RU225117U1 - Тяговый привод локомотива - Google Patents

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 и осевой редуктор, связанные вместе разъемным соединением и опирающиеся на ось колесной пары с помощью подшипников, причем тяговый электродвигатель со стороны, противоположной осевому редуктору, опирается на ось колесной пары через один подшипник, разъемное соединение тягового электродвигателя с корпусом осевого редуктора выполнено неподвижным, осевой редуктор опирается на ось колесной пары с помощью одного подшипника, вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник, а противоположным концом - на подшипники вала осевого редуктора, с которым вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты. Отличительной особенностью предлагаемого тягового привода является то, что мембранная муфта имеет ступицу, которая опирается на вал осевого редуктора и связана с ним болтовым соединением, вал ротора тягового электродвигателя опирается на наружную поверхность ступицы мембранной муфты через фланец, обойму, соединенную с фланцем болтовым соединением, и цилиндрический тонкослойный резинометаллический элемент, обойма содержит отверстия, в которые входят резиновые втулки с отверстиями, в отверстия резиновых втулок входят пальцы, соединенные с мембранной муфтой. Предложенный тяговый привод локомотива позволяет увеличить производительность локомотива в результате повышения сцепления колес с рельсами и снижения проскальзывания колес по рельсам вследствие уменьшения динамических нагрузок в приводе при движении локомотива, что достигается благодаря наличию резиновых втулок, передающих крутящий момент с тягового электродвигателя на вал ротора, и опоры ротора тягового электродвигателя на ступицу мембранной муфты через тонкослойный резинометаллический элемент, радиальная жесткость которого обеспечивает устойчивое вращение ротора во всем диапазоне частоты вращения ротора.

Description

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, а именно к устройствам для передачи крутящего момента от тягового двигателя к колесной паре.

Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, опирающийся на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники скольжения и зубчатую передачу, причем малое зубчатое колесо размещено на валу тягового электродвигателя, а большое зубчатое колесо - на оси колесной пары (см. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов. А.А. Камаев, Н.Г. Апанович, В.А. Камаев и др. - М.: Машиностроение, 1981, С. 120-121, рис. 79.).

Недостатком известного тягового привода, применяемого на тепловозах серий 2ТЭ10, ТЭМ2, 2ТЭ116 отечественных железных дорог, состоит в применении подшипников скольжения, что приводит к высокой трудоемкости обслуживания и ремонта, большому расходу смазки и цветных металлов и невозможности эффективной герметизации (см. Бирюков И.В., Беляев А.И., Рыбников И.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. - М : Транспорт, 1986, С. 49).

Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель, опирающийся посредством двух роликовых подшипников качения на вращающийся полый вал, который опирается на колесные центры посредством дисковых резинокордных элементов, тяговый привод содержит шариковый подшипник для передачи осевых усилий с тягового электродвигателя на полый вал (См. Повышение надежности экипажной части тепловозов / А.И. Беляев, Б.Б. Бунин, С.М. Голубятников и др.; Под ред. Л.К. Добрынина. - М.: Транспорт, 1984, С 164, рис. 78).

Данный тяговый привод, изготовленный и испытанный в качестве опытного образца, отличается технологичностью изготовления. Недостатком данного тягового привода является необходимость размещать полый вал, вращающийся относительно корпуса тягового электродвигателя, в пространстве между осью и корпусом тягового электродвигателя, что требует увеличения централи тяговой передачи. Поскольку диаметр большого зубчатого колеса тяговой ограничен допустимыми габаритами подвижного состава, увеличение централи тяговой передачи требует увеличения диаметра малого зубчатого колеса, что, в свою очередь, ведет к уменьшению передаточного числа тяговой передачи, снижению тяги на ободе колеса и ухудшению производительности локомотива.

Известен тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель и тяговую передачу, тяговый электродвигатель опирается на колесные центры через неподвижный полый вал, три роликовых подшипника, размещенных на неподвижном полом валу, корпуса роликовых подшипников и связанные с ними упругие элементы, при этом два роликовых подшипника расположены со стороны тяговой передачи, корпус роликовых подшипников, расположенных со стороны тяговой передачи, соединен с зубчатым венцом большого зубчатого колеса тяговой передачи, и в нем установлен упорный шарикоподшипник, между наружной поверхностью наружной обоймы упорного шарикоподшипника и внутренней поверхностью корпуса роликовых подшипников, расположенных со стороны тяговой передачи, имеется зазор, а упругие элементы представляют собой конические втулки, затягиваемые болтовым соединением (См. Михайлов Г.И. Повышение надежности и несущей способности тяговых передач / Г.И. Михайлов, - Казань, Алгоритм+, 2023, С. 155-156, рис. 4.2.4).

Данный тяговый привод, построенный в качестве опытного образца для отечественного грузового тепловоза 2ТЭ116, лишен недостатка тягового привода, описанного выше, благодаря тому, что полый вал выполнен неподвижным, вследствие чего в полом валу может быть сделано окно для размещения корпуса тягового электродвигателя, что исключает необходимость в увеличении централи передачи, снижении передаточного числа и осевой силы тяги. Недостатком указанного привода является недостаточная надежность упругих элементов в виде конических втулок, разрушившихся после незначительного пробега грузового локомотива (См. Михайлов Г.И. Повышение надежности и несущей способности тяговых передач / Г.И. Михайлов, - Казань, Алгоритм+, 2023, С. 155).

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 «Локомотивостроение». А.А. Камаев, Н.Г. Апанович, В.А. Камаев и др.; Под ред. А.А. Камаева. - М. : Машиностроение, 1981, С. 133-134, рис. 91).

В указанном тяговом приводе, примененном на тепловозе 2ТЭ121 и электровозе ЭП1 отечественных железных дорог, используются подшипники качения, что снижает трудоемкость обслуживания и ремонта. Недостатком данного тягового привода является необходимость увеличивать диаметр вала ротора тягового электродвигателя для размещения в нем торсионного вала и обеспечения зазора между валом ротора тягового электродвигателя и торсионным валом для обеспечения перемещения торсионного вала в поперечном направлении при колебаниях рессорного подвешивания. 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. Это препятствует увеличению частоты вращения тягового электродвигателя из-за нагрева роторных подшипников и снижению массы привода.

В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель и осевой редуктор, связанные вместе разъемным соединением и опирающиеся на ось колесной пары с помощью подшипников, причем тяговый электродвигатель со стороны, противоположной осевому редуктору, опирается на ось колесной пары через один подшипник, разъемное соединение тягового электродвигателя с корпусом осевого редуктора выполнено неподвижным, осевой редуктор опирается на ось колесной пары с помощью одного подшипника, вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник, а противоположным концом - на подшипники вала осевого редуктора, с которым вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты (см. Электровоз грузовой постоянного тока 2ЭС10 с асинхронными тяговыми электродвигателями. Руководство по эксплуатации, часть 4. Описание и работа. Механическое оборудование и системы вентиляции. 2ЭС10.00.000.000 РЭЗ. ООО «Уральские локомотивы», С. 28-32, рис. 3.5).

В указанном тяговом приводе, примененном для электровоза 2ЭС10 отечественных железных дорог, диаметр вала под роторный подшипник почти вдвое меньше и составляет 95 мм, что позволяет повысить максимальную частоту вращения тягового электродвигателя. Недостатком прототипа является отсутствие упругих звеньев между осью колесной пары и валом ротора тягового электродвигателя, что приводит к возникновению динамических моментов в тяговом приводе, что увеличивает склонность локомотива к боксованию и повышает износ бандажей колесной пары; установлено (см. Бирюков И.В., Беляев А.И., Рыбников И.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. - М : Транспорт, 1986 - 256, С. 59), что применение упругих зубчатых колес уменьшало склонность к боксованию и снижало интенсивность износа бандажей на 15%). Указанный недостаток ведет к ухудшению сцепных свойств локомотива и снижает его производительность.

Известны тонкослойные резинометаллические элементы [Вибрации в технике: Справочник в 6-ти т. Том 4. Вибрационные процессы и машины / Под ред. Э.Э. Лавендела. Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). - М.: Машиностроение, 1981., с. 213, рис. 28.], состоящие из тонких слоев резины (0,1-1 мм) и металла (0,05-1 мм). Сдвиговые жесткости этих элементов определяются суммарной сдвиговой жесткостью всех резиновых слоев. Порядок этой жесткости определяет модуль сдвига (около 10 кг⋅с/см²). В направлении, перпендикулярном металлическим слоям, жесткость на сжатие определяется модулем объемного сжатия резины (порядка 3⋅10⁴ кг⋅с/см²). Изменяя толщину резинового слоя, можно получить любые желаемые жесткости в пределах между жесткостью сдвига и жесткостью объемного сжатия.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении производительности локомотива за счет улучшения его сцепных свойств путем снижения динамических моментов в тяговом приводе.

Это достигается тем, что в тяговом приводе локомотива, содержащем тяговый электродвигатель и осевой редуктор, связанные вместе разъемным соединением и опирающиеся на ось колесной пары с помощью подшипников, причем тяговый электродвигатель со стороны, противоположной осевому редуктору, опирается на ось колесной пары через один подшипник, разъемное соединение тягового электродвигателя с корпусом осевого редуктора выполнено неподвижным, осевой редуктор опирается на ось колесной пары с помощью одного подшипника, вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник, а противоположным концом - на подшипники вала осевого редуктора, с которым вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты, мембранная муфта имеет ступицу, которая опирается на вал осевого редуктора и связана с ним болтовым соединением, вал ротора тягового электродвигателя опирается на наружную поверхность ступицы мембранной муфты через фланец, обойму, соединенную с фланцем болтовым соединением, и цилиндрический тонкослойный резинометаллический элемент, обойма содержит отверстия, в которые входят резиновые втулки с отверстиями, в отверстия резиновых втулок входят пальцы, соединенные с мембранной муфтой.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре изображен общий вид тягового привода локомотива.

Предлагаемый тяговый привод локомотива содержит тяговый электродвигатель 1 и осевой редуктор 2, связанные вместе разъемным соединением 3 и опирающиеся на ось 4 колесной пары с помощью подшипников 5 и 6, причем тяговый электродвигатель 1 со стороны, противоположной осевому редуктору 2, опирается на ось 4 колесной пары через один подшипник 6, разъемное соединение 3 тягового электродвигателя 1 с корпусом осевого редуктора 2 выполнено неподвижным, осевой редуктор 2 опирается на ось 4 колесной пары с помощью одного подшипника 5, вал 7 ротора 8 тягового электродвигателя 1 одним концом опирается на статор 9 тягового электродвигателя 1 через подшипник 10, а противоположным концом - на подшипники 11 вала 12 осевого редуктора 2, с которым вал 7 ротора 8 тягового электродвигателя 1 соединен посредством мембранной муфты 13.

Мембранная муфта 13 имеет ступицу 14, которая опирается на вал 12 осевого редуктора 2 и связана с ним болтовым соединением 15, вал 7 ротора тягового электродвигателя 1 опирается на наружную поверхность ступицы 14 мембранной муфты 13 через фланец 16, обойму 17, соединенную с фланцем 16 болтовым соединением 18, и цилиндрический тонкослойный резинометаллический элемент 19, обойма 17 содержит отверстия 20, в которые входят резиновые втулки 21 с отверстиями 22, в отверстия 22 резиновых втулок 21 входят пальцы 23, соединенные с мембранной муфтой 13.

Предлагаемый тяговый привод локомотива работает следующим образом. Вращающий момент от ротора 8 тягового электродвигателя 1 передается через вал 7 на фланец 16, болтовое соединение 18, обойму 17, резиновые втулки 21, пальцы 23, мембранную муфту 13, вал 12 осевого редуктора 2 и на ось 4 колесной пары, приводя локомотив в движение.

Ротор 8 тягового электродвигателя 1 опирается через вал 7 на статор 9 тягового электродвигателя 1 через подшипник 10. При этом ротор 8 тягового электродвигателя 1 опирается противоположным концом на подшипники 11 вала 12 осевого редуктора 2 через мембранную муфту 13, ступицу 14, цилиндрический тонкослойный резинометаллический элемент 19, обойму 17, болтовое соединение 18, фланец 16 и вал 7. Поскольку жесткость тонкослойного резинометаллического элемента 19 в радиальном направлении, то есть, в направлении, перпендикулярном металлическим слоям, определяется модулем объемного сжатия резины (порядка 3⋅10⁴ кг⋅с/см²), то величина жесткости тонкослойного резинометаллического элемента 19 в радиальном направлении обеспечивает устойчивое вращение этом ротора 8 тягового электродвигателя 1 во всем диапазоне частот вращения вплоть до максимальной, без совпадения частоты вращения с частотой собственных колебаний ротора 8 тягового электродвигателя 1 в радиальном направлении. При этом жесткость тонкослойного резинометаллического элемента 19 в тангенциальном направлении определяется суммарной сдвиговой жесткостью всех резиновых слоев, порядок этой жесткости определяет модуль сдвига (около 10 кг⋅с/см²). Вследствие этого жесткость тонкослойного резинометаллического элемента 19 в тангенциальном направлении не препятствует повороту обоймы 17 относительно мембранной муфты 13 при деформации резиновых втулок 21 под действием крутящего момента. Болтовое соединение 18 обеспечивает возможность демонтажа мембранной муфты 13, а болтовое соединение 15 обеспечивает возможность демонтажа тонкослойного резинометаллического элемента 19 во время ремонта.

Вследствие ударов при прохождении локомотивом вертикальных неровностей пути в валопроводах тягового привода возникают динамические моменты, которые амортизируются за счет деформации резиновых втулок 21, вследствие чего снижается проскальзывание колесной пары по рельсам и увеличивается сцепление колес с рельсами.

Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что благодаря наличию резиновых втулок, передающих крутящий момент с тягового электродвигателя на вал ротора, и опоры ротора тягового электродвигателя на ступицу мембранной муфты через тонкослойный резинометаллический элемент, радиальная жесткость которого обеспечивает устойчивое вращение ротора во всем диапазоне частоты вращения ротора, обеспечивается снижение динамических нагрузок в приводе при движении локомотива, что ведет к снижению проскальзывания колес по рельсам, повышению сцепления колес с рельсами и увеличению производительности локомотива.

Claims (1)

1. Тяговый привод локомотива, содержащий тяговый электродвигатель и осевой редуктор, связанные вместе разъемным соединением и опирающиеся на ось колесной пары с помощью подшипников, причем тяговый электродвигатель со стороны, противоположной осевому редуктору, опирается на ось колесной пары через один подшипник, разъемное соединение тягового электродвигателя с корпусом осевого редуктора выполнено неподвижным, осевой редуктор опирается на ось колесной пары с помощью одного подшипника, вал ротора тягового электродвигателя одним концом опирается на статор тягового электродвигателя через подшипник, а противоположным концом - на подшипники вала осевого редуктора, с которым вал ротора тягового электродвигателя соединен посредством мембранной муфты, отличающийся тем, что мембранная муфта имеет ступицу, которая опирается на вал осевого редуктора и связана с ним болтовым соединением, вал ротора тягового электродвигателя опирается на наружную поверхность ступицы мембранной муфты через фланец, обойму, соединенную с фланцем болтовым соединением, и цилиндрический тонкослойный резинометаллический элемент, обойма содержит отверстия, в которые входят резиновые втулки с отверстиями, в отверстия резиновых втулок входят пальцы, соединенные с мембранной муфтой.