Результат интеллектуальной деятельности: ОСЕВОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ТОРМОЗ

Изобретение относится к тормозным устройствам в подвижных железнодорожных транспортных средствах.

Известен дисковый тормоз железнодорожного транспортного средства, содержащий шарнирно закрепленный на кронштейне рамы тележки тормозной цилиндр, шток которого связан с тормозными колодками через тяги и клещевые механизмы, а также тормозные диски, закрепленные на оси колесной пары и размещенные между тормозными накладками (Авторское свидетельство СССР №644653, В61Н 5/00, В61Н 13/20, заявл. 07.09.1977 г. «Дисковый тормоз железнодорожного транспортного средства»).

Наиболее близким прототипом является известный дисковый тормоз железнодорожного транспортного средства, содержащий связанные с опорами рамы тележки клещевые механизмы, тормозной цилиндр, шток которого связан с тормозными накладками через тяги и клещевые механизмы, а также тормозные диски, закрепленные на оси колесной пары и размещенные между тормозными накладками (Патент РФ №2264940, В61Н 5/00, В61Н 13/20, заявл. 31.03.2004 г. «Узел крепления привода дискового тормоза»).

Недостатки аналога и прототипа заключаются в высокой степени износа тормозных накладок и тормозного диска. Кроме того, значительные затраты расходуются на частое техническое обслуживание и неразрушающий контроль деталей трибопары дисковых тормозов, включающей тормозные накладки и тормозные диски. К настоящему времени соответствующими технологическими инструкциями предусмотрены различные методы неразрушающего контроля: визуальный, вихретоковый, магнитопорошковый и ультразвуковой, что определяет возрастающие расходы на техническое обслуживание.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности тормозов, снижение затрат на техническое обслуживание и неразрушающий контроль деталей тормозов.

Для этого на оси колесной пары выполнены из магнитного материала полюса, ориентированные радиально в плоскости, перпендикулярной к оси вращения колесной пары. Над полюсами оси колесной пары размещен электромагнит, полюса сердечника которого с минимальным рабочим воздушным зазором размещены параллельно над плоскостями полюсов оси колесной пары. По окружности рядом с полюсами электромагнита размещены датчики положения полюсов оси колесной пары. Посредством коммутационного устройства работой электромагнита управляет управляющее устройство, подключенное своими входами к выходам датчиков положения полюсов оси колесной пары и выходу источника команды на торможение, а выходом ко входу коммутационного устройства, подключающего обмотку электромагнита к источнику электропитания.

Прилагаемые чертежи изображают:

фиг.1 - колесная пара с осевым электромеханическим тормозом;

фиг.2 - ось 1 колесной пары;

фиг.3 - ось 1 в разрезе Б-Б на фиг.2;

фиг.4 - вид электромагнита спереди;

фиг.5 - вид электромагнита в разрезе В-В на фиг.4;

фиг.6 - вид осевого электромеханического тормоза с полюсом оси колесной пары перед проходом полюсов электромагнита;

фиг.7 - вид осевого электромеханического тормоза с полюсом оси колесной пары напротив полюсов электромагнита в разрезе А-А на фиг.1;

фиг.8 - вид осевого электромеханического тормоза с полюсом оси колесной пары после прохождения полюсов электромагнита;

фиг.9 - электрическая схема электромеханического тормоза, включающая датчики 10, 11, 12 и 13, управляющее устройство 14, коммутационное устройство 15, обмотку электромагнита 6; подключенная к источнику электропитания 16 и источнику 23 сигнала команды включения торможения.

Перечень элементов на прилагаемых чертежах:

1 - ось колесной пары;

2 - колесо колесной пары;

3 - полюса на оси 1 колесной пары;

4 - сердечник электромагнита;

5 - полюса на сердечнике 4 электромагнита;

6 - обмотка электромагнита;

7 - шейка оси 1 колесной пары;

8 - подступичная оси 1 колесной пары;

9 - средняя часть оси 1 колесной пары;

10, 11, 12 и 13 - датчики положения полюсов 3 оси 1 колесной пары;

14 - управляющее устройство;

15 - коммутационное устройство;

16 - источник электропитания;

17, 18 - цифровой сигнальный процессор (DSP);

19, 20 - элемент 2ИЛИ;

21 - триггер RS;

22 - элемент 2И;

23 - источник команды на торможение;

24 - операционный усилитель;

25 - резистор;

26 - транзистор, силовой биполярный с изолированным затвором типа IGBT;

27 - стабилитрон.

Осевой электромеханический тормоз состоит из: полюсов 3 оси 1 колесной пары (см. фиг.1 и 3); электромагнита, включающего в себя сердечник 4 с полюсами 5 и обмотку 6 (см. фиг.4-6); датчиков 10, 11, 12 и 13 (см. фиг.7) положения полюсов 3 оси 1 колесной пары; управляющего устройства 14 (см. фиг.9); коммутационного устройства 15 (см. фиг.9).

Размещение осевого электромеханического тормоза на колесной паре, состоящей из оси 1 и насаженных на нее колес 2, представлено на фиг.1. Осевой электромеханический тормоз (см. также фиг.4-6), включающий в себя электромагнит, состоящий из сердечника 4 с полюсами 5 и обмотки 6, закреплен на раме тележки подвижного средства. На оси 1 колесной пары выполнены полюса 3 (см. фиг.2 и 3).

На фиг.7 представлен вид осевого электромеханического тормоза спереди в разрезе А-А на фиг.1, на котором полюс 3 оси 1 колесной пары находится напротив полюсов 5 сердечника 4 электромагнита через рабочий воздушный зазор. В случае, когда обмотка 6 через коммутационное устройство 15 подключена к источнику электропитания 16 (см. фиг.9), магнитное поле В, создаваемое обмоткой 6 в сердечнике 4 и изображенное пунктирной линией на фиг.1, замыкается через полюса 5, полюс 3 и рабочие воздушные зазоры между ними. Тем самым магнитное поле В создает силу, удерживающую полюс 3, передающий тормозное усилие на ось 1 колесной пары.

На фиг.6 изображена позиция полюса 3, вращающегося в направлении по часовой стрелке, обозначенном пунктирными линиями со стрелками, с полюсом 3 в положении перед полюсами 5 сердечника 4 электромагнита.

На фиг.7 изображена позиция полюса 3, вращающегося в направлении по часовой стрелке, обозначенном пунктирными линиями со стрелками, с полюсом 3 напротив полюсов 5 сердечника 4 электромагнита.

На фиг.8 изображена позиция полюса 3, вращающегося в направлении по часовой стрелке, обозначенном пунктирными линиями со стрелками, с полюсом 3 в положении после полюсов 5 сердечника 4 электромагнита.

Размещение датчиков 10, 11, 12 и 13 позволяет определить направление вращения полюсов 3 относительно полюсов 5 сердечника 4 электромагнита и положение относительно них полюсов 3 оси 1 колесной пары для определения моментов подключения и отключения обмотки 6 коммутационным устройством 15 с помощью управляющего устройства 14.

На фиг.9 изображены датчики 10, 11, 12 и 13, управляющее устройство 14, коммутационное устройство 15, обмотка 6, источник 23 сигнала команды на торможение и источник электропитания 16.

Осевой электромеханический тормоз работает следующим образом.

Во время движения поезда вращается колесная пара, состоящая из колес 2 и оси 1, с выполненными на ней полюсами 3 (см. фиг.1). При этом управляющее устройство 14 и коммутационное устройство 15 (см. фиг.9) остаются постоянно включенными. В процессе вращения оси 1 колесной пары по часовой стрелке (см. фиг.6-8) ее полюса 3 периодически помещаются напротив датчиков 10, 11, 12 и 13.

В момент положения полюса 3 оси 1 напротив датчика 10, размещенного слева от полюсов 5 сердечника 4, как это изображено на фиг.6, на его выходе появляется электрический сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице. Этот сигнал с датчика 10, на фиг.6 и 9, поступает на вход Х1 цифрового сигнального процессора 17. Затем полюс 3, продолжая свое движение, занимает положение и напротив датчика 11, вследствие чего на его выходе появляется электрический сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице. Этот сигнал поступает на вход Х2 цифрового сигнального процессора 17. Согласно алгоритму работы цифрового сигнального процессора 17, если вначале появляется сигнал логической единицы на его входе Х1, а затем появляется сигнал логической единицы на его входе Х2, то в дальнейшем, после перехода обоих сигналов до уровня напряжения, близкого к нулю (когда полюс 3 уже прошел датчики 10 и 11), что соответствует логическим нулям на этих входах сигнального процессора 17, на его выходе V1 формируется прямоугольный электрический сигнал положительной полярности, соответствующий логической единице. Этот сигнал поступает на вход элемента 19, выполняющего логическую функцию 2ИЛИ. С выхода элемента 19 сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице, поступает на вход S триггера 21, выполняющего логическую функцию триггера RS. При этом триггер 21 переходит в состояние, при котором на его выходе Q появляется электрический сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице. Этот сигнал поступает на вход элемента 22, выполняющего логическую функцию 2И. При необходимости включения режима торможения с выхода источника 23 (см. фиг.9) подается электрический сигнал положительной полярности, соответствующий логической единице, который поступает на другой вход элемента 22 управляющего устройства 14. В этом случае с выхода элемента 22 на вход операционного усилителя 24 коммутационного устройства 15 поступает электрический сигнал положительной полярности. С выхода операционного усилителя 24 через резистор 25 на затвор транзистора 26 поступает напряжение, открывающее транзистор 26, и в результате обмотка 6 электромагнита подключается к источнику электропитания 16. В это время (см. фиг.7) полюс 3 оси 1 занимает положение напротив полюсов 5 сердечника 4 электромагнита. Магнитное поле В, создаваемое обмоткой 6 в сердечнике 4 и изображенное пунктирной линией на фиг.1, проходит по сердечнику 4 через его полюс 5, через рабочий воздушный зазор, полюс 3 оси 1, снова через рабочий воздушный зазор и через другой полюс 5 замыкается на сердечник 4. Тем самым магнитное поле В создает силу, удерживающую полюс 3, передающий тормозное усилие на ось 1 колесной пары. В результате движения колесной пары далее, преодолевая тормозной импульс, созданный магнитным полем В, ось 1 колесной пары продолжает вращаться и ее полюс 3 начинает выходить из под полюсов 5 сердечника 4 электромагнита. При этом полюс 3 вначале занимает положение напротив датчика 12 (расположенного на фиг.8 справа от полюса 5), на выходе которого появляется электрический сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице. Этот сигнал поступает на вход Х2 цифрового сигнального процессора 18. Затем полюс 3, продолжая свое движение, занимает положение и напротив датчика 13, на выходе которого появляется электрический сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице. Этот сигнал поступает на вход Х1 цифрового сигнального процессора 18. Согласно алгоритму работы цифрового сигнального процессора 18, если вначале появляется сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице, на его входе Х2, а затем сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице, на входе Х1, то в дальнейшем, после перехода обоих сигналов до уровня напряжения, близкого к нулю (когда полюс 3 уже прошел датчики 12 и 13), что соответствует логическим нулям на этих входах сигнального процессора 18, на его выходе V2 формируется прямоугольный электрический сигнал положительной полярности, соответствующий логической единице. Этот сигнал поступает на вход элемента 20, выполняющего логическую функцию 2ИЛИ. С выхода элемента 20 сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице, поступает на вход R триггера 21, выполняющего логическую функцию триггера RS. При этом триггер 21 переходит в состояние, при котором на его выходе Q сигнал положительного уровня напряжения, соответствующий логической единице, переходит до уровня напряжения, близкого к нулю, что соответствует логическому нулю. Этот сигнал логического нуля поступает на вход элемента 22, выполняющего логическую функцию 2И. В результате с выхода элемента 22 на вход операционного усилителя 24 больше не поступает электрический сигнал, открывающий транзистор 26 через резистор 25. Транзистор 26 закрывается и отключает обмотку 6 от источника электропитания 16. При перемещении следующего полюса 3 оси 1 под полюса 5 сердечника 4 цикл работы процесса торможения повторяется. Этот режим продолжается до тех пор, пока при необходимости выключения режима торможения с выхода источника 23 (см. фиг.9) не прекратится подача электрического сигнала положительной полярности, соответствующего логической единице, который поступал на другой вход элемента 22 управляющего устройства 14. В этом случае с выхода элемента 22 на вход операционного усилителя 24 коммутационного устройства 15 уже не будет поступать электрический сигнал положительной полярности и торможение прекратится, так как обмотка 6 больше не будет подключаться к источнику питания 16 через транзистор 26. При движении колесной пары и полюса 3 против часовой стрелки (см. фиг.6-8), осевой электромеханический тормоз работает следующим образом. В процессе вращения полюса 3 против часовой стрелки он вначале занимает положение напротив датчика 13, расположенного, как изображено на фиг.8, справа относительно полюса 5, вследствие чего на его выходе появляется электрический сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице, который на фиг.9 поступает на вход Х1 цифрового сигнального процессора 18. Затем полюс 3 занимает положение и напротив датчика 12, вследствие чего на его выходе появляется электрический сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице, который поступает на вход Х2 цифрового сигнального процессора 18. Согласно алгоритму работы цифрового сигнального процессора 18, если вначале появляется сигнал логической единицы на его входе Х1, а затем появляется сигнал логической единицы на его на входе Х2, то в дальнейшем (когда полюс 3 уже прошел датчик 13 и датчик 12) после перехода обоих сигналов до уровня напряжения, близкого к нулю, что соответствует логическому нулю на этих входах сигнального процессора 18, на его выходе V1 формируется прямоугольный электрический сигнал положительной полярности, соответствующий логической единице. Этот сигнал поступает на вход элемента 19, выполняющего логическую функцию 2ИЛИ. С выхода элемента 19 сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице, поступает на вход S триггера 21, выполняющего логическую функцию триггера RS. В результате триггер 21 переходит в состояние, при котором на его выходе Q появляется электрический сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице. Этот сигнал поступает на вход элемента 22, выполняющего логическую функцию 2И. При включении режима торможения с выхода источника 23 (см. фиг.9) подается электрический сигнал положительной полярности, соответствующий логической единице, который поступает на другой вход элемента 22 управляющего устройства 14. В этом случае с выхода элемента 22 на вход операционного усилителя 24 коммутационного устройства 15 поступает электрический сигнал положительной полярности. С выхода операционного усилителя 24 через резистор 25 на затвор транзистора 26 поступает напряжение, открывающее транзистор 26, и в результате обмотка 6 электромагнита подключается к источнику электропитания 16. В это время (см. фиг.7) полюс 3 оси 1 занимает положение напротив полюсов 5 сердечника 4 электромагнита. Магнитное поле В, создаваемое обмоткой 6 и изображенное пунктирной линией на фиг.1, проходит по сердечнику 4 через его полюс 5, через рабочий воздушный зазор, полюс 3 оси 1, через рабочий воздушный зазор и через другой полюс 5 замыкается на сердечник 4. Тем самым магнитное поле В создает силу, удерживающую полюс 3, передающий тормозное усилие на ось 1 колесной пары. В результате движения колесной пары далее, преодолев тормозной импульс, созданный магнитным полем В, ось 1 продолжает вращаться и ее полюс 3 начинает выходить из под полюсов 5 сердечника 4 электромагнита. При этом полюс 3 вначале занимает положение напротив датчика 11, на выходе которого появляется электрический сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице. Этот сигнал поступает на вход Х2 цифрового сигнального процессора 17. Затем полюс 3 занимает положение и напротив датчика 10, на выходе которого появляется электрический сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице. Этот сигнал поступает на вход Х1 цифрового сигнального процессора 17. Согласно алгоритму работы цифрового сигнального процессора 17, если вначале появляется сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице, на его входе Х2, а затем сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице, на входе Х1, то в дальнейшем (когда полюс 3 уже прошел датчик 11 и датчик 10) после перехода обоих сигналов до уровня напряжения, близкого к нулю, что соответствует логическому нулю на этих входах сигнального процессора 17, на его выходе V2 появляется прямоугольный электрический сигнал положительной полярности, соответствующий логической единице. Этот сигнал поступает на вход элемента 20, выполняющего логическую функцию 2ИЛИ. С выхода элемента 20 сигнал положительного уровня, соответствующий логической единице, поступает на вход R триггера 21, выполняющего логическую функцию триггера RS. При этом триггер 21 переходит в состояние, при котором на его выходе Q сигнал положительного уровня напряжения, соответствующий логической единице, переходит до уровня напряжения, близкого к нулю, что соответствует логическому нулю. Этот сигнал логического нуля поступает на вход элемента 22, выполняющего логическую функцию 2И. В результате с выхода элемента 22 на вход операционного усилителя 24 больше не поступает электрический сигнал, открывающий транзистор 26 через резистор 25. Транзистор 26 закрывается и отключает обмотку 6 от источника электропитания 16. При перемещении следующего полюса 3 оси 1 под полюса 5 сердечника 4 цикл работы процесса торможения повторяется. Этот режим продолжается до тех пор, пока при выключении режима торможения с выхода источника 23 команды на торможение (см. фиг.9) не прекратится подача электрического сигнала положительной полярности, соответствующего логической единице, который поступал на другой вход элемента 22 управляющего устройства 14. В этом случае с выхода элемента 22 на вход операционного усилителя 24 коммутационного устройства 15 уже не будет поступать электрический сигнал положительной полярности и торможение прекратится, так как обмотка 6 больше не будет подключаться к источнику питания 16 через транзистор 26.