Способ увеличения сцепления колеса с рельсом
Владельцы патента RU 2504492:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный горный университет" (МГГУ) (RU)
Изобретение относится к железнодорожному транспорту и направлено на повышение реализуемой силы тяги локомотива при движении поезда по рельсовому пути в реальных условиях эксплуатации, например на карьерах в горной промышленности в зимних условиях. Способ увеличения сцепления колеса с рельсом колесо-рельс в зимний период заключается в том, что песок подают в зону контакта предварительно подогретым, например, при помощи индукционного нагревателя, а величину нагрева песка определяют с учетом температуры окружающей среды (рельса). В результате уменьшения пробуксовки уменьшится износ бандажей колесных пар тягового оборудования и рельсов, что позволит избежать дополнительных энергетических потерь, связанных с буксованием. В связи с универсальностью, этот способ может быть применен для всех видов железнодорожных транспортных средств независимо от типа приводного механизма колесных пар: локомотивов с электрической и тепловой тягой, различных путевых машин, используемых на железнодорожном транспорте, а также для тяговых агрегатов, применяемых в горной промышленности. Технический результат заключается в повышении коэффициента сцепления колес с рельсами и увеличении тягового усилия локомотива. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способам повышения реализуемой силы тяги локомотива при движении поезда по рельсовому пути в реальных условиях эксплуатации, например на карьерах в горной промышленности в зимних условиях.
На железных дорогах Северного региона и Сибири в зимних условиях на рельсах появляется ледяная корка в виде так называемого «черного налета», толщина которого может доходить до 1 мм. Название ледяной корки обусловлено наличием в ее структуре мелкодисперсных продуктов износа колес, рельсов, тормозных колодок подвижного состава и частиц смазки [1].
В процессе движения подвижного состава при повышенных углах подъема рельсового пути в условиях промышленных карьеров (до 60-80 промилле) колесные пары локомотива при наличии на рельсах ледяной корки могут двигаться с пробуксовкой, что приведет к снижению коэффициента сцепления и, следовательно, к уменьшению тягового усилия локомотива.
Известен способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом, заключающийся в подаче сухого песка к точкам контакта колес с рельсами [2]. Данный способ для применения в зимних условиях не пригоден, так как непрерывно подаваемое, при этом, в зону контакта количество песка значительно превышает требуемое количество и его избыток засоряет рельсовый путь. Кроме того, следует учесть условия зимнего климата, длящегося в России несколько месяцев при температуре -25°…-40°C, и повышенные углы подъема карьерного рельсового пути.
Известен способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом, заключающийся в применении регулируемой импульсной подачи песка в зону контакта колеса и рельса [3]. В данном способе за счет регулирования количества подачи песка несколько уменьшен его расход, однако он также не обеспечивает увеличение коэффициента сцепления колес с рельсами в зимних условиях и существенное снижение расхода песка.
Следует отметить, что при наличии на рельсах в зоне их контакта с колесами значительного слоя песка, их взаимодействие осуществляется не непосредственно по схеме «металл-металл», а при участии многослойной прослойки песка. При этом передача нагрузки от колеса к рельсу происходит при взаимодействии частиц песка друг с другом, что приводит к снижению тяговых характеристик локомотива.
Известен также способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом, заключающийся в том, что применяют дополнительные форсунки и электропневматические клапаны, отрегулированные на другую подачу песка [4]. Техническим результатом известного способа является решение, обеспечивающее регулируемое количество песка, подаваемого под колеса локомотива. Это техническое решение принято нами в качестве прототипа. Недостатком прототипа при реализации данного способа является невозможность обеспечения увеличения сцепления колеса с рельсом в зимних условиях.
Техническим результатом изобретения является увеличение сцепления колеса с рельсом и повышение тягового усилия локомотива в зимних условиях.
На фиг.1 изображена схема реализации способа увеличения сцепления колеса с рельсом в зимних условиях.
Способ увеличения сцепления колеса с рельсом и повышения тягового усилия локомотива в зимних условиях заключается в следующем.
Абразивный материал, например сухой кварцевый песок, из бункера 1 перемещают в индуктор 2, нагревая до требуемой температуры, транспортируют через отрегулированные на разное количество подачи песка форсунки 3, подают в зону контакта 4 колеса 5 с рельсом 6 по трубопроводам 7, 8, 9 через сопло 10. Далее нагретый песок, попав в зону 4 на ледяную корку перед колесом 5 на поверхности рельса 6, интенсивно растапливает ее и создает условия для обеспечения нормальных условий взаимодействия нагретых частиц песка с колесом и рельсом.
В зависимости от условий эксплуатации в зону 4 подают необходимое количество песка путем включения той или иной форсунки с помощью электропневматических клапанов 11, 12, 13. Нажатием кнопок 14, 15, 16 воздух от питающей магистрали 17 через разобщающий кран 18 и соответствующие электропневматические клапаны подводят к песочным форсункам.
Температуру нагрева песка в индукторе 2 определяют исходя из следующих соображений. Согласно имеющимся сведениям при нагреве поверхности на 18…20°С выше температуры окружающего воздуха происходит интенсивная сухая возгонка льда [1], (с.82). Здесь приводится формула для определения температуры подогрева рельса tр.
где tв - температура воздуха в °С.
Учитывая вышеизложенное, приняв температуру нагретого рельса равной температуре песка, формулу (1) можно представить в виде
где tn - температура нагрева песка, °С;
Kп - коэффициент, учитывающий тепловые потери вследствие адиабатического расширения поступающей из трубопровода 3 воздушно-песочной смеси при доставке песка через пескоподающие трубы 7, 8, 9 из индуктора 2 к соплу 10. Коэффициент Kп также зависит от технических характеристик устройства, реализующего подачу песка согласно данному способу. В среднем Kп можно принять равным 1,2…1,5.
Например, при температуре воздуха: -30°, принимая Kп=1,35 по формуле (2), получим tn=1,16·(-30)+1,35·16=-13,2.
Таким образом, при температуре воздуха -30°С достаточно довести температуру песка до -13.2°С. Значение коэффициента Kп следует уточнять в зависимости от реальных параметров системы нагреватель - транспортирующая пескопроводная система.
Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить повышение коэффициента сцепления и, следовательно, увеличение тягового усилия локомотива. В результате уменьшения пробуксовки колесных пар уменьшится износ бандажей колесных пар тягового оборудования и рельсов, что позволит избежать дополнительных энергетических потерь, связанных с буксованием. Кроме того, нагрев песка способствует уменьшению вероятности его смерзания в пескоподающей системе в зимних условиях.
В связи с универсальностью этот способ может быть применен для всех видов железнодорожных транспортных средств независимо от типа приводного механизма колесных пар: локомотивов с электрической и тепловой тягой, различных путевых машин, используемых на железнодорожном транспорте, а также для тяговых агрегатов, применяемых в горной промышленности.
Источники информации
1. Косиков С.И. Фрикционные свойства железнодорожных рельсов. М., Наука, 1967, 111 с.
2. Филонов С.П., Гибалов А.И. и др. Тепловоз 2ТЭ116. Песочная система. М., Транспорт, 1985.
3. Способ регулирования подачи песка под колеса рельсового подвижного состава, а.с. 935356, кл. B61C 15/10, B60B 39/04.
4. Устройство для подачи песка под колеса локомотива, а.с. 1507619, B 61 C 15/10.
1. Способ увеличения сцепления колеса с рельсом, заключающийся в том, что в зону контакта колеса с рельсом подают сухой песок, отличающийся тем, что с целью обеспечения функционирования пары колесо-рельс в зимний период песок подают в зону контакта предварительно подогретым, например, при помощи индукционного нагревателя.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину нагрева песка определяют с учетом температуры окружающей среды (рельса) и тепловых потерь системы нагреватель - транспортирующая пескопроводная система.
