RU200670U1

RU200670U1 - LOCOMOTIVE TRACTION DRIVE

Info

Publication number: RU200670U1
Application number: RU2020110145U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Воробьев; Олег Васильевич Измеров; Андрей Сергеевич Космодамианский; Михаил Юрьевич Капустин; Николай Николаевич Стрекалов; Александр Васильевич Самотканов; Дмитрий Николаевич Шевченко; Вадим Олегович Корчагин
Original assignee: Андрей Сергеевич Космодамианский
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2020-11-05

Abstract

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, а именно к устройствам для передачи крутящего момента от тягового двигателя к колесной паре.Тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, редуктор с малым зубчатым колесом и большим зубчатым колесом, полый вал, связанный через компенсирующие муфты одним концом с большим зубчатым колесом, а другим - с колесной парой, при этом тяговый электродвигатель и редуктор опираются на раму тележки.Отличительной особенностью предлагаемого тягового привода является то, что ротор и статор тягового электродвигателя выполнены в виде дисков, вал тягового электродвигателя выполнен полым, вал тягового электродвигателя соединен с валом малого зубчатого колеса с помощью торсионного вала, проходящего через полый вал тягового электродвигателя, и двух зубчатых муфт, редуктор опирается на раму тележки в двух точках и связан с корпусом тягового электродвигателя разъемным подвижным соединением.Предложенный тяговый привод локомотива позволяет снизить расходы на изготовление и эксплуатацию локомотива, упростить изготовление корпусных деталей тягового электродвигателя и редуктора и монтаж тягового привода благодаря возможности выполнить соединение тягового двигателя и редуктора подвижным, с применением торсионного вала, проходящего внутри полого вала тягового электродвигателя, что, в свою очередь, достигнуто благодаря выполнению статора и ротора тягового электродвигателя в виде дисков. 1 ил.The utility model relates to rail vehicles, namely to devices for transmitting torque from a traction motor to a wheelset. Traction drive of a locomotive containing a traction electric motor, a gearbox with a small toothed wheel and a large gearwheel, a hollow shaft connected through compensating couplings at one end with a large gear wheel, and the other - with a wheelset, while the traction motor and gearbox rest on the bogie frame. A distinctive feature of the proposed traction drive is that the rotor and stator of the traction motor are made in the form of disks, the traction motor shaft is hollow, the traction motor shaft of the electric motor is connected to the shaft of a small gearwheel by means of a torsion shaft passing through the hollow shaft of the traction motor and two gear couplings, the gearbox rests on the bogie frame at two points and is connected to the traction motor housing by a detachable movable connection. The proposed traction drive of the locomotive according to allows to reduce the cost of manufacturing and operating the locomotive, to simplify the manufacture of housing parts of the traction motor and gearbox and the installation of the traction drive due to the ability to connect the traction motor and gearbox movable, using a torsion shaft passing inside the hollow shaft of the traction electric motor, which, in turn, is achieved due to the design of the stator and rotor of the traction motor in the form of disks. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, а именно к устройствам для передачи крутящего момента от тягового двигателя к колесной паре.The utility model relates to rail vehicles, namely to devices for transmitting torque from a traction motor to a wheelset.

Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, опирающийся на раму тележки в трех точках, зубчатую передачу с малым зубчатым колесом, размещенным на валу тягового электродвигателя и большим зубчатым колесом, опирающимся через подшипники на корпус тягового электродвигателя, и полый вал, связанный через компенсирующие муфты одним концом с большим зубчатым колесом, а другим - с колесной парой, (см. Бирюков И.В., Савоськин А.Н., Бурчак Г.П. и др. Механическая часть подвижного состава. - М.: Транспорт, 1992, С. 346-347, рис. 13.45).A traction drive of a locomotive is known, containing a traction motor resting on the bogie frame at three points, a gear train with a small gear wheel placed on the traction motor shaft and a large gear wheel resting through bearings on the traction motor housing, and a hollow shaft connected through compensating couplings one end with a large toothed wheel, and the other with a wheel pair, (see Biryukov I.V., Savoskin A.N., Burchak G.P. and others. Mechanical part of rolling stock. - M .: Transport, 1992, S. 346-347, fig.13.45).

Недостатком известного тягового привода, применяемого на тепловозах серий ТЭП70 и 2ТЭ70 и электровозах ЭП2к отечественных железных дорог, является то, что консольное расположение малого колеса увеличивает нагрузки на подшипники ротора тягового электродвигателя. При использовании асинхронных тяговых электродвигателей, имеющих повышенную частоту вращения ротора, срок службы роторного подшипника со стороны расположения малого зубчатого колеса оказывается недостаточным.The disadvantage of the known traction drive used on diesel locomotives of the TEP70 and 2TE70 series and EP2k electric locomotives of domestic railways is that the cantilever arrangement of the small wheel increases the load on the traction motor rotor bearings. When using asynchronous traction motors with an increased rotor speed, the service life of the rotor bearing on the side of the small gear wheel is insufficient.

Известен тяговый привод, содержащий тяговый электродвигатель, редуктор, малое зубчатое колесо которого расположено симметрично на двух подшипниковых опорах, соединяющую их компенсационную муфту, при этом тяговый электродвигатель и редуктор соединены друг с другом разъемный неподвижным соединением и опираются на раму в трех точках, и полый вал, связанный через компенсирующие муфты одним концом с большим зубчатым колесом, а другим - с колесной парой, (см. Смирнов В.А. Тележка двухосная моторная, Руководство по эксплуатации, ДМЗ, 2001 г., стр. 1-3.).Known traction drive containing a traction motor, a gearbox, a small gearwheel of which is located symmetrically on two bearing supports, connecting them with an expansion coupling, while the traction motor and gearbox are connected to each other by a detachable fixed connection and rest on the frame at three points, and a hollow shaft connected through compensating couplings one end with a large gear wheel, and the other with a wheelset, (see V.A. Smirnov Two-axle motor trolley, Operation Manual, DMZ, 2001, pp. 1-3.).

Недостаток данного тягового привода, примененного в отечественном электропоезде ЭД6 состоит в том, что муфта ограничивает габариты тягового электродвигателя, что препятствует применению данного тягового привода для локомотивов, имеющих более высокую мощность тягового электродвигателя.The disadvantage of this traction drive used in the domestic electric train ED6 is that the clutch limits the dimensions of the traction motor, which prevents the use of this traction drive for locomotives with a higher traction motor power.

Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, подвешенный на раме тележки, осевой редуктор, торсионный вал, проходящий через полый вал ротора тягового электродвигателя и связанный с валом осевого редуктора и валом тягового электродвигателя компенсационными муфтами (см. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Локомотиво-строение». А.А. Камаев, Н.Г. Апанович, В.А. Камаев и др.; Под ред. А.А. Камаева. - М.: Машиностроение, 1981, С. 133-134, рис. 91).A traction drive of a locomotive is known, containing a traction motor suspended on a bogie frame, an axial gearbox, a torsion shaft passing through the hollow shaft of the traction motor rotor and connected to the shaft of the axial gearbox and the shaft of the traction motor by compensating couplings (see. Construction, calculation and design of locomotives: Textbook for university students enrolled in the specialty "Locomotive construction". AA Kamaev, NG Apanovich, VA Kamaev and others; Under the editorship of AA Kamaev. - M .: Mechanical engineering, 1981 , Pp. 133-134, fig. 91).

Недостатком данного тягового привода, примененном на тепловозе 2ТЭ121, электровозах ЭП1 и ЭП10 отечественных железных дорог и ДСЗ железных дорог Украины, является ограничение возможности снизить массу тягового электродвигателя путем повышения частоты вращения ротора, вследствие необходимости повышать внутренний диаметр подшипников ротора для размещения внутри вала электродвигателя торсионного вала. Так, наружный диаметр вала асинхронного тягового электродвигателя СТА-1200 мощностью 1200 кВт с приводом с опорно-рамным тяговым электродвигателем и осевым редуктором составляет 188 мм, что почти на 40 мм больше диаметра вала тяговых электродвигателей электровозов с опорно-осевым подвешиванием, а масса составляет 2400 кг, что на 20% выше массы асинхронных тяговых электродвигателей той же мощности для привода с опорно-осевым подвешиванием тяговых асинхронных электродвигателей (около 2000 кг). Кроме того, осевой редуктор увеличивает неподрессоренную массу, что ограничивает применение данного привода для пассажирских локомотивов.The disadvantage of this traction drive, used on the 2TE121 diesel locomotive, EP1 and EP10 electric locomotives of domestic railways and DSZ of Ukrainian railways, is the limitation of the possibility to reduce the mass of the traction motor by increasing the rotor speed, due to the need to increase the inner diameter of the rotor bearings to accommodate the torsion shaft inside the motor shaft ... Thus, the outer diameter of the shaft of an asynchronous traction motor STA-1200 with a power of 1200 kW with a drive with a support-frame traction motor and an axial gearbox is 188 mm, which is almost 40 mm more than the diameter of the shaft of traction electric motors of electric locomotives with support-axial suspension, and the mass is 2400 kg, which is 20% higher than the mass of asynchronous traction electric motors of the same power for a drive with axial support of traction asynchronous electric motors (about 2000 kg). In addition, the axial gearbox increases the unsprung mass, which limits the use of this drive for passenger locomotives.

Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, опирающийся на раму тележки, редуктор с малым и большим зубчатым колесами и полый вал, связанный через компенсирующие муфты одним концом с большим зубчатым колесом, а другим - с колесной парой, при этом малое зубчатое колесо размещено на валу тягового электродвигателя между роторными подшипниками, а корпус редуктора соединен неподвижным разъемным соединением с корпусом тягового электродвигателя (см. Josef KOLAR, Design of a Wheelset Drive, Transactions on Electrical Engineering, Vol. 4 (2015), No. 1, C. 16-17, рис. 19).A traction drive of a locomotive is known, containing a traction electric motor resting on a bogie frame, a gearbox with small and large gear wheels and a hollow shaft connected through compensating couplings with one end to a large gear wheel, and the other with a wheel pair, while the small gear wheel is placed on the traction motor shaft between the rotor bearings, and the gearbox housing is connected by a fixed detachable connection to the traction motor housing (see Josef KOLAR, Design of a Wheelset Drive, Transactions on Electrical Engineering, Vol. 4 (2015), No. 1, C. 16- 17, fig. 19).

Недостаток указанного привода, применяемого на локомотиве Skoda 109Е, в недостаточном сроке службы роторного подшипника, размещенного вблизи малого зубчатого колеса.The disadvantage of the specified drive used on the Skoda 109E locomotive is the insufficient service life of the rotor bearing located near the small gear wheel.

В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, редуктор с малым зубчатым колесом и большим зубчатым колесом и полый вал, связанный через компенсирующие муфты одним концом с большим зубчатым колесом, а другим - с колесной парой, при этом тяговый электродвигатель и редуктор связаны неподвижным разъемным соединением и опираются на раму тележки в трех точках, а вал тягового электродвигателя опирается на вал малого зубчатого колеса через дисковую муфту (см. Андрющенко А.А. Разработка экипажной части скоростного пассажирского электровоза с асинхронным тяговым приводом. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ростов-на Дону, 2013, с. 11, рис. 4).As a prototype of the proposed utility model, a traction drive of a locomotive was chosen, containing a traction electric motor, a gearbox with a small gear wheel and a large gear wheel, and a hollow shaft connected through compensating couplings with one end to a large gear wheel, and the other with a wheel pair, while the traction motor and the gearbox are connected by a fixed detachable connection and rest on the bogie frame at three points, and the traction motor shaft rests on the shaft of a small gear wheel through a disc clutch (see Andryuschenko A.A. Development of the carriage part of a high-speed passenger electric locomotive with an asynchronous traction drive. competition for the degree of candidate of technical sciences, Rostov-on-Don, 2013, p. 11, fig. 4).

Недостатки прототипа, используемого на отечественном электровозе ЭП20, заключаются в сложности изготовления и ремонта. Места соединения тягового электродвигателя и редуктора требуют повышенной точности обработки, балансировка тягового электродвигателя не может быть осуществлена отдельно от редуктора. В результате увеличивается стоимость изготовления электровоза и расходов на его эксплуатацию.The disadvantages of the prototype used on the domestic EP20 electric locomotive are the complexity of manufacture and repair. The joints between the traction motor and the gearbox require increased processing precision; balancing of the traction motor cannot be carried out separately from the gearbox. As a result, the cost of manufacturing an electric locomotive and its operating costs increase.

Известны дисковые тяговые асинхронные электродвигатели, ротор и статор которых выполнены в виде дисков. При однодисковом исполнении ротора дисковая конструкция тягового двигателя позволяет заметно сократить осевой габарит тягового двигателя (с 940 мм до 530 мм) при том же наружном диаметре и сохранении мощности тягового двигателя на том же уровне. При использовании обмотки с сосредоточенными фазами дисковая конструкция тягового двигателя позволяет увеличить вращающий момент в 1,7 раза, получив ту же мощность при меньшей частоте вращения (см. Курбасов А.С. Повышение работоспособности тяговых электродвигателей [Текст] / А.С. Курбасов. - Москва: Транспорт, 1977, С. 210…214, рис. 136, табл. 21).Known disk traction asynchronous electric motors, the rotor and stator are made in the form of disks. With a single-disk rotor design, the disc design of the traction motor allows a significant reduction in the axial dimension of the traction motor (from 940 mm to 530 mm) with the same outer diameter and maintaining the traction motor power at the same level. When using a winding with lumped phases, the disk design of the traction motor allows you to increase the torque by 1.7 times, obtaining the same power at a lower speed (see Kurbasov A.S. Improving the performance of traction motors [Text] / A.S. Kurbasov. - Moscow: Transport, 1977, pp. 210 ... 214, fig. 136, table 21).

Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в снижении затрат на изготовление локомотива, его эксплуатацию и ремонт посредством повышения технологичности изготовления деталей и упрощения сборки и ремонта тягового привода.The problem to be solved by the utility model is to reduce the cost of manufacturing a locomotive, its operation and repair by improving the manufacturability of parts manufacturing and simplifying the assembly and repair of the traction drive.

Это достигается тем, что в тяговом приводе локомотива, содержащем тяговый электродвигатель, редуктор с малым зубчатым колесом и большим зубчатым колесом, полый вал, связанный через компенсирующие муфты одним концом с большим зубчатым колесом, а другим - с колесной парой, при этом тяговый электродвигатель и редуктор опираются на раму тележки, ротор и статор тягового электродвигателя выполнены в виде дисков, вал тягового электродвигателя выполнен полым, вал тягового электродвигателя соединен с валом малого зубчатого колеса с помощью торсионного вала, проходящего через полый вал тягового электродвигателя, и двух зубчатых муфт, редуктор опирается на раму тележки в двух точках и связан с корпусом тягового электродвигателя разъемным подвижным соединением.This is achieved by the fact that in the traction drive of a locomotive containing a traction electric motor, a gearbox with a small gear and a large gear, a hollow shaft connected through compensating couplings at one end with a large gear wheel, and the other with a wheel pair, while the traction motor and the gearbox rests on the frame of the bogie, the rotor and stator of the traction motor are made in the form of disks, the shaft of the traction motor is hollow, the shaft of the traction motor is connected to the shaft of the small gearwheel by means of a torsion shaft passing through the hollow shaft of the traction motor, and two gear couplings, the gearbox is supported onto the bogie frame at two points and is connected to the traction motor housing by a detachable movable joint.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1. изображен общий вид тягового привода локомотива.The essence of the proposed utility model is illustrated by a drawing, where Fig. 1. shows a general view of the traction drive of the locomotive.

Предлагаемый тяговый привод локомотива содержит тяговый электродвигатель 1, редуктор 2 с малым зубчатым колесом 3 и большим зубчатым колесом 4, полый вал 5, связанный через компенсирующие муфты 6 и 7 одним концом с большим зубчатым колесом 4, а другим - с колесной парой 8, при этом тяговый электродвигатель 1 и редуктор 2 опираются на раму тележки 9.The proposed traction drive of the locomotive contains a traction motor 1, a gearbox 2 with a small gearwheel 3 and a large gearwheel 4, a hollow shaft 5 connected through compensating couplings 6 and 7 with one end to a large gearwheel 4, and the other with a wheelset 8, when This traction motor 1 and gearbox 2 are supported on the bogie frame 9.

Ротор 10 и статор 11 тягового электродвигателя 1 выполнены в виде дисков, вал 12 тягового электродвигателя 1 выполнен полым, вал 12 тягового электродвигателя 1 соединен с валом 13 малого зубчатого колеса 3 с помощью торсионного вала 14, проходящего через полый вал 12 тягового электродвигателя 1, и двух зубчатых муфт 15 и 16, редуктор 2 опирается на раму тележки 9 в двух точках 17 и 18 и связан с корпусом тягового электродвигателя 1 разъемным подвижным соединением 19.The rotor 10 and the stator 11 of the traction motor 1 are made in the form of disks, the shaft 12 of the traction motor 1 is hollow, the shaft 12 of the traction motor 1 is connected to the shaft 13 of the small gearwheel 3 by means of a torsion shaft 14 passing through the hollow shaft 12 of the traction motor 1, and two toothed couplings 15 and 16, the gearbox 2 rests on the bogie frame 9 at two points 17 and 18 and is connected to the housing of the traction motor 1 by a detachable movable joint 19.

Предлагаемый тяговый привод локомотива работает следующим образом. Вращающий момент от вала 12 тягового электродвигателя 1 передается валу 13 малого зубчатого колеса 3 редуктора 2 через торсионный вал 14 и зубчатые муфты 15 и 16, при этом усилие реакции при реализации тягового усилия передается от редуктора 2 на тяговый электродвигатель 1 через разъемное подвижное соединение 19, что, в совокупности с опорой редуктора 2 на раму тележки 9 в двух точках 17 и 18 предотвращает смещение редуктора 2 относительно тягового электродвигателя 1 и поперечное смещение вала 13 малого зубчатого колеса 3 редуктора 2 относительно вала 12 тягового электродвигателя 1.The proposed traction drive of the locomotive works as follows. The torque from the shaft 12 of the traction motor 1 is transmitted to the shaft 13 of the small gear wheel 3 of the gearbox 2 through the torsion shaft 14 and the gear couplings 15 and 16, while the reaction force during the implementation of the traction force is transmitted from the gearbox 2 to the traction motor 1 through the detachable movable joint 19, which, together with the support of the gearbox 2 on the bogie frame 9 at two points 17 and 18, prevents the gearbox 2 from displacing relative to the traction motor 1 and the lateral displacement of the shaft 13 of the small gear wheel 3 of the gearbox 2 relative to the shaft 12 of the traction motor 1.

Вследствие подвижности соединения тягового электродвигателя 1 и редуктора 2 обеспечивается статическая определимость опор тягового электродвигателя 1 и редуктора 2 на раму тележки 9, что упрощает изготовление корпусных деталей тягового электродвигателя 1 и редуктора 2 и позволяет проводить балансировку ротора тягового электродвигателя 1 без редуктора 2. Поскольку при движении локомотива не происходит взаимного перемещения тягового электродвигателя 1 и редуктора 2, и расцентровка вала 12 тягового электродвигателя 1 и вала 13 малого зубчатого колеса 3 обусловлена только погрешностями при монтаже тягового электродвигателя 1 и редуктора 2, срок службы зубчатых муфт 15 и 16 будет значительно выше, чем у известных тяговых приводов с опорно-рамным тяговым электродвигателем и осевым редуктором.Due to the mobility of the connection of the traction motor 1 and gearbox 2, static determinability of the supports of the traction electric motor 1 and gearbox 2 on the bogie frame 9 is provided, which simplifies the manufacture of body parts of the traction electric motor 1 and gearbox 2 and allows balancing the rotor of the traction electric motor 1 without gearbox 2. locomotive, there is no mutual movement of the traction motor 1 and gearbox 2, and the misalignment of the shaft 12 of the traction motor 1 and the shaft 13 of the small gear wheel 3 is due only to errors in the installation of the traction motor 1 and gearbox 2, the service life of the gear couplings 15 and 16 will be significantly higher than in known traction drives with a support-frame traction motor and an axial gearbox.

Благодаря тому, что ротор 10 и статор 11 тягового электродвигателя 1 выполнены в виде дисков, осевой габарит тягового электродвигателя 1 оказывается достаточным для размещения в габаритах тележки зубчатых муфт 15 и 16. Поскольку при выполнении ротора 10 и статора 11 тягового электродвигателя 1 в виде дисков частота вращения вала 12 тягового электродвигателя 1 значительно ниже, чем в известных тяговых приводах, увеличение внутренних диаметров роторных подшипников тягового электродвигателя 1 не приведет к значительному сокращению срока их службы. Кроме того, упомянутое выше уменьшение расцентровки вала 12 тягового электродвигателя 1 и вала 13 малого зубчатого колеса 3 позволяет существенно уменьшить зазор между торсионным валом 14 и полым валом 12 тягового электродвигателя 1, что позволяет уменьшить внутренний диаметр роторных подшипников по сравнению с известными тяговыми приводами с опорно-рамным тяговым электродвигателем и осевым редуктором, и тем самым дополнительно увеличить долговечность роторных подшипников.Due to the fact that the rotor 10 and stator 11 of the traction motor 1 are made in the form of disks, the axial dimension of the traction motor 1 is sufficient to accommodate gear couplings 15 and 16 in the dimensions of the bogie. Since when the rotor 10 and stator 11 of the traction motor 1 are made in the form of disks, the frequency rotation of the shaft 12 of the traction motor 1 is much lower than in the known traction drives, an increase in the inner diameters of the rotor bearings of the traction motor 1 will not lead to a significant reduction in their service life. In addition, the aforementioned reduction in the misalignment of the shaft 12 of the traction motor 1 and the shaft 13 of the small gear wheel 3 can significantly reduce the gap between the torsion shaft 14 and the hollow shaft 12 of the traction motor 1, which makes it possible to reduce the inner diameter of the rotor bearings in comparison with known traction drives with support -frame traction motor and axial gearbox, and thereby additionally increase the durability of rotor bearings.

Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что выполнение ротора и статора тягового электродвигателя дисковыми и вала тягового электродвигателя полым позволяет соединить вал тягового электродвигателя и вал малого зубчатого редуктора торсионным валом с зубчатыми муфтами благодаря меньшему осевому габариту тягового электродвигателя той же мощности, при этом долговечность подшипников ротора тягового электродвигателя не снижается из-за меньшей частоты вращения ротора дискового электродвигателя, благодаря чему соединение тягового электродвигателя и редуктора может быть выполнено подвижным, тем самым позволяя упростить изготовление корпусных деталей тягового электродвигателя и редуктора и монтаж тягового привода, что, в свою очередь, снижает расходы на изготовление и эксплуатацию локомотива.The technical and economic effect of the claimed utility model lies in the fact that the design of the rotor and stator of the traction electric motor disk and the shaft of the traction electric motor hollow allows the shaft of the traction electric motor and the shaft of the small gear reducer to be connected by a torsion shaft with gear couplings due to the smaller axial dimension of the traction motor of the same power, with At the same time, the durability of the traction motor rotor bearings does not decrease due to the lower rotational speed of the disc motor rotor, due to which the connection of the traction motor and the gearbox can be made movable, thereby simplifying the manufacture of housing parts of the traction motor and gearbox and the installation of the traction drive, which, in its turn, reduces the cost of manufacturing and operating the locomotive.

Claims

Traction drive of a locomotive, containing a traction electric motor, a gearbox with a small gear and a large gear, a hollow shaft connected through compensating couplings at one end with a large gear wheel, and the other with a wheelset, while the traction motor and gearbox are supported on the bogie frame, characterized in that the rotor and stator of the traction motor are made in the form of disks, the shaft of the traction motor is hollow, the shaft of the traction motor is connected to the shaft of the small gear wheel by means of a torsion shaft passing through the hollow shaft of the traction motor, and two gear couplings, the gearbox rests on the frame bogies at two points and is connected to the traction motor housing by a detachable movable connection.