RU149213U1

RU149213U1 - LOCOMOTIVE POWER DRIVE COMPENSATION CLUTCH

Info

Publication number: RU149213U1
Application number: RU2014120704/11U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Воробьев; Андрей Сергеевич Космодамианский; Олег Васильевич Измеров; Александр Анатольевич Пугачев; Александр Васильевич Самотканов
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2014-12-27

Abstract

Компенсационная муфта тягового привода локомотива, содержащая промежуточную рамку с центральным отверстием, имеющую два кронштейна с проушинами, а также шатуны, соединенные с помощью универсального упругого шарнира одними концами с полым валом, а другими с пальцами полого вала, неравномерно расположенными по окружности, причем центры шарниров промежуточной рамки и полого вала расположены на разных окружностях, имеющих наибольшие по габаритным ограничениям диаметры, при этом рамка соединена с выступами колесной пары, расположенными вдоль оси шатунов через плоские упругие элементы, выполненные из высокоэластичного материала, отличающаяся тем, что шатуны направлены по окружности в разные стороны, а крайние из любых трех смежных универсальных упругих шарниров установлены симметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось среднего шарнира.Compensation coupling of a locomotive traction drive, comprising an intermediate frame with a central hole, having two brackets with eyes, as well as connecting rods connected by a universal elastic joint at one end with a hollow shaft, and at the other with hollow shaft fingers unevenly arranged around the circumference, with the hinge centers the intermediate frame and the hollow shaft are located on different circles having the largest diameters in terms of overall restrictions, while the frame is connected to the protrusions of the wheelset located in ol rods axially through the flat elastic elements made of elastomeric material, characterized in that the connecting rods are directed circumferentially in opposite directions, and the extreme of any three adjacent elastic universal joints arranged symmetrically with respect to a diametral plane passing through the middle of the hinge axis.

Description

Компенсационная муфта тягового привода локомотива относится к железнодорожному транспорту, а именно к муфтам для передачи крутящего момента от тягового двигателя к колесной паре.Compensation clutch traction drive locomotive relates to railway transport, namely, couplings for transmitting torque from the traction engine to the wheelset.

Известны компенсационные муфты тягового привода локомотива, совокупность признаков которых сходна с совокупностью существенных признаков предполагаемого изобретения.Known compensatory clutch traction drive of a locomotive, the combination of features of which is similar to the combination of essential features of the alleged invention.

Известна компенсационная муфта тягового привода, предназначенная для передачи крутящего момента от полого вала, охватывающего ось колесной пары, к колесной паре, выполненная в виде плавающей промежуточной рамки, имеющей четыре кронштейна с проушинами, и четырех шатунов, расположенных по окружности в одну сторону и соединяющих ее попарно с полым валом и осью колесной пары [1].Known compensation coupling traction drive, designed to transmit torque from a hollow shaft covering the axis of the wheelset to the wheelset, made in the form of a floating intermediate frame having four brackets with eyes, and four connecting rods located on the circumference in one direction and connecting it in pairs with a hollow shaft and the axis of the wheelset [1].

Недостатком указанной компенсационной муфты является то, что у этой муфты угловые перемещения в шарнирах при радиальном смещении полого вала относительно колесной пары велики и достигают таких размеров, что применить в них резиновые упругие элементы практически невозможно.The disadvantage of this compensation coupling is that this coupling has angular displacements in the hinges with a radial displacement of the hollow shaft relative to the wheelset and are so large that it is practically impossible to use rubber elastic elements in them.

Известна компенсационная муфта тягового привода локомотива, имеющего опорно-рамное подвешивание тягового двигателя с передачей крутящего момента на ось колесной пары посредством охватывающего ее полого вала, содержащая промежуточную рамку с центральным отверстием и расположенными по ее периферии четырьмя кронштейнами с проушинами, а также направленные по окружности в одну сторону шатуны, посредством упругих шарниров соединенные одними концами с кронштейнами - проушинами, а другими поочередно с полым валом и колесной парой. [2].Known is a compensatory coupling of the traction drive of a locomotive having a supporting frame suspension of the traction engine with transmission of torque to the axle of the pair of wheels through the hollow shaft enclosing it, comprising an intermediate frame with a central hole and four brackets with eyes located along its periphery, as well as circumferentially directed in a circle one side of the connecting rods, through elastic joints connected at one end to the brackets - eyes, and the other alternately with the hollow shaft and the wheelset. [2].

Недостатком муфты является высокая нагруженность упругих элементов в шарнирах из-за значительных углов поворота в шарнирах при относительных перемещениях полого вала и колесной пары и их расцентровке.The disadvantage of the coupling is the high loading of the elastic elements in the hinges due to the significant rotation angles in the hinges with relative movements of the hollow shaft and the wheel pair and their misalignment.

В качестве прототипа предполагаемой полезной модели выбрана компенсационная муфта тягового привода локомотива [3]. Компенсационная муфта тягового привода локомотива содержит промежуточную рамку с центральным отверстием, имеющую два кронштейна с проушинами, шатуны, направленные по окружности в одну сторону, соединенные с помощью универсальных упругих шарниров одними концами с полым валом, а другими с пальцами полого вала неравномерно расположенными по окружности, при этом крайние из любых трех смежных универсальных упругих шарниров установлены несимметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось среднего шарнира, причем центры шарниров промежуточной рамки и полого вала расположены на разных окружностях, имеющих наибольшие по габаритным ограничениям диаметры, причем рамка соединена с выступами колесной пары, расположенными вдоль оси шатунов через плоские упругие элементы, выполненные из высокоэластичного материала.As a prototype of the proposed utility model, the compensation coupling of the traction drive of the locomotive was selected [3]. The locomotive traction drive compensation coupling contains an intermediate frame with a central hole, having two brackets with eyes, connecting rods directed along the circumference in one direction, connected by universal elastic joints at one end with the hollow shaft, and the other with the hollow shaft fingers unevenly arranged around the circumference, the extreme of any three adjacent universal elastic hinges are mounted asymmetrically with respect to the diametrical plane passing through the axis of the middle hinge, and s hinges intermediate frame and a hollow shaft are arranged on different circles having the largest diameters of dimensional constraints, the frame is connected with the wheelset protrusions arranged along the axis of rods through the flat elastic elements made of elastomeric material.

Эта компенсационная муфта тягового привода локомотива имеет также недостатки. При вертикальных перемещениях колесной пары относительно рамы тележки, возникающих при колебаниях надрессорного строения, в известном приводе возникают динамические моменты (см. схему фиг. 1, где сплошными линиями показаны части механизма в исходном положении, а пунктирными - после перемещения). Допустим, что фланец 7 полого вала перемещается в вертикальном направлении на величину h относительно колесной пары, выступы 6 которой через плоские упругие элементы 5 связаны с промежуточной рамкой 1. Указанное перемещение вызывает поворот поводков 2 длиной L вокруг шарнира 4, связывающего поводок 2 с промежуточной рамкой 1, что уменьшает проекцию поводков 2 на продольную ось промежуточной рамки на величину k, равнуюThis locomotive traction drive clutch also has disadvantages. With vertical movements of the wheelset relative to the frame of the trolley arising from vibrations of the spring structure, dynamic moments arise in the known drive (see the diagram of Fig. 1, where the solid parts show the parts of the mechanism in the initial position, and dashed lines after the movement). Suppose that the hollow shaft flange 7 moves vertically by an amount h relative to the wheel pair, the protrusions 6 of which are connected through the elastic frame 5 to the intermediate frame 1. This movement causes the leads 2 of length L to rotate around the hinge 4 connecting the lead 2 to the intermediate frame 1, which reduces the projection of the leads 2 on the longitudinal axis of the intermediate frame by a value of k equal to

Поскольку поводки 2 направлены в одну сторону по окружности, и, соответственно, в разные стороны относительно промежуточной рамки 1, то перемещения вертикальных проекций каждого из шарниров 4 на продольную ось промежуточной рамки 1 будут равны k и направлены встречно друг другу. Поскольку поводки 2 являются твердым телом, и не могут менять свою длину, а шарниры 3 жестко закреплены на противоположных концах промежуточной рамки 1, то шарниры 3 не могут перемещаться навстречу друг другу. Таким образом, навстречу друг другу могут перемещаться только шарниры 4 (проекция расстояния между которыми на горизонтальную ось станет равной L₁=L-2k). Как видно из схемы фиг. 1., такое возможно только при повороте полого вала 7 (условно показан на схеме серым заштрихованным прямоугольником) на угол, обозначенный на схеме фиг. 1. буквой φ. В результате вертикальные колебания надрессорного строения локомотива при прохождении неровностей пути приводят к крутильным колебаниям полого вала тягового привода и связанных полым валом деталей привода, что снижает надежность и долговечность зубчатых передач и подшипников привода. Это особенно актуально в случае, когда в тяговом приводе используется частотно-управляемый асинхронный тяговый двигатель, поскольку изменение частоты вращения при колебаниях вала якоря двигателя, связанного с полым валом тягового привода, приводит к изменению разности частот вращения якоря и магнитного поля статора, а она, в свою очередь, к колебаниям тока двигателя. Колебания тока частотно-управляемого асинхронного тягового двигателя могут привести к нестабильности работы системы управления полупроводниковым преобразователем частоты в цепи питания тягового электродвигателя. Кроме того, совпадение частот крутильных колебаний с частотой пульсаций тягового момента асинхронного тягового двигателя, возникающих из-за несинусоидальности тока преобразователя, могут привести к резонансным колебаниям, увеличению динамических нагрузок на детали привода и снижению их надежности и долговечности.Since the leashes 2 are directed in one direction around the circumference, and, accordingly, in different directions relative to the intermediate frame 1, the displacements of the vertical projections of each of the hinges 4 on the longitudinal axis of the intermediate frame 1 will be equal to k and directed opposite to each other. Since the leashes 2 are solid, and cannot change their length, and the hinges 3 are rigidly fixed at opposite ends of the intermediate frame 1, the hinges 3 cannot move towards each other. Thus, only hinges 4 can move towards each other (the projection of the distance between them on the horizontal axis will become equal to L ₁ = L-2k). As can be seen from the diagram of FIG. 1., this is possible only when turning the hollow shaft 7 (conventionally shown in the diagram as a gray hatched rectangle) by the angle indicated in the diagram of FIG. 1. The letter φ. As a result, the vertical vibrations of the locomotive’s overpressure structure during uneven paths lead to torsional vibrations of the hollow shaft of the traction drive and the parts of the drive connected by the hollow shaft, which reduces the reliability and durability of gears and drive bearings. This is especially true in the case when a frequency-controlled asynchronous traction motor is used in the traction drive, since a change in the rotation frequency during oscillations of the armature shaft of the motor associated with the hollow shaft of the traction drive leads to a change in the difference in the rotation frequencies of the armature and the stator magnetic field, and she, in turn, to fluctuations in the motor current. Fluctuations in the current of a frequency-controlled asynchronous traction motor can lead to instability of the control system of the semiconductor frequency converter in the power circuit of the traction motor. In addition, the coincidence of the torsional vibration frequencies with the pulsation frequency of the traction moment of the asynchronous traction motor resulting from the non-sinusoidal current of the converter can lead to resonant vibrations, an increase in dynamic loads on drive parts and a decrease in their reliability and durability.

Предлагаемая компенсационная муфта тягового привода локомотива не имеет недостатков известных компенсационных муфт. Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, где наThe proposed compensation coupling of the traction drive of the locomotive does not have the disadvantages of the known compensation couplings. The essence of the alleged invention is illustrated by drawings, where

Фиг. 1. приведена кинематическая схема, поясняющая недостатки прототипа.FIG. 1. shows a kinematic diagram explaining the disadvantages of the prototype.

Фиг. 2. - муфта, общий вид.FIG. 2. - coupling, general view.

Фиг. 3 - разрез А-А фиг. 1.FIG. 3 is a section AA of FIG. one.

Фиг. 4 - разрез Б-Б фиг 1.FIG. 4 is a section BB of FIG. 1.

Фиг. 5 - разрез В-В фиг. 1.FIG. 5 is a section BB of FIG. one.

Фиг. 6. - кинематическая схема предлагаемой муфты.FIG. 6. - kinematic diagram of the proposed coupling.

Компенсационная муфта (фиг. 2) включает в себя промежуточную рамку 1, имеющую два кронштейна с проушинами, в которых шатуны 2 закреплены с помощью универсальных упругих шарниров (сайлентблоков) 3 одними концами с промежуточной рамкой, а другими - с пальцами 4 полого вала, причем шатуны направлены по окружности в разные стороны, а крайние из любых трех смежных универсальных упругих шарниров установлены симметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось среднего шарнира. Промежуточная рамка через плоские упругие элементы 5 из высокоэластичного материала (например, резины), расположенные в пазах рамки, соединена с выступами 6 колесной пары.The expansion joint (Fig. 2) includes an intermediate frame 1 having two brackets with eyes, in which the connecting rods 2 are fixed with universal elastic joints (silent blocks) 3 at one end with an intermediate frame, and the other with the fingers 4 of the hollow shaft, the connecting rods are directed around the circumference in different directions, and the extreme of any three adjacent universal elastic joints are installed symmetrically with respect to the diametrical plane passing through the axis of the middle joint. The intermediate frame through the flat elastic elements 5 of highly elastic material (eg rubber), located in the grooves of the frame, is connected with the protrusions 6 of the wheelset.

Радиальные перемещения полого вала относительно колесной пары перпендикулярно оси, проходящей через выступы колесной пары, обеспечиваются за счет поворота шатунов 2 вокруг осей сайлентблоков и поворота полого вала относительно колесной пары, а радиальные перемещения полого вала относительно колесной пары вдоль оси, проходящей через выступы колесной пары - за счет деформации сдвига плоских упругих элементов 5. Передача крутящего момента осуществляется за счет усилий, возникающих при радиальной деформации сайлентблоков 3 и 4 и деформации сжатия плоских упругих элементов 5.Radial movements of the hollow shaft relative to the wheel pair perpendicular to the axis passing through the protrusions of the wheel pair are ensured by rotation of the connecting rods 2 around the axles of the silent blocks and rotation of the hollow shaft relative to the wheel pair, and the radial movements of the hollow shaft relative to the wheel pair along the axis passing through the protrusions of the wheel pair due to shear deformation of flat elastic elements 5. Torque is transmitted due to the forces arising from radial deformation of silent blocks 3 and 4 and deformation compressing the flat elastic elements 5.

На кинематической схеме фиг 6 черной линией показаны детали предлагаемой муфты в исходном положении, серой пунктирной линией - при вертикальном перемещении полого вала относительно оси колесной пары, обозначения деталей и их перемещений те же, что и на схеме фиг. 1. Как видно из схемы фиг. 6, вертикальное перемещение полого вала величиной h приводит к уменьшению проекции поводков 2 на плоскость, проходящую через продольную ось промежуточной рамки 1, на величину k. Поскольку поводки 2 направлены по окружности в разные стороны, и, соответственно, в одну сторону относительно промежуточной рамки 1, связаны с промежуточной ракой 1 шарнирами 3 на одном из ее концов, а промежуточная рамка 1 может перемещаться вдоль своей оси за счет деформации упругих элементов 5, то перемещение шарниров 3 в горизонтальной плоскости на величину k обеспечивается за счет перемещения промежуточной рамки 1 на ту же величину k за счет деформации упругих элементов 5. При этом шарниры 4 (см. фиг. 6), связывающие поводки 2 с полым валом, не перемещаются в горизонтальной плоскости, поворота полого вала вокруг продольной оси колесной пары не происходит, и колебания надрессорного строения не приводят к крутильным колебаниям полого вала.In the kinematic diagram of FIG. 6, the black line shows the details of the proposed coupling in the initial position, the gray dotted line shows the vertical movement of the hollow shaft relative to the axis of the wheelset, the designations of the parts and their movements are the same as in the diagram of FIG. 1. As can be seen from the diagram of FIG. 6, the vertical movement of the hollow shaft by an amount of h reduces the projection of the leads 2 on a plane passing through the longitudinal axis of the intermediate frame 1 by a value of k. Since the leads 2 are directed in a circle in different directions, and, accordingly, in one direction relative to the intermediate frame 1, are connected to the intermediate casing 1 by hinges 3 at one of its ends, and the intermediate frame 1 can move along its axis due to the deformation of the elastic elements 5 , then the movement of the hinges 3 in the horizontal plane by a value of k is ensured by moving the intermediate frame 1 by the same value of k due to the deformation of the elastic elements 5. Moreover, the hinges 4 (see Fig. 6) connecting the leads 2 with a hollow shaft do not P move in the horizontal plane, the rotation of the hollow shaft around the longitudinal axis of the wheelset does not occur, and the vibrations of the overpressor structure do not lead to torsional vibrations of the hollow shaft.

Предполагаемое изобретение обеспечивает получение следующих видов технического результата. Направление шатунов по окружности в разные стороны и установка крайних из любых трех смежных универсальных упругих шарниров симметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось среднего шарнира, позволяет повысить эксплуатационную надежность и долговечность зубчатой передачи и подшипниковых опор привода вследствие отсутствия крутильных колебаний полого вала при вертикальных колебаниях надрессорного строения во время прохождения неровностей пути.The alleged invention provides the following types of technical result. The direction of the connecting rods around the circumference in different directions and the installation of the extreme of any three adjacent universal elastic joints is symmetrical with respect to the diametrical plane passing through the axis of the middle joint, which improves the operational reliability and durability of the gear transmission and bearing bearings of the drive due to the absence of torsional vibrations of the hollow shaft with vertical vibrations of the spring structures during the passage of roughnesses of the path.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки на полезную модель:Sources of information taken into account when drawing up an application for a utility model:

1. Патент Германии №58270, кл. 20 в 10/01, 18901. German patent No. 58270, cl. 20 on 10/01, 1890

2. Авторское свидетельство СССР №184924, кл. B61C 9/46, 19652. Copyright certificate of the USSR No. 184924, cl. B61C 9/46, 1965

3. Патент РФ №2437786. Компенсационная муфта тягового привода локомотива / Г.С. Михальченко, О.В. Измеров, В.И. Воробьев, В.Г. Новиков, Д.В. Воробьев, А.С. Космодамианский, А.С.Новиков. 21.12.2009.3. RF patent No. 2437786. Compensation coupling of the traction drive of a locomotive / G.S. Mikhalchenko, O.V. Izmerov, V.I. Vorobiev, V.G. Novikov, D.V. Vorobiev, A.S. Cosmodamian, A.S. Novikov. 12/21/2009.

Claims

Compensation coupling of a locomotive traction drive, comprising an intermediate frame with a central hole, having two brackets with eyes, as well as connecting rods connected by a universal elastic joint at one end with a hollow shaft, and at the other with hollow shaft fingers unevenly spaced around the center of the hinge the intermediate frame and the hollow shaft are located on different circles having the largest diameters in terms of overall restrictions, while the frame is connected to the protrusions of the wheelset located in ol rods axially through the flat elastic elements made of elastomeric material, characterized in that the connecting rods are directed circumferentially in opposite directions, and the extreme of any three adjacent elastic universal joints arranged symmetrically with respect to a diametral plane passing through the middle of the hinge axis.