Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕВОДА КОЛЕСНЫХ ПАР С ОДНОЙ КОЛЕИ НА ДРУГУЮ

Изобретение относится к железнодорожному транспорту с различной шириной колеи, для безостановочного движения поезда при переезде с одной ширины колеи на другую.

Известна система для перевода колесных пар с одной колеи на другую (см. патент RU 2631167, B61F 7/00, 2017), содержащее колею разной ширины, плавно переходящей из одной ширины колеи на другую ширину, раму, связанную через механизм изменения колеи с колесными тележками, выполненный на передней и задней осях рамы, представляющие собой кривошипно-ползунные механизмы ломающегося подкоса, где элемент, имеющий свободу осевого перемещения вдоль рамы, выполнен в виде прямоугольной рамы с возможностью перемещения относительно рамы по направляющим, выполненным на раме, привод перемещения элементов выполнен в виде цилиндра, закрепленного на раме, включающий поршень и шток, свободный конец штока закреплен на прямоугольной раме, бесштоковая и штоковая полости цилиндра соединены посредством трубопроводов через двухходовой трехпозиционный распределитель с источником подачи рабочей среды, передние и задние колесные пары тележек выполнены с возможностью перемещения вдоль продольной оси в одну сторону, оси, соединяющие колесные пары по разным бортам выполнены в виде телескопических полуосей.

Недостатком известной системы является то, что для перевода колесных пар с одной колеи на другую необходимо в нужный момент дополнительно принудительно переключать распределитель для подачи рабочей среды к исполнительному механизму, увеличивая при этом общее время управления процессом и замедляя процесс перехода колесных пар с одной ширины колеи на другую.

Кроме того, в известной системе необходима синхронная работа механизмов передних и задних тележек при переводе устройства с одной ширины колеи на другую, что в конечном счете усложняет конструкцию переходных участков путей, обусловленных конструкцией устройства.

Известна также система для перевода колесных пар с одной колеи на другую (см. патент RU 2664611, B61F 7/00, 2018), содержащая участок колеи с разной шириной, раму, связанную через механизм изменения колеи с колесными тележками, выполненный на передней и задней осях рамы, представляющие собой кривошипно-ползунные механизмы ломающегося подкоса, где элемент, имеющий свободу осевого перемещения вдоль рамы, выполнен в виде прямоугольной рамы с возможностью перемещения относительно рамы по направляющим, выполненным на раме, привод перемещения элементов выполнен в виде цилиндра, закрепленного на раме, включающий поршень и шток, свободный конец штока закреплен на прямоугольной раме, бесштоковая и штоковая полости цилиндра соединены посредством трубопроводов через двухходовой трехпозиционный распределитель с источником подачи рабочей среды, передние и задние колесные пары тележек выполнены с возможностью перемещения вдоль продольной сои в одну сторону, оси, соединяющие колесные пары по разным бортам выполнены в виде телескопических полуосей, внутренние полуоси выполнены подпружиненными посредством пружин сжатия относительно наружных полуосей с возможностью осевого перемещения относительно последних, на внутренней и наружной телескопических полуосях установлены контакты с возможностью замыкания электрической цепи, контакт на внутренней полуоси выполнен подпружиненным и скользящим с возможностью осевого перемещения относительно последней, включающий источник питания постоянного тока, переключатель полюсов электромагнита двухходового трехпозиционного распределителя рабочей среды, выключатель цепи, переключатель полюсов электромагнита подпружинен и содержит наконечник с возможностью взаимодействия с выступом, выполненным на оси параллельной оси штока, имеющий свободу осевого перемещения и содержащая на обратной стороне ограничители с возможностью взаимодействия последних с выступом, выполненным на штоке, выключатель цепи подпружинен и содержит наконечник с возможностью взаимодействия с выступом, выполненным на штоке.

Недостатком известной системы является то, что необходимо соизмерять скорость движения поезда при переходе через участки с разной шириной колеи со скоростью сужения или расширения ширины колеи колесных тележек на соответствующих участках при помощи человеческого фактора.

Задачей предложенного решения является расширение эксплуатационных возможностей и улучшение функциональных показателей за счет оптимизации скорости движения поезда перед участком перехода.

Эта задача достигается тем, что система для перевода колесных пар с одной колеи на другую, содержащая участок колеи с разной шириной, раму, связанную через механизм изменения колеи с колесными тележками, выполненный на передней и задней осях рамы, представляющие собой кривошипно-ползунные механизмы лолмающегося подкоса, где элемент, имеющий свободу осевого перемещения вдоль рамы, выполнен в виде прямоугольной рамы с возможностью перемещения относительно рамы по направляющим, выполненным на раме, привод перемещения элементов выполнен в виде цилиндра, закрепленного на раме, включающий поршень и шток, свободный конец штока закреплен на прямоугольной раме, бесштоковая и штоковая полости цилиндра соединены посредством трубопроводов через двухходовой трехпозиционный распределитель с источником подачи рабочей среды, передние и задние колесные пары тележек выполнены с возможностью перемещения вдоль продольной оси в одну сторону, оси, соединяющие колесные пары по разным бортам выполнены в виде телескопических полуосей, внутренние полуоси выполнены подпружиненными посредством пружин сжатия относительно наружных полуосей с возможностью осевого перемещения относительно последних, на внутренней и наружной телескопических полуосях установлены контакты с возможностью замыкания электрической цепи, контакт на внутренней полуоси выполнен подпружиненным и скользящим с возможностью осевого перемещения относительно последней, включающий источник питания постоянного тока, переключатель полюсов электромагнита двухходового трехпозиционного распределителя рабочей среды, выключатель цепи, переключатель полюсов электромагнита подпружинен и содержит наконечник с возможностью взаимодействия с выступом, выполненным на оси параллельной оси штока, имеющий свободу осевого перемещения и содержащая на обратной стороне ограничители с возможностью взаимодействия последних с выступом, выполненным на штоке, выключатель цепи подпружинен и содержит наконечник с возможностью взаимодействия с выступом, выполненным на штоке, перед участком сужения колеи со стороны более широкой колеи и перед участком расширения колеи со стороны более узкой колеи установлены дорожные знаки рекомендуемой скорости Vp движения, в электрическую цепь питания системы управления перевода колесных пар последовательно включен блок управления, срабатывающий при замкнутой электрической цепи управления двухходового трехпозиционного распределителя и содержащий датчик скорости V поезла (ДСП), взаимодействующий с задатчиком рекомендуемой скорости Vp поезда (ЗРСП) посредством блока сравнения (БС), передающего сигнал на блок логики I, блок логики I взаимодействует с устройством отмены команды управления исполнительными устройствами энергетической установки и тормозной системы поезда (УОКУ) или блоком логики II, блок логики II посредством блоков усиления сигнала (БУС1) или (БУС2) взаимодействует с исполнительным устройством управления энергетической установкой поезда (ИУУЭУП) или с исполнительным устройством управления тормозной системой поезда (ИУУТСП) соответственно.

По сравнению с известной предложенная система для перевода колесных пар с одной колеи на другую позволяет в автоматическом режиме соизмерять скорость движения поезда при переходе через участки с разной шириной колеи со скоростью сужения или расширения ширины колеи колесных тележек на соответствующих участках, расширяя эксплуатационные возможности.

На фиг. 1 изображена система с большей шириной колеи; на фиг. 2 - то же, с меньшей шириной колеи; на фиг. 3 - элемент I на фиг. 1; на фиг. 4 - элемент II на фиг. 2; на фиг. 5 - схема блока управления; на фиг. 6 - схема, которая позволяет осуществить переезд с широкой колеи на узкую или с узкой колеи на широкую.

Система для перевода колесных пар с одной колеи на другую содержит колею 1 большей ширины плавно переходящей посредством элемента 2 в колею 3 меньшей ширины. Рама 4 связанная через механизм изменения колеи с колесными тележками 5, включающими колеса 6-9, выполненный на передней и задней осях рамы, представляющие собой кривошипно-ползунные механизмы ломающегося подкоса, где элемент 10, имеющий свободу осевого перемещения вдоль рамы 4 выполнен в виде прямоугольной рамы с возможностью перемещения относительно рамы 4 по направляющим 11-14, выполненным на раме 4. Элемент 10 посредством шарниров 15, 16 связан с рычагами-подкосами 17, 18, которые посредством шарниров 19, 20 связаны с поворотными параллельными бортовыми звеньями 21-24 одинаковой длины, закрепленными посредством шарниров 25-28 в одной плоскости одними концами на внешней стороне рамы 4, а другими концами посредством шарниров 29-32 на дополнительных звеньях 33, 34 параллельных оси рамы 4, соединяющих параллельные бортовые звенья 21-24, образующие параллелограммы. Оси 35, 36 колес 6-9 шарнирно установлены на дополнительных звеньях 33, 34, параллельных оси рамы 4. Привод перемещения элемента 10 выполнен в виде цилиндра 37, закрепленного на раме 4, включающий поршень 38 и шток 39, свободный конец которого закреплен на прямоугольной раме элемента 10. Бесштоковая 40 и штоковая 41 полости цилиндра 37 соединены посредством трубопроводов 42 и 43 через двухходовой трехпозиционный распределитель 44 с подающей 45 магистралью от пневмосистемы вагона и отводящей 46 магистралью в атмосферу. Передние колесные пары тележки 5 и задние колесные пары тележки (на чертеже не показано) выполнены с возможностью перемещения вдоль продольной оси в одну сторону. Причем продольные перемещения прямоугольной рамы элемента 10 по направляющим 11-14 относительно рамы 4 и продольные перемещения колес 6-9 с осями 35, 36 выполнены в разных параллельных горизонтальных плоскостях. Оси 35, 36, соединяющие колесные пары по разным бортам выполнены в виде телескопических полуосей. Внутренние 47, 48 полуоси выполнены подпружиненными посредством пружин 49, 50 сжатия относительно наружных 51, 52 полуосей с возможностью осевого перемещения относительно последних. На внутренней 47 и наружной 51 телескопических полуосях, крайних от периферии колесной тележки 5 со стороны рамы 4 посредством изоляторов (на чертеже не показано), установлены соответственно контакты 53, 54 с возможностью замыкания электрической цепи. Причем контакт 53 на внутренней полуоси 47 выполнен подпружиненным посредством пружины 55 и скользящим с возможностью осевого перемещения относительно полуоси 47. Электрическая цепь включает источник питания 56 постоянного тока, переключатель 57 полюсов электромагнита 58 двухходового трехпозиционного распределителя 44, выключатель 59 цепи. Двухходовой трехпозиционный распределитель 44 выполнен с возможностью автоматического возврата в нейтральное положение посредством пружины 60. Переключатель 57 полюсов электромагнита 58 подпружинен посредством пружины 61 и содержит наконечник 62 с возможностью взаимодействия с выступом 63, выполненным на оси 64 параллельной оси штока 39, имеющий свободу осевого перемещения в направляющих 65 и 66 и содержащая на обратной стороне ограничители 67 и 68 с возможностью взаимодействия последних с выступом 69 выполненным на штоке 39 выключатель 59 цепи подпружинен посредством пружины 70 и содержит наконечник 71 с возможностью взаимодействия с выступом 72, выполненным на штоке 39. Причем расстояние между ограничителями 67 и 68 на оси 64 и расстояние между наконечником 71 выключателя и выступом 72 на штоке при максимальном удалении Друг от друга соизмеримы с продольным перемещением прямоугольной рамы элемента 10 относительно рамы 4, а суммарная сила пружин 49 и 50 сжатия полуосей соизмерима с продольным усилием, передаваемым штоком 39 на прямоугольную раму элемента 10 при выдвижении ее из рамы 4. Переключатель 57 полюсов электромагнита 58 выполнен в виде смонтированных на стержне 73 с противоположной стороны наконечнику 62 четырех пар контактов 74-77 выполненных по две пары 74 и 75, 76 и 77 посредством изоляторов 78 и 79 соответственно на стержне 73 в двухярусном виде параллельных друг другу в горизонтальной плоскости с возможностью взаимодействия поочередно одной пары контактов 74 и 75 с проводниками 80 и 81 в прямом направлении подачи питания на полюсы электромагнита 58 и другой пары контактов 76 и 77 с проводниками 80 и 81 в перекрестном направлении подачи питания на полюсы электромагнита 58. Перед участком 2 сужения колеи со стороны более широкой колеи 1 и перед участком расширения колеи со стороны более узкой колеи 3 установлены дорожные знаки 82 и 83 соответственно рекомендуемой скорости Vp движения. В электрическую цепь питания Системы управления перевода колесных пар последовательно посредством проводников 84 и 85 включен блок 86 управления, срабатывающий при замкнутой электрической цепи управления двухходового трехпозиционного распределителя 44. Блок 86 управления содержит датчик 87 скорости V поезда (ДСП), взаимодействующий с задатчиком 88 рекомендуемой скорости Vp поезда (ЗРСП) посредством блока 89 сравнения (БС), передающего сигнал на блок 90 логики I. Блок 90 логики I взаимодействует с блоком 91 логики II или устройством 92 отмены команды управления исполнительными устройствами энергетической установки и тормозной системы поезда (УОКУ). Блок 91 логики II посредством блоков 93 усиления сигнала (БУС1) или блока 94 усиления сигнала (БУС2) взаимодействует с исполнительным устройством 95 управления энергетической установкой поезда (ИУУЭУП) или с исполнительным устройством 96 управления тормозной системой поезда (ИУУТСП) соответственно.

Система для перевода колесных пар с одной колеи на другую работает следующим образом.

При движении по колее 1 большей ширины (см. фиг. 1) ширина колеи соизмерима с расстоянием между колесами 6, 8 и 7, 9 в положении колес 6-9 параллельно оси рамы 4. Пружины 49 и 50 полуосей 47-52 в свободном состоянии, контакты 53 и 54 разомкнуты, следовательно, цепь питания тоже разомкнута, переключатель 57 находится в положении, когда наконечник 62 не взаимодействует с выступом 63, пара контактов 74 и 75 взаимодействует с проводниками 80 и 81 в прямом направлении, поршень 38 в цилиндре 37 находится в крайнем правом положении, выступ 69 взаимодействует с ограничителем 68, двухходовой трехпозиционный распределитель 44 посредством пружины 60 находится в нейтральном положении, наконечник 71 выключателя 59 не взаимодействует с выступом 72 на штоке 39, выключатель 59 замыкает контакты на проводнике 81.

При подъезде по колее 1 большей ширины к участку 2 сужения колеи машинист поезда визуально, ориентируясь на дорожный знак 82 рекомендуемой скорости Vp движения, реализует на практике примерную рекомендуемую скорость Vp движения поезда. При переезде с колеи 1 большей ширины на колею 3 меньшей ширины передние колеса 6 и 7 начинают взаимодействовать из сужением колеи элемента 2. при этом под действием боковой силы со стороны рельсов на колеса 6 и 7 происходит сжатие пружин 49, 50 и перемещение полуосей 47 и 51 навстречу друг другу. Контакты 53 и 54 замыкаются, следовательно, цепь питания тоже замыкается. Питание от источника питания 56 постоянного тока посредством проводников 80 и 81 и проводников 84 и 85 поступает на датчик 87 скорости V поезда (ДСП) блока 86 управления, который посредством блока 89 сравнения (БС), взаимодействует с задатчиком 88 рекомендуемой скорости Vp поезда (ЗРСП). Сигнал от блока 89 сравнения (БС), характеризующийся тем, насколько реальная скорость V движения отличается от рекомендуемой скорости Vp, поступает на блок 90 логики I, который принимает решение. Если реальная скорость V движения поезда не отличается от рекомендуемой скорости Vp, то блок 90 логики I передает сигнал на устройство 92 отмены команды управления исполнительными устройствами энергетической установки и тормозной системы поезда (УОКУ). Если реальная скорость V движения поезда отличается от рекомендуемой скорости Vp в ту или иную сторону, то блок 90 логики I передает сигнал на блок 91 логики II, который, в зависимости от отличия скорости V движения поезда от рекомендуемой скорости Vp в ту или иную сторону принимает решение. Если скорость V движения поезда больше рекомендуемой скорости Vp, то сигнал от блока 91 логики II посредством блока 94 усиления сигнала (БУС2) поступает на исполнительное устройство 96 управления тормозной системой поезда (ИУУТСП) с целью уменьшения скорости V движения поезда до рекомендуемой скорости Vp. Если скорость V движения поезда меньше рекомендуемой скорости Vp, то сигнал от блока 91 логики II посредством блока 93 усиления сигнала (БУС1) поступает на исполнительное устройство 95 управления энергетической установкой по с целью увеличения скорости V движения поезда до рекомендуемой скорости Vp. Одновременно питание от источника питания 56 постоянного тока посредством проводников 80 и 81 через переключатель 57, замкнутый выключатель 59 поступает на полюсы электромагнита 58, который, преодолевая сопротивление пружины 60, перемещает двухходовой трехпозиционный распределитель 44 в положение, при котором сжатый воздух от пневмосистемы вагона через подающую 45 магистраль посредством трубопровода 43 поступает в бесштоковую 40 полость цилиндра 37 и перемещает поршень 38 со штоком 39, передавая усилие на элемент 10, который перемещается по направляющим 11-14 из рамы 4. Воздух из штоковой 41 полости по трубопроводам 42 и 46 отводится в атмосферу. Рычаги-подкосы 17 и 18, поворачиваясь в шарнирах 15, 16 и 19, 20, передают усилие на поворотные параллельные бортовые звенья 21-24, которые, поворачиваясь в шарнирах 25-28 и 29-32, передают усилие на дополнительные звенья 33 и 34, которые, перемещаясь по ходу движения элемента 10, занимают неизменное параллельное положение относительно продольной оси рамы 4. При этом полуоси 47, 48 и 51, 52 осей 35 и 36 перемещаются навстречу друг другу, сжимая дополнительно пружины 49, 50 сжатия, сужая колею, а колеса 6-9 перемещаются по участкам сужения с некоторым юзом, однако учитывая плавность перехода и длину в продольном направлении расстояния сужения колеи, например, с ширины 1520 мм до ширины 1435 мм, на эксплуатационные характеристики это существенного влияния не окажет. Контакт 53 под действием осевого усилия замкнутого контакта 54 сжимая пружину 55, скользит по наружной поверхности полуоси 47. Одновременно выступ 69 и выступ 72 на штоке 39 перемещаются в сторону ограничителя 67 и наконечника 71 соответственно. При достижении колесами 6-9 колеи 3 меньшей ширины выступ 69, взаимодействуя с ограничителем 67 перемещает ось 64 в направляющих 65 и 66. Выступ 63, взаимодействуя с наконечником 62, преодолевая сопротивление пружины 61, переводит переключатель 57 в положение, при котором с проводниками 80 и 81 взаимодействуют контакты 76 и 77 в перекрестном направлении. Одновременно выступ 72, взаимодействуя с наконечником 71, преодолевая усилие пружины 70, размыкает контакт выключателя 59 с проводником 81, размыкая цепь. Двухходовой трехпозиционный распределитель 44 под действием пружины 60 возвращается в нейтральное положение, фиксируя систему в положении движения по колее 3 меньшей ширины (см. фиг. 2).

При подъезде по колее 3 меньшей ширины к участку 2 расширения колеи машинист поезда визуально, ориентируясь на дорожный знак 83 рекомендуемой скорости Vp движения, реализует на практике примерную рекомендуемую скорость Vp движения поезда. При переезде с колеи 3 меньшей ширины на колею 1 большей ширины передние колеса 6 и 7 переходят на расширение колеи элемента 2. При этом под действием силы распрямляющихся пружин 49, 50 сжатия передается кратковременный толчок на рычажную систему устройства, элемент 10 и шток 39, который позволяет сдвинуть выступ 72 с наконечника 71. Под действием пружины 70 выключатель 59 замыкает контакт на проводнике 81, следовательно, цепь питания тоже замыкается. Питание от источника питания 56 постоянного тока посредством проводников 80 и 81 и проводников 84 и 85 поступает на блок 86 управления со всеми дальнейшими переходами, описанными выше. Одновременно питание от источника питания 56 постоянного тока посредством проводников 80 и 81 через переключатель 57, замкнутый выключатель 59 поступает на полюсы электромагнита 58, который, преодолевая сопротивление пружины 60, перемещает двухходовой трехпозиционный распределитель 44 в положение, при котором сжатый воздух от пневмосистемы вагона через подающую 45 магистраль, посредством трубопровода 42 поступает в штоковую 41 полость цилиндра 37 и перемещает поршень 38 со штоком 39, передавая усилие на элемент 10, который перемещается по направляющим 11-14 внутрь рамы 4. Воздух из бесштоковой 40 полости по трубопроводам 43 и 46 отводится в атмосферу. Рычаги-подкосы 17 и 18, поворачиваясь в шарнирах 15, 16 и 19, 20, передают усилие на поворотные параллельные бортовые звенья 21-24, которые, поворачиваясь в шарнирах 25-28 и 29-32, передают усилие на дополнительные звенья 33 и 34, которые, перемещаясь по ходу движения элемента 10, занимают неизменное параллельное положение относительно продольной оси рамы 4. При этом полуоси 47, 48 и 51, 52 осей 35 и 36 перемещаются в противоположные стороны относительно друг друга, пружины 49. 50 сжатия распрямляются, а колеса 6-9 перемещаются по участкам расширения с некоторым юзом, однако учитывая плавность перехода и длину в продольном направлении расстояния расширения колеи, например, с ширины 1435 мм до ширины 1520 мм, на эксплуатационные характеристики это существенного влияния не окажет. Контакт 53 вместе с замкнутым контактом 54 под действием пружины 55, скользит по наружной поверхности полуоси 47. Одновременно выступ 69 и выступ 72 на штоке 39 перемещаются в сторону ограничителя 68 и от наконечника 71 соответственно. При достижении колесами 6-9 колеи 1 большей ширины выступ 69, взаимодействуя с ограничителем 68, перемещает ось 64 в направляющих 65 и 66. Выступ 63, взаимодействуя с наконечником 62, преодолевая сопротивление пружины 61, переводит переключатель 57 в положение, при котором с проводниками 80 и 81 взаимодействуют контакты 74 и 75 в прямом направлении. Одновременно контакты 53 и 54 размыкаются, обесточивая цепь. Двухходовой трехпозиционный распределитель 44 под действием пружины 60 возвращается в нейтральное положение, фиксируя систему в положении движения по колее 1 большей ширины.

Вторая, задняя, тележка вагона, не упомянутая в тексте, работает аналогично вышеописанной в автономном режиме как в режиме движения устройства вперед так и в режиме движения устройства в обратном направлении.

В реальных условиях скорость подъезда поезда к участку перехода на другую ширину колеи пути как правило выше рекомендуемой скорости, поэтому наряду с автоматикой механизма используется человеческий фактор, а именно, определение машинистом поезда, насколько необходимо уменьшить скорость поезда в соответствии с предписанием дорожных знаков, установленных перед переходами, чтобы рационально и безопасно использовать автоматический механизм изменения ширины колеи тележек в зависимости от скорости движения и ширины колеи, меняющейся при прямолинейном движении на участке перехода. Кроме того, при оптимальной скорости изменения ширины колеи тележек в зависимости от меняющейся ширины колеи на участке перехода при прямолинейном движении поезда боковое трение колес тележек о рельсы, при движении юзом, будет минимальным, следовательно, минимальным будет и износ материалов как на колесах так и на рельсах, рационально будут использованы энергозатраты по переводу устройства, работоспособность устройства в целом будет увеличена.