рекуператор тележки железнодорожного вагона

Формула изобретения

Рекуператор тележки железнодорожного вагона, содержащий упругий элемент, две управляемые муфты, две обгонные муфты с взаимно противоположным направлением свободного хода, отличающийся тем, что управляемые муфты и обгонные муфты укреплены на осях колесных пар, звездочки обгонных муфт имеют возможность вращения относительно осей и присоединения к осям с помощью управляемых муфт, на обоймах обгонных муфт закреплены конические зубчатые колеса, на тележке укреплен карданный вал с двумя коническими шестернями, взаимодействующими с коническими колесами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях тележек железнодорожных грузовых и пассажирских вагонов, вагонов метрополитена, роботизированных транспортных средств и прочих средств передвижения.

Известны различные виды накопителей энергии транспортных средств, среди которых наиболее известны маховичные аккумуляторы механической энергии, которые позволяют при торможении аккумулировать кинетическую энергию движения транспортных средств [1].

Несмотря на большое количество опубликованных изобретений такого типа устройств они практически не нашли применения на практике из-за целого ряда недостатков. Наиболее существенным из них является низкая надежность ввиду сложности конструкции маховика и передаточного механизма, который должен обеспечить плавность разгона транспортного средства при присоединении его к маховику, имеющему большой кинетический момент. Кроме того, использование таких устройств практически не дает экономии энергии, т.к. при этом значительная ее часть расходуется на бесполезный нагрев деталей и окружающей среды, а также переходит в другие формы, относящиеся к потерям.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является рекуператор транспортного средства, содержащий два параллельных вала, кинематически связанных механической передачей, состоящей из трех последовательно зацепляющихся зубчатых колес и обеспечивающей однонаправленность вращения валов, упругий элемент, две управляемые сцепные муфты, две обгонные муфты с взаимно противоположным направлением свободного хода и обоймами, зацепляющимися друг с другом с помощью закрепленных на них зубчатых колес. Использование этого устройства в конструкции тележки железнодорожного вагона невозможно по причине того, что при движении вагона оси колесных пар смещаются относительно друг друга как в осевом, так и угловом направлениях. Эти смещения могут служить причиной снижения надежности работы зубчатых передач и поломки устройства [2].

Изобретение направлено на повышение надежности рекуператора транспортного средства за счет исключения влияния смещений и перекосов осей колесных пар на работоспособность зубчатых передач и уменьшения количества звеньев, что достигается тем, что рекуператор транспортного средства содержит упругий элемент, две управляемые муфты и две обгонные муфты с взаимно противоположным направлением свободного хода, попарно укрепленные на осях колесных пар, звездочки обгонных муфт имеют возможность вращения относительно осей и присоединения к ним с помощью управляемых муфт, на обоймах обгонных муфт закреплены конические зубчатые колеса, на тележке укреплен карданный вал с двумя коническими шестернями, взаимодействующими с коническими колесами.

Такая компоновка позволяет исключить из конструкции зубчатую передачу, обеспечивающую однонаправленность вращательного движения валов рекуператора, т. к. в ней отпадает необходимость по той причине, что оси колесных пар всегда вращаются в одинаковом направлении.

Кроме того, использование карданной передачи позволяет исключить влияние осевых и угловых смещений осей колесных пар на работоспособность механизма, предназначенного для обеспечения вращения обойм обгонных муфт во взаимно противоположных направлениях.

Направление разгона вагона не зависит от направления движения, при котором была накоплена потенциальная энергия в упругом элементе рекуператора. При необходимости прекращения разгона вагона и его торможения выполняется только одна операция - выключается управляемая муфта.

Поясним работу рекуператора, используя фиг.1 и 2, на которых изображена схема рекуператора.

В состав рекуператора тележки железнодорожного вагона входят оси 1 и 2 колесных пар тележки, на которых установлены обгонные муфты с возможностью свободного вращения обойм 3 и 4, звездочки муфт могут присоединяться к осям с помощью управляемых муфт 5 и 6. На обоймах муфт 3 и 4 укреплены концы упругого элемента 9. Кроме того, обоймы кинематически связаны друг с другом при помощи конических передач 10-14, 11-13 и карданной передачи 12.

Рекуператор тележки работает следующим образом.

В исходном положении упругий элемент 9 находится в свободном состоянии, управляемые муфты 5 и 6 отключены и не присоединяют звездочки обгонных муфт к осям 1 и 2.

При движении вагона за счет тяги локомотива рекуператор не препятствует этому движению, т.е. совершает холостой ход.

Для торможения вагона включаются управляемые муфты 5 и 6 и присоединяют звездочки обгонных муфт к осям колесных пар 1 и 2. В это время одна из обгонных муфт (в зависимости от направления движения тележки) выполняет свободный ход (обгонные муфты имеют различные направления свободного хода). При этом обоймы обгонных муфт из-за наличия карданной передачи 12 и конических передач 10-14 и 11-13 вращаются во взаимно противоположных направлениях, закручивая упругий элемент 9. Кинетическая энергия движущихся масс переходит в потенциальную энергию упругого элемента 9. Закручивание упругого элемента будет происходить либо до момента, когда прижимное усилие управляемой муфты станет недостаточным, чтобы обеспечить передачу крутящего момента и прижимной диск начнет проскальзывать относительно звездочки, либо до остановки тележки. После остановки упругий элемент 9 через обоймы 3 и 4 и карданную передачу 12 с коническими передачами 10-14 и 11-13 стремится повернуть оси 1 и 2 во взаимно противоположных направлениях, что обеспечивает сохранение статичного положения. Направление движения вагона перед торможением не имеет значения, т. к. вращение осей 1, 2 в любом направлении приведет к закручиванию упругого элемента, что обеспечивается за счет взаимно противоположного направления свободного хода обгонных муфт. Например, при вращении осей по часовой стрелке звездочка и обойма 4 одной обгонной муфты поворачиваются как одно целое, а звездочка и обойма 3 другой муфты поворачиваются во взаимно противоположных направлениях.

Упругий элемент можно завести при монтаже рекуператора. В этом случае вагону будет сообщено дополнительное ускорение уже при выполнении первого движения.

Для ускорения тележки в зависимости от направления движения отключается одна из управляемых муфт 5 или 6, соответственно от оси 1 или 2 отсоединяется звездочка одной из обгонных муфт. Например, при отключении управляемой муфты 6 звездочка соответствующей обгонной муфты отсоединится от вала 2 и упругий элемент 9 начнет поворачивать обойму 4 по часовой стрелке, а обойму 3 против часовой стрелки. При этом движение обоймы 4 соответствует свободному ходу муфты и крутящий момент на ось 2 передаваться не будет, а обойма 3 окажется заклиненной со своей звездочкой и крутящий момент, создаваемый упругим элементом, приведет в движение против часовой стрелки ось 1. Наличие карданной передачи препятствует свободному вращению обоймы 4, обе обоймы всегда будут вращаться с одинаковой угловой скоростью в разных направлениях.

Конструкция рекуператора позволяет частичное использование энергии пружины при разгоне. Для прекращения разгона необходимо выключить оставшуюся управляемую муфту (обе муфты отключены). Обоймы обгонных муфт получат возможность свободно вращаться относительно осей во взаимно противоположных направлениях и упругий элемент через некоторое короткое время перейдет в свободное состояние.

Если необходимо прервать разгон и срочно начать торможение, то надо включить отключенную управляемую муфту и начинается торможение (закручивание элемента 9).

Энергию упругого элемента можно использовать для ускорения вагона при подъеме в гору или для замедленного спуска с горки.

В данной конструкции в отличие от маховичных устройств при длительных остановках количество энергии в рекуператоре не уменьшается.

Источники информации

1. Гулиа Н.В. Накопители энергии. М.: Наука, 1980, 151 с.

2. Патент RU 2117836 C1, кл. 6 F 16 H 33/02. В.С. Семеноженков. Рекуператор транспортного средства, 12.07.95, ил.2.