в том, что их нельзя применить с точки зрения безопасности движения на электровозах, предназначенных для работы на ширококолейных путях (1520 мм) железных дорог, на которых электровозы двигаются относительно с высокими скоростями 80-100 и боле км в 1 ч и при случайном отрыве электромагнита от электровоза или при попадании между ним и рельсом постороннего предмета вызывает не только аварию электровоза, но и крушение целого состава поезда с тяжелыми последствиями. В свою очередь подвесные электромагниты от притяжения их к рельсам увеличивают весовую нагрузку на устройство пути из-за возрастания общего веса электровоза, что не допустимо по Правилам технической эксплуатации железных дорог.

Ближайшим прототипом для данного изобретения является колесная пара электровоза [2] здесь намагничивающие обмотки непосредственно крепятся на дисках и на оси колес и во время движения электровоза они начинают вращаться вместе с колесной парой. Подвод электропитания к намагничивающим обмоткам осуществляется с наружной стороны электровоза через вращающиеся детали, крепящиеся к шейкам колесной пары. Эта колесная пара имеет ряд технических и эксплуатационных недостатков. Одним из них является то, что во вращающейся колесной паре возникает центробежная сила, от воздействия которой обмотки могут сместиться со своего первоначального положения и прийти в вибрирующее колебание, разрушающее целостность витков и его изоляцию, которое впоследствии приводит к короткому замыканию в системе подмагничивания колесной пары. Во избежание этих отрицательных последствий необходимо дополнительное крепление обмоток по слоям при их намотке на колесную пару, а это в свою очередь потребует расходов дополнительных материальных средств и рабочего времени.

К другому недостатку относится подвод электропитания к намагничивающим обмоткам, с наружной стороны электровоза осуществляемое через вращающиеся детали, крепящиеся к шейкам колесной пары. В вращающихся деталях с целью уменьшения переходного сопротивления и искрения в местах соприкосновения друг с другом требуется обеспечение плотного контакта между собою. Соблюдение такого условия влечет за собой износ токопроводящих деталей и через некоторое время требуется замена их новыми. Все это потребует дополнительного расхода цветных металлов и трату времени на их замену. Причем не известно, где она потребуется в локомотивном депо или в пути следования поезда. К этим недостаткам еще можно отнести требование повышенной изоляции токопроводящих частей, подающих питание к шейкам колесной пары и одновременного их ограждения от внешней среды с целью предотвращения неcчастных случаев от попадания под напряжение как обслуживающего персонала, так и посторонних лиц. Все это вызывает чрезмерное увеличение габаритов электровоза по его ширине, что не допустимо по Правилам технической эксплуатации на железнодорожном транспорте.

К недостаткам также относится применение колесных пар для магнитного сцепления с рельсами сложной конструкции, которая по устройству отличается от стандартных и типовых колесных пар. Особенно это касается колесной пары, которую даже опасно ставить под весовую нагрузку электровоза, так как ее диски колес находятся не над головкой рельса, а с краю от нее, с внутренней стороны колеи, и приходящаяся нагрузка от электровоза большей части распределяется по ободу колеса, минуя диска;

Целью изобретения является увеличение грузоподъемности электровоза путем повышения сцепления колес с рельсами без изменения его собственного веса.

Это достигается тем, что устройство для увеличения сцепления колесной пары электровоза с рельсами, содержащее колесную пару, намагничивающую обмотку в виде катушки, обеспечивающую электромагнитное сцепление колес с рельсами, выполненную из изолированного провода, установленную на оси колесной пары и подключенную к источнику питания с помощью проводов, эта намагничивающая катушка установлена на каркасе, который неподвижно закреплен на тележке электровоза и расположен соосно оси колесной пары с зазором, в котором установлены подшипники качения, размещенные по торцам каркаса катушки с возможностью вращения оси колесной пары внутри него, при этом токопроводящие провода размещены внутри тележки электровоза.

На фиг.1 изображена электрическая схема электромагнитного сцепления колесной пары с рельсами; на фиг.2 разборный подшипник качения.

Устройство содержит каркас катушки 1, обмотку из изолированного провода 2, подшипники качения 3, ось колесной пары 4, кронштейны 5, применяющиеся для крепления катушки к тележке электровоза, блок электропитания 6, контакты выключателя 7, токоприемника 8, контактный провод 9, колеса 10, рельсы 11, контакт 12 с массой электровоза, отводящий ток через колеса в рельсы.

При включении выключателя 7 переменный ток от контактного провода 9 через токоприемник 8, контакты выключателя 7 поступают в блок электропитания 6, в котором переменный ток преобразуется в постоянный и подается в обмотку 2 катушки 1, в которой от прохождения электрического тока возникает электромагнитное поле, намагничивающее колесную пару, превратив ее в электромагнит, и колесная пара, обладающая своим магнитным полем, прижимается к рельсам, благодаря чему возрастает сцепление колес с рельсами.

Устройством, обеспечивающим электромагнитное сцепление колес о рельсы, оборудуются электровозы, имеющие общий привод для колесных пар от одного тягового электродвигателя, установленного на каждой тележке электровоза (см. лит.H.И.Сидоров, "Как работает электровоз", с.176, 1974).

Подшипник качения представляет собой шариковый подшипник особой конструкции. Он выполнен разборным ввиду того, что в процессе изготовления колесной пары в ее завершенном виде на ее ось невозможно надеть цельный шариковый подшипник. Поэтому он состоит из двух половинок верхнего кольца 13, разрезанного диаметрально пополам, а нижним кольцом служит сама ось 4 колесной пары, не имеющей на поверхности канавку для движения по ней шариков 3, так как шарики не испытывают боковое давление (усилие) вдоль оси, и канавка ослабляет поперечную прочность оси.

Шариковый подшипник собирается следующим образом.

Сначала на ось 4 помещаются кольца сепаратора 14, имеющие разрез 15, На месте разреза края кольца раздвигаются и надеваются на ось, после чего края соединяются опять вместе и свариваются или пропаивается место их стыковки. После этого кольца 14 сдвигаются друг к другу, и в образовавшейся между ними ячейках вставляются шарики 3 (для того, чтобы шарики не выпали из ячеек во время сборки подшипника, их надо брать намагниченными). Разместив шарики вокруг оси колесной пары, кольца сепаратора 14 окончательно стягиваются заклепками 16, и сверху и снизу на них надеваются две половинки верхнего кольца 13, и в дальнейшем при помощи гаек и болтов 17 через ушки 18, расположенные по краям половинок колец, стягиваются между собою. Таким образом получается шариковый подшипник как одно целое, исправность которого можно проверить при подъемном ремонте электровоза.

Предлагаемое устройство используется при осуществлении тяги длинных и тяжеловесных составов и на больших уклонах пути, построенных в гористых местах.

Изобретение было испытано на модели электровоза весом 3,5 кг, который тянул груз за собой весом 210 кг.