несимметричное реверсивное тяговое устройство

Формула изобретения

Несимметричное тяговое устройство, содержащее взаимодействующие с рельсом четыре приводных колеса, два из которых смонтированы на первом рычаге приводных колес, расположенном относительно рельса со стороны угловых рычагов, и два приводных колеса смонтированы на втором рычаге приводных колес, выполненном слитно с огибающими рельс хомутами и расположенном относительно рельса противоположно первому рычагу приводных колес, балансирное устройство, установленное на прицепном сосуде, первый угловой рычаг, смонтированный на тяговом устройстве со стороны балансирного устройства и взаимодействующий с первым хомутом посредством центрального шарнира, и имеющий направленное перпендикулярно рельсу от центрального шарнира длинное плечо, а также направленные в разные стороны от центрального шарнира вдоль рельса короткие плечи, второй угловой рычаг, опирающийся сухарями концов коротких плеч на овальные гнезда корпуса, укрепленного на противоположном балансирному устройству конце первого рычага приводных колес, и соединенный вертикальным шарнирным стержнем со вторым хомутом второго рычага приводных колес, перпендикулярные рельсу шарнирные стержни, соединяющие концы коротких плеч первого углового рычага с концами параллельных рельсу опорных рычагов, вторые концы которых шарнирно соединены с первым рычагом приводных колес, на котором установлены упоры, ограничивающие поворот опорных рычагов в сторону рельса, параллельные рельсу шарнирный стержень и шарнирную тягу, соединяющие конец длинного плеча первого углового рычага и конец установленного на втором рычаге приводных колес кронштейна с балансирным устройством, приспособление начального затяга и ролики фиксации тягового устройства в силовой плоскости, отличающееся тем, что на первом рычаге приводных колес соосно с удаленным от балансирного устройства приводным колесом установлен дифференциальный редуктор, солнечная шестерня которого имеет свободу поворота относительно геометрической оси редуктора и выполнена с шарниром, которым соединена со стержнем, ориентированным по касательной к окружности солнечной шестерни и вторым концом соединенным с концом перпендикулярного стержню рычага, укрепленного на перпендикулярном тяговому устройству и смонтированном на первом рычаге приводных колес валу, на котором в силовой плоскости тягового устройства установлен направленный перпендикулярно рельсу рычаг, конец которого соединен правой шарнирной тягой с концом длинного плеча второго углового рычага, а первый рычаг приводных колес выполнен с кронштейном, конец которого соединен левой шарнирной тягой с огибающим рельс первым хомутом.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое тяговое устройство относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано при движении транспортных средств по сложной пространственной трассе с углами наклона рельсовых путей до 90°.

Известно "Несимметричное реверсивное тяговое устройство" по патенту Российской Федерации №2196691, МКИ 7 В 61 С 15/02, публ. 2003 г., содержащее два рычага с приводными колесами. На концах одного рычага размещены хомуты, огибающие рельс и связанные через систему рычагов и шарнирных стержней с расположенным с противоположной стороны рельса рычагом приводных колес.

Недостатком этого устройства является нарушение регулирования давления приводных колес на рельс при движении по наклонным путям под воздействием параллельной рельсу составляющей силы тяжести устройства, а также под воздействием его силы инерции при неустановившемся движении и невозможность движения без прицепного сосуда.

Техническим результатом предложения является улучшение сцепления приводных колес с рельсом с обеспечением учета всех видов сопротивления поезда.

Технический результат достигается тем, что несимметричное реверсивное тяговое устройство, содержащее взаимодействующие с рельсом с двух сторон четыре приводных колеса, два из которых смонтированы на первом рычаге приводных колес, расположенном относительно рельса со стороны угловых рычагов, и два приводных колеса смонтированы на втором рычаге приводных колес, выполненном слитно с огибающими рельс хомутами и расположенном относительно рельса противоположно первому рычагу приводных колес, балансирное устройство, установленное на прицепном сосуде, первый угловой рычаг, смонтированный на тяговом устройстве со стороны балансирного устройства и взаимодействующий с первым хомутом посредством центрального шарнира и имеющий направленное перпендикулярно рельсу от центрального шарнира длинное плечо, а также направленные в разные стороны от центрального шарнира вдоль рельса короткие плечи, второй угловой рычаг, опирающийся сухарями концов коротких плеч на овальные гнезда корпуса, укрепленного на противоположном балансирному устройству конце первого рычага приводных колес, и соединенный вертикальным шарнирным стержнем со вторым хомутом второго рычага приводных колес, перпендикулярные рельсу шарнирные стержни, соединяющие концы коротких плеч первого углового рычага с концами параллельных рельсу опорных рычагов, вторые концы которых шарнирно соединены с первым рычагом приводных колес, на котором установлены упоры, ограничивающие поворот опорных рычагов в сторону рельса, параллельный рельсу шарнирный стержень и шарнирную тягу, соединяющие конец длинного плеча первого углового рычага и конец установленного на втором рычаге приводных колес кронштейна с балансирным устройством, приспособления начального затяга и ролики фиксации тягового устройства в силовой плоскости, согласно изобретению на первом рычаге приводных колес соосно с удаленным от балансирного устройства приводным колесом установлен дифференциальный редуктор, солнечная шестерня которого имеет свободу поворота относительно геометрической оси редуктора и выполнена с шарниром, которым соединена со стержнем, ориентированным по касательной к окружности солнечной шестерни, и вторым концом, соединенным с концом перпендикулярного стержню рычага, укрепленного на перпендикулярном тяговому устройству и смонтированном на первом рычаге приводных колес валу, на котором в силовой плоскости тягового устройства установлен направленный перпендикулярно рельсу рычаг, конец которого соединен правой шарнирной тягой с концом длинного плеча второго углового рычага, а первый рычаг приводных колес выполнен с кронштейном, конец которого соединен левой шарнирной тягой с огибающим рельс первым хомутом.

Такое выполнение тягового устройства повышает надежность сцепления приводных колес с рельсом, особенно при движении по наклонным участкам рельсового пути и при действии сил инерции тягового устройства.

Предлагаемое тяговое устройство пояснено чертежами, на которых на фиг.1 дана конструктивная схема тягового устройства, а на фиг.2 дана принципиальная схема дифференциального редуктора.

Несимметричное тяговое устройство содержит взаимодействующие с рельсом 1 (фиг.1) четыре приводных колеса. Колеса 2 и 3 смонтированы на первом рычаге 4, а колеса 5 и 6 - на втором рычаге 7 приводных колес, концы которого выполнены совместно с огибающими рельс 1 первым хомутом 8 и вторым хомутом 9. Первый хомут 8 соединен центральным шарниром 10 с первым угловым рычагом 11, длинное плечо которого направлено перпендикулярно рельсу 1 и соединено своим концом параллельным рельсу шарнирным стержнем 12 с балансирным устройством 13, установленным на прицепном сосуде 14 или первой вагонетке состава. Короткие плечи первого углового рычага 11 направлены вдоль рельса от центрального шарнира 10 в разные стороны и концами соединены перпендикулярными рельсу шарнирными стержнями 15 с концами параллельных рельсу опорных рычагов 16, вторые концы которых соединены шарнирами 17 с первым рычагом 4 приводных колес, на котором установлены упоры 18, ограничивающие поворот опорных рычагов 16 в сторону рельса.

Второй хомут 9 вертикальным шарнирным стержнем 19 соединен с центральным шарниром 20 второго углового рычага 21, сухари коротких плеч которого опираются на овальные гнезда 22 и 23 корпуса 24, укрепленного на противоположном балансирному устройству конце рычага 4 приводных колес.

На первом рычаге 4 приводных колес соосно с приводным колесом 3 установлен дифференциальный редуктор 25 (фиг.2), состоящий из кинематически связанной с двигателем (не показан) центральной шестерни 26, сателлитов 27, установленных на водиле 28, ступица которого укреплена на валу приводного колеса 3 (фиг.1), и солнечной шестерни 29, выполненной с возможностью поворота относительно геометрической оси редуктора на роликовых опорах 30 (фиг.2) и имеющей шарнир 31.

Шарнир 31 соединен со стержнем 32 (фиг.1), который вторым концом шарнирно соединен с перпендикулярным ему рычагом 33, укрепленным на валу 34, установленном на рычаге 4 приводных колес перпендикулярно его плоскости. На валу 34 в силовой плоскости тягового устройства установлен направленный перпендикулярно рельсу рычаг 35, конец которого правой шарнирной тягой 36 соединен с концом длинного плеча второго углового рычага 21.

Рычаг 4 приводных колес имеет кронштейн 37, конец которого левой шарнирной тягой 38 соединен с первым хомутом 8 второго рычага приводных колес, который приспособлениями начального затяга 39 и 40 шарнирно соединен с первым рычагом 4 приводных колес, расположенных над рычажным механизмом. Второй рычаг 7 приводных колес 5 и 6 имеет ролики 41 и 42 фиксации тягового устройства в его силовой плоскости, а также кронштейн 43, связанный через шарнирную тягу 44 с балансирным устройством.

Работа тягового устройства осуществляется следующим образом.

Если устройство находится на горизонтальных путях и на него не действуют нагрузки со стороны прицепного сосуда 14, то приводные колеса 2, 3, 5 и 6 удерживают в контакте с рельсом 1 приспособления 39 и 40 начального затяга. Если при этом на приводное колесо 2 подать крутящий момент, то оно в зоне контакта с рельсом 1 выработает направленную слева направо силу сцепления при вращении колеса по часовой стрелке. Эта сила через кронштейн 37, левую шарнирную тягу 38, хомут 8, центральный шарнир 10, угловой рычаг 11, параллельный рельсу шарнирный стержень 12 и балансирный механизм 13 будет передана на прицепной сосуд 14. При этом под воздействием реакции параллельного рельсу шарнирного стержня 12 угловой рычаг 11 повернется в направлении против часовой стрелки и в перпендикулярном рельсу шарнирном стержне 15 выработает направленное в сторону рельса усилие, которое через опорный рычаг 16, упор 18 и рычаг 4 приводных колес прижмет приводное колесо 2 к рельсу 1 силой, необходимой для их надежного сцепления при надлежащем передаточном числе углового рычага 11.

Реакция рельса 1 на колесо 2 будет передана на приводное колесо 5, прижмет его к рельсу 1 с противоположной колесу 2 стороны и оно выработает свою долю силы тяги, которая будет передана через рычаг 7, кронштейн 43, шарнирную тягу 44 и балансирное устройство 13 на прицепной сосуд 14.

Так происходит регулирование давления приводных колес 2 и 5 на рельс 1 в зависимости от величины половины сопротивления прицепного сосуда 14 или состава вагонеток. Но параллельный рельсу шарнирный стержень 12 передает управляющее усилие, пропорциональное части сопротивления поезда, расположенной до углового рычага 11, и не учитывает сопротивления, связанные с самим тяговым устройством, которые на наклонных рельсовых путях могут быть весьма значительны.

Для учета этих сопротивлений на рычаге 4 приводных колес соосно с приводным колесом 3 установлен дифференциальный редуктор 25, на водило 28 которого (фиг.2) со стороны двигателя действует активный момент М_А, а со стороны приводного колеса 3 действует равный ему реактивный момент М_Р. Эти моменты находятся из следующих выражений:

Здесь - расчетное значение коэффициента сцепления; D - диаметр приводного колеса; - коэффициент сопротивления подшипников приводного колеса; d - диаметр подшипников приводного колеса; - коэффициент полезного действия дифференциального редуктора; С - сила взаимодействия зубчатого зацепления редуктора; N - регулируемое давление приводного колеса на рельс; r₀ - начальный радиус центральной шестерни; r_c - начальный радиус сателлита.

На основании указанных выражений для М_A и М_P можно получить зависимость для вычисления величины силы С, которую принимаем равной силе С и которая посредством шарнирного стержня 32 удерживает солнечную шестерню от вращения и является исходным усилием для работы механизма, регулирующего давление N приводного колеса 3 на рельс 1, необходимого для надежного их сцепления.

Усилие С₁ через рычаги 35 и 33, вал 34 будет передано на правую шарнирную тягу 36 в виде силы Р. Силы С₁ и Р могут быть найдены по зависимостям:

Здесь i - передаточное число рычажной системы, включая несоответствие оси шарнира 31 (фиг.2) начальному диаметру солнечной шестерни; _i - коэффициент полезного действия рычажной системы передачи силы C₁.

Из приведенных зависимостей следует следующее выражение:

Дробь в этой зависимости представляет собой передаточное число второго углового рычага 21, если полагать, что давление колеса 3 на рельс 1 равно усилию, передаваемому вертикальным шарнирным стержнем 19. При работе спроектированного по этой методике регулирующего механизма давление приводного колеса 3 на рельс 1 в каждый момент времени будет соответствовать реализуемому им крутящему моменту, обеспечивая надежное сцепление приводного колеса с рельсом. Приводное колесо 3 примет на себя преодоление всех сопротивлений узла рычага 4 приводных колес, части сопротивлений, передаваемых параллельным рельсу шарнирным стержнем 12 от прицепного сосуда 14, а также других случайных сопротивлений поезда.

Реакция рельса на колесо 3 будет передана через рычажный механизм на приводное колесо 6 и прижмет его к рельсу с противоположной колесу 3 стороны с достаточной для надежного сцепления силой. Это колесо выработает свою долю силы тяги, необходимую для преодоления всех сопротивлений узла рычага 7 приводных колес и части сопротивлений прицепного сосуда 14 или состава вагонеток.

Участие приводного колеса 3 в преодолении сопротивлений прицепной части поезда оказывает влияние на величину передаточного числа m₃ первого углового рычага 11. Его можно определить по зависимости

Здесь k - суммарный коэффициент сопротивления в зоне контакта приводного колеса с рельсом; первый сомножитель определяет передаточное число регулирующего механизма при работе одиночного колеса, а второй сомножитель отражает характер распределения нагрузок при работе двухколесного рычага приводных колес, когда колесо 2 создает полезную силу тяги W₁₂ при передаче через параллельный рельсу шарнирный стержень 12 сопротивлений прицепной части поезда W₂.

С целью выравнивания давлений приводных колес 2 и 3 на рельс мощности индивидуальных приводов этих колес следует принимать с учетом упомянутых перераспределений нагрузок, а привод приводных колес 5 и 6 может быть общим.

При движении тягового устройства без прицепной части поезда всю нагрузку примут на себя приводные колеса 3 и 6, и оно будет надежно работать на участках рельсового пути с углами наклона до 90°.

Итак, предлагается тяговое устройство с четырьмя приводными колесами, давление одной пары на рельс из которых регулируется в зависимости от величины реализуемого ими крутящего момента, реагирующего на особенности изменений всех видов сопротивлений поезда.

Симметричное выполнение угловых рычагов 11 и 21 обеспечивает реверсивность тягового устройства. Четыре приводных колеса обеспечивают устойчивость тягового устройства в силовой плоскости, а ролики фиксации тягового устройства в силовой плоскости способствуют его устойчивости в вертикальной плоскости, совпадающей с рельсом. При этом устройство обеспечивает надежное движение транспортного средства на рельсовых путях с углами наклона в пределах 90° и может быть использовано в качестве фрикционного привода на технологических агрегатах.