реактивный локомотив

Формула изобретения

Реактивный локомотив, содержащий кузов, ходовую часть, токоприемное устройство, преобразователи электрического тока, линии электропитания, не менее чем один тяговый электродвигатель, элементы системы вентиляции, мотор-компрессор, трубопроводы, клапаны, тормозную систему с воздушными резервуарами, соединенными через обратные клапаны с выходом из компрессора мотор-компрессора и снабженными тормозными реактивными соплами с рабочими клапанами, стояночные тормозные колодки, трубопровод тормозной системы с возможностью подсоединения к воздушной магистрали тормозной системы поезда, зубчатую передачу, а также тяговую систему, включающую в себя не менее чем один установленный в кузове или на крыше локомотива энергомеханический блок с воздухозаборником, воздухоочистителем, элементами шумоглушения, валом, выполненным с передним носком и хвостовиком, не менее чем одним тяговым вентилятором на валу, полостью за тяговым вентилятором, подсоединенной к выходному устройству с плоским реактивным соплом, эжектором, створчатым реверсором тяги и соединенной трубопроводом с входом в компрессор мотор-компрессора, отличающийся тем, что тяговые электродвигатели, соединенные между собой валами и через зубчатую передачу с хвостовиком или передним носком вала тягового вентилятора, установлены в кузове локомотива или на крыше, причем полость за тяговым вентилятором соединена с элементами системы вентиляции трубопроводами, а выход из компрессора мотор-компрессора соединен с элементами системы вентиляции трубопроводами через клапаны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в пассажирских и грузовых поездах.

Известен локомотив, содержащий кузов, ходовую часть, токоприемное устройство, преобразователи электрического тока, линии электропитания, элементы системы вентиляции, мотор-компрессор, тяговые электродвигатели на ведущих осях для создания силы тяги при взаимодействии колес с рельсами, тормозную систему колодочного типа для создания тормозной силы взаимодействием тормозных колодок и колес по поверхности катания (В.К.Калинин. Электровозы и электропоезда. - М.: Транспорт, 1991. - 480 с. (на с.86-99)).

К недостаткам известного локомотива относятся сложность конструкции и недостаточная надежность тяговой системы вследствие возможных неисправностей при взаимодействии колес с рельсами для создания силы тяги и тормозной системы вследствие возможных неисправностей при взаимодействии тормозных колодок с колесами для создания тормозной силы.

Известен реактивный газотурбинный локомотив, содержащий кузов, ходовую часть, не менее чем один установленный в кузове двухконтурный турбореактивный двигатель в качестве энергомеханического блока с тяговым вентилятором тяговой системы, полостью за тяговым вентилятором, подсоединенный к выходному устройству с плоским реактивным соплом, эжектором, створчатым реверсором тяги, воздухозаборник, воздухоочиститель, элементы шумоглушения, систему подачи топлива в двигатель, систему запуска, систему автоматического регулирования, емкость для топлива, мотор-компрессор, трубопроводы, клапаны, тормозную систему с воздушными резервуарами, тормозными реактивными соплами, рабочими клапанами, стояночными тормозными колодками, зубчатую передачу [патент на изобретение №22251505 "Реактивный газотурбинный локомотив" автора Фишбейна Б.Д.].

К недостаткам известного реактивного газотурбинного локомотива относятся сложность конструкции двухконтурного турбореактивного двигателя с тяговым вентилятором, ограниченность объема емкости для топлива и недостаточная дальность пробега после экипировки локомотива топливом.

Данное техническое решение выбрано автором в качестве прототипа.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции тяговой системы, повышение ее надежности и ресурса работы и одновременно увеличение дальности пробега.

Технический результат достигается тем, что в реактивном локомотиве, содержащем кузов, ходовую часть, токоприемное устройство, преобразователи электрического тока, линии электропитания, элементы системы вентиляции, мотор-компрессор, тяговые электродвигатели, трубопроводы, клапаны, тормозную систему с воздушными резервуарами, тормозными реактивными соплами, рабочими клапанами, стояночными тормозными колодками, трубопроводом с клапаном для подсоединения к воздушной магистрали тормозной системы поезда, зубчатую передачу, а также тяговую систему, включающую в себя не менее чем один установленный в кузове или на крыше локомотива энергомеханический блок с воздухозаборником, воздухоочистителем, элементами шумоглушения, не менее чем одним тяговым вентилятором на валу с передним носком и хвостовиком, полостью за тяговым вентилятором, соединенной с выходным устройством с плоским реактивным соплом, эжектором, створчатым реверсом тяги, тяговые электродвигатели, соединенные между собой валами и через зубчатую передачу с хвостовиком или передним носком вала тягового вентилятора, установлены в кузове или на крыше локомотива, причем полость за тяговым вентилятором соединена с элементами системы вентиляции трубопроводами, а выход из компрессора мотор-компрессора соединен с элементами системы вентиляции трубопроводами через клапаны.

Тяговые электродвигатели более простые по конструкции, чем газотурбинный двигатель, приводят во вращение тяговый вентилятор, создавая силу тяги для движения реактивного локомотива вперед, а с помощью реверсора тяги, эжектора, тормозных реактивных сопел создается тормозная сила до полной остановки локомотива. Исключается необходимость экипировки локомотива топливом и увеличивается дальность пробега. Отбор части воздуха из полости за тяговым вентилятором и подача его трубопроводами к элементам системы вентиляции или трубопроводами с клапанами через компрессор мотор-компрессора в систему вентиляции обеспечивают надежное воздушное охлаждение электрического оборудования локомотива на всех режимах работы и повышают ресурс электрооборудования.

На фиг.1 приведен общий вид реактивного локомотива с приводом тягового вентилятора от тяговых электродвигателей через зубчатую передачу и хвостовик вала; на фиг.2 - энергомеханический блок с приводом тягового вентилятора от тяговых электродвигателей через зубчатую передачу и передний носок вала; на фиг.3 - общий вид реактивного локомотива с энергомеханическим блоком, установленным на крыше кузова; на фиг.4 - плоское реактивное сопло выходного устройства с эжектором и створками реверсора тяги, установленными в рабочее положение (пунктиром створки реверсора тяги в нерабочем положении).

Реактивный локомотив имеет (фиг.1) раму 1 с кузовом 2, тележки 3, стояночные колодочные тормоза 4, энергомеханический блок 5 на раме 6, токоприемное устройство 7, преобразователи 8 электрического тока, воздушные резервуары 9 с тормозными реактивными соплами 10 и рабочими клапанами 11, тяговые электродвигатели 12 с валами 13-15 (фиг.1 и 2), линии 16 электропитания, входной канал 17 с воздухозаборником 18 и воздухоочистителем 19, элементы шумоглушения 20, выходное устройство 21 с плоским реактивным соплом 22, реверсором тяги 23, эжектором 24, мотор-компрессор 25, трубопроводы 26 отбора воздуха, трубопроводы 27 с обратными клапанами 28, трубопроводы 29 с клапанами 30, аэродинамический обтекатель 31, элементы 32 системы вентиляции, трубопровод воздушной тормозной магистрали 33 с клапаном 34.

Энергомеханический блок содержит тяговый вентилятор 35, вал 36 с хвостовиком 37 и передним носком 38, полость 39 за тяговым вентилятором, опоры 40 и 41, зубчатую передачу 42, узлы крепления 43, рычаги 44, цапфы 45, створки 46.

Движение реактивного локомотива, работа энергомеханического блока с приводом тягового вентилятора от тяговых электродвигателей, а также работа тормозной системы и элементов системы вентиляции происходят следующим образом.

Воздух из атмосферы (фиг.1) поступает во входной канал 17 через воздухозаборник 18, очищается от пыли и мелких посторонних предметов воздухоочистителем 19, причем шум, генерируемый движением воздуха в канале 17, поглощается элементами шумоглушения 20. Далее воздух поступает (фиг.1 продолжение 1) в энергомеханический блок 5, где тяговый вентилятор 35 на валу 36 через хвостовик 37 приводится во вращение через зубчатую передачу 42 тяговыми электродвигателями 12, соединенными между собой валами 13 и 14 (фиг.1 продолжение 2), или валом 15 с передним носком 38 (фиг.2) вала 36 тягового вентилятора 35. Тяговые электродвигатели 12 получают электроэнергию по линиям 16 электропитания через преобразователи 8 электрического тока и токоприемное устройство 7 от контактного провода сети электроснабжения. Тяговый вентилятор 35 при вращении повышает полное давление воздуха, поступающего в полость 39 и далее в выходное устройство 21 с плоским реактивным соплом 22 и эжектором 24, в результате чего создается реактивная сила тяги, перемещающая локомотив вперед. Одновременно часть воздуха из полости 39 по трубопроводам 26 отбора воздуха подается к элементам 32 системы вентиляции, обеспечивая охлаждение электрооборудования, и на вход в компрессор мотор-компрессора 25, который дополнительно повышает полное давление воздуха. Через обратные клапаны 28 по трубопроводу 27 воздух высокого давления поступает на зарядку воздушных резервуаров 9 тормозной системы, а по трубопроводу 33 через обратный клапан 34 имеет возможность поступать в воздушную магистраль тормозной системы поезда. На низких режимах работы, близких к холостому ходу, давление в полости 39 может оказаться недостаточным для преодоления сопротивления трубопроводов 26 и элементов 32 системы вентиляции. На таких режимах работы воздух к элементам 32 системы вентиляции поступает через компрессор мотор-компрессора 25 по трубопроводам 29 и открытые клапаны 30.

Сила тяги, создаваемая при истечении воздушной струи из плоского реактивного сопла 22, воспринимается деталями энергомеханического блока 5, передается через опоры 40 и 41, раму 6, узлы крепления 43 и раму 1 локомотива на оси тележек 3. В результате происходят качение колес локомотива по рельсам и движение его вперед. Колеса и рельсы воспринимают силу веса локомотива и момент силы тяги относительно центра тяжести, а силовое взаимодействие колес и рельсов через силу трения в контакте оказывается исключенным.

При движении реактивного локомотива вперед створки 46 реверсора тяги 23 рычагами 44 повернуты вокруг цапф 45 в нерабочее положение (фиг.4, пунктир) за наружной поверхностью эжектора 24, через который подсасывается воздух из атмосферы, увеличивая силу тяги. Аэродинамический обтекатель 31 уменьшает сопротивление движению и уменьшает потребную для движения силу тяги и расход энергии.

При торможении реактивного локомотива от реализуемой скорости V до полной остановки (V=0) створки 46 рычагами 44 переставляются в рабочее положение (фиг.4) под углом , что позволяет получить основную часть тормозной силы. Кроме того, одновременно открываются рабочие клапаны 11 воздушных резервуаров 9. Воздух, истекающий через тормозные реактивные сопла 10 в атмосферу, также создает тормозную силу дополнительно.

Общая суммарная тормозная сила реактивного локомотива равна:

X _торм=X_осн+X_доп+Х_{аэр.сопр} , кгс

где Х_{аэр.сопр} - сила аэродинамического сопротивления;

Х_доп - дополнительная тормозная сила, создаваемая тормозными реактивными соплами;

где Gв_трс - секундный расход воздуха через тормозные реактивные сопла, кг/сек;

W_трс - скорость истечения струи из тормозных реактивных сопел, м/с;

Х_осн - основная часть тормозной силы

Х _осн=R_обр=-R_прям*cos , кгс

где R_прям - сила тяги при движении реактивного локомотива вперед (режим "прямой тяги");

где Gв - секундный расход воздуха через тяговый вентилятор, кг/сек;

Gв_вент - постоянный отбор воздуха из полости за тяговым вентилятором в систему вентиляции электрооборудования, кг/сек;

Gв_трс=0, если на режиме "прямой тяги" нет одновременно отбора воздуха в тормозные реактивные сопла, м/с;

W_С - скорость истечения струи из плоского реактивного сопла, м/с;

V - скорость движения реактивного локомотива, м/с;

g=9,81 м/сек² - ускорение силы тяжести.

Удержание реактивного локомотива на месте после полной остановки обеспечивает стояночные колодочные тормоза 4. Задний ход реактивного локомотива после остановки обеспечивает реверсор тяги 23 и тормозные реактивные сопла 10.

Применение реактивного локомотива позволяет упростить тяговую и тормозную системы, повысить безопасность скоростного движения и увеличить ресурс электрооборудования благодаря эффективной системе вентиляции.