Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ПОДАЧИ ПЕСКА ПОД КОЛЕСА ЛОКОМОТИВА

Изобретение относится к рельсовому транспорту, а конкретно к устройствам для импульсной подачи песка под колеса локомотивов (электровозов, тепловозов, моторных вагонов), что широко используется в практике эксплуатации рельсового транспорта для повышения коэффициента сцепления колес с рельсами. Устройствами пескоподачи оборудованы все локомотивы и моторные вагоны железнодорожного и промышленного транспорта.

Известно устройство для импульсной подачи песка под колеса локомотива, содержащее датчик боксования - юза и песочную форсунку, обеспечивающую генерацию песковоздушной смеси и ее направление под колеса локомотива, причем для управления указанной форсункой предусмотрен электропневматический вентиль, электрическая катушка включения которого соединена с источником электропитания цепей управления локомотива посредством ключевого элемента, соединенного своим входом управления с генератором импульсов напряжения [1]. Такие устройства использованы на большинстве современных локомотивов, причем частота генератора импульсов обычно равна 0,5-0,6 Гц (период Т=2-1,66 сек) при постоянном коэффициенте заполнения импульсного цикла γ, равного 0,3-0,4, т.е. при длительности импульса напряжения τ_и, равной 0,6-0,7 сек (γ=τ_и/Т).

В качестве прототипа предложенного изобретения целесообразно принять устройство для импульсной подачи песка под колеса локомотива, содержащее датчик избыточного проскальзывания колес относительно рельсов и песочную форсунку, выходные патрубки которой соединены с соплами, направленными в зоны контакта колес с рельсами, ее первый входной патрубок соединен с песочным бункером, ее второй входной патрубок подключен к пневмомагистрали локомотива посредством электропневматического вентиля, электрическая катушка которого соединена с источником электропитания цепей управления локомотива посредством ключевого элемента, вход управления которым соединен с выходом генератора импульсов, причем вход управления включением-выключением указанного генератора соединен с выходом релейного датчика избыточного проскальзывания колес [2].

Недостаток прототипа связан со сложностью его настройки в реальных условиях эксплуатации, поскольку при постоянных параметрах импульсного цикла управления форсункой имеем избыточную пескоподачу при трогании поезда и низкой скорости движения и недостаточную пескоподачу при скоростях более 40 км/ч. Кроме того, указанный прототип не учитывает влияние внешних факторов на сцепление колеса с рельсом (температуры наружного воздуха, влажности, загрязнения рельсов и др.). Это вызывает снижение реализуемых значений коэффициента сцепления, перерасход песка на тяговом плече обращения локомотива и повышение энергозатрат на тягу поездов по причине того, что избыточная подача песка увеличивает основное сопротивление движению.

Цель данного предложения состоит в исключении указанных недостатков прототипа путем изменения длительности импульса выходного напряжения генератора импульсов в зависимости от скорости движения и внешних факторов воздействия на коэффициент сцепления, что особенно важно для эксплуатируемых и перспективных электровозов и тепловозов с повышенной мощностью на ось.

Эта цель достигается за счет того, что дополнительно предусмотрен датчик скорости движения локомотива, выход которого подключен к одному из входов управления коэффициентом заполнения импульсного цикла генератора импульсов, а другой вход генератора импульсов соединен с пультом управления машиниста.

Дополнительная цель предложенного изобретения - упрощение устройства. Эта цель достигается за счет того, что в качестве датчика скорости движения локомотива использован датчик напряжения, подключенный к якорной обмотке тягового электродвигателя, вал которого соединен с колесной парой соответствующего колесно-моторного блока локомотива.

Сущность предлагаемого технического решения по заявляемому изобретению разъясняется ниже на конкретном примере реализации.

Предлагаемое устройство (фиг.1) реализует оптимальную подачу песка в зону контакта 1 «колесо 2 - рельс 3». Струя песковоздушной смеси 4 подается в зону 1 посредством сопла 5, насаженного на выходной патрубок 6 песочной форсунки 7. Ее главный входной патрубок 8 служит для подачи в форсунку песка самотеком из бункера 9. В него песок периодически подсыпают при экипировке локомотива в депо через заправочный люк 10.

Пневмопатрубок 11 на входе форсунки 7 посредством электропневматического вентиля ЭПВ 12 подключен к напорной воздушной магистрали 13 локомотива. В составе стандартного ЭПВ [3] имеется электромагнит, катушка которого соединена с выходом ключа 14, один из входов которого подключен к выходу генератора импульсов ГИ 15 (широтно-импульсного модулятора ШИМ) [4], а другой вход - к источнику электропитания цепей управления локомотива (электровозы +50 В, тепловозы +110 В). В данном примере в качестве ключевого элемента 14, работающего в режиме «включен-выключен», использован транзистор.

Вход 16 ГИ 15 соединен с выходом датчика избыточного проскальзывания колес ДИПК 17. В качестве ДИПК использован простейший датчик релейного типа «включено - выключено». Вход 18 ГИ 15 соединен с выходом датчика 19 скорости движения локомотива ДС, а вход 20 - с ГИ выходом пульта управления машиниста ПУМ 21. В качестве ДС может быть использован импульсный датчик частоты вращения n колесной пары 2.

Для упрощения изобретения предлагается выполнить его как датчик напряжения ДН 20, вход которого подключен к якорной обмотке 23 тягового электродвигателя ТЭД 22 (см. также фиг.2).

Предложенное устройство работает следующим образом (фиг.3). При отсутствии избыточного проскальзывания колес на выходе ДИПК 17 присутствует нулевой сигнал, а ГИ 15 выдает постоянное отрицательное напряжение -15 В, поддерживающее КЭ 14 в выключенном состоянии. При этом пескоподача не работает. При появлении избыточного проскальзывания (начальная фаза буксования или юза колес 2) ДИПК 17 срабатывает (фиг.3а) и своим единичным выходным сигналом включает ГИ 15. Этот момент на фиг.3 обозначен временем t₁. В условиях нормального сцепления колеса с рельсом ГИ вырабатывает (фиг.3б) двуполярные импульсы постоянной частоты с периодом Т=1,3 сек при длительности импульса напряжения τ_и. Коэффициент заполнения импульсного цикла γ регулируется автоматически в функции сигнала скорости движения локомотива υ. Зависимость γ(υ) дана на фиг.4. На фиг.3в показана диаграмма напряжения U_ЭПВ на выходе КЭ 14 и, соответственно, на входе катушки ЭПВ 12.

При наличии напряжения +50 В на катушке ЭПВ 12 сжатый воздух по патрубку 12 подается в форсунку 7 и последняя подает песковоздушную смесь 4 по патрубку 6 и соплу 5 в зону контакта 1 «колесо 2 - рельс 3». По ликвидации избыточного проскальзывания и снятии напряжения с ЭПВ 12 пескоподача прекращается.

При плохих условиях сцепления колеса с рельсом с пульта управления машиниста ПУМ поступает сигнал на вход 20 ГИ 15, который вырабатывает импульсы постоянной частоты с периодом Т=1,8 сек, увеличивая длительность импульса τ_и и интенсивность пескоподачи.

Зависимость γ(υ) по фиг.4 установлена эмпирически и проверена экспериментально. Она соответствует современной теории сцепления колеса с рельсом [5, 6, 7]. При ее исполнении обеспечиваются оптимальные условия реализации максимально возможных значений коэффициента сцепления.

Эффективность данного изобретения получается за счет повышения коэффициента сцепления и, соответственно, предельных реализуемых значений сил тяги-торможения локомотива на 15-22% при одновременном снижении расхода песка в 1.4-1.8 раза и уменьшении загрязнения балласта пути. Это особенно важно, поскольку все локомотивные и мотор-вагонные депо имеют специальные отделения для просеивания, просушки (прожаривания) песка и засыпки в бункера тягового подвижного состава. Расход песка электровозом составляет в среднем 4-20 кг на каждый километр пути.

Источники информации

1. Бочаров В.И. и др. «Магистральные электровозы». М., Энергоатомиздат, 1994 г., стр.316-324.

2. Тушканов Б.А., Пушкарев Н.Г. и др. «Электровоз ВЛ85». М., Транспорт, 1992 г., стр.227, 260-261.

3. Марченко B.C. и др. «Электрооборудование тепловозов», М., ИКЦ «Академкнига», 2003, стр.142-145, рис.92.

4. Тихменев Б.Н., Трахтман Л.М. «Подвижной состав электрофицированных железных дорог», М., Транспорт, 1980, стр.413-415, рис 401.

5. Голубенко А.Л. «Сцепление колеса с рельсом», Киев, 1993, раздел 6.4.

6. Исаев И.П. «Случайные факторы и коэффициент сцепления», М., Транспорт, 1970, раздел 2.

7. Каменев Н.Н. «Эффективное использование песка для тяги поездов», Труды ЦНИИ МПС, вып.366, М., Транспорт, 1968.