Патент на изобретение №2290333

(54) РЕАКТИВНЫЙ ЛОКОМОТИВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и касается конструкции реактивного локомотива. Реактивный локомотив содержит кузов, ходовую часть, токоприемное устройство, тормозную и тяговые системы. Тяговые электродвигатели соединены между собой валами и через зубчатую передачу – с хвостовиком или передним носком вала тягового вентилятора. Полость за тяговым вентилятором соединена с элементами системы вентиляции трубопроводами, а выход из компрессора мотор-компрессора соединен с элементами системы вентиляции трубопроводами через клапаны. Технический результат – упрощение тяговой и тормозной системы, повышение безопасности скоростного движения и увеличение ресурса электрооборудования. 4 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в пассажирских и грузовых поездах.

Известен локомотив, содержащий кузов, ходовую часть, токоприемное устройство, преобразователи электрического тока, линии электропитания, элементы системы вентиляции, мотор-компрессор, тяговые электродвигатели на ведущих осях для создания силы тяги при взаимодействии колес с рельсами, тормозную систему колодочного типа для создания тормозной силы взаимодействием тормозных колодок и колес по поверхности катания (В.К.Калинин. Электровозы и электропоезда. – М.: Транспорт, 1991. – 480 с. (на с.86-99)).

К недостаткам известного локомотива относятся сложность конструкции и недостаточная надежность тяговой системы вследствие возможных неисправностей при взаимодействии колес с рельсами для создания силы тяги и тормозной системы вследствие возможных неисправностей при взаимодействии тормозных колодок с колесами для создания тормозной силы.

Известен реактивный газотурбинный локомотив, содержащий кузов, ходовую часть, не менее чем один установленный в кузове двухконтурный турбореактивный двигатель в качестве энергомеханического блока с тяговым вентилятором тяговой системы, полостью за тяговым вентилятором, подсоединенный к выходному устройству с плоским реактивным соплом, эжектором, створчатым реверсором тяги, воздухозаборник, воздухоочиститель, элементы шумоглушения, систему подачи топлива в двигатель, систему запуска, систему автоматического регулирования, емкость для топлива, мотор-компрессор, трубопроводы, клапаны, тормозную систему с воздушными резервуарами, тормозными реактивными соплами, рабочими клапанами, стояночными тормозными колодками, зубчатую передачу [патент на изобретение №22251505 “Реактивный газотурбинный локомотив” автора Фишбейна Б.Д.].

К недостаткам известного реактивного газотурбинного локомотива относятся сложность конструкции двухконтурного турбореактивного двигателя с тяговым вентилятором, ограниченность объема емкости для топлива и недостаточная дальность пробега после экипировки локомотива топливом.

Данное техническое решение выбрано автором в качестве прототипа.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции тяговой системы, повышение ее надежности и ресурса работы и одновременно увеличение дальности пробега.

Технический результат достигается тем, что в реактивном локомотиве, содержащем кузов, ходовую часть, токоприемное устройство, преобразователи электрического тока, линии электропитания, элементы системы вентиляции, мотор-компрессор, тяговые электродвигатели, трубопроводы, клапаны, тормозную систему с воздушными резервуарами, тормозными реактивными соплами, рабочими клапанами, стояночными тормозными колодками, трубопроводом с клапаном для подсоединения к воздушной магистрали тормозной системы поезда, зубчатую передачу, а также тяговую систему, включающую в себя не менее чем один установленный в кузове или на крыше локомотива энергомеханический блок с воздухозаборником, воздухоочистителем, элементами шумоглушения, не менее чем одним тяговым вентилятором на валу с передним носком и хвостовиком, полостью за тяговым вентилятором, соединенной с выходным устройством с плоским реактивным соплом, эжектором, створчатым реверсом тяги, тяговые электродвигатели, соединенные между собой валами и через зубчатую передачу с хвостовиком или передним носком вала тягового вентилятора, установлены в кузове или на крыше локомотива, причем полость за тяговым вентилятором соединена с элементами системы вентиляции трубопроводами, а выход из компрессора мотор-компрессора соединен с элементами системы вентиляции трубопроводами через клапаны.

Тяговые электродвигатели более простые по конструкции, чем газотурбинный двигатель, приводят во вращение тяговый вентилятор, создавая силу тяги для движения реактивного локомотива вперед, а с помощью реверсора тяги, эжектора, тормозных реактивных сопел создается тормозная сила до полной остановки локомотива. Исключается необходимость экипировки локомотива топливом и увеличивается дальность пробега. Отбор части воздуха из полости за тяговым вентилятором и подача его трубопроводами к элементам системы вентиляции или трубопроводами с клапанами через компрессор мотор-компрессора в систему вентиляции обеспечивают надежное воздушное охлаждение электрического оборудования локомотива на всех режимах работы и повышают ресурс электрооборудования.

На фиг.1 приведен общий вид реактивного локомотива с приводом тягового вентилятора от тяговых электродвигателей через зубчатую передачу и хвостовик вала; на фиг.2 – энергомеханический блок с приводом тягового вентилятора от тяговых электродвигателей через зубчатую передачу и передний носок вала; на фиг.3 – общий вид реактивного локомотива с энергомеханическим блоком, установленным на крыше кузова; на фиг.4 – плоское реактивное сопло выходного устройства с эжектором и створками реверсора тяги, установленными в рабочее положение (пунктиром створки реверсора тяги в нерабочем положении).

Реактивный локомотив имеет (фиг.1) раму 1 с кузовом 2, тележки 3, стояночные колодочные тормоза 4, энергомеханический блок 5 на раме 6, токоприемное устройство 7, преобразователи 8 электрического тока, воздушные резервуары 9 с тормозными реактивными соплами 10 и рабочими клапанами 11, тяговые электродвигатели 12 с валами 13-15 (фиг.1 и 2), линии 16 электропитания, входной канал 17 с воздухозаборником 18 и воздухоочистителем 19, элементы шумоглушения 20, выходное устройство 21 с плоским реактивным соплом 22, реверсором тяги 23, эжектором 24, мотор-компрессор 25, трубопроводы 26 отбора воздуха, трубопроводы 27 с обратными клапанами 28, трубопроводы 29 с клапанами 30, аэродинамический обтекатель 31, элементы 32 системы вентиляции, трубопровод воздушной тормозной магистрали 33 с клапаном 34.

Энергомеханический блок содержит тяговый вентилятор 35, вал 36 с хвостовиком 37 и передним носком 38, полость 39 за тяговым вентилятором, опоры 40 и 41, зубчатую передачу 42, узлы крепления 43, рычаги 44, цапфы 45, створки 46.

Движение реактивного локомотива, работа энергомеханического блока с приводом тягового вентилятора от тяговых электродвигателей, а также работа тормозной системы и элементов системы вентиляции происходят следующим образом.

Воздух из атмосферы (фиг.1) поступает во входной канал 17 через воздухозаборник 18, очищается от пыли и мелких посторонних предметов воздухоочистителем 19, причем шум, генерируемый движением воздуха в канале 17, поглощается элементами шумоглушения 20. Далее воздух поступает (фиг.1 продолжение 1) в энергомеханический блок 5, где тяговый вентилятор 35 на валу 36 через хвостовик 37 приводится во вращение через зубчатую передачу 42 тяговыми электродвигателями 12, соединенными между собой валами 13 и 14 (фиг.1 продолжение 2), или валом 15 с передним носком 38 (фиг.2) вала 36 тягового вентилятора 35. Тяговые электродвигатели 12 получают электроэнергию по линиям 16 электропитания через преобразователи 8 электрического тока и токоприемное устройство 7 от контактного провода сети электроснабжения. Тяговый вентилятор 35 при вращении повышает полное давление воздуха, поступающего в полость 39 и далее в выходное устройство 21 с плоским реактивным соплом 22 и эжектором 24, в результате чего создается реактивная сила тяги, перемещающая локомотив вперед. Одновременно часть воздуха из полости 39 по трубопроводам 26 отбора воздуха подается к элементам 32 системы вентиляции, обеспечивая охлаждение электрооборудования, и на вход в компрессор мотор-компрессора 25, который дополнительно повышает полное давление воздуха. Через обратные клапаны 28 по трубопроводу 27 воздух высокого давления поступает на зарядку воздушных резервуаров 9 тормозной системы, а по трубопроводу 33 через обратный клапан 34 имеет возможность поступать в воздушную магистраль тормозной системы поезда. На низких режимах работы, близких к холостому ходу, давление в полости 39 может оказаться недостаточным для преодоления сопротивления трубопроводов 26 и элементов 32 системы вентиляции. На таких режимах работы воздух к элементам 32 системы вентиляции поступает через компрессор мотор-компрессора 25 по трубопроводам 29 и открытые клапаны 30.

Сила тяги, создаваемая при истечении воздушной струи из плоского реактивного сопла 22, воспринимается деталями энергомеханического блока 5, передается через опоры 40 и 41, раму 6, узлы крепления 43 и раму 1 локомотива на оси тележек 3. В результате происходят качение колес локомотива по рельсам и движение его вперед. Колеса и рельсы воспринимают силу веса локомотива и момент силы тяги относительно центра тяжести, а силовое взаимодействие колес и рельсов через силу трения в контакте оказывается исключенным.

При движении реактивного локомотива вперед створки 46 реверсора тяги 23 рычагами 44 повернуты вокруг цапф 45 в нерабочее положение (фиг.4, пунктир) за наружной поверхностью эжектора 24, через который подсасывается воздух из атмосферы, увеличивая силу тяги. Аэродинамический обтекатель 31 уменьшает сопротивление движению и уменьшает потребную для движения силу тяги и расход энергии.

При торможении реактивного локомотива от реализуемой скорости V до полной остановки (V=0) створки 46 рычагами 44 переставляются в рабочее положение (фиг.4) под углом , что позволяет получить основную часть тормозной силы. Кроме того, одновременно открываются рабочие клапаны 11 воздушных резервуаров 9. Воздух, истекающий через тормозные реактивные сопла 10 в атмосферу, также создает тормозную силу дополнительно.

Общая суммарная тормозная сила реактивного локомотива равна:

X_торм=X_осн+X_доп+Х_{аэр.сопр}, кгс

где Х_{аэр.сопр} – сила аэродинамического сопротивления;

Х_доп – дополнительная тормозная сила, создаваемая тормозными реактивными соплами;

где Gв_трс – секундный расход воздуха через тормозные реактивные сопла, кг/сек;

W_трс – скорость истечения струи из тормозных реактивных сопел, м/с;

Х_осн – основная часть тормозной силы

Х_осн=R_обр=-R_прям*cos, кгс

где R_прям – сила тяги при движении реактивного локомотива вперед (режим “прямой тяги”);

где Gв – секундный расход воздуха через тяговый вентилятор, кг/сек;

Gв_вент – постоянный отбор воздуха из полости за тяговым вентилятором в систему вентиляции электрооборудования, кг/сек;

Gв_трс=0, если на режиме “прямой тяги” нет одновременно отбора воздуха в тормозные реактивные сопла, м/с;

W_С – скорость истечения струи из плоского реактивного сопла, м/с;

V – скорость движения реактивного локомотива, м/с;

g=9,81 м/сек² – ускорение силы тяжести.

Удержание реактивного локомотива на месте после полной остановки обеспечивает стояночные колодочные тормоза 4. Задний ход реактивного локомотива после остановки обеспечивает реверсор тяги 23 и тормозные реактивные сопла 10.

Применение реактивного локомотива позволяет упростить тяговую и тормозную системы, повысить безопасность скоростного движения и увеличить ресурс электрооборудования благодаря эффективной системе вентиляции.

Формула изобретения

Реактивный локомотив, содержащий кузов, ходовую часть, токоприемное устройство, преобразователи электрического тока, линии электропитания, не менее чем один тяговый электродвигатель, элементы системы вентиляции, мотор-компрессор, трубопроводы, клапаны, тормозную систему с воздушными резервуарами, соединенными через обратные клапаны с выходом из компрессора мотор-компрессора и снабженными тормозными реактивными соплами с рабочими клапанами, стояночные тормозные колодки, трубопровод тормозной системы с возможностью подсоединения к воздушной магистрали тормозной системы поезда, зубчатую передачу, а также тяговую систему, включающую в себя не менее чем один установленный в кузове или на крыше локомотива энергомеханический блок с воздухозаборником, воздухоочистителем, элементами шумоглушения, валом, выполненным с передним носком и хвостовиком, не менее чем одним тяговым вентилятором на валу, полостью за тяговым вентилятором, подсоединенной к выходному устройству с плоским реактивным соплом, эжектором, створчатым реверсором тяги и соединенной трубопроводом с входом в компрессор мотор-компрессора, отличающийся тем, что тяговые электродвигатели, соединенные между собой валами и через зубчатую передачу с хвостовиком или передним носком вала тягового вентилятора, установлены в кузове локомотива или на крыше, причем полость за тяговым вентилятором соединена с элементами системы вентиляции трубопроводами, а выход из компрессора мотор-компрессора соединен с элементами системы вентиляции трубопроводами через клапаны.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 24.06.2007

Извещение опубликовано: 20.02.2009 БИ: 05/2009