ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ВАГОН

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к моделированию вагонов высокоскоростного пассажирского поезда.

Известен железнодорожный вагон, содержащий тележки с колесными парами, элементы сцепки, кузов с закрепленными на нем крыльями, обладающими подъемной силой при перемещении в воздушной среде, элементы поддержки крыльев, механизмы управления положением крыльев [1]. Пассажирский поезд с такими вагонами может перемещаться по железнодорожному пути с высокими скоростями, например 250-450 км/ч.

Задачей изобретения является упрощение управлением крыльями железнодорожного вагона, включая возможность аэродинамического торможения.

Технический результат достигается тем, что в железнодорожном вагоне, содержащем тележки с колесными парами, элементы сцепки, кузов с закрепленными на нем крыльями, обладающими подъемной силой при перемещении в воздушной среде, элементы поддержки крыльев, механизмы управления положением крыльев, каждое крыло состоит из центральной неподвижной части и расположенных по обе стороны от нее поворотных на осях частей, причем поворотные части и неподвижная часть выполнены с возможностью образования выпуклой верхней и плоской нижней аэродинамических поверхностей с щелевыми каналами между ними. Поворотная часть имеет со стороны набегающего/стекающего воздушного потока заостренный край, а со стороны неподвижной части скругленный утолщенный край. Неподвижная часть имеет край выпуклого очертания, а прилегающая к ней поворотная часть имеет край вогнутого очертания, соответствующий выпуклости крыши кузова. Неподвижная и поворотные части установлены в элементах поддержки крыльев, прикрепленных к боковым стенкам кузова. Поворотная часть снабжена индивидуальным двигателем поворота.

На фиг.1 изображен железнодорожный вагон с крыльями, состоящими из неподвижной и поворотных частей, вид сбоку; на фиг.2 - вид на фиг.1 сверху; на фиг.3 и 4 изображены соответственно сечения крыла на фиг.2 по М-М и N-N; на фиг.5 приведена схема пневмодвигателя (гидродвигателя) поворота оси поворотной части крыла.

Железнодорожный вагон, например, пассажирского поезда с локомотивом, обеспечивающим высокие скорости (250-450 км/ч) движения по железнодорожному пути, содержит двухосные тележки 1 с колесными парами 2, раму 3 с элементами 4 сцепки, цельнометаллический кузов 5 с покатой (по хорде) крышей 6, окнами, дверями для входа/выхода пассажиров (фиг.1 и 2). Над крышей кузова на стояках 7, выполняющих функцию элементов поддержки, установлены крылья 8, обладающие подъемной силой при перемещении в воздушной среде. Стойки, прикрепленные вертикально к боковым стенкам 9 кузова, могут иметь □-образную (фиг.1), П-образную или Т-образную форму. Возможно также крепление стоек к крыше. Каждое крыло состоит из центральной неподвижной части 10 и расположенных по обе стороны от нее поворотных частей 11 и 12. Каждая поворотная часть выполнена с возможностью качания (поворота) на оси 13. Ось имеет возможность поворота только в подшипниках (не показаны) стоек. В поворотной части крыла ось закреплена неподвижно.

Поворотные части и неподвижная часть выполнены с возможностью образования выпуклой верхней 14 и плоской нижней 15 аэродинамических поверхностей с щелевыми каналами 16 между ними. Боковые поверхности 17 крыла могут быть ровными или выпуклыми. Неподвижная часть крыла имеет утолщенный скругленный край 18 выпуклого очертания, а прилегающая к ней поворотной часть имеет утолщенный скругленный край 19 вогнутого очертания, соответствующий выпуклости крыши кузова (фиг.1-4). Со стороны набегающего на крыло (стекающего с крыла) воздушного потока поворотная часть имеет заостренный прямой край 20. Каждая поворотная часть крыла снабжена закрепленным на стойке (фиг.2) индивидуальным пневмодвигателем 21 поворота оси (фиг.5), сообщающимся с вагонной системой (не показана) распределения сжатого воздуха или иным механизмом поворота оси с приводом от электродвигателя, например червячным.

При неподвижной центральной части крыла его поворотные части имеют возможность отклонения относительно горизонтальных осевых линий о₁-х₁ и о-х (фиг.1) при движении железнодорожного вагона:

- в направлении стрелки А - часть 11 вверх на угол β₁ для создания подъемной силы при одновременном отклонении части 12 вниз на угол β;

- в направлении стрелки В - части 12 вверх на угол α для создания подъемной силы при одновременном отклонении части 11 на угол α₁.

Для создания условий аэродинамического торможения (независимо от направления движения железнодорожного вагона) поворотные части крыла имеют возможность отклонения вверх: часть 11 на угол (β₁+γ₁) относительно осевой линии o₁-х₁; часть 12 на угол (α+γ) относительно осевой линии о-х.

В зависимости от скорости движения железнодорожного вагона углы β, α и α₁ могут составлять (относительно осевых линий o₁-х₁ и о-х) 3-5°, а углы (β₁+γ₁), (α+γ) могут составлять 60-80°.

Железнодорожный вагон в виде модели, экспериментального образца изготавливают следующим образом.

Изготавливают раму 3 с элементами 4 сцепки, двухосные тележки 1 с колесными парами 2. На раму устанавливают цельнометаллический кузов 5 с окнами и дверями для входа/выхода пассажиров. Из нержавеющей стали, сплавов алюминия, титана изготавливают стойки 7 и крылья 8, состоящие из неподвижной части 10), имеющей утолщенные скругленные края 18 выпуклого очертания, и поворотных на осях 13 частей 11 и 12, имеющих утолщенный скругленный край 19 вогнутого очертания и заостренный прямой край 20.

Части крыльев могут быть изготовлены из пластмассы. Стопки прикрепляют (привинчивают, приваривают) к боковым стенкам 9 кузова. Изготовленные части крыльев монтируют на стойках, а именно: устанавливают неподвижные части, затем поворотные части так, чтобы между всеми частями образовывались криволинейные щелевые каналы 16. В собранном виде части образуют расположенное над крышей 6 кузова составное крыло (фиг.1-4), имеющее «общие» аэродинамические поверхности: выпуклую верхнюю 14; плоскую нижнюю 15; боковые 17. Затем на стойках закрепляют пневмодвигатели 21 поворота оси для каждой поворотной части (фиг.5), соединяют их (шлангами, трубами) с вагонной системой распределения сжатого воздуха. При этом поворотные части выполняют с возможностью отклонения вверх и вниз относительно горизонтальных осевых линий о₁-х₁ и о-х. Отклонение поворотных частей крыльев осуществляют, например, путем регулируемой подачи сжатого воздуха в пневмодвигатели. Возможно автоматическое регулирование подачи сжатого воздуха в пневмодвигатели, например, в зависимости от частоты вращения колесной пары железнодорожного вагона.

Железнодорожному вагону (модели, экспериментальному образцу), оснащенному крыльями, создают условия движения по железнодорожному пути с различными скоростями. При этом изменяют положение (углы наклона) подвижных частей крыльев относительно осевых линий o₁-х₁ и о-х. Чем выше скорость движения вагона, тем меньше углы наклона подвижных частей крыльев. Например, при движении вагона в направлении стрелки А со скоростью 250 км/ч углы β₁ и β принимают равными 5°; при движении вагона в направлении стрелки В со скоростью 450 км/ч углы α и α₁ принимают равными 3°. При движении железнодорожного вагона поток встречного воздуха, воздействуя на прикрепленные к кузову крылья, имеющие выпуклые верхние и плоские нижние аэродинамические поверхности, создает подъемную силу, вследствие чего уменьшается давление колес на железнодорожный (рельсовый) путь. Это повышает ресурс (продолжительность эксплуатации, сохранность полотна) железнодорожного пути, снижает износ колесных пар, уменьшает затраты топлива/электроэнергии локомотивом.

Для создания условий аэродинамического торможения поворотные части крыльев отклоняют соответственно на угол (β₁+γ₁) и (α+γ), например, 60°. Процесс аэродинамического торможения происходит за счет максимально возможного лобового сопротивления аэродинамических поверхностей поворотных частей крыльев набегающему воздушному потоку. При этом уменьшается длина пробега (тормозной путь) вагона (поезда, состоящего из таких вагонов), что экономит время.

Изобретение упрощает управление крыльями железнодорожного вагона для создания подъемной силы и эффективного аэродинамического торможения.

Источник информации

1. KR 20030084876, 2003.