СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА С РЕЛЬСОМ

Название	СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА С РЕЛЬСОМ
Разработчик (Авторы)	Керопян Амбарцум Мкртичевич, Лужнов Юрий Михайлович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2504492
Дата регистрации	14.06.2012
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный горный университет" (МГГУ)
Область применения (класс МПК)	B61C 15/10 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способам повышения реализуемой силы тяги локомотива при движении поезда по рельсовому пути в реальных условиях эксплуатации, например на карьерах в горной промышленности в зимних условиях.

На железных дорогах Северного региона и Сибири в зимних условиях на рельсах появляется ледяная корка в виде так называемого «черного налета», толщина которого может доходить до 1 мм. Название ледяной корки обусловлено наличием в ее структуре мелкодисперсных продуктов износа колес, рельсов, тормозных колодок подвижного состава и частиц смазки [1].

В процессе движения подвижного состава при повышенных углах подъема рельсового пути в условиях промышленных карьеров (до 60-80 промилле) колесные пары локомотива при наличии на рельсах ледяной корки могут двигаться с пробуксовкой, что приведет к снижению коэффициента сцепления и, следовательно, к уменьшению тягового усилия локомотива.

Известен способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом, заключающийся в подаче сухого песка к точкам контакта колес с рельсами [2]. Данный способ для применения в зимних условиях не пригоден, так как непрерывно подаваемое, при этом, в зону контакта количество песка значительно превышает требуемое количество и его избыток засоряет рельсовый путь. Кроме того, следует учесть условия зимнего климата, длящегося в России несколько месяцев при температуре -25°…-40°C, и повышенные углы подъема карьерного рельсового пути.

Известен способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом, заключающийся в применении регулируемой импульсной подачи песка в зону контакта колеса и рельса [3]. В данном способе за счет регулирования количества подачи песка несколько уменьшен его расход, однако он также не обеспечивает увеличение коэффициента сцепления колес с рельсами в зимних условиях и существенное снижение расхода песка.

Следует отметить, что при наличии на рельсах в зоне их контакта с колесами значительного слоя песка, их взаимодействие осуществляется не непосредственно по схеме «металл-металл», а при участии многослойной прослойки песка. При этом передача нагрузки от колеса к рельсу происходит при взаимодействии частиц песка друг с другом, что приводит к снижению тяговых характеристик локомотива.

Известен также способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом, заключающийся в том, что применяют дополнительные форсунки и электропневматические клапаны, отрегулированные на другую подачу песка [4]. Техническим результатом известного способа является решение, обеспечивающее регулируемое количество песка, подаваемого под колеса локомотива. Это техническое решение принято нами в качестве прототипа. Недостатком прототипа при реализации данного способа является невозможность обеспечения увеличения сцепления колеса с рельсом в зимних условиях.

Техническим результатом изобретения является увеличение сцепления колеса с рельсом и повышение тягового усилия локомотива в зимних условиях.

На фиг.1 изображена схема реализации способа увеличения сцепления колеса с рельсом в зимних условиях.

Способ увеличения сцепления колеса с рельсом и повышения тягового усилия локомотива в зимних условиях заключается в следующем.

Абразивный материал, например сухой кварцевый песок, из бункера 1 перемещают в индуктор 2, нагревая до требуемой температуры, транспортируют через отрегулированные на разное количество подачи песка форсунки 3, подают в зону контакта 4 колеса 5 с рельсом 6 по трубопроводам 7, 8, 9 через сопло 10. Далее нагретый песок, попав в зону 4 на ледяную корку перед колесом 5 на поверхности рельса 6, интенсивно растапливает ее и создает условия для обеспечения нормальных условий взаимодействия нагретых частиц песка с колесом и рельсом.

В зависимости от условий эксплуатации в зону 4 подают необходимое количество песка путем включения той или иной форсунки с помощью электропневматических клапанов 11, 12, 13. Нажатием кнопок 14, 15, 16 воздух от питающей магистрали 17 через разобщающий кран 18 и соответствующие электропневматические клапаны подводят к песочным форсункам.

Температуру нагрева песка в индукторе 2 определяют исходя из следующих соображений. Согласно имеющимся сведениям при нагреве поверхности на 18…20°С выше температуры окружающего воздуха происходит интенсивная сухая возгонка льда [1], (с.82). Здесь приводится формула для определения температуры подогрева рельса t_р.

где t_в - температура воздуха в °С.

Учитывая вышеизложенное, приняв температуру нагретого рельса равной температуре песка, формулу (1) можно представить в виде

где t_n - температура нагрева песка, °С;

K_п - коэффициент, учитывающий тепловые потери вследствие адиабатического расширения поступающей из трубопровода 3 воздушно-песочной смеси при доставке песка через пескоподающие трубы 7, 8, 9 из индуктора 2 к соплу 10. Коэффициент K_п также зависит от технических характеристик устройства, реализующего подачу песка согласно данному способу. В среднем K_п можно принять равным 1,2…1,5.

Например, при температуре воздуха: -30°, принимая K_п=1,35 по формуле (2), получим t_n=1,16·(-30)+1,35·16=-13,2.

Таким образом, при температуре воздуха -30°С достаточно довести температуру песка до -13.2°С. Значение коэффициента K_п следует уточнять в зависимости от реальных параметров системы нагреватель - транспортирующая пескопроводная система.

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить повышение коэффициента сцепления и, следовательно, увеличение тягового усилия локомотива. В результате уменьшения пробуксовки колесных пар уменьшится износ бандажей колесных пар тягового оборудования и рельсов, что позволит избежать дополнительных энергетических потерь, связанных с буксованием. Кроме того, нагрев песка способствует уменьшению вероятности его смерзания в пескоподающей системе в зимних условиях.

В связи с универсальностью этот способ может быть применен для всех видов железнодорожных транспортных средств независимо от типа приводного механизма колесных пар: локомотивов с электрической и тепловой тягой, различных путевых машин, используемых на железнодорожном транспорте, а также для тяговых агрегатов, применяемых в горной промышленности.

Формула изобретения

1. Способ увеличения сцепления колеса с рельсом, заключающийся в том, что в зону контакта колеса с рельсом подают сухой песок, отличающийся тем, что с целью обеспечения функционирования пары колесо-рельс в зимний период песок подают в зону контакта предварительно подогретым, например, при помощи индукционного нагревателя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину нагрева песка определяют с учетом температуры окружающей среды (рельса) и тепловых потерь системы нагреватель - транспортирующая пескопроводная система.

Изобретение "СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА С РЕЛЬСОМ" (Керопян Амбарцум Мкртичевич, Лужнов Юрий Михайлович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога