тяговое транспортное средство

Формула изобретения

1. Тяговое транспортное средство, содержащее главную раму, оборудованную сцепными приборами, 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 по его продольной оси, пропущенными между средней и задней осями передней тележки, а также между передней и средней осями задней тележки, и шарнирно соединенными тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту в вертикальной срединной плоскости, с рамами этих тележек, и четырьмя боковыми кронштейнами на каждую тележку, два из которых шарнирно соединены с кронштейнами букс передней колесной пары передней тележки и задней колесной пары задней тележки связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и два других боковых кронштейна шарнирно соединены с кронштейнами букс задней колесной пары передней тележки и передней колесной пары задней тележки связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными ниже их осей.

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

где N- количество тяговых осей;

- 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, взятые один раз, определяются по соотношениям

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;

, - углы наклона к горизонту соответствующих связей;

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;

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;

3. Тяговое транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что кронштейны букс пропущены сквозь боковины рам тележек.

Описание изобретения к патенту

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 сцепными приборами, 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 по его продольной оси, пропущенными между средней и задней осями передней тележки, а также между передней и средней осями задней тележки, и шарнирно соединенными тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту в вертикальной срединной плоскости, с рамами этих тележек, и четырьмя боковыми кронштейнами на каждую тележку, два из которых шарнирно соединены с кронштейнами букс передней колесной пары передней тележки и задней колесной пары задней тележки связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и два других боковых кронштейна шарнирно соединены с кронштейнами букс задней колесной пары передней тележки и передней колесной пары задней тележки связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными ниже их осей, кроме того, максимально возможный коэффициент использования сцепного веса определяется по выражению

_max=1-N··H_a/(3·L),

где N - количество тяговых осей;

- 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, взятые один раз, определяются по соотношениям

A=0,5·C_c(a·(b-a)·C_п-П); Б=С_с·С_п·(b-a)²+C_пб·(С_п·а²+С_с·b²); В=П·(С_с+Ц);

Г=l₃·C_c·((b-a)·С_п+b·С_пб)·(tg; П=2·е²·С_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_с·С_тк; Т=c·d·C_с·С_п·; Ж=Ц·П·С_с;

M=d+1₄·tg;

Д=(·T·(С_тк-1,5·С_пб)-1,5··Ж)/(·(М·У+И+Т·С_пб));

F₁=А··Q_сц/(Б+В+Г); F₂=Д··Q_сц;

F_ф=C_ф·(Ц+C_тк)·(1,5··Q_cц+F₁+F₂)/(C_ф·(Ц+C_тк)+C_тк·Ц)

F₁·(b+r-h+l₁·tg)+F₂·(d+r-h+l₂·tg)-(H_ф-h)·F_ф =1,5··Q_сц·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;

, - углы наклона к горизонту соответствующих связей;

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;

e - горизонтальное расстояние между буксовой пружиной и осью буксы;

h - вертикальное расстояние между шарниром центрального кронштейна и уровнем верха головок рельс;

С_с и С_п - продольная жесткость связи и поводка;

С_пб и С_пр - поперечная и продольная жесткость буксового узла;

H_ф - высота второй ступени рессорного подвешивания над уровнем верха головок рельсов;

C_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 по его продольной оси и пропущенными между средней и задней осями передней тележки, а также между передней и средней осями задней тележки, и шарнирно соединенными тягами, расположенными горизонтально или под углом к горизонту в вертикальной срединной плоскости, с рамами этих тележек, и четырьмя боковыми кронштейнами на каждую тележку, два из которых шарнирно соединены с кронштейнами букс передней колесной пары передней тележки и задней колесной пары задней тележки связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными выше их осей, и два других боковых кронштейна шарнирно соединены с кронштейнами букс задней колесной пары передней тележки и передней колесной пары задней тележки связями, расположенными под углом к горизонту или горизонтально, при этом буксы этих колесных пар соединены с рамами соответствующих тележек поводками, расположенными ниже их осей, достижение максимально возможного коэффициент использования сцепного веса, определяемого по выражению

_max=1-N··H_a/(3·L),

где N - количество тяговых осей;

- коэффициент сцепления колес с рельсами;

Н_а - высота автосцепок над уровнем верха головок рельс;

L - расстояние между серединами передней и задней тележек,

определением параметров устройства, взятых один раз, по соотношениям

A=0,5·C_c(a·(b-a)·(C_п-П); Б=С_с·С_п·(b-a)²+C_пб·(С_п·а²+С_с·b²); В=П·(С_с+Ц);

Г=l₃·C_c·((b-a)·С_п+b·С_пб)·(tg; П=2·е²·С_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; Т=c·d·C_c·С_п; Ж=Ц·П·С_с;

М=d+l₄·tg;

Д=(·T·(С_тк-1,5·С_пб)-1,5··Ж)/(·(М·У+И+Т·С_пб));

F₁=А··Q_сц/(Б+В+Г); F₂=Д··Q_сц;

F_ф=C_ф·(Ц+C_тк)·(1,5··Q_cц+F₁+F₂)/(C_ф·(Ц+C_тк)+C_тк·Ц)

F₁·(b+r-h+l₁·tg)+F₂·(d+r-h+l₂·tg)-(H_ф-h)·F_ф =1,5··Q_сц·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;

Р_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;

, - углы наклона к горизонту соответствующих связей;

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;

e - горизонтальное расстояние между буксовой пружиной и осью буксы;

h - вертикальное расстояние между шарниром центрального кронштейна и уровнем верха головок рельс;

С_с и С_п - продольная жесткость связи и поводка;

C_пб и С_пр - поперечная и продольная жесткость буксового узла;

H_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.1-2) 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 и 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 силы тяги поводками 24 передаются на боковины 11 рам 10 тележек 8 и 9, а с них - на поперечины 13. При передаче сил тяги с букс 17 и 20 на 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 поперечин 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: М_опр=3··Q_сц·h, а реактивные усилия, создаваемые связями на кронштейнах букс, создают восстанавливающий момент

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

Выбор параметров устройства а, b, с, d, h, , , l₁, l₂, l₃, l₄, C_c, С_ц, С_т, С_к, взятых один раз, 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

_max=1-N··H_a/(3·L).

Например: тяговое транспортное средство при параметрах: Q_сц=230 кН, N=6, =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, C_с=1·10⁴ кН/м, С_п=2·10⁴ кН/м, С_пб=0,2·10⁴ кН/м, С_пр=0,18·10⁴ кН/м, r=0,525 м, ==12, l₁=3 м, l₂=1,05 м, l₃=0,2 м, l₄=0,2 м, e=0,3 м, h=0,362 м, Н_ф=1,65 м, С_ф=0,04·10⁴ кН/м, С_т=15·10⁴ кН/м, С_к=12·10⁴ кН/м, будет иметь усилия в связях F₁=20,67 кН, F₂=15,12 кН и условие равновесия 50,03 кНм=49,96 кНм,

что свидетельствует о том, что это тяговое транспортное средство имеет максимально возможный коэффициент использования сцепного веса, равный

_max=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.