колесная пара локомотива

Формула изобретения

Колесная пара локомотива, состоящая из оси с напрессованными на нее колесными центрами с бандажами, отличающаяся тем, что бандаж состоит по крайней мере из двух колец, расположенных на колесном центре и имеющих торцевые круговые зазоры друг относительно друга, один из зазоров является воздушным, а в другом размещены кольца, выполненные из диамагнитного материала, причем одно из колец бандажа снабжено криволинейными в сечении пальцами, жестко закрепленными в ответных отверстиях, выполненных в другом кольце бандажа, и на каждом из пальцев размещены индукционные катушки, обмотки которых, расположенные в зоне контакта колеса с рельсом, в момент трогания локомотива с места последовательно подключают к источнику постоянного тока, размещенному на локомотиве, через токосъемники, установленные на упомянутой оси колесной пары.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области рельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкции тепловозов и электровозов.

Известны колесные пары локомотивов. Так в книге “Конструкция и динамика тепловозов” изд. 2-ое доп. под ред. Иванова В.Н. М., Транспорт 1974 г., на стр.157 рис.105 описана и показана колесная пара тепловоза ТЭЗ. Такая колесная пара состоит из колесных центров, напрессованных на ось. На колесные центры также напрессованы бандажи. Колесная пара несет на себе тяговый электродвигатель (см. ту же книгу стр.173-174, рис.119), который приводит ее во вращение, тем самым осуществляя поступательное движение тепловоза. Существенным недостатком данного узла тепловоза является то, что зачастую в момент трогания тепловоза с места под поездом значительного веса, за счет снижения коэффициента сцепления колеса с рельсом, происходит пробуксовка колес на последних, что, во-первых, ведет к повышенному износу сопрягаемой кинематической пары и, во-вторых, снижает тяговую способность локомотива. Для повышения коэффициента сцепления увеличивают собственную массу локомотивов, но этот прием малоэффективен, так он ограничен несущей способностью рельсового пути и повышает металлоемкость локомотивов, снижая тем самым их КПД.

Известна также конструкция колесной пары, используемой в колесно-моторном блоке тепловозов и электровозов, описанной в книге Железнодорожный транспорт. Энциклопедия / гл. ред. Н.С.Конарев - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994 г. на стр.186-187 и показанной на соответствующих рисунках. Конструкция такой колесной пары аналогична вышеописанной, следовательно, недостатки их подобны.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение тяговой способности локомотивов в момент трогания их с места за счет увеличения силы сцепления колеса с рельсом.

Поставленная цель достигается тем, что бандаж состоит, по крайней мере, из двух колец, расположенных на колесном центре и имеющих торцевые круговые зазоры друг относительно друга, один из зазоров является воздушным, а в другом размещены кольца, выполненные из диамагнитного материала, причем одно из колец бандажа снабжено криволинейными в сечении пальцами, жестко закрепленными в ответных отверстиях, выполненных в другом кольце бандажа, и на каждом из пальцев размещены индукционные катушки, обмотки которых, расположенные в зоне контакта колеса с рельсом, в момент трогания локомотива с места последовательно подключают к источнику постоянного тока, размещенному на локомотиве, через токосъемники, установленные на упомянутой оси колесной пары.

На фиг.1 показан общий вид колесной пары, на фиг.2 - часть поперечного сечения колеса по А - А и на фиг.3 - часть продольного сечения колеса по В - В.

Колесная пара локомотива состоит из оси 1, на которой жестко закреплены колесные центры 2 с правым кольцом бандажа 3 и с левым кольцом бандажа 4 (см. фиг.2). Правое кольцо бандажа 3 выполнено за одно целое с криволинейными пальцами 5, запрессованными в отверстия 6, изготовленные по форме, как и пальцы 5, торцевые части 7 которых расклепаны. Между торцами колец бандажа 3 и 4 с одной стороны выполнен воздушный зазор 8, а с другой в подобном зазоре размещено диамагнитное кольцо 9. Правое кольцо бандажа 3 снабжено гребнем 10, и на его криволинейных пальцах 5 расположены индукционные катушки 11, связанные проводниками (на чертежах не показаны) с токосъемными кольцами 12, закрепленными на оси 1 колесной пары, а их щетки 13 имеют электрическую связь с источником постоянного тока локомотива. Колесная пара перемещается по рельсовому пути 14.

Работает колесная пара локомотива следующим образом. В момент трогания локомотива с места, который, например, снабжен двумя тележками с шестью осями и имеет статическую нагрузку на колесную пару 21,0 т, на токосъемники 12 через щетки 13 подают напряжение постоянного тока от имеющегося источника, расположенного на локомотиве. Конструкция токосъемника такова, что происходит подключение только одной индукционной катушки (находящейся в зоне контакта колеса с рельсом) к сети, которая в магнитопроводе "правый кольцевой бандаж 3 - левый кольцевой бандаж 4 - рельс 14" создаст магнитный поток Ф, показанный на фиг.2. Такой магнитный поток вызовет силу магнитного притяжения N, приложенную от колеса к рельсу 13 (см. фиг.2 и фиг.3), которая позволит увеличить статическую нагрузку на колесные пары, передаваемую на рельсы 14. Приблизительный расчет такой нагрузки можно произвести по формуле, представленной на стр.154-155 книги А.С.Касаткин, М.В.Немцов, Электротехника, 4-е переработанное издание, 1983 г.

Для расчета такой силы примем:

В - индукция в рабочем зазоре между колесом и рельсом, равная 2 Тл;

₀ - магнитная проницаемость воздушного зазора, равная 4*10 Гн/м;

S - площадь контакта колеса с рельсом, м² , которая определяется длиной контакта l=85 мм и шириной головки рельса Р75, равной b=75 мм.

Тогда:

Следовательно, на одном из колес колесной пары можно получить дополнительно вертикально-составляющую силу N=1010 кг, что примерно составляет от статической нагрузки в 10,5 т порядка 10%. Такая дополнительная нагрузка, передаваемая от шести колесных пар на рельсы, составит 1,01×2=12,12 тонны, что создаст условия по повышению тяговой способности локомотива в момент трогания его с составом с места. При дальнейшем повороте колеса, указанная катушка 11 выходит из зоны расположения ее с рельсом 14, и питание ее прекращается, зато следующая катушка, войдя в указанную зону, получит питание и так же, как и в предыдущем случае, создаст магнитную силу N. Далее процесс повторяется.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известным очевидно, так как оно направлено на повышение тяговой способности локомотива в момент трогания его с места под составом, что в итоге повышает долговечность кинематической пары колесо-рельс за счет снижения износа колеса и рельса при буксовании колес локомотива, а также стабилизирует режим работы тяговых электродвигателей, которые в момент трогания работают как сериесные машины.