Железнодорожная тележка

 

Изобретение относится к высокоскоростному железнодорожному колесному рельсовому транспорту. Железнодорожная тележка содержит две колесные пары с жестко посаженными на вал колесами, опирающимися на рельсы, причем в середине между ними размещен третий направляющий тяговый рельс, являющийся ротором линейного электродвигателя. Каждое из четырех колес жестко посажено на свой двуплечий вал, взаимодействующий по концам через подшипниковые узлы и независимое для каждого колеса рессорное подвешивание с рамой тележки, взаимодействующей с рамой экипажа. Кроме того, каждое колесо имеет цилиндрическую форму рабочей поверхности и снабжено двумя гребнями, взаимодействующими с головкой рельса при отключении линейного электродвигателя. Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в повышении надежности пути и подвижного состава при скорости до 500 км/ч. 1 ил.

Изобретение относится к высокоскоростному железнодорожному колесному рельсовому транспорту, как к грузовому, так и пассажирскому.

Известна двухосная железнодорожная тележка с жесткой базой, составляющей 2,74 части от диаметра колеса [1, с.7, рис.2]. В этой тележке имеются две колесные пары, подвешенные к ее раме на рессорах. Каждая из колесных пар имеет два колеса с внутренними гребнями на бандаже, и колеса жестко посажены на общий вал.

Поверхность катания колес по рельсу имеет сложный многоконусный профиль, взаимодействующий с выпуклым профилем головки рельса не только поверхностью катания, но и гребнем.

На железнодорожном транспорте колесная пара и рельсовый путь являются частями единого механизма и неразделимы. Примем известное решение за аналог. В аналоге механизм колесо-рельс работает посредственно, что подтверждается многочисленными крушениями на железнодорожном транспорте, вызванными проваливанием колесных пар между рельсов. Это ярко иллюстрирует рисунок из книги Фришмана М.А. [2, рис.109]. Часто величина опирания колеса на рельс совершенно недостаточна!

Кроме того, и это главный недостаток, в аналоге имеется принципиальный конструкторский изъян, изначально заложенный в нем - жесткая посадка пары колес на общий вал.

Этот изъян незаметен при малой скорости движения состава. Провоцирует чрезмерные затраты на техническое обслуживание рельсовых дорог при высокой скорости, а для высокоскоростных магистралей существующий механизм - колесная пара-путь неприемлем.

Следствием изъяна является так называемое виляющее движение колесной пары, которую в этом движении можно уподобить молоту, посылающему с большой силой и высокой частотой боковые удары по рельсу. Легко представить себе какие сложные и, следовательно, дорогостоящие инженерные решения приходится противопоставлять этим динамическим нагрузкам.

В течение последних десятилетий темпы износа колес, подвижного состава и рельсов прогрессируют. Типичным стало ненормальное явление, когда колеса и рельсы взаимодействуют через гребни колес и взаимно истираются, как при обдирке на станке [3, с.36].

Этот изъян, изначально заложенный в механизм колесная пара-рельс, заключается в том, что ему запрограммировано выполнение одновременно трех функций: опорно-несущей, направляющей и функции дифференциала. Что из этого получилось и продолжает получаться, было сказано выше: при высокой скорости подвижного состава получается не приемлемый режим работы.

Механизм колесо-рельс уподобляется молоту и обдирочному станку со всеми вытекающими из этого последствиями:

- имеет место проскальзывание колес, особенно на кривых участках пути, что приводит к интенсивному износу колес, рельсов и расстраивает рельсовый путь; к тому же сложный профиль поверхности катания очень быстро нарушается;

- из-за конусности колес рельсы ставят не вертикально, а с уклоном внутрь, что усложняет конструкцию креплений и повышает расходы на текущее содержание пути;

- при виляющем движении колесные пары проходят в единицу времени больший путь по рельсу, нежели сам экипаж, что вызывает ускоренный износ трущихся поверхностей механизма колесо-рельс.

Технический результат изобретения - повышение надежности пути и подвижного состава при скорости до 500 км/ч.

Технический результат достигнут тем, что существенно упрощена конструкция тележки с одновременным повышением ее эксплуатационных возможностей. Железнодорожная тележка содержит две колесные пары с жестко посаженными на вал колесами, опирающимися на рельсы. В середине между ними помещен третий направляющий тяговый рельс, являющийся ротором линейного электродвигателя.

Отличие в том, что каждое из четырех колес жестко посажено на свой двуплечий вал, взаимодействующий по концам через подшипниковые узлы и независимое для каждого колеса рессорное подвешивание с рамой тележки.

Рама же тележки взаимодействует с рамой экипажа, а каждое колесо имеет цилиндрическую форму рабочей поверхности и снабжено двумя гребнями, взаимодействующими с головкой рельса при отключении линейного электродвигателя.

В железнодорожной тележке устранен недостаток, заложенный в механизм колесо-рельс: колесная пара расчленена, заменена двумя цилиндрическими двухребордными колесами с независимой подвеской, а направляющая функция возложена на тяговый направляющий рельс и на линейный электродвигатель.

Кроме того, уменьшена масса тележки. Вместо двух массивных колесных пар и двух шестеренчатых редукторов - два полувала с колесами малого диаметра, а линейный электродвигатель полностью подрессорен: статорная часть электродвигателя подвешена к вагону, а роторная - закреплена на рельсовом пути, в результате чего повышена динамическая устойчивость подвижного состава и улучшены условия работы рельсового пути. К тому же в одноосной тележке нет жесткой базы, а это повышает вписываемость ее в закругленные участки пути.

Сопоставление разработанной тележки с аналогом показывает ее существенные отличия:

- тележка двуосная и отсутствует жесткая база, что существенно упрощает конструкцию и обеспечивает легкость вписывания ее в кривые участки пути с минимальным трением;

- ликвидированы боковые горизонтальные силы Т на рельс, а продольные тяговые силы и силы торможения воспринимает средний тяговый направляющий рельс;

- упрощен профиль бандажа, существенно увеличена площадь контакта с ним головки рельса и обеспечен равномерный износ контактирующих поверхностей колеса и рельса;

- исключен сход подвижного состава с рельсов и обеспечена плавность движения без виляния;

- диаметр колес железнодорожной тележки уменьшен, а это снижает центр тяжести экипажа и перевозимого груза.

На чертеже в двух проекциях показана предлагаемая двуосная железнодорожная тележка 1, содержащая четыре независимо друг от друга подвешенные колеса а, жестко посаженные на свой двуплечий вал b. Каждое из плеч вала b опирается на подшипниковый узел с, упруго взаимодействующий через рессоры d с самостоятельной рамой колеса е. Двуосная железнодорожная тележка 1 взаимодействует с рамой экипажа. Рессоры d установлены на раме колеса е и взаимодействуют с железнодорожной тележкой 1 снизу вверх.

Два гребня цилиндрических обода колеса а вступают во взаимодействие с рельсом при аварийных ситуациях, например, при отключении линейного электродвигателя, и исключают сход колес с рельсов 3. При работе линейного электродвигателя, во время нормального движения состава, гребни колес не контактируют и не участвуют в передаче тяговых и тормозных продольных сил и не выполняют функции направляющих при нормальном режиме движения состава. Рельс 3 закреплен на несущем основании 4.

В предлагаемой тележке применен, перспективный во всех отношениях, линейный электродвигатель, обеспечивающий скорость состава до 500 км/ч.

Статорная часть 5 электродвигателя закреплена на раме 2 экипажа и тем самым полностью подрессорена, а токопроводящий рельс 6 роторной части электродвигателя закреплен на основании 4.

Особо следует отметить, что предлагаемая транспортная магистраль не имеет ни одного пересечения путей на одном уровне, которые осуществляются на разных уровнях местности.

В основу прокладки магистрали положена прямолинейность рельсовых путей, а вынужденные закругления выполняются радиусом R=800...1500 м.

При грузовом выполнении предлагается контейнерная перевозка с загрузкой и разгрузкой контейнеров на специальных грузовых терминалах.

Двуосная железнодорожная тележка работает следующим образом. При включении первичной обмотки статора линейного электродвигателя в электрическую сеть в ней возникает линейно бегущее магнитное поле, индуцирующее электродвижущую силу и токи во вторичной обмотке - роторе электродвигателя.

В результате взаимодействия линейно бегущего магнитного поля статора с токами в роторе возникает сила тяги, приводящая в линейное движение тележку вдоль путевого полотна. Сила тяги и скорость регулируют изменениями параметров обмотки статора и величины подводимого к линейному электродвигателю напряжения и частоты питающего тока.

Направляющая функция возложена на линейный электродвигатель, на его статорную и роторную части. Гребни колес выполняют страховочную роль.

Экономический эффект достигнут из-за:

- повышения надежности механизма колесо-рельс в несколько раз, благодаря исключению возможности схода состава с рельсов;

- простоты конструкции, значительного снижения материалоемкости и габаритов тележки;

- упрощения изготовления тележки и, главное, из внушительного сокращения эксплуатационных расходов на текущее содержание механизма колесо-рельс, который перестает уподобляться работе молота и обдирочного станка [3];

- уменьшения сил трения, препятствующих движению состава, и, как следствие, уменьшения износа рельсов.

Список литературы

1. Электропоезда переменного тока. Учебное пособие для ПТУ/М.М.Авдеев и др. М.: Транспорт, 1985, 386 с.

2. Фришман Н.А. Как работает путь под рельсами. - М.: Транспорт, 1983, 168 с.

3. Никифоров Б.Д., академик / Железнодорожный транспорт, 1995, N10.

Формула изобретения

Железнодорожная тележка, содержащая две колесные пары с жестко посаженными на вал колесами, опирающимися на рельсы, причем в середине между ними размещен третий направляющий тяговый рельс, являющийся ротором линейного электродвигателя, отличающаяся тем, что каждое из четырех колес жестко посажено на свой двуплечий вал, взаимодействующий по концам через подшипниковые узлы и независимое для каждого колеса рессорное подвешивание с рамой тележки, взаимодействующей с рамой экипажа, а каждое колесо имеет цилиндрическую форму рабочей поверхности и снабжено двумя гребнями, взаимодействующими с головкой рельса при отключении линейного электродвигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1