Тележка железнодорожного вагона с устройством принудительного наклона кузова

Решение относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкциям тележек подвижного состава с устройством принудительного наклона кузова железнодорожного вагона и со следящей системой для автоматического управления ее движением в рельсовой колее.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является повышение надежности и долговечности тележки при одновременном упрощении и унификации конструкции, путем обеспечения гашения вертикальных колебаний на всех режимах движения, в том числе на прямых и кривых участках пути.

Указанный технический результат достигается тем, что в тележке железнодорожного вагона, содержащей раму, элементы рессорного подвешивания, поперечную надрессорную балку и устройство принудительного наклона кузова, устройство принудительного наклона кузова содержит исполнительный механизм наклона, гидравлическую и электронную системы управления, причем исполнительный механизм наклона выполнен в виде системы трубопроводов, гидропневматических аммортизаторов, установленных попарно с обеих сторон тележки на кронштейнах надрессорной балки, и гидроцилиндров, надпоршневые и штоковые полости которых соединены с гидропневматическими амортизаторами, гидравлическая система управления исполнительного механизма наклона содержит, по меньшей мере, одну насосную установку, выполненную с возможностью управления от единого электронного блока системы управления.

Решение относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкциям тележек подвижного состава с устройством принудительного наклона кузова железнодорожного вагона и со следящей системой для автоматического управления ее движением в рельсовой колее.

Известна тележка железнодорожного вагона, содержащая раму с поперечными балками, связанные с рамой поводками колесные пары, центрально расположенный на раме электродвигатель, к остову которого крепится корпус тягового редуктора, передающего вращение от якоря электродвигателя к колесным парам посредством двух промежуточных и двух ведомых зубчатых колес и далее с помощью карданной муфты системы "Альстом". Такая конструкция тележки позволяет сократить колесную базу и массу тележки (Забродин Б.В. "Электроподвижной состав французских железных дорог". Изд-во транспорт, 1965 г., с.60-64) - аналог.

Недостатком известной тележки является то, что она не снабжена устройством принудительного наклона кузова, что вызывает повышенный износ гребней бандажей и рельсов, увеличивает сопротивление движению в прямых и кривых участках пути.

Известна тележка железнодорожного вагона, содержащая раму, элементы рессорного подвешивания, поперечную надрессорную балку и устройство принудительного наклона кузова (патент РФ 2331536, МПК B61F 5/22, опубл. 20.08.2007 г.) - прототип.

Недостатком известного решения является невысокая надежность и высокая сложность. Это связано с тем, что в нем принудительный наклон осуществляется за счет специального привода, расположенного между надрессорной балкой тележки и шкворневой балкой вагона. Основными недостатками механизмов подобного типа являются необходимость расположения между надрессорной балкой и кузовом силового привода, центрирующего устройства, наклонных качающихся тяг и т.д.; причем, максимальный угол крена кузова должен быть в этом случае, не менее 68°, и этот угол необходимо воспроизвести за время прохождения переходной кривой. Компоновка дополнительных механизмов в тележках требует существенного изменения их конструкции, кроме того, увеличивается вес тележки. Вышеуказанный угол крена обусловлен не только необходимостью компенсировать непогашенное ускорение, но и компенсировать прогиб пружин центрального подвешивания.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является повышение надежности и долговечности тележки при одновременном упрощении и унификации конструкции, путем обеспечения гашения вертикальных колебаний на всех режимах движения, в том числе на прямых и кривых участках пути.

Указанный технический результат достигается тем, что в тележке железнодорожного вагона, содержащей раму, элементы рессорного подвешивания, поперечную надрессорную балку и устройство принудительного наклона кузова, устройство принудительного наклона кузова содержит исполнительный механизм наклона, гидравлическую и электронную системы управления, причем исполнительный механизм наклона выполнен в виде системы трубопроводов, гидропневматических аммортизаторов, установленных попарно с обеих сторон тележки на кронштейнах надрессорной балки, и гидроцилиндров, надпоршневые и штоковые полости которых соединены с гидропневматическими амортизаторами, гидравлическая система управления исполнительного механизма наклона содержит, по меньшей мере, одну насосную установку, выполненную с возможностью управления от единого электронного блока системы управления.

Устройство, характеризующееся тем, что гидравлическая система управления исполнительного механизма наклона содержит две насосные установки.

Устройство, в котором насосные установки размещены под вагоном рядом с тележками.

Устройство, в котором каждая насосная установка выполнена с возможностью управления механизмом наклона, расположенным на одной тележке.

Устройство, характеризующееся тем, что количество насосных установок равно количеству гидроцилиндров.

Устройство, в котором, гидропневматические амортизаторы размещены на тележках и выполнены в виде пневмобаллонов, каждый из которых разделен на две полости поршнем-разделителем.

Устройство, в котором одна полость пневмобаллонов заполнена газообразным азотом под давлением, а другая полость заполнена рабочей жидкостью и сообщается с соответствующей полостью силового цилиндра.

Устройство, в котором между жидкостными полостями гидропневматических амортизаторов и соответствующими полостями гидроцилиндра установлены демпфирующие элементы, каждый из которых состоит из клапана и системы дроссельных отверстий.

Заявляемое устройство представлено на фиг.1-4, где на фиг.1 представлен продольный разрез исполнительного механизма наклона, на фиг.2 представлен вид сбоку на фиг.1, на фиг.3 - схема механизма наклона, на фиг.4 - принципиальная гидравлическая схема механизма принудительного наклона.

Исполнительный механизм наклона размещается на тележке вагона и включает в себя два силовых гидроцилиндра 1, четыре гидропневматических амортизатора 2 и систему трубопроводов 3. Силовые гидроцилиндры 1 могут быть установлены на место штатных гасителей вертикальных колебаний. Надпоршневые и штоковые полости гидроцилиндров 1 соединяются с гидропневматическими амортизаторами 2 гибкими шлангами 3.

Наклон кузова обеспечивается поворотом надрессорной балки 4 относительно рамы 5 тележки путем воздействия на нее силовыми гидроцилиндрами 1. При вхождении вагона в кривую, в одни полости силовых гидроцилиндров подается повышенное давление, а из других соответственно сбрасывается. В результате возникшего перепада давлений в полостях, гидроцилиндры воздействуют на пружины 6, одна из которых частично отпускается, другая сжимается. Минимальное давление сброса ограничено, чтобы избежать посадки на упор поршня-разделителя гидропневматического амортизатора, что обеспечит демпфирование вертикальных колебаний и при движении с наклоном кузова. Гидропневматический амортизатор представляет собой баллон, разделенный на две части поршнем. Одна часть заправлена газообразным азотом, в другой находится гидравлическая жидкость (масло). В жидкостной полости находится дроссельный клапан, создающий сопротивление перетеканию жидкости из силового цилиндра в амортизатор при вертикальных колебаниях вагона. Гидропневматические амортизаторы установлены попарно с обеих сторон тележки на кронштейнах надрессорной балки 4. На раму 5 тележки 7 через пружины центрального рессорного подвешивания 6 опирается поперечная надрессорная балка 4, на которую, в свою очередь, опирается кузов вагона 8 через скользуны. Параллельно пружинам центрального рессорного подвешивания 6 установлены силовые гидроцилиндры 1 связывающие раму тележки с надрессорной балкой 4. Между жидкостными полостями гидропневматических амортизаторов и соответствующими полостями гидроцилиндра установлены демпфирующие элементы 9, каждый из которых состоит из клапана и системы дроссельных отверстий. В результате перемещения поршня силовых гидроцилиндров, вызванного вертикальными колебаниями кузова, происходит постоянное перетекание рабочей жидкости из одной полости в другую через дроссельно-клапанную систему. Причем этот режим работы сохраняется как при движении вагона на прямых, так и криволинейных участках пути.

Гидравлический привод исполнительного механизма наклона обеспечивается двумя насосными установками 10, которые размещаются под вагоном рядом с тележками. Каждая насосная установка обслуживает исполнительный механизм наклона, расположенный на одной тележке. Схема гидравлического привода показана на рис.4.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Если вагон движется с большей скоростью, то даже установленное возвышение наружного рельса не может полностью компенсировать возникающую центробежную силу, и на вагон будет действовать поперечная сила, направленная наружу кривой. Влияние этой силы выражают через непогашенное ускорение, которое определяется датчиком ускорения. При входе вагона в кривую сигнал от датчика ускорения поступает на электронный блок управления, который с помощью гидрораспределителей Р2 и Р3 открывает гидрозамки ГЗ1 и ГЗ2, которые управляют потоком жидкости для обеспечения необходимого наклона кузова. Одновременно силовой гидроцилиндр совместно с каждым из пневмобаллонов исполняет роль гасителя вертикальных колебаний кузова, обеспечивая штатную плавность хода при прохождении кривой.

Единый электронный блок управления управляет и работой насосных установок, с него поступают сигналы на магниты гидрораспределителей, включение и отключение электродвигателя, а также снимаются показания с электронных датчиков.

По сигналу с электронного блока управления включается электродвигатель насоса. В нагнетательной магистрали жидкость циркулирует через распределитель Р1. При включении распределителя Р1 в систему подается давление 160 bar и заряжается гидроаккумулятор ГА. Система готова к работе. При входе в кривую, датчиком поперечных ускорений подается сигнал о превышении непогашенного ускорения 0,2 м/с ².

На магниты Y2 и Y4 распределителей Р2 и Р3 подаются сигналы на открытие. Одновременно открывается распределитель Р4 и из гидроаккумулятора ГА сбрасывается рабочая жидкость через редукционные клапаны КР1 и КР2 в силовые цилиндры. При этом в одном цилиндре заполняется надпоршневая полость, в другом - штоковая. Соответственно штоковая полость одного цилиндра и надпоршневая в другом соединяются со сливной магистралью.

Максимальное давление, поступающее в исполнительные органы ограничивается редукционными клапанами КР1 и КР2. Минимальное давление на сливе ограничивается клапананами давления КД1 и КД2.

При прохождении кривой пропорциональные распределители возвращаются в нейтральное положение тем самым сообщая гидрозамки ГЗ1 и ГЗ2 со сливной магистралью, которые в свою очередь запирают гидросистему механизма наклона. За время прохождения кривой заряжается гидроаккумулятор ГА.

При выходе из кривой подаются сигналы на магниты Y3 и Y5 пропорциональных распределителей и система отрабатывает в обратном порядке.

Для сброса давления из исполнительных органов с целью технического обслуживания и ремонта предусмотрены сливные вентили В1В4.

Кроме этого в систему включены фильтры высокого Ф2 и низкого Ф3 давления, электронагреватель для подогрева рабочей жидкости в зимнее время, реле низких и высоких температур, реле уровня жидкости, датчики давления и манометры.

При движении, как по прямому участку пути, так и при движении в кривой с установившимся углом наклона кузова, а также при неработающем устройстве наклона, исполнительные механизмы отсечены от системы управления гидрозамками ГЗ, т.е., гидрозамки выключены и наличие их не может отрицательно повлиять на характеристики гасителей, а, следовательно, и плавность хода.

Таким образом исполнительные элементы механизма принудительного наклона кузова вагона представляют собой гидропневматическую подвеску, которая включена параллельно пружинам центрального подвешивания и которая в пассивном (прямолинейном участке ж/д пути) и активном (наклон в кривых ж/д пути) режимах обеспечивает штатную плавность хода вагона как при прямолинейном движении, так и при прохождении кривых.

Пример конкретного выполнения.

Технические характеристики заявляемого устройства

Максимальный угол наклона кузова	3°
Потребляемая мощность	6 кВт
Потребляемый ток:	трехфазный 380 В, 50 Гц
	постоянный 27 В
Максимальное давление в силовых цилиндрах	7 Мпа
Максимальное давление в гидросистеме	16 МПа
Диаметр поршня силового цилиндра	90 мм
Диаметр штока силового цилиндра	30 мм

Выход штока силового цилиндра

при максимальном угле наклона	75 мм
Диапазон температур окружающей среды	-40+70°С.
Мощность насосной станции	4 кВт.
Расход рабочей жидкости	18 л/мин.
Диаметр пневмобаллона	120 мм.
Напряжение питания электродвигателя насоса	27 В.
Рабочая жидкость	масло МГЕ10А.

Гидравлическая насосная установка выполнена в виде одного блока и включает в себя, например, следующие основные устройства:

стальной бак Б; трехфазный электродвигатель М, вмонтированный в стенку бака; шестеренный двухступенчатый насос общей производительностью 18 л/мин; гидропневматический аккумулятор ГА; пропорциональные гидрораспределители Р2 и Р3; управляемые гидрозамки ГЗ1 и ГЗ2; клапаны давления КД1КД4; редукционные клапаны КР1 иКР2.

В таблице приведены зависимости скорости от кривизны пути для заявляемого решения.

Общепринятой считается возможность реального увеличения скорости прохождения кривых за счет наклона кузова вагонов примерно на 20-30%. При этом максимальная скорость движения на существующих линиях должна составлять 160-200 км/ч (в зависимости от состояния пути). Повышение скоростей более чем 200 км/ч считается нецелесообразным ввиду значительного роста капиталовложений.

Кроме повышения скорости движения поездов и уменьшения продолжительности поездки использование технологии наклона кузова вагона в кривых за счет управления упругими характеристиками центрального подвешивания в соответствии с заявляемым решением, приносит следующие экономико-эксплуатационные выгоды:

- повышение пропускной способности железнодорожных линий за счет ускорения прохождения поездами блок-участков;

- сокращение оборота подвижного состава, повышение коэффициента его использования;

- уменьшение износа фрикционных тормозных устройств за счет более редкого и менее интенсивного торможения;

- уменьшение потребления энергии на тягу поездов за счет менее частых разгонов.

1. Тележка железнодорожного вагона с устройством принудительного наклона кузова, содержащая раму, элементы рессорного подвешивания и поперечную надрессорную балку, отличающаяся тем, что устройство принудительного наклона кузова содержит исполнительный механизм наклона, гидравлическую и электронную системы управления, причем исполнительный механизм наклона выполнен в виде системы трубопроводов, гидропневматических аммортизаторов, установленных попарно с обеих сторон тележки на кронштейнах надрессорной балки, и гидроцилиндров, надпоршневые и штоковые полости которых соединены с гидропневматическими амортизаторами, гидравлическая система управления исполнительного механизма наклона содержит, по меньшей мере, одну насосную установку, выполненную с возможностью управления от единого электронного блока системы управления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидравлическая система управления исполнительного механизма наклона содержит две насосные установки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что насосные установки размещены под вагоном рядом с тележками.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая насосная установка выполнена с возможностью управления механизмом наклона, расположенным на одной тележке.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидропневматические амортизаторы размещены на тележках и выполнены в виде пневмобаллонов, каждый из которых разделен на две полости поршнем-разделителем.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что одна полость заполнена газообразным азотом под давлением, другая полость заполнена рабочей жидкостью и сообщается с соответствующей полостью силового цилиндра.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что между жидкостными полостями гидропневматических амортизаторов и соответствующими полостями гидроцилиндра установлены демпфирующие элементы, каждый из которых состоит из клапана и системы дроссельных отверстий.